CN113957186A - 解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备及方法，设备包括高炉主体，高炉主体包括炉身高温区和炉身中低温区，炉身中低温区侧壁设炉气引出管，炉身高温区侧壁设引回气管，炉气引出管与引回气管之间设有除碱金属设备，设备内设有冷凝管。运行时，高炉炉气在高炉内由下向上运行，经过炉气引出管，将部分高炉炉气引出，通过除碱金属设备内冷凝管冷凝脱除气态碱金属化合物，获得脱除碱金属后炉气，返回炉内参与冶金反应，当高炉系统阻力正常时，停止除碱金属操作，当高炉系统阻力超出正常值时，启动碱金属脱除操作，保证炉内无碱金属化合物结瘤。该设备工艺大幅提高炉料反应活性与透气性，无结瘤现象产生，高炉阻力与能源消耗显著降低。
Description
技术领域
本发明属于冶金领域，特别涉及一种解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备及方法。
背景技术
高炉碱金属化合物结瘤是有高炉以来就存在的问题，它恶化了高炉的透气性，影响了高炉冶炼的顺行，是高炉长寿的最大障碍。入炉炉料总含有一定量的碱金属化合物，尤其是近些年进口矿比例增加，高炉炉料碱金属含量也激增。由于高炉炉内环境的复杂性，导致高炉内碱金属的化合物出现多样性变化，在不同区域生成不同的化合物，它们的熔点、沸点都普遍比较低，在高炉内不同区域有不同物质的三态变化循环，而且不易排出炉外，在高炉内形成富集。在不同区域产生不同物质的结露，造成炉料表面反应活性变差；炉料相互粘接，造成炉料透气性变差，增加运行能耗，冶炼效率降低；炉壁温度低，容易产生结瘤，造成物料下行阻力增加，影响高炉冶炼顺行；在清理碱金属结瘤时，容易破坏炉墙耐火材料，影响高炉长寿。为解决这些问题，我们开发了高炉碱金属脱除技术。
发明内容：
本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备及方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备，包括高炉主体1，所述的高炉主体1包括炉身较高温区和炉身中低温区，所述的炉身较高温区侧壁设有炉气引出管2，炉身中低温区侧壁设有引回气管8，所述的炉气引出管2与引回气管8之间设有除碱金属设备4，所述的除碱金属设备4内设有冷凝管9，其中：
所述的炉身较高温区温度为700-900℃；
所述的炉身中低温区温度500-650℃。
所述的炉气引出管2周向对称均匀设置若干支，具体数量由炉子直径和取气量所决定，炉子直径越大，取气管支数越多，取气量越大，取气管支数越多。取气管支数越多，取气越均匀，除碱金属效果越好。但是取气管支数太多对炉体结构影响会增加，同时制造、安装、维护成本也越高。取气管直径主要取决于取气量和取气管支数，避免流速太高造成带尘量增大。建议烟气工况流速小于10米/秒。所述的引回气管8周向对称均匀设置若干支，根据炉子直径确定，炉子直径越大，支数越多，主要考虑进入炉内阻力。
所述的炉气引出管2设于炉身较高温区；具体位置需要综合考虑；引出炉气的温度越高，碱金属化合物的蒸汽分压会越高，脱除碱金属化合物的速度会越快，但是上部碱金属化合物富集无法脱除，引出烟气温度越低，碱金属蒸汽分压越低，脱除碱金属化合物的速度越低，但是上部碱金属化合物富集越少，脱除碱金属化合物就越彻底。因此要根据入炉料碱金属负荷折中确定引出炉气位置。在脱除碱金属化合物过程中，通过调整炉温，改变引出炉气位置炉气温度，配合脱除碱金属。
所述的高炉主体由下向上依次包括炉缸、炉腹、炉腰、炉身、炉喉；从炉腹到炉顶温度逐渐降低。
所述的炉气引出管2通过下环形烟道3与除碱金属设备4相连通，所述的引回气管8通过上环形烟道6与除碱金属设备4相连通。
所述的下环形烟道2上设有第一阀门5。
所述的上环形烟道6上设有第二阀门7。
所述的冷凝管9设置若干个，所述的冷凝管9纵向均匀排布于除碱金属设备4内。
所述的除碱金属设备4底部设有碱金属收集槽，碱金属收集槽出口设有放液阀10。
所述的高炉主体1主要包括炉缸、炉腹、炉腰、炉身和炉喉等五段，本项目改造是在炉身段。炉身段炉内温度分布是：下部温度较高，越往上炉温越低。炉内碱金属分布是炉温越高，碱金属化合物蒸气压越高。根据工艺排除碱金属速度需要，在炉身段选择合适的炉身温区，在炉壁周围设置多支炉气引出管2，将部分高炉炉气引到炉外，通过环形烟道3，将引出的含碱金属化合物蒸汽的炉气送入除碱金属化合物设备4除碱金属，除碱金属化合物设备4内设有冷凝管9，含碱金属化合物蒸汽的炉气在通过设备4时，里面的碱金属化合物蒸汽被冷凝管吸附捕捉，除完碱金属化合物后的炉气经过环形烟道6布气后，通过引回气管8再送回高炉内，继续参与冶金反应。引回气管位置在引出气管位置上部，它们之间的距离要保证：取气处压力大于除碱金属化合物系统阻力与返回气管处压力之和，利用取气管处与返回气管处的压力差，保证除碱金属化合物设备4的正常运行。
一种解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露，采用上述设备进行，包括以下步骤：
(1)高炉炉气在高炉内由下向上运行，经过炉气引出管2，将部分高炉炉气引出，经过除碱金属设备4，通过设备内的冷凝管冷凝脱除气态碱金属化合物，获得脱除碱金属后炉气，并在运行过程中保证V碱钠＞V炉钠，V碱钾＞V炉钾；其中，V炉钠为单位时间内各种炉料带入炉内碱金属量，即炉料带入钠元素的速度。V碱钠为脱除钠元素的速度；V碱钾为脱除钾元素的速度，V炉钾为炉料带入钾元素的速度；
(2)所述的脱除碱金属后炉气经引回气管8自动返回高炉1炉内，继续参与炉内冶金反应；
(3)高炉炉气循环进行步骤(1)和步骤(2)操作，降低炉内碱金属蒸汽分压，当高炉系统阻力达到设计正常值时，停止除碱金属操作，当炉内碱金属富集至高炉系统阻力超出设计正常值，影响高炉正常冶炼时，再次启动碱金属脱除操作，保证高炉持续平稳运行，炉内无碱金属化合物结瘤。
所述的步骤(1)中，高炉炉气为含碱金属化合物蒸汽炉气，所述的高炉炉气组分包括碱金属和有色金属，碱金属成分包括氢氧化物与氰化物，所述的氢氧化物包括氢氧化钾和氢氧化钠，所述的氰化物包括氰化钾和氰化钠；所述的有色金属包括铅、锌、镉和锑等。
所述的步骤(1)中，脱除碱金属设备4内冷凝管9设置有冷却介质，冷却介质为空气、水或其它气、液传热介质，优选空气。
所述的步骤(1)中，脱除碱金属过程为：含碱金属化合物蒸气的炉气流经除碱金属设备4，接触冷凝管9表面，由于冷凝管9表面温度低，碱金属化合物蒸汽在冷凝管9表面冷凝析出结露，获得冷凝碱液；所述的冷凝碱液受重力流到冷凝管下部，经碱金属收集槽收集，定期通过放液阀10放出。
所述的步骤(1)中，在从脱除碱金属设备放出碱金属过程中，当碱金属化合物流动性降低至影响脱除工艺时，采用(1)通过降低冷凝管冷却强度，提高脱除碱金属设备4内的温度，以改善碱金属化合物的流动性，因冷凝管上冷凝的物质为很多物质的混合物，成分比例是变化的，熔点也是变化的，在相同温度下流动性也是变化的，操作人员可根据现场放碱金属化合物时流动情况做调整；(2)在放碱金属化合物前30-60min降低冷凝管冷却强度，以改善碱金属化合物流动性，缩短放液时间。
所述的指标控制需考虑参数包括高炉入炉料碱金属负荷、高炉温度分布、引出炉气区域有可能存在的几种碱金属化合物的饱和蒸气压曲线。
所述的步骤(1)中，通过计算参数包括炉内碱金属富集量、碱金属在炉内的蒸汽浓度、单位时间可以脱除碱金属化合物的量，确定最小取气量，以保证V碱钠＞V炉钠，V碱钾＞V炉钾；所述的V炉钠为单位时间内炉料带入炉内钠的量；V碱钠为单位时间脱除钠元素的最大能力，即脱除钠元素的速度。该值与取气点处温度下氢氧化钠饱和蒸气压成正比，与总取气量成正比，根据取气点温度查表求得氢氧化钠该温度下的饱和蒸气压，结合最大取气量，通过物理化学计算求得V碱钠；所述的V炉钾为单位时间内炉料带入炉内钾的量，V碱钾为单位时间脱除钾元素的最大能力，即脱除钾元素的速度。该值与取气点处温度下氢氧化钾饱和蒸气压成正比，与总取气量成正比，按照V碱钠的计算方法求得V碱钾。通过V炉钠、V炉钾分别计算求得最小取气量，以二者最大者作为取气量的下限值，取气量要适当大于该值。氰化物量较少，简化忽略不计。
所述的炉内碱金属富集量根据入炉料碱金属负荷计算；所述的碱金属在炉内的蒸汽浓度根据高炉主体1内温度分布，按照取气处温度，视为饱和态，查氢氧化钠、氢氧化钾饱和蒸气压计算求得；单位时间可以脱除碱金属化合物的量根据引出气体量和脱除碱金属饱和蒸汽浓度计算求得。为简化计算，视为脱除率100％。
所述的步骤(1)中，脱除碱金属后炉气经引回气管8自动返回高炉1炉内，动力来自于炉气引出管2处与引回气管8处的炉内压力差，无需外在动力；其中，所述的冷凝管9表面温度为400℃-500℃。
所述的步骤(1)中，氢氧化钾熔点为360℃，氢氧化钠熔点为318.4℃，氰化钾熔点为634℃，氰化钠熔点为563.7℃，引气温度在700℃-900℃时，氰化物分压很低，冷凝回收产物中绝大部分是氢氧化钾和氢氧化钠，控制末端冷却管壁在400℃-500℃，既可以保证冷凝捕捉碱金属化合物，又可以保证冷凝产物有较好的流动性。
所述的步骤(1)中，脱除碱金属后炉气仍含有部分碱金属化合物蒸汽，随炉气返回高炉1内，在遇到低温物料时会被低温炉料捕捉，再次回到炉内循环，经过反复脱除捕捉，高炉1内的碱金属蒸汽分压逐渐减低，至高炉正常运行时，停止除碱金属。
所述的步骤(3)中，系统阻力设计正常值根据工程需要选择即可。
所述的步骤(3)中，关闭第一阀门5和第二阀门7，以停止除碱金属操作；当炉内碱金属富集至影响高炉运行时，开启第一阀门5和第二阀门7，再次启动碱金属脱除操作。
发明原理：高炉是一个非常特殊的反应器，自下而上温度由高到低，离开风口区几乎都是还原性气氛密布的物料床，是一直在流动的复杂反应体系，而且是一个很难检测的黑匣子，各种化学元素在不同区域呈现不同状态，而且是多元共存状态。在不同的温度段组元不同，在不同温度段产生的结瘤物质是不同的。但有一点是共性的，都是由气态碱金属化合物遇到低温析出凝固造成的结露、结瘤。在高温区碱金属的氯化物、碳酸盐、硫酸盐、氰化物、氧化物、碱等各种化合物都有很高的蒸气压，都可以成为结瘤物质，进入到中温区，有些化合物就接近固态或进入固态，蒸气压会越来越低。在炉温低于800℃区域，就只有碱类化合物和氰化物才有蒸气压，所以高炉上部中低温区结瘤基本是钾钠碱和氰化物盐，而且氰化物蒸汽压很低。从安全和节能方面考虑，最好把取气点设置在700℃-900℃区域，脱除的碱金属化合物主要是氢氧化钠和氢氧化钾，它们的熔点低，流动性好，便于脱除后处理，产物也便于利用。
为了去除碱金属对高炉冶炼的影响，在碱金属有蒸汽压的区域将部分炉气引出炉外，做冷凝脱除碱金属处理，然后把脱除碱金属后的炉气再送回炉内，继续参与冶金反应。当上部碱金属被脱除后，就减少了碱金属的循环富集量，下部高温区碱金属化合物量就会减少，它们化合物的蒸气压随之降低，下部形成的物料糊堵和结瘤问题也就自然解决了。炉料的反应活性会得到改善，透气性变好，不再产生结瘤现象，物料会更顺行，冶炼效率会提高，高炉阻力会减少，总体能源消耗会降低。
炉内温度低的区域碱金属化合物蒸气压低，炉气中碱金属化合物的蒸气压低，在低温区取气，炉气带出的碱金属化合物蒸气少，在低温区引出炉气脱除碱金属的速度慢；温度高的区域炉气中的碱金属化合物蒸气压高，在高温区引出炉气脱除碱金属的速度快。但是在高温区域引出炉气脱除碱金属时，无法脱除上部低温区的碱金属，它们仍然会在炉子上部循环富集，只是会减轻一些。在炉子相对低温区引出炉气脱除碱金属会比较彻底，但是脱除碱金属的效率会比较低。如果炉料碱金属负荷大，会导致产生碱金属的速度大于脱除碱金属的速度，仍然不能彻底解决高炉碱金属富集。因此在选择引出炉气位置时，要考虑引出炉气量和引出炉气的碱金属蒸气压，要保证脱除碱金属的速度大于等于炉料带入碱金属的速度。当脱除上部碱金属化合物蒸气后，炉子下部的碱金属化合物蒸气压会降低，碱金属会逐渐上移，并发生相应化合物转化，高温区的碱金属结瘤问题会逐渐减轻，最后会彻底消失。上部低温区由于没有下部碱金属蒸气补充，也会相对减轻。因此，选择合适的炉气引出位置非常重要。在具体工程设计时，要根据高炉入炉料碱金属负荷，高炉温度分布，引出炉气区域有可能存在的几种碱金属化合物的饱和蒸气压曲线，经过计算，保证脱除碱金属速度大于炉料带入碱金属速度。在上部低温区做碱金属脱除后，炉渣中的碱金属量会很少，只有当炉内碱金属高度富集后，碱金属才会大量进入炉渣。在炉气中脱除碱金属对于高炉炉渣在建材上应用会非常有益。
在脱除碱金属时，高炉内的铅、锌、镉、锑等有色金属也会部分被脱除，对于高炉顺行是非常有益的。
对于入炉料碱金属负荷不是很高的高炉，可以采取定期脱除碱金属，对于入炉料碱金属负荷高的高炉，需要进行碱金属连续脱除。
本发明的有益效果：
高炉运行过程中，采用本发明改造的解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备，能够大幅去除碱金属对高炉冶炼的影响，通过在碱金属有蒸汽压的合理区域将部分炉气引出炉外，做冷凝脱除碱金属处理，脱除碱金属后的炉气再送回炉内，继续参与冶金反应。当上部碱金属被脱除后，碱金属的循环富集量相应减少，进一步实现下部高温区碱金属化合物量减少，下部碱金属化合物蒸气压随之降低，下部形成物料糊堵和结瘤问题相应解决。炉料反应活性大幅提高，透气性变好，不再产生结瘤现象，物料更顺行，冶炼效率明显提高，高炉阻力减少，实现总体能源消耗显著降低。
附图说明
图1为本发明实施例的解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备结构示意图，其中：
1-高炉主体，2-炉气引出管，3-下环形烟道，4-除碱金属设备，5-第一阀门，6-上环形烟道，7-第二阀门，8-引回气管，9-冷凝管，10-放液阀。
具体实施例方式
一种解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备，其结构示意图如图1所示，包括高炉主体1，所述的高炉主体1包括炉身较高温区(700℃-900℃)和炉身中低温区(500℃-650℃)，所述的炉身较高温区侧壁设有炉气引出管2，炉身中低温区侧壁设有引回气管8，所述的炉气引出管2与引回气管8之间设有除碱金属设备4，所述的除碱金属设备4内设有冷凝管9。
所述的炉气引出管2设于炉身较高温区(700℃-900℃)。
所述的高炉主体由下向上依次包括炉缸、风口区、炉腹、炉身、炉喉和炉顶；从风口区到炉顶温度逐渐降低。
所述的炉身较高温区位于炉身中部，炉身中低温区位于炉身上部。
所述的炉气引出管2通过下环形烟道3与除碱金属设备4相连通，所述的引回气管8通过上环形烟道6与除碱金属设备4相连通。如附图。
所述的下环形烟道2上设有第一阀门5。
所述的上环形烟道6上设有第二阀门7。
所述的冷凝管9设置若干个，所述的冷凝管9纵向均匀排布于除碱金属设备4内。
所述的除碱金属设备4底部设有碱金属收集槽，碱金属收集槽出口设有放液阀10。
一种解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露，采用上述设备进行，包括以下步骤：
(1)高炉炉气在高炉内由下向上运行，经过炉气引出管2，将部分高炉炉气引出，经过除碱金属设备4，通过设备内的冷凝管9冷凝脱除气态碱金属化合物，获得脱除碱金属后炉气，并在运行过程中保证V碱钠＞V炉钠，V碱钾＞V炉钾；其中，V炉钠为各种炉料带入炉内钠元素速度，V碱钠为钠元素脱除速度；V碱钾为钾元素脱除速度，V炉钾为炉料带入钾元素速度；
(2)所述的脱除碱金属后炉气经引回气管8自动返回高炉1炉内，继续参与炉内冶金反应；
(3)高炉炉气循环进行步骤(1)和步骤(2)操作，降低炉内碱金属蒸汽分压，当高炉系统阻力接近设计正常值时，停止除碱金属操作，当炉内碱金属富集至高炉系统阻力影响高炉正常冶炼设定值时，再次启动碱金属脱除操作，保证高炉持续平稳运行，炉内无碱金属化合物结瘤。
所述的步骤(1)中，高炉炉气为含碱金属化合物蒸汽炉气，所述的高炉炉气组分包括碱金属和有色金属，碱金属成分包括氢氧化物与氰化物，所述的氢氧化物包括氢氧化钾和氢氧化钠，所述的氰化物包括氰化钾和氰化钠；所述的有色金属包括铅、锌、镉和锑等。
所述的步骤(1)中，脱除碱金属设备4内冷凝管9设置有冷却介质，冷却介质为空气、水或其它气、液传热介质，优选空气。
所述的步骤(1)中，脱除碱金属过程为：含金属化合物蒸气的炉气流经除碱金属设备4，接触冷凝管9表面，由于冷凝管9表面温度低，碱金属化合物蒸汽在冷凝管9表面冷凝析出结露，获得冷凝碱液；所述的冷凝碱液受重力流到冷凝管下部，经碱金属收集槽收集，定期通过放液阀10放出。
所述的步骤(1)中，在从脱除碱金属设备放出碱金属过程中，当碱金属化合物流动性降低至影响脱除工艺时，采用(1)通过降低冷凝管冷却强度，提高脱除碱金属设备4内的温度，以改善碱金属化合物的流动性，因冷凝管上冷凝的物质为很多物质的混合物，成分比例是变化的，熔点也是变化的，在相同温度下流动性也是变化的，操作人员可根据现场放碱金属化合物时流动情况做调整；(2)在放碱金属化合物前30-60min降低冷凝管冷却强度，以改善碱金属化合物流动性，可缩短放液时间。
所述的指标控制需考虑参数包括高炉入炉料碱金属负荷、高炉温度分布、引出炉气区域有可能存在的几种碱金属化合物的饱和蒸气压曲线。
所述的步骤(1)中，通过计算参数包括炉内碱金属富集量、碱金属在炉内的蒸汽浓度、单位时间可以脱除碱金属化合物的量，以保证V碱钠＞V炉钠，V碱钾＞V炉钾；所述的V碱钠为最大取气量时，取气点处炉气温度下氢氧化钠饱和态下钠元素的脱除速度；V炉钠为高炉入炉料带入钠元素的速度；V碱钾为最大取气量时，取气点处炉气温度下，氢氧化钾为饱和态下钾元素的脱除速度；V炉钾为高炉入炉料带入钾元素的速度。氰化物量较少，简化忽略不计。
所述的炉内碱金属富集量根据入炉料碱金属负荷计算；所述的碱金属在炉内的蒸汽浓度根据高炉主体1内取气处温度查氢氧化钠、氢氧化钾饱和蒸压表并计算获得，单位时间可以脱除碱金属化合物的量根据引出气体量和引出气体处温度下碱金属饱和蒸汽浓度，通过计算获得。为简化计算，脱除碱金属效率按照100％计算。
所述的步骤(1)中，脱除碱金属后炉气经引回气管8自动返回高炉1炉内，动力来自于炉气引出管2处与引回气管8处的炉内压力差，无需外在动力；其中，所述的冷凝管9表面温度为400℃-500℃。
所述的步骤(1)中，氢氧化钾熔点为360℃，氢氧化钠熔点为318.4℃，氰化钾熔点为634℃，氰化钠熔点为563.7℃，引气温度在700℃-900℃时，氰化物分压很低，冷凝回收产物中绝大部分是氢氧化钾和氢氧化钠，控制末端冷却管壁在400℃-500℃，既可以保证冷凝捕捉碱金属化合物，又可以保证冷凝产物有较好的流动性。
所述的步骤(1)中，脱除碱金属后炉气仍含有部分碱金属化合物蒸汽，随炉气返回高炉1内，在遇到低温物料时会被低温炉料捕捉，再次回到炉内循环，经过反复脱除捕捉，高炉1内的碱金属蒸汽分压逐渐减低，至高炉正常运行时，停止除碱金属。
所述的步骤(3)中，关闭第一阀门5和第二阀门7，以停止除碱金属操作；当炉内碱金属富集至影响高炉运行时，开启第一阀门5和第二阀门7，再次启动碱金属脱除操作。
实施例1
某钢铁公司1200m3高炉，由于炉料碱金属负荷大，经常形成碱金属富集，造成炉内多处结瘤，高炉阻力增加，炉料反应活性变差，严重影响了高炉冶炼顺行。为此，在大修时，采用本技术对高炉进行改造。改造后的解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备结构示意图如图1所示，具体的：
1、在高炉1炉身正常冶炼800℃的位置周边，对称均匀设置了8个炉气引出管2，炉气引出管2与下环形烟道3相连通，下环形烟道3与除碱金属设备4相连接，3、4中间设阀门5，除碱金属设备4尾部与上环形烟道6相连接，4、6中间设阀门7，上环形烟道6通过一组引回气管8与高炉1炉内连接，2与8之间的距离2.6米；
2、含碱金属化合物蒸汽的炉气通过炉气引出管2部分被引出，通过下环形烟道3及连接管引入除碱金属设备4,通过设备内的冷凝管冷凝脱除气态碱金属化合物，脱除碱金属后的炉气从设备尾部通过连接管道进入上环形烟道6，在通过引回气管8返回高炉1炉内，继续参与炉内冶金反应。动力来自于引出炉气管2处与引回气管8处的炉内压力差；并保证V碱钠＞V炉钠，V碱钾＞V炉钾；
3、脱除碱金属设备4内设置有冷凝管9，冷却介质采用空气。
4、脱除碱金属过程是：含碱金属化合物蒸气的炉气，在遇到除碱金属设备4内设置的冷凝管9表面时，由于冷凝管表面温度低，碱金属蒸气会在冷凝管表面冷凝析出结露。控制冷凝管表面温度在450℃-500℃。这个温度氢氧化钾和氢氧化钠的流动性都很好。在脱除碱金属同时，也有部分金属锌被脱除，锌的熔点为419.5℃，在450℃以上温度锌的流动性也很好。碱金属化合物和少量锌冷凝在冷却管表面后受重力流到冷凝管下部，然后滴落到除碱金属设备4的底部碱金属收集槽内，定期通过放液阀门10放出。锌的比重比碱金属化合物比重大，沉积在收集槽的底部，打开放液阀门10时，首先流出的是金属锌，出完锌后流出的是碱金属化合物，主要是氢氧化钠和氢氧化钾混合物，它们一并出到保温罐内，然后分离。
5、炉气在通过除碱金属设备4时，炉气中的碱金属不可能全部脱除，会随炉气返回高炉1内，在遇到低温物料时会被低温炉料捕捉，再次回到炉内循环，经过反复脱除捕捉，高炉1内的碱金属蒸汽分压逐渐减低，除碱金属设备运行70小时时，设备一切恢复正常，利用系数恢复到正常时的4.0。决定停止除碱金属。关闭阀门5和阀门7，待碱金属富集到影响高炉运行时，再次启动脱除碱金属设备。
6、脱除碱金属和锌后，经过运行3个月，高炉阻力增加，利用系数降低到3.2。因此再次启动除碱金属设备，运行3天后高炉运行恢复正常，利用系数由3.2提高到4.0，综合焦比由580公斤/吨铁，降低到560公斤/吨铁。再次停掉除碱金属设备。经过一年运行，基本是每次间隔3-4个月启动一次设备。
对比例1-1
同实施例1，区别在于，炉气引出管2位置下调，设置在高炉1炉身正常冶炼1000℃的位置周边，经检测，引出气体的温度高，碱金属化合物的蒸汽分压升高，脱除碱金属化合物的速度加快，仅运行40小时，高炉即实现基本正常运行，但是不如刚刚开炉时状态。继续运行40小时，没有进一步优化。经检测，上部碱金属化合物富集无法彻底脱除，运行状态一直不如刚刚启炉时状态。
对比例1-2
同实施例1，区别在于，炉气引出管2位置上调，设置在高炉1炉身正常冶炼600℃的位置周边，经检测，因引出烟气温度降低，碱金属蒸汽分压降低，脱除碱金属化合物的速度降低，运行两个月左右炉况仍然在继续改善，仍未恢复到启炉时状态，经计算发现，入炉料带入碱金属速度接近除碱金属速度，为此，加大焦比，适当提高炉温，使取气口处温度上升到720℃，继续运行3天后炉况恢复到启炉时状态。然后恢复原来焦比，除碱金属设备一直在线运行。稳定运行7个月，高炉顺行较好。高炉利用系数较高，焦比达到初始运行的最低状态。运行8个月后感觉高炉阻力增加，再次提高焦比，使炉温上升，使取气点处温度升高至710℃左右，继续运行4天左右，炉况又恢复到最佳状态。
综合对比例可见，要根据入炉料碱金属负荷折中确定引出炉气位置。在脱除碱金属化合物过程中，通过调整炉温，改变引出炉气位置炉气温度，配合脱除碱金属。
实施例2
某钢铁公司1200m3高炉，由于炉料碱金属负荷大，经常形成碱金属富集，造成炉内多处结瘤，高炉阻力增加，炉料反应活性变差，严重影响了高炉冶炼顺行。为此，在大修时，采用本技术对高炉进行改造。改造后的解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备结构示意图如图1所示，具体的：
1、在高炉1炉身正常冶炼850℃的位置周边，对称设置了8个炉气引出管2，炉气引出管2与下环形烟道3相连通，下环形烟道3与除碱金属设备4相连接,3、4中间设阀门5，除碱金属设备4尾部与上环形烟道6相连接，4、6中间设阀门7，上环形烟道6通过一组引回气管8与高炉1炉内连接，2与8之间的距离2.6米；
2、含碱金属化合物蒸汽的炉气通过炉气引出管2部分被引出，通过下环形烟道3及连接管引入除碱金属设备4,通过设备内的冷凝管冷凝脱除气态碱金属化合物，脱除碱金属后的炉气从设备尾部通过连接管道进入上环形烟道6，在通过引回气管8返回高炉1炉内，继续参与炉内冶金反应。动力来自于引出炉气管2处与引回气管8处的炉内压力差；并保证V碱钠＞V炉钠，V碱钾＞V炉钾；
3、所述的脱除碱金属设备4内设置有冷凝管9，冷却介质采用空气。
4、脱除碱金属过程是：含碱金属化合物蒸气的炉气，在遇到除碱金属设备4内设置的冷凝管9表面时，由于冷凝管表面温度低，碱金属蒸气会在冷凝管表面冷凝析出结露。控制冷凝管表面温度在450℃-500℃。这个温度氢氧化钾和氢氧化钠的流动性都很好。在脱除碱金属同时，也有部分金属锌被脱除，锌的熔点为419.5℃，在450℃以上温度锌的流动性也很好。碱金属化合物和少量锌冷凝在冷却管表面后受重力流到冷凝管下部，然后滴落到除碱金属设备4的底部碱金属收集槽内，定期通过放液阀门10放出。锌的比重比碱金属化合物比重大，沉积在收集槽的底部，打开放液阀门10时，首先流出的是金属锌，出完锌后流出的是碱金属化合物，主要是氢氧化钠和氢氧化钾混合物，它们一并出到保温罐内，然后分离。
5、炉气在通过除碱金属设备4时，炉气中的碱金属不可能全部脱除，会随炉气返回高炉1内，在遇到低温物料时会被低温炉料捕捉，再次回到炉内循环，经过反复脱除捕捉，高炉1内的碱金属蒸汽分压逐渐减低，除碱金属设备运行50小时时，设备基本恢复正常，利用系数恢复由启动除碱金属前的3.0恢复到3.9。与刚启炉时的利用系数4.0略低。继续运行24小时，仍然没有变化，怀疑取气温度高，上部仍然有部分碱金属循环富集，对冶炼稍有影响。决定停止除碱金属。关闭阀门5和阀门7，待碱金属富集到影响高炉运行时，再次启动脱除碱金属设备。
6、脱除碱金属和锌后，经过运行75天时，高炉阻力增加，利用系数降低到3.0。因此再次启动除碱金属设备，运行3天后高炉运行恢复正常，利用系数由3.0提高到3.9，综合焦比由580公斤/吨铁，降低到565公斤/吨铁。再次停掉除碱金属设备。经过一年运行，基本是每次间隔3-4个月启动一次设备。
实施例3
某钢铁公司1080m3高炉，由于炉料碱金属负荷大，经常形成碱金属富集，造成炉内多处结瘤，高炉阻力增加，炉料反应活性变差，严重影响了高炉冶炼顺行。为此，在大修时，采用本技术对高炉进行改造。改造后的解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备结构示意图如图1所示，具体的：
1、在高炉1炉身正常冶炼750℃的位置周边，对称设置了8个炉气引出管2，炉气引出管2与下环形烟道3相连通，下环形烟道3与除碱金属设备4相连接,3、4中间设阀门5，除碱金属设备4尾部与上环形烟道6相连接，4、6中间设阀门7，上环形烟道6通过一组引回气管8与高炉1炉内连接，引回气管设置6个对称布置，2与8之间的距离2.6米；
2、含碱金属化合物蒸汽的炉气通过炉气引出管2部分被引出，通过下环形烟道3及连接管引入除碱金属设备4,通过设备内的冷凝管冷凝脱除气态碱金属化合物，脱除碱金属后的炉气从设备尾部通过连接管道进入上环形烟道6，在通过引回气管8返回高炉1炉内，继续参与炉内冶金反应。动力来自于引出炉气管2处与引回气管8处的炉内压力差；并保证V碱钠＞V炉钠66V碱钾＞V炉钾；
3、所述的脱除碱金属设备4内设置有冷凝管9，冷却介质采用空气。
4、脱除碱金属过程是：含碱金属化合物蒸气的炉气，在遇到除碱金属设备4内设置的冷凝管9表面时，由于冷凝管表面温度低，碱金属蒸气会在冷凝管表面冷凝析出结露。控制冷凝管表面温度在450℃-500℃。这个温度氢氧化钾和氢氧化钠的流动性都很好。在脱除碱金属同时，也有部分金属锌被脱除，锌的熔点为419.5℃，在450℃以上温度锌的流动性也很好。碱金属化合物和少量锌冷凝在冷却管表面后受重力流到冷凝管下部，然后滴落到除碱金属设备4的底部碱金属收集槽内，定期通过放液阀门10放出。锌的比重比碱金属化合物比重大，沉积在收集槽的底部，打开放液阀门10时，首先流出的是金属锌，出完锌后流出的是碱金属化合物，主要是氢氧化钠和氢氧化钾混合物，它们一并出到保温罐内，然后分离。
5、炉气在通过除碱金属设备4时，炉气中的碱金属不可能全部脱除，会随炉气返回高炉1内，在遇到低温物料时会被低温炉料捕捉，再次回到炉内循环，经过反复脱除捕捉，高炉1内的碱金属蒸汽分压逐渐减低，除碱金属设备运行168小时时，设备一切恢复正常，利用系数从启动设备时的3.4恢复到正常时的4.5。决定停止除碱金属。关闭阀门5和阀门7，待碱金属富集到影响高炉运行时，再次启动脱除碱金属设备。
6、脱除碱金属和锌后，经过运行4个月，高炉阻力增加，利用系数降低到3.3。因此再次启动除碱金属设备，运行168后高炉运行恢复正常，利用系数由3.3提高到4.5，综合焦比由580公斤/吨铁，降低到556公斤/吨铁。再次停掉除碱金属设备。经过一年运行，基本是每次间隔3-4个月启动一次设备。
Claims (9)
1.解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备，其特征在于，包括高炉主体，所述的高炉主体1包括炉身较高温区和炉身中低温区，所述的炉身较高温区侧壁设有炉气引出管，炉身中低温区侧壁设有引回气管，所述的炉气引出管与引回气管之间设有除碱金属设备，所述的除碱金属设备内设有冷凝管，其中：
所述的炉身较高温区温度为700-900℃；
所述的炉身中低温区温度500-650℃。
2.根据权利要求1所述的解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备，其特征在于，所述的炉气引出管设于炉身较高温区上段；所述的炉气引出管周向对称均匀设置若干支，所述的引回气管周向对称均匀设置若干支。
3.根据权利要求1所述的解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备，其特征在于：
所述的炉气引出管通过下环形烟道与除碱金属设备相连通，所述的引回气管通过上环形烟道与除碱金属设备相连通；
所述的下环形烟道上设有第一阀门，所述的上环形烟道上设有第二阀门；
所述的冷凝管设置若干个，所述的冷凝管纵向均匀排布于除碱金属设备内；
所述的除碱金属设备底部设有碱金属收集槽，碱金属收集槽出口设有放液阀。
4.解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的方法，其特征在于，采用上述设备进行，包括以下步骤：
(1)高炉炉气在高炉内由下向上运行，经过炉气引出管2，将部分高炉炉气引出，经过除碱金属设备4，通过设备内的冷凝管冷凝脱除气态碱金属化合物，获得脱除碱金属后炉气，并在运行过程中保证V碱钠＞V炉钠，V碱钾＞V炉钾；其中，V炉钠为单位时间内各种炉料带入炉内碱金属量，即炉料带入钠元素的速度；V碱钠为脱除钠元素的速度；V碱钾为脱除钾元素的速度，V炉钾为炉料带入钾元素的速度；
(2)所述的脱除碱金属后炉气经引回气管自动返回高炉炉内，继续参与炉内冶金反应；
(3)高炉炉气循环进行步骤(1)和步骤(2)操作，降低炉内碱金属蒸汽分压，当高炉系统阻力达到设计正常值时，停止除碱金属操作，当炉内碱金属富集至高炉系统阻力超出设计正常值，影响高炉正常冶炼时，
当高炉系统阻力接近设计正常值时，停止除碱金属操作，当炉内碱金属富集至高炉系统阻力影响高炉正常冶炼设定值时，再次启动碱金属脱除操作，保证高炉持续平稳运行，炉内无碱金属化合物结瘤。
5.解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，高炉炉气为含碱金属化合物蒸汽炉气，所述的高炉炉气组分包括碱金属和有色金属，碱金属成分包括氢氧化物与氰化物，所述的氢氧化物包括氢氧化钾和氢氧化钠，所述的氰化物包括氰化钾和氰化钠；所述的有色金属包括铅、锌、镉和锑。
6.解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，脱除碱金属过程为：含金属化合物蒸气的炉气流经除碱金属设备，接触冷凝管表面，碱金属化合物蒸汽在冷凝管表面冷凝析出结露，获得冷凝碱液；所述的冷凝碱液受重力流到冷凝管下部，经碱金属收集槽收集，定期通过放液阀放出；在从脱除碱金属设备放出碱金属过程中，当碱金属化合物流动性降低至影响脱除工艺时，采用通过降低冷凝管冷却强度，提高脱除碱金属设备内的温度，以改善碱金属化合物的流动性；或在放碱金属化合物前30-60min降低冷凝管冷却强度，以改善碱金属化合物流动性，缩短放液时间。
7.解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，脱除碱金属后炉气经引回气管自动返回高炉炉内，动力来自于炉气引出管处与引回气管处的炉内压力差，无需外在动力；其中，所述的冷凝管表面温度为400℃-500℃。
8.解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，脱除碱金属后炉气仍含有部分碱金属化合物蒸汽，随炉气返回高炉内，在遇到低温物料时会被低温炉料捕捉，再次回到炉内循环，经过反复脱除捕捉，高炉内的碱金属蒸汽分压逐渐减低，至高炉正常运行时，停止除碱金属。
9.解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，关闭第一阀门和第二阀门，以停止除碱金属操作；当炉内碱金属富集至影响高炉运行时，开启第一阀门和第二阀门，再次启动碱金属脱除操作。
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| CN202111419211.5A Pending CN113957186A (zh) | 2021-11-26 | 2021-11-26 | 解决高炉碱金属炉壁结瘤及炉料表面结露的设备及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115572779A (zh) * | 2022-09-30 | 2023-01-06 | 天津钢铁集团有限公司 | 一种快速处理高炉炉墙粘接的方法 |
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2021
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