高爐有效排鋅技術研究應用

陳生利， 向杜全， 秦洋洋

（1.廣東韶關鋼鐵公司煉鐵廠， 廣東 韶關 511100；2.重慶科技學院， 重慶 401331）

隨著優質鐵礦石資源緊缺和價格高起，鋼鐵企業的利潤被進一步壓縮，為了企業的生存和發展，全國許多鋼鐵企業都提出了“經濟煉鐵”，即使用有害元素含量較高的高爐入爐原料對有害元素是有要求的，這是因為有害元素的帶入要嗎對冶煉過程帶來不利影響，要嗎對產品質量帶來不利影響，這都是不可接受的。有害元素中鋅富聚能力強，鋅對高爐冶煉中的危害：鋅常以鐵酸鹽、硅酸鹽或閃鋅礦的形式存在。在高爐進行冶煉時，鋅的硫化物先轉化為復雜的氧化物，然后在不小于1 000 ℃的高溫區還原為鋅，由于其沸點很低（907 ℃），所以還原出來的鋅立即氣化，有一小部分鋅隨煤氣逸出爐外，該部分鋅易在煤氣管道中凝集，而其他大部分鋅又被氧化成ZnO，并被爐料吸收后再度下降還原，形成循環。沉積在高爐爐墻上的鋅與爐襯和爐料反應，形成低熔點化合物而在爐身下部甚至中上部形成爐瘤。當鋅富集嚴重時，料柱因空隙度變小，透氣性變壞，爐墻嚴重結厚，使爐內煤氣通道變小、爐料下降不暢。嚴重時，高爐難以接受風量，崩、滑料頻繁，影響高爐順行和技術指標。

對使用鋅含量較高礦石冶煉，掌握使用技術的企業較少，而此種有害元素的礦量大而市場小，價格低于市場估值，配加后有很大的經濟利益。因此，韶鋼有必要針對周邊資源含堿金屬和鋅等有害元素高的特點進行專項研究，如果能夠摸索到排出高爐有害元素的冶煉技術，對韶鋼拓寬資源采購和推行低成本戰略起到至關重要的作用。

針對廣東韶關鋼鐵公司（全文簡稱韶鋼）7 號高爐風口上翹，休風期間從風口流出大量含鋅的銀白色金屬液體的現象，開展排鋅技術研究意義重大。7 號高爐休風期間風口狀態如圖1、圖2 所示。

圖1 項目開展前高爐風口區

圖2 域流出含鋅物質

1 高爐過程鋅的基本行為

鋅是隨礦石原料被帶入高爐內的一種常見金屬氧化物，還原后得到低沸點的金屬鋅，沸點是907 ℃。鋅在爐內還有一個特點，那就是隨爐料自上而下運動同時被還原形成鋅蒸氣，鋅蒸氣又隨著煤氣自下而上運動到爐身上不再被氧化成固體，如此循環產生富集并逐漸放大對高爐的危害。通常上部氧化的固體粉末會隨煤氣爐塵排除一部分，作為二次資源可以提取利用。

2018 年，項目組成員通過對入爐鋅負荷的根據分析，得出韶鋼7 號高爐的鋅大部分來源于燒結礦。從韶鋼高爐配礦來看，2016 年2017 年期間，配礦中時常配加1%的低塵泥，進一步提高了入爐鋅含量。

2 鋅對高爐危害分析

目前，冶金工作者對鋅在高爐內的危害是基本清楚的，主要是破壞高爐順行和提高冶煉消耗，同時對風口壽命也有不利影響。首先，上部氧化出來的氧化鋅固體呈細微顆粒狀，會堵塞塊狀帶爐料的通道造成順行不暢，同時削弱間接還原造成煤氣利用變差。其次，Zn 對焦炭的溶碳反應有催化作用，提高焦炭的反應性降低焦炭熱強度，料柱透氣性變差。三是上部還原產生的氧化鋅粉末會進入磚縫反應結晶出來并沉積，這個過程會積累應力撐壞磚襯破壞爐型結構。第四鋅氧化物會與多種氧化物結合成低熔點物質形成爐瘤，嚴重破壞高爐順行。另外，韶鋼還發現爐缸不活躍時鋅會風口前端粘附造成風口燒損?？偠灾郀t工程師對高爐排鋅操作有強烈愿望。

3 高爐排鋅技術現狀

3.1 鋅平衡原理

要解決高爐鋅富集的問題，有兩個途徑：一是控制入爐原料鋅含量；二是合理排鋅操作。前者需要強化供應管理，后者要求提高工藝操作水平。

如果原料端控制有效，那么剩下的排鋅操作就是工藝端需要強化的技術。通常鋅的排除途徑主要是爐頂煤氣，上西部調劑就是完成理想排鋅操作的關鍵。從成熟的經驗來看，成功排鋅主要是將鋅的氧化凝固控制早煤氣管道中去，要想讓鋅的凝固不在爐內完成那么只有打開中心氣流使爐頂溫度升高，促使鋅蒸氣來不及凝固就進入煤氣管道系統。只有這樣才可以將鋅隨煤氣排出爐外，減少在高爐內循環鋅的積累。

3.2 高爐排鋅途徑

從物質平衡的角度出發，高爐內鋅的出路主要是金屬鋅和氧化物隨渣鐵排出、部分參與爐內的循環富集和爐頂煤氣帶出。這三個途徑爐頂帶出的鋅基本占了排鋅的90%以上，是最主要的排鋅途徑。在這個過程中，鋅是以氧化物形態存在于除塵灰中，這種富含ZnO 的除塵灰作為二次資源被各個國家廣泛回收利用。

3.3 除塵灰中鋅的回收

目前，一般認為高爐產生的塵泥富含鐵、碳及有色金屬等，這些有價值的元素使得這些塵泥成為了優質的二次資源，可以通過加工提取獲得具有較高價值的鋼鐵生產副產品。

目前對鋅的提取主要有濕法和火法兩種工藝。含鋅除塵灰中的鋅一般以氧化物形式存在，氧化鋅是一種兩性氧化物，可溶于酸堿，如果能選擇合適的浸出劑則可以通過濕法工藝回收除塵灰中的有價金屬鋅。需要注意的是，濕法回收鋅無論酸浸還是堿浸效果都不十分理想，前者利用率低且難達排放標準，后者浸出劑消耗大步驟繁瑣，因此不被廣泛采用。

火法處理工藝是目前被廣泛采用的處理塵泥工藝，細分工藝主要有高溫還原法和冷壓塊進入煉鋼等。高溫還原發主要是利用回轉窯處理塵泥，在充分利用塵泥中的碳、鐵的同時還可收集塵泥中的鋅、鉛并加以回收利用。需要說明的是我國在利用轉底爐處理鋼鐵塵泥已經具有較為成熟的經驗，改法對鋅的提出是通過高溫還原時再次將鋅、鉛蒸發并進入管道氧化回收，這樣可獲得含鋅50%以上的氧化鋅煙塵，完成了初步的富集回收。

4 高爐排鋅技術應用

4.1 送風制度調整

為了強化中心氣流，減少中心死料柱，經項目組成員的分析討論，一致認為應該適當縮小風口進風面積。從2018 年7 月份以后，分三次逐步調整風口面積，進風面積由0.334 8 m2調整逐步縮小至0.332 1 m2。風口調整布局如圖3 所示。

圖3 風口最小進風面積分布圖

4.2 高爐料制優化技術

現項目開展過程中，針對韶鋼7 號高爐爐齡達14 年的特點，爐身大量冷卻壁燒壞，成員認真分析總結了韶鋼7 號高爐的爐型變化趨勢，并完善了型結構參數模型，從新校對了爐缸體積與安全容鐵量標準，為后續采取排鋅技術措施提高基礎理論依據。

通過對上部布料制度進行優化，以中心加焦為技術手段，逐步增加中心焦比例，強化中心氣流，改善高爐排鋅能力。中心加焦比例由2018 年7 月份的3 圈，逐步增加到2019 年3 月份的4.25 圈，中心加焦量由25%增加到34%左右，目前維持在4.25 圈左右微調，進一步強化了中心氣流后，爐況穩定性增強。

針對2018 年7—8 月，高爐在休風復風后，出現燒壞風口小套的工藝事故，經過項目組成員研究，認為在休風過程中，風口堆焦不合理，渣鐵滴落導致小套燒壞。鑒于此，在2018 年10 月份的休風料加入過程中，采取來集中加入兩批凈焦的模式，同時計算好加焦時間，保證休風后風口全部堆焦。

通過對休、復風后爐缸狀態進行研究，考慮爐溫因素以及煤氣流分布情況，一般在休風復風期間，適當退礦批至。裝料制度的調整采用疏松邊緣強化中心，發展兩道氣流以此引導爐況恢復，后續爐況走順并風量、礦批恢復后，逐步調整中心焦量至恢復常態。

4.3 高爐出渣鐵制度優化（見圖4）

圖4 出鐵模式分布圖

為了穩定爐況，改善爐缸工作狀態，為高爐加風創造條件，將出鐵模式由“兩用一備”改“三個鐵口輪流出鐵”同時組織對鐵高鐵口合格率進行攻關，解決了高爐鐵口漏鐵的問題、解決了新投鐵口深度淺的問題，鐵口合格率提高至98%，出渣鐵穩定性增強。

4.4 增加入爐風量

實踐證明，鋅主要隨爐頂煤氣排出，瓦斯灰中w（Zn）達95%以上。在通過以上技術措施實施后，高爐嘗試逐步加風，風量由4 600 m3/min 增加到5 000 m3/min，高爐排鋅能力得到了進一步增強（見圖5）。同時，各項指標得到了明顯改善。

圖5 入爐風量、氧量趨勢圖

4.5 提高爐頂煤氣流速

經過以上各項操作制度的優化，7 號高爐風速由245 m/s 逐步提高到270 m/s，鼓風動能從110 kJ/s 提高到135 kJ/s（見圖6），為爐頂煤氣流排鋅創造了有利條件。

圖6 鼓風動能趨勢圖

5 結論

對高爐排鋅技術的重視，建立了原燃料需求條件標準，為高爐的長期穩定順行提供了保證。同時，拍鋅技術的實施實現了高爐入爐鋅負荷與排鋅量的平衡，降低了鋅在高爐內部的循環富集，杜絕了風口流出鋅液現象。

1）適當開放高爐中心氣流，增加鋅從爐頂煤氣的排除量，盡可能避免鋅蒸汽重新凝固回落到爐料中，減少鋅在高爐內的積累，縮小爐內循環。

2）加大鋅等可利用資源的回收力度，減少爐外循環的鋅富集，穩定高爐鋅負荷，實現高爐的平穩運行。

3）利用高爐瓦斯灰、除塵灰回收提取ZnO，解決了韶鋼固體廢棄物排放帶來的環境污染問題，又增大固廢回配量，降低了原料成本，具有明顯的經濟效益、環境效益和社會效益。

4）該項技術的實施還帶來了中心加焦技術的突破，優化了造渣制度，實現了高爐各項指標的提升。