鋅對高爐的危害及應對措施

周 磊，卜昭晨

（天津榮程聯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高爐爐料結構為（75%燒結礦+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），對高爐生產過程十分不利。本文分析了鋅對高爐的危害并提出了應對措施。

1 鋅對高爐過程的危害

1.1 鋅對焦炭反應的影響

經高爐實測，不同鋅含量的焦炭反應后強度結果如表1所示。實踐表明，焦炭隨著鋅吸附量百分比的增大，其對焦炭溶損反應的催化作用增強，焦炭反應后強度降低，鋅吸附量高，促進了焦炭的溶損反應，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℃時變為鋅蒸汽，以氣態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、燒結礦還原粉化，提高焦炭的反應性，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，鋅蒸汽伴隨煤氣上升,其溫度下降變為液態鋅，粘結在爐身耐材的表面，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，嚴重影響高爐的穩定順行狀態和正常生產。

表1 不同鋅吸附量焦炭的反應后強度 /%

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構，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 鋅對高爐原料質量的影響

鋅在高爐內循環富集對爐料會產生多方面的不利影響：（1）鋅在高爐內隨爐料下降過程中，在＞907℃時變為鋅蒸汽，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：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，使球團礦的質量大幅降低。

2 應對措施

2.1 加強對入爐料的監控，減少鋅的循環富集

鋅主要由燒結礦、球團礦等含鐵原料帶入高爐，在高爐內有一部分循環富集；高爐外的循環主要是通過干法灰、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的循環富集，大部分會從爐頂隨煤氣排出，進入爐塵廢物中，再配入燒結、球團的生產中，供高爐使用，形成在高爐外燒結、球團工序間的循環富集。根據實踐得出80%的鋅是隨高爐煤氣排出的，由此可見，鋅在高爐中循環富集主要通過高爐煤氣排出的除塵灰，因此，應避免將除塵灰直接配入燒結、球團等生產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%的鋅在高爐循環富集，高爐應適當開放中心氣流，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，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過程中應穩定主煤焦配比，提高入爐焦炭質量，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，保證爐況長期的穩定順行進行了深入研究和討論。

在日常生產中，在燒結、球團工序原料加工過程期間，可以處理掉10%左右的鋅。經化驗檢測發現，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、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。

榮鋼經過鋅排放測定發現，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，爐頂煤氣流能夠將一大部分鋅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的循環富集。

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合的調節模式，實現了預期的兩股煤氣流分布，既保證了爐況的長期穩定順行，又達到了高爐排鋅的目的。經過一段時間的實踐操作，取樣化驗分析發現，高爐內的鋅排除量逐漸增加，高爐內鋅的累計量不再增大，出現了負增長，很大程度上實現了高爐冶煉對鋅的危害控制。