鋅對高爐的危害及應(yīng)對措施

周 磊，卜昭晨

（天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團有限公司煉鐵廠，天津300352）

0 引言

榮程鋼鐵5#高爐1 390 m3高爐爐料結(jié)構(gòu)為（75%燒結(jié)礦+20%球團礦+5%塊礦），以某年某月為例，5#高爐平均入爐鋅負荷為0．45 kg/t，明顯高于同類型高爐，實踐證明，Zn 負荷超標（＞0．15 kg/t），對高爐生產(chǎn)過程十分不利。本文分析了鋅對高爐的危害并提出了應(yīng)對措施。

1 鋅對高爐過程的危害

1.1 鋅對焦炭反應(yīng)的影響

經(jīng)高爐實測，不同鋅含量的焦炭反應(yīng)后強度結(jié)果如表1所示。實踐表明，焦炭隨著鋅吸附量百分比的增大，其對焦炭溶損反應(yīng)的催化作用增強，焦炭反應(yīng)后強度降低，鋅吸附量高，促進了焦炭的溶損反應(yīng)，這是焦炭在高爐中粉化的主要原因。

1.2 鋅負荷對高爐順行及燃比的影響

在爐身上部，Zn＞907℃時變?yōu)殇\蒸汽，以氣態(tài)滲入含鐵原料和焦炭的氣孔中，沉積后堵塞原料表面的氣孔，影響高爐透氣性和原料還原性，Zn被氧化后隨爐料下降進入爐料和焦炭的微孔，會引起球團體積膨脹、燒結(jié)礦還原粉化，提高焦炭的反應(yīng)性，降低焦炭的強度，增加爐料在高爐下降過程中的阻力和不順行因素，造成高爐操作困難。其還會在高爐上部引起粘結(jié)，鋅蒸汽伴隨煤氣上升,其溫度下降變?yōu)橐簯B(tài)鋅，粘結(jié)在爐身耐材的表面，被煤氣中的CO2和水蒸汽氧化，與爐料粉末形成爐瘤，高爐生產(chǎn)期間，當入爐鋅負荷嚴重超標時，鋅蒸汽會在煤氣的上升過程中凝結(jié)成鋅的瘤狀體，堵塞煤氣通道，還可導致高爐頂壓的波動和不穩(wěn)定，嚴重時會引起高爐崩料、懸料等失常爐況，嚴重影響高爐的穩(wěn)定順行狀態(tài)和正常生產(chǎn)。

表1 不同鋅吸附量焦炭的反應(yīng)后強度 /%

由于鋅蒸汽的進入降低了煤氣的濃度，當鋅負荷在0．15 kg/t時,會降低高溫煤氣資源4．14%的CO濃度 ，導致煤氣利用率（4．3×鋅負荷）降低，影響高爐的燃料比（16．8×鋅負荷），鋅蒸汽在上升過程中有一部分冷凝成瘤狀物堵塞煤氣通道，影響兩股煤氣流的正常分布，從而降低了煤氣的利用率，致使高爐燃比升高。

1.3 鋅對高爐耐材及風口的破壞

Zn被還原后,在＞907℃時成為鋅蒸汽，進入上升的煤氣中，滲入高爐上部耐材的縫隙，氧化后使其本身的體積膨脹，破壞高爐上部的爐墻結(jié)構(gòu)，嚴重時甚至可以導致爐殼脹裂，使煤氣泄漏，造成一系列惡性事故。鋅在高爐被還原后沉積在風口周圍，進入耐火磚的磚縫間，侵蝕耐火磚，造成磚體梳松，影響高爐一代爐齡；其還會沉積在風口周圍形成瘤狀侵蝕體，如圖1、圖2所示，最終造成風口小套和風口二套上翅被破壞，風口小套和二套變形，導致風口處跑煤氣，嚴重時會使風口燒損。

圖1 鋅侵蝕體附著在小套周圍

圖2 鋅侵蝕體沉積在二套前端

1.4 鋅對高爐原料質(zhì)量的影響

鋅在高爐內(nèi)循環(huán)富集對爐料會產(chǎn)生多方面的不利影響：（1）鋅在高爐內(nèi)隨爐料下降過程中，在＞907℃時變?yōu)殇\蒸汽，降低煤氣濃度和利用率，影響高爐含鐵原料的還原性，造成焦比上升，導致鐵前成本升高；（2）鋅蒸汽沉積在含鐵礦物的微孔中，降低其還原性，惡化鐵礦物的軟熔性能，影響入爐料的正常還原溶化；（3）Zn可以加劇焦炭的汽化反應(yīng)：ZnO+C=CO+Zn，降低了焦炭的熱強度，影響焦炭的性能；（4）鋅蒸汽進入球團礦的氣孔,影響球團礦的還原膨脹指數(shù)，使球團礦的質(zhì)量大幅降低。

2 應(yīng)對措施

2.1 加強對入爐料的監(jiān)控，減少鋅的循環(huán)富集

鋅主要由燒結(jié)礦、球團礦等含鐵原料帶入高爐，在高爐內(nèi)有一部分循環(huán)富集；高爐外的循環(huán)主要是通過干法灰、電除塵灰等配加鋅含量高的廢料，進入高爐，在工序間形成循環(huán)富集；鋅的沸點是907℃，在冶煉過程中，還原成為鋅蒸汽，進入高爐煤氣中，隨著煤氣上升，溫度降低，一部分會重新附著在爐料形成高爐內(nèi)的循環(huán)富集，大部分會從爐頂隨煤氣排出，進入爐塵廢物中，再配入燒結(jié)、球團的生產(chǎn)中，供高爐使用，形成在高爐外燒結(jié)、球團工序間的循環(huán)富集。根據(jù)實踐得出80%的鋅是隨高爐煤氣排出的，由此可見，鋅在高爐中循環(huán)富集主要通過高爐煤氣排出的除塵灰，因此，應(yīng)避免將除塵灰直接配入燒結(jié)、球團等生產(chǎn)中往返使用來降低鋅對高爐冶煉的破壞作用。

2.2 增加鋅從爐頂煤氣的排出量

根據(jù)實踐可知，80%的鋅隨高爐煤氣排出，通過渣鐵帶走的很少，不足20%的鋅在高爐循環(huán)富集，高爐應(yīng)適當開放中心氣流，這是由于中心氣流溫度較高，爐頂煤氣停留的時間很短，流速也較高，鋅在高溫高速度的條件下失去了重新凝固的機會，大部分由煤氣帶出爐外，從而降低了鋅在高爐內(nèi)的富集。

2.3 提高焦炭粒級有利于降低鋅劣化焦炭的程度

鋅負荷高會促進焦炭的熔損反應(yīng)，使焦炭在高爐冶煉過程中實際粒度變小，導致焦炭粉化，所以高爐在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)穩(wěn)定主煤焦配比，提高入爐焦炭質(zhì)量，改善焦炭粒級，減少鋅對焦炭的危害程度。

3 高爐排鋅實踐操作

近幾年，由于鋼鐵行業(yè)市場競爭日益嚴峻，在高爐冶煉過程中配加低價礦的比例不斷提高。由于含鐵原料帶入的鋅量大，造成噸鐵鋅（Zn）負荷較高，榮鋼5#高爐鋅負荷高時達到0．65 kg/t。在這樣的原料條件下，針對如何最大程度地降低鋅對高爐的危害，保證爐況長期的穩(wěn)定順行進行了深入研究和討論。

在日常生產(chǎn)中，在燒結(jié)、球團工序原料加工過程期間，可以處理掉10%左右的鋅。經(jīng)化驗檢測發(fā)現(xiàn)，高爐除塵灰含鋅的比例很高，有時可達到6%，此鋅含量的除塵灰不適合直接配入燒結(jié)、球團工序，必須對其進行預處理，脫出鋅、鉛等有害元素后再進行配料，減少原料中的鋅帶入量，降低入爐鋅負荷。

榮鋼經(jīng)過鋅排放測定發(fā)現(xiàn)，約78%的鋅是隨高爐煤氣排出進入除塵灰的，研究討論決定增加鋅從爐頂煤氣的排出量，適當放開中心煤氣流，因為高爐中心煤氣流溫度一般可達到600℃以上，而邊緣煤氣流溫度在100℃左右，且邊緣煤氣流開放太大會使高爐燃比升高，增加成本，煤氣在爐頂停留的時間極短，鋅在高溫高速的條件下，幾乎失去重新凝固的機會，爐頂煤氣流能夠?qū)⒁淮蟛糠咒\帶出高爐進入除塵灰而不被重新凝固回到高爐中，從而大量降低鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集。

為放開中心氣流，在下部送風制度上，適當縮小風口面積；在上部裝料制度上，采用大布料角度布料，采用下部送風制度和上部裝料制度相結(jié)合的調(diào)節(jié)模式，實現(xiàn)了預期的兩股煤氣流分布，既保證了爐況的長期穩(wěn)定順行，又達到了高爐排鋅的目的。經(jīng)過一段時間的實踐操作，取樣化驗分析發(fā)現(xiàn)，高爐內(nèi)的鋅排除量逐漸增加，高爐內(nèi)鋅的累計量不再增大，出現(xiàn)了負增長，很大程度上實現(xiàn)了高爐冶煉對鋅的危害控制。