高鋅原料對高爐生產(chǎn)的危害及控制

陳生利，鄧 輝，吳啟劍

(寶鋼集團韶關(guān)鋼鐵公司煉鐵廠，廣東韶關(guān)512123)

1 引言

韶鋼3號高爐，有效容積為420m3。隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展，高爐冶煉技術(shù)的進步，各項經(jīng)濟技術(shù)指標持續(xù)改善。到2013年，燃料比下降到歷史最低水平，全年燃料比控制在545kg/t。但是，由于入爐原料帶來的鋅對高爐危害十分嚴重，加上操作制度的不合理等，韶鋼1#高爐，6#高爐都因鋅負荷過高導(dǎo)致出現(xiàn)爐墻結(jié)瘤現(xiàn)象，唯有3#高爐在長期高鋅原料入爐的情況下依然保持順行穩(wěn)定。因此，在這與大家一起探討高鋅原料條件下一些有效地操作經(jīng)驗，為高鋅原料冶煉找到更好的應(yīng)對措施。原料中鋅負荷對高爐冶煉的危害日漸受到重視，不控制有害物鋅的入爐，不及時有效的將鋅隨瓦斯灰排出，鋅就必然會在高爐內(nèi)不斷的循環(huán)富集，給高爐帶來一系列的不利影響。

2 原料中鋅及其化合物

2.1 鋅及其化合物特征

鋅是有色重金屬，在高爐原料中屬于微量元素，鋅及其一般化合物的基本性質(zhì)如表1所示。

表1 鋅及其化合物基本性質(zhì)

2.2 鋅在原料中存在形式

在富礦及精礦粉中，鋅主要以閃鋅礦ZnS、碳酸鋅ZnCO3及含水碳酸鹽鋅形式存在。在燒結(jié)礦中，鋅多數(shù)以鐵酸鋅ZnFe2O3、硅酸鋅Zn2SiO4、硫化鋅形式存在。在高爐爐塵中，鋅主要以紅鋅礦(Zn，Mn)O、鋅鐵尖晶石、硅酸鋅形式存在。

3 韶鋼3#高爐入爐原料中的鋅負荷情況

由于成本壓力，韶鋼3#燒結(jié)機配礦主要由地方礦加少量精礦粉組成見表2。加上入爐生礦主要是地方大寶山礦加海南礦，再配少量進口生礦，導(dǎo)致入爐鋅負荷長期處于較高水平。

表2 韶鋼3#高爐入爐鋅負荷情況

4 有害元素鋅對高爐冶煉的影響

鋅進入高爐后，隨著爐料與煤氣流的運動過程中，不斷進行固態(tài)－液態(tài)－氣態(tài)的轉(zhuǎn)換，在高爐內(nèi)循環(huán)富集。主要是形成較低熔點的物質(zhì)結(jié)瘤，破壞爐襯，降低焦碳反應(yīng)強度如圖1，對高爐造成嚴重危害。所有入爐原料鋅負荷高的高爐，均表現(xiàn)為指標變差，風(fēng)口有變形，爐身易結(jié)瘤等現(xiàn)象。其中，結(jié)瘤表現(xiàn)最為突出，使高爐正常生產(chǎn)受到阻礙，并大幅度增加冶煉成本。

圖1 3#高爐原料鋅含量與焦比關(guān)系圖

4.1 鋅對韶鋼1#、6#高爐生產(chǎn)的危害情況

400m3級1#高爐，750m3級 6#高爐，在高鋅原料使用條件下，加上1#高爐，6#高爐均處于爐齡后期，大量鋅在爐內(nèi)循環(huán)富集。加上長期無法改變原料條件下，操作上煤氣流分布的不合理，爐墻保護性渣皮不穩(wěn)定，冷卻壁漏水沒及時有效控制等因素，必然導(dǎo)致鋅在爐內(nèi)不斷積累，最終形成爐墻結(jié)瘤。1#高爐在2010年底出現(xiàn)較大變化，突出表現(xiàn)為:爐缸工作不活躍，風(fēng)口易來渣，爐況基本順行無法滿足，經(jīng)常塌料，邊緣無法出現(xiàn)均勻氣流，管道氣流多，爐頂溫度高且四周溫度偏差大，基本操作制度對爐況調(diào)節(jié)無改善，爐況處于不受控狀態(tài)。對此，2010年底對1#高爐進行降料線停爐炸瘤。6#高爐于2009年開始出現(xiàn)氣流不合理分布狀態(tài)，爐身開始結(jié)瘤，同樣出現(xiàn)無法做出邊緣氣流，隨后結(jié)瘤越來越嚴重，幾乎是靠中心管道氣流吹出，任何調(diào)節(jié)手段對高爐氣流分布無影響，以至于2009年下半年對高爐組織停爐大修。從停爐下來觀察，爐身約1/2體積處于結(jié)瘤狀態(tài)。從風(fēng)口中小套來分析，均存在上翹現(xiàn)象。主要是爐內(nèi)鋅蒸汽順著冷卻設(shè)備周圍縫隙下到風(fēng)口，冷凝為液態(tài)，進入風(fēng)口組合磚，使體積膨脹，造成風(fēng)口上翹。從6#高爐風(fēng)口來看，上翹率在70%以上。風(fēng)口上翹必然導(dǎo)致送風(fēng)制度受到嚴重影響，從而改變爐缸初始煤氣分布，對高爐操作造成嚴重影響。通過提取風(fēng)口流出銀白色金屬液體進行化驗，得出鋅含量高達60%。

4.2 高鋅原料對韶鋼3#高爐危害情況

從3#高爐計劃檢修來看，每季度計劃休風(fēng)一次，四條上升管都有明顯的銀白色物質(zhì)造成結(jié)厚現(xiàn)象，每次都需組織人員對上升管進行清理。通過取樣分析，主要結(jié)厚原因是大量鋅蒸汽隨煤氣上升，在上升管開始冷凝，附著在管道壁造成。鋅的熔點為419.5℃，從實際操作經(jīng)驗分析來看，3#高爐入爐原料含鋅負荷較高時期，爐頂上升管四點溫度經(jīng)常處于較高水平，有時爐頂溫度高達400℃以上，加上高速運行的煤氣流，爐內(nèi)鋅蒸汽便隨煤氣流上升，多數(shù)附在瓦斯灰及布袋灰上，少量冷凝在上升管壁，部分回落于爐內(nèi)循環(huán)富集。

4.3 鋅對焦炭質(zhì)量的影響

高鋅原料入爐，鋅可破壞焦碳強度，導(dǎo)致焦比增加。在焦碳與爐料運動過程中，焦碳會吸附隨煤氣上升的鋅蒸汽，附著在焦碳上的鋅加速了碳素溶解反應(yīng)(C+CO2=2CO)，使焦碳強度降低。研究表明:還原1公斤鋅，需要消耗11公斤焦碳。而鋅氧化一般發(fā)生在高爐上部，放出的熱必然導(dǎo)致爐頂煤氣溫度升高。因此，入爐原料鋅負荷增加，必然導(dǎo)致焦比增加，從而增加冶煉成本。

5 如何有效控制入爐原料鋅負荷

作為韶鋼420m3級高爐，加上成本壓力，大量地方資源需要消化，必然導(dǎo)致入爐原料鋅負荷高。加上4#燒結(jié)機使用十幾年，已經(jīng)處于老化狀態(tài)，燒結(jié)技術(shù)及工藝限制，無法避免燒結(jié)礦的波動。只有從原料配礦開始入手，優(yōu)化配礦模式，降低入爐鋅含量，盡量避免使用瓦斯灰及布袋灰返回?zé)Y(jié)工序。通過工藝改進，對燒結(jié)機除塵灰實行外排，降低燒結(jié)礦含鋅量。對于地方生礦，盡量從最優(yōu)配比入手，將入爐鋅含量降到最低水平。

6 在生產(chǎn)中可采取的高爐操作技術(shù)

高爐順行是組織生產(chǎn)的前提保證。在原料無法改變的情況下，通過強化內(nèi)部操作人員的管理，精心細化操作，保證高爐熱制度及造渣制度的穩(wěn)定。高爐操作人員要有結(jié)合外部條件快速判斷爐況的能力，只有對爐況準確判斷，才能通過及時調(diào)節(jié)基本操作制度確保高爐的穩(wěn)定順行。時刻要以爐況順行為工作重點，杜絕虧料，保證煤氣流分布合理，避免邊緣局部氣流發(fā)展，盡量做均勻邊緣氣流，同時做出中心氣流。

6.1 穩(wěn)定高爐日常操作制度

在日常操作中，必須穩(wěn)定爐溫，提高爐溫穩(wěn)定率，實行中硅中硫操作。保證爐缸熱量充足，爐缸處于活躍狀態(tài)。3#高爐操作制度規(guī)定:Si:0.45% ～0.65%，S:0.025% ～0.05%，爐渣堿度控制在1.05～1.15水平，鐵水溫度控制在1 475℃ ±10℃水平，保證爐渣流動性好。將穩(wěn)定操作參數(shù)，提高爐溫穩(wěn)定率作為高爐煉鐵工作者日常操作考核依據(jù)。通過長期的量化管理，3號高爐鐵水成分控制取得了十分顯著的成績，如表3所示。

表3 2013年3#高爐鐵水成分指標

6.2 控制好爐內(nèi)煤氣流分布

實踐證明:有效排鋅的主要渠道是通過高爐上升煤氣將鋅帶走，煤氣帶走鋅量是入爐鋅量的90%以上。結(jié)合入爐原料特點，煉鐵工作者應(yīng)該以做出中心氣流，均勻穩(wěn)定邊緣氣流作為爐內(nèi)氣流調(diào)節(jié)方向。同時滿足相對適宜的煤氣流速及溫度，才能保證排鋅工作順利進行，真正減少鋅在爐內(nèi)循環(huán)附集量。在日常操作中，必須時刻觀察煤氣分布特點，發(fā)現(xiàn)氣流有偏向時，及時查找原因。根據(jù)原因，采用扇形布料或者是改變裝料制度見表4，改變料線等方式扭轉(zhuǎn)氣流，隨時保證有均勻的邊緣氣流，有穩(wěn)定的中心氣流分布。在出現(xiàn)滑料及塌料時，必須控制好深料線布料角度，采取臨時退礦批或者控壓操作，以穩(wěn)定爐內(nèi)煤氣流，杜絕掛料引起高爐坐料。如上部調(diào)節(jié)無效時，須及時找機會調(diào)整風(fēng)口，改變爐缸煤氣初始分布，從而保證合理煤氣流要求。

表4 3#高爐基本裝料制度

6.3 加強高爐冷卻系統(tǒng)的監(jiān)控

要求高爐管工定期對冷卻系統(tǒng)組織查水工作，同時每天測量高爐冷卻系統(tǒng)水溫差，根據(jù)水溫變化特點及爐內(nèi)煤氣流分布及時調(diào)節(jié)。每天需取高爐煤氣成分化驗，根據(jù)高爐煤氣中氫氣含量初步判斷爐內(nèi)冷卻壁是否存在漏水。如發(fā)現(xiàn)漏水須及時控制水量，嚴重時可封堵漏水冷卻壁，防止冷卻壁漏水導(dǎo)致爐溫失控。冷卻系統(tǒng)漏水必然引起高爐煤氣流分布失常，鋅蒸汽更易在漏水區(qū)域結(jié)厚甚至結(jié)瘤。

6.4 加強入爐原料的篩分管理，減少入爐粉末量

根據(jù)原料特點，要求上料員工每兩小時組織一次打篩工作，確保篩分效果。現(xiàn)場管理人員須隨時檢查篩分情況，并將篩分工作納入上料員工考核指標。針對地方生礦夾帶泥土多，雨季很難篩分等特點，要求在地方礦進入場地時組織水洗工作。通過強化篩分管理，入爐粉末量得到有效控制，基本能維持在規(guī)定水平，使得高爐透氣性得到改善。

6.5 加強出渣鐵管理

要保證爐缸活躍，須及時出盡渣鐵，為高爐下料均勻制造合理的空間，同時可以改善煤氣流分布，維持合理操作爐型。合理選擇鐵口深度及角度，保證每爐出鐵時間滿足50min水平，見渣率必須達到100%，并將鐵口合格率作為爐前考核依據(jù)。嚴格執(zhí)行有利于高爐順行的各項規(guī)章制度，爐前崗位必須在煉鐵工組織下有效完成出渣鐵工作。只有在高爐順行的基礎(chǔ)上，排鋅工作才能順利進行。

6.6 加強對入爐鋅含量的監(jiān)控

高爐操作人員必須每天計算鋅及堿金屬入爐量，找出變化趨勢，總結(jié)爐內(nèi)操作的變化特點。每周對瓦斯灰、布袋灰成分進行化驗分析，根據(jù)瓦斯灰布袋灰排鋅量算出在爐內(nèi)循環(huán)富集的鋅量。結(jié)合生產(chǎn)實際，定期采取排鋅排堿措施，確保鋅堿含量在爐內(nèi)處于可控水平。

7 結(jié)語

鋅的循環(huán)富集，主要是高爐原料帶入鋅量與排放鋅量不對等的循環(huán)及燒結(jié)與高爐生產(chǎn)環(huán)節(jié)的循環(huán)造成。在降低煉鐵成本的同時，必須注重爐料中有害物質(zhì)的控制，對高爐冶煉實現(xiàn)高產(chǎn)、低耗、安全、長壽的操作方針，才能取得事半功倍的成績。鋅在爐內(nèi)的循環(huán)富集，必然破壞爐襯，嚴重時會引起結(jié)瘤，威脅高爐安全及長壽。高爐操作者必須對高鋅原料冶煉有深刻的認識，同時必須要在高鋅冶煉技術(shù)上取得一定的進步。

排鋅主要是通過高爐煤氣，必須要改進高爐操作技術(shù)，改善原料條件，加強對鋅及有害元素的監(jiān)控，保持合理的操作爐型，增加入爐鋅的排放量，才能有效減少或避免爐墻結(jié)厚結(jié)瘤現(xiàn)象的發(fā)生。