鞍鋼高爐鋅負荷源頭分析與控制

謝明輝 ，張偉 ，李建軍 ，曾宇 ，李曉春

（1.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山114021；2.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山114009）

高爐鋅危害主要是其在煉鐵系統內不斷循環富集造成的。目前基于成本和環保壓力，多數鋼鐵企業的塵泥料都回配燒結，造成有害元素重新進入燒結礦返回高爐。鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠（以下簡稱煉鐵總廠）高爐鋅負荷普遍超標，為降低高爐鋅負荷，采取了從源頭控制的手段，結合業內控制高爐鋅危害的實踐經驗，制定入爐原燃料控制標準，即根據合理的高爐鋅負荷標準，設定原燃料鋅含量上限，進一步反推燒結原料鋅含量上限或配料比例上限，以實現高爐鋅的逐級控制。

1 高爐鋅負荷基本情況

對煉鐵總廠近期高爐原燃料進行取樣分析。1#～11#高爐鋅負荷的初步統計情況見表1。由表1可以看出，1#、2#、3#高爐鋅負荷較高，超過 0.7 kg/t，5#、7#、10#、11#高爐鋅負荷在 0.6 kg/t左右，4#高爐鋅負荷最低。對照行業通用標準，即鋅負荷≤0.15 kg/t，煉鐵總廠高爐鋅負荷普遍超標3～5倍。

表1 1#～11#高爐鋅負荷情況 kg/t

2 高爐鋅負荷源頭分析

2.1 高爐中鋅的主要來源

高爐入爐原燃料包括燒結礦、球團礦、塊礦、焦炭、煤粉等。根據高爐入爐原燃料的含鋅量及各物料對應的噸鐵單耗，可以在計算鋅負荷的同時，確定鋅的主要來源物料。鋅負荷及單種物料帶入鋅量權重比例的計算公式如下：

式中，MZn為高爐鋅負荷，kg/t；Zni為每種入爐原燃料中鋅的質量百分含量，%；fi為每種入爐原燃料的噸鐵消耗，kg/t；n為入爐物料的種類數。

表2為煉鐵總廠1#高爐鋅負荷及單種物料帶入鋅量權重比例。由表2可以看出，1#高爐中的鋅約有96%是由燒結礦帶入，其余物料帶入的鋅量均較少。同時，從實際化驗結果可知，球團、塊礦含鋅均極低（低于0.005%的檢測下限），焦炭和煤粉含鋅也極少，且球團、塊礦和燃料帶入高爐的鋅量基本固定。故1#高爐中鋅主要來源于燒結礦。

表2 1#高爐鋅負荷及單種物料帶入鋅量權重比例

對其它高爐所用原燃料進行化驗分析，發現存在與1#高爐相同的規律。因此，煉鐵總廠高爐中鋅主要來源于燒結礦，控制高爐鋅負荷的關鍵即控制燒結礦的含鋅量。

2.2 燒結礦中鋅的主要來源

進一步對燒結工序進行鋅負荷統計分析。表3為三燒各原料帶入燒結的鋅量及比例。由表3可以看出，三燒燒結礦中的鋅約有79%是由混料帶入，由于鐵礦、熔劑含鋅均按0.005%計算(化驗值＜0.005%)，因此實際由混料帶入鋅的比例應該更高。同時，從實際化驗結果可知，煉鐵總廠使用的鐵礦原料中，除了關寶山精礦含鋅0.006%，其余鐵礦原料含鋅均低于0.005%的檢測下限，且熔劑（生石灰、石灰石、鎂石）基本不含鋅，燃料含鋅也極少。故三燒燒結礦中的鋅主要來源于混料。

表3 三燒各原料帶入燒結的鋅量及比例

由于煉鐵總廠的燒結工序中，僅東燒不使用塵泥混料，含鋅＜0.005%，其余各燒結工序燒結配料情況基本相同，因此煉鐵總廠燒結礦中的鋅主要來源于混料。

2.3 燒結混料情況

燒結配用的混料構成相當復雜，其涉及物料涵蓋煉鐵、煉鋼、軋鋼等各工序除塵和收集的固廢，包括燒結機頭電場灰、燒結機尾灰、高爐瓦斯泥、高爐干法灰、高爐重力灰、轉爐泥、轉爐二次塵、球團機頭灰、球團機尾灰、線材鐵皮、無縫鐵皮、厚板鐵皮等，且各物料沒有固定配比，產生量多少就配多少，各物料本身成分無法控制，混料成分自然也波動極大。

2017年10月和2018年1月的二燒、三燒燒結用混料成分見表4，可以看出混料成分不穩定，含鋅量波動大。

表4 燒結用混料成分 %

燒結用混料涉及到的各物料的含鋅情況見表5。經過排序對比，含鋅最高的物料是高爐干法灰和瓦斯泥，之后是高爐重力灰、燒結灰、轉爐泥，鐵皮類物料和球團除塵灰含鋅極少。經計算，混料中的干法灰和瓦斯泥帶入高爐的鋅負荷達到0.4 kg/t，占全部鋅負荷的70%。

表5 燒結用混料各物料的含鋅情況 %

3 高爐鋅源頭控制措施

3.1 制定入爐原燃料控制標準

高爐中的鋅主要來源于燒結礦，而燒結礦中的鋅主要來源于燒結混料，因此，結合煉鐵總廠用料實際情況，初步制定高爐鋅負荷及入爐原燃料兩級控制標準（見表6）和對應的燒結原料鋅含量上限（見表7）。由于球團、燒結用鐵礦原料等含鋅都極低、無需限定，日常應重點監控混料。混料中鋅主要來自高爐干法灰、瓦斯泥，只要燒結工序停止配加這三種物料，即可切斷鋅的循環路徑，逐步降低高爐鋅負荷。

表6 高爐鋅負荷及入爐原燃料兩級控制標準

表7 對應的燒結原料鋅含量上限 %

3.2 燒結工序停止配加高鋅物料

從大循環角度分析，鋼鐵系統中的鋅初始來源于鐵礦原料和煉鋼中使用的含鋅廢鋼，由于鋅具有易還原揮發的特點，大都不進入渣鐵而集中在爐塵，含鋅粉塵回配燒結導致鋅不斷循環積累沒有出口，從而造成系統中的鋅量只增不減。因此，減輕高爐鋅負荷必須將高鋅粉塵料開路處理。

通過對混料涉及的物料化驗可知，混料中涉及的軋鋼鐵皮類物料和球團除塵灰含鋅極少、鐵含量最高，能夠完全回用燒結。而其它物料若嚴格參考控制標準，均不能回配。但停用混料在實際生產中存在困難。由于每年塵泥產生量約為鋼鐵產量的10%左右，依據國家環保法，大量的塵泥物料既不能一直堆存，也不能隨意外排處理。目前，僅將含鋅較高的干法灰、瓦斯泥外銷，在一定程度上減少了高爐的鋅富集。

4 實踐效果

煉鐵總廠自2017年12月起，將含鋅較高的干法灰、瓦斯泥外銷，并依據原燃料控制標準，對原燃料實現逐級控制。采取措施后1#～11#高爐鋅負荷情況見表8。

表8 1#～11#高爐鋅負荷情況 kg/t

由表8可以看出，相比于2017年12月，2018年3、6、7月各高爐鋅負荷均有所下降，高爐鋅負荷平均值分別降低了 0.237 kg/t、0.085 kg/t、0.191 kg/t。

5 結語

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠高爐中的鋅主要來源于燒結礦，而燒結礦中的鋅主要來源于混料，為了解決高爐鋅負荷普遍超標的問題，采取了將含鋅較高的干法灰、瓦斯泥外銷，并依據原燃料控制標準，對原燃料實現逐級控制的措施。采取措施后，高爐鋅負荷均有所降低，各高爐鋅負荷平均值降低了 0.085～0.237 kg/t。