鋅在高爐生產(chǎn)中的危害機(jī)理分析及其防治

羅茂春

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東 萊蕪 271104）

在高爐的正常生產(chǎn)過程中，如果原料當(dāng)中含有微量元素鋅以及鐵元素共存的情況下，在使用過程中不斷的富集就會在高爐的內(nèi)壁結(jié)瘤，產(chǎn)生懸料等情況，直接造成消耗升高以及爐況不順等比較嚴(yán)重的影響，還可能會造成高爐的爆炸所帶來的一系列災(zāi)難。隨著我國社會科技的不斷發(fā)展，目前高爐煉鐵最主要目的就是為了能夠降低生鐵的成本，最常用的方法就是在燃燒原料中配加一定的煉鋼污泥以及高爐灰塵等一些含有鐵元素的雜料，如此一來雖然對于降低生鐵的成本有一定的作用。產(chǎn)生此情況的原因主要是因為鋅元素會在高爐中不斷的富集，積少成多最終形成足以危害到高爐的結(jié)瘤或者是懸料。

因此對于在高爐煉鐵的生產(chǎn)過程中要對鋅元素的含量把控到位，要嚴(yán)格的管理與控制高爐中的鋅，只有將鋅元素控制在安全范圍內(nèi)才能夠在真正意義上實現(xiàn)高爐的安全管理和穩(wěn)定生產(chǎn)的要求。

1 鋅在高爐中的存在形式

1.1 高爐中鋅的來源以及高爐內(nèi)部鋅的循環(huán)富集原理

鋅是一種金屬元素，鋅單質(zhì)表現(xiàn)為一種白色常溫下固態(tài)的金屬，熔沸點分別為419℃以及907℃。在化學(xué)中因為鋅單質(zhì)較為活潑具有一定的還原性，因在大自然中常常是以氧化鋅（ZnO紅鋅礦）以及硫化鋅（ZnS閃鋅礦）這兩種化合物的形態(tài)存在，當(dāng)然在特殊的自然環(huán)境下也會以碳酸鹽或者是硅酸鹽的形式存在。鋅在高爐下部以汽態(tài)形式分散于高爐煤氣之中并隨之上升，一部分滲入高爐爐襯的氣孔之中，一部分被高爐生產(chǎn)所加的爐料吸收，還有一部分隨高爐煤氣從上升管爐頂逸出爐外，進(jìn)入煤氣管道的除塵系統(tǒng)。

1.1.1 高爐內(nèi)壁上的小循環(huán)鋅的富集

在高爐生產(chǎn)過程中添加含鋅原料后，在高溫和氧氣以及原料中存在的CO、C、Fe等比鋅更活潑的元素共同作用下鋅元素會發(fā)生反應(yīng)生成固態(tài)的氧化鋅（ZnO）。當(dāng)氧化鋅生成之后向高爐的下部流動，高爐下部的溫度一般為1000攝氏度以上，當(dāng)液體氧化鋅在此溫度的作用下又會被還原形成鋅單質(zhì)，并且在此溫度下鋅單質(zhì)無法以固態(tài)或者液態(tài)的形式存在，而是形成鋅蒸汽分散于爐內(nèi)各個部分，當(dāng)鋅蒸汽隨著煤氣上升的過程中，在溫度降低的爐壁上部因為鋅蒸汽較為活潑，因此與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)又恢復(fù)成氧化鋅，并且隨著溫度的逐漸降低，氧化鋅形成小顆粒。一部分氧化鋅小顆粒隨著煤氣從爐頂排出到高爐的外部，但還有一部分氧化鋅小顆粒會附著在處于下降的爐料上，并隨著爐料在此進(jìn)入高溫區(qū)域，重復(fù)著上述的有關(guān)氧化與還原等化學(xué)反應(yīng)，周而復(fù)始，無限循環(huán)，最終在高爐內(nèi)部形成了鋅的循環(huán)與富集。

1.1.2 在高爐系統(tǒng)以及燒結(jié)中有關(guān)鋅的循環(huán)

在高爐內(nèi)部高溫區(qū)間鋅在高溫的作用下汽化成鋅單質(zhì)的蒸汽，跟隨著煤氣的上升而上升，但高爐上部溫度會隨著往上逐漸降低，因此會冷卻并于空氣氧氣發(fā)生反應(yīng)，再次被氧化成氧化鋅ZnO，一部分附著在爐料上再次進(jìn)行反應(yīng)，另一部分會隨著荒煤氣而被排除到爐外。

對于這一部分被排出到爐外的氧化鋅會隨著煤氣進(jìn)入煤氣清洗系統(tǒng)當(dāng)中，并在管道內(nèi)壁或者除塵灰當(dāng)中吸附沉積。

1.2 鋅含量過高帶來的危害

1.2.1 對原燃料的冶金性能有著較大的影響

當(dāng)高爐內(nèi)部的鋅蒸汽因為溫度的降低形成氧化鋅之后，會對高爐內(nèi)部原料冶金性能造成很大的影響。主要有兩方面的影響首先是因為鋅的汽化體積會膨脹到數(shù)百倍，因此會對高爐內(nèi)部的焦炭和鐵礦石的熱應(yīng)力造成很大的影響，從而破壞掉原有的熱態(tài)強度，原有的化學(xué)反應(yīng)平衡遭到破壞，并且向左移動，也就是反應(yīng)強度降低和生成物更少，焦炭的反應(yīng)性增加。其次就是鋅蒸汽會在管道口上堆積堵塞，尤其是對于堵塞焦炭和鐵礦石的孔隙，會對高爐料柱的透氣性影響較大，高爐內(nèi)的壓差升高，影響高爐內(nèi)生鐵的還原反應(yīng)和產(chǎn)生的渣鐵的滴落和排放，比較嚴(yán)重的會造成生產(chǎn)效率降低，或者是爐頂壓力異常，過大甚至?xí)a(chǎn)生爆炸的可能。

1.2.2 不利于高爐的穩(wěn)定高效的生產(chǎn)

如果在高爐內(nèi)部鋅有很大的富集程度，并且在內(nèi)壁上有著嚴(yán)重的粘連性，就會導(dǎo)致壓量的關(guān)系非常的緊張，風(fēng)量難以向里面吹入，嚴(yán)重影響高爐的冶煉行程，惡化爐況的透氣性就會容易產(chǎn)生崩懸料以及用爐況難行的現(xiàn)象。如此一來不僅會對高爐的使用壽命有著非常大的影響，還會對高爐內(nèi)部的產(chǎn)量以及焦比量有著很大的影響。

2 對于高爐鋅的相關(guān)控制策略

2.1 對原材料的質(zhì)量有嚴(yán)格的把關(guān)

對于高爐內(nèi)部使用的含鐵原料在運輸進(jìn)場以及送入爐內(nèi)首先應(yīng)當(dāng)將各個有害元素控制好，這是解決有害元素所帶來危害最為切實有效的辦法。

針對于此首先應(yīng)當(dāng)在對于原材料的購進(jìn)方面就要嚴(yán)格的按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采購，尤其是在對于原材料中在鋅含量要進(jìn)行嚴(yán)格的把控，這樣才能夠在高爐使用中對鋅元素有切實的降低作用。如果是對于不同的高爐鐵料，因為含有的元素不同，這時候應(yīng)當(dāng)對配比根據(jù)實際元素含量進(jìn)行一定的優(yōu)化，通過這種方法來穩(wěn)定爐料，最終實現(xiàn)限制鋅的含量。

2.2 對高爐及時定期處理鐵渣

對于上訴所提到的因為高爐使用的原料當(dāng)中在所難免的會存在鋅鐵元素，雖然通過對原料的把控能夠降低鋅元素的入爐量但卻只是降低而非杜絕，因此高爐內(nèi)依然回收到鋅元素富集等一系列相關(guān)的影響。

針對于此就需要對高爐的鐵口以及出鐵溝進(jìn)行定期及時的清理與維護(hù)，只有將爐內(nèi)形成的爐渣和生鐵及時通過鐵口排出，將出鐵均勻率使用把控在較高的范圍，就可以將含鋅物質(zhì)及時的排出，減少鋅在爐內(nèi)的停留時間來減少鋅的還原量。

3 結(jié)語

高爐中鋅含量過高會帶來一系列嚴(yán)重的危害，但對于這些危害能夠通過對高爐原料調(diào)整得到有效的控制。并且通過定期對高爐進(jìn)行清渣工作，既能夠降低因為鋅結(jié)渣所帶來的一系列相關(guān)的影響，還能夠提高高爐的使用壽命與使用效率，真正的符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的發(fā)展理念。