高锌原料对高炉生产的危害及控制

陈生利，邓 辉，吴启剑

(宝钢集团韶关钢铁公司炼铁厂，广东韶关512123)

1 引言

韶钢3号高炉，有效容积为420m3。随着炼铁技术的发展，高炉冶炼技术的进步，各项经济技术指标持续改善。到2013年，燃料比下降到历史最低水平，全年燃料比控制在545kg/t。但是，由于入炉原料带来的锌对高炉危害十分严重，加上操作制度的不合理等，韶钢1#高炉，6#高炉都因锌负荷过高导致出现炉墙结瘤现象，唯有3#高炉在长期高锌原料入炉的情况下依然保持顺行稳定。因此，在这与大家一起探讨高锌原料条件下一些有效地操作经验，为高锌原料冶炼找到更好的应对措施。原料中锌负荷对高炉冶炼的危害日渐受到重视，不控制有害物锌的入炉，不及时有效的将锌随瓦斯灰排出，锌就必然会在高炉内不断的循环富集，给高炉带来一系列的不利影响。

2 原料中锌及其化合物

2.1 锌及其化合物特征

锌是有色重金属，在高炉原料中属于微量元素，锌及其一般化合物的基本性质如表1所示。

表1 锌及其化合物基本性质

2.2 锌在原料中存在形式

在富矿及精矿粉中，锌主要以闪锌矿ZnS、碳酸锌ZnCO3及含水碳酸盐锌形式存在。在烧结矿中，锌多数以铁酸锌ZnFe2O3、硅酸锌Zn2SiO4、硫化锌形式存在。在高炉炉尘中，锌主要以红锌矿(Zn，Mn)O、锌铁尖晶石、硅酸锌形式存在。

3 韶钢3#高炉入炉原料中的锌负荷情况

由于成本压力，韶钢3#烧结机配矿主要由地方矿加少量精矿粉组成见表2。加上入炉生矿主要是地方大宝山矿加海南矿，再配少量进口生矿，导致入炉锌负荷长期处于较高水平。

表2 韶钢3#高炉入炉锌负荷情况

4 有害元素锌对高炉冶炼的影响

锌进入高炉后，随着炉料与煤气流的运动过程中，不断进行固态－液态－气态的转换，在高炉内循环富集。主要是形成较低熔点的物质结瘤，破坏炉衬，降低焦碳反应强度如图1，对高炉造成严重危害。所有入炉原料锌负荷高的高炉，均表现为指标变差，风口有变形，炉身易结瘤等现象。其中，结瘤表现最为突出，使高炉正常生产受到阻碍，并大幅度增加冶炼成本。

图1 3#高炉原料锌含量与焦比关系图

4.1 锌对韶钢1#、6#高炉生产的危害情况

400m3级1#高炉，750m3级 6#高炉，在高锌原料使用条件下，加上1#高炉，6#高炉均处于炉龄后期，大量锌在炉内循环富集。加上长期无法改变原料条件下，操作上煤气流分布的不合理，炉墙保护性渣皮不稳定，冷却壁漏水没及时有效控制等因素，必然导致锌在炉内不断积累，最终形成炉墙结瘤。1#高炉在2010年底出现较大变化，突出表现为:炉缸工作不活跃，风口易来渣，炉况基本顺行无法满足，经常塌料，边缘无法出现均匀气流，管道气流多，炉顶温度高且四周温度偏差大，基本操作制度对炉况调节无改善，炉况处于不受控状态。对此，2010年底对1#高炉进行降料线停炉炸瘤。6#高炉于2009年开始出现气流不合理分布状态，炉身开始结瘤，同样出现无法做出边缘气流，随后结瘤越来越严重，几乎是靠中心管道气流吹出，任何调节手段对高炉气流分布无影响，以至于2009年下半年对高炉组织停炉大修。从停炉下来观察，炉身约1/2体积处于结瘤状态。从风口中小套来分析，均存在上翘现象。主要是炉内锌蒸汽顺着冷却设备周围缝隙下到风口，冷凝为液态，进入风口组合砖，使体积膨胀，造成风口上翘。从6#高炉风口来看，上翘率在70%以上。风口上翘必然导致送风制度受到严重影响，从而改变炉缸初始煤气分布，对高炉操作造成严重影响。通过提取风口流出银白色金属液体进行化验，得出锌含量高达60%。

4.2 高锌原料对韶钢3#高炉危害情况

从3#高炉计划检修来看，每季度计划休风一次，四条上升管都有明显的银白色物质造成结厚现象，每次都需组织人员对上升管进行清理。通过取样分析，主要结厚原因是大量锌蒸汽随煤气上升，在上升管开始冷凝，附着在管道壁造成。锌的熔点为419.5℃，从实际操作经验分析来看，3#高炉入炉原料含锌负荷较高时期，炉顶上升管四点温度经常处于较高水平，有时炉顶温度高达400℃以上，加上高速运行的煤气流，炉内锌蒸汽便随煤气流上升，多数附在瓦斯灰及布袋灰上，少量冷凝在上升管壁，部分回落于炉内循环富集。

4.3 锌对焦炭质量的影响

高锌原料入炉，锌可破坏焦碳强度，导致焦比增加。在焦碳与炉料运动过程中，焦碳会吸附随煤气上升的锌蒸汽，附着在焦碳上的锌加速了碳素溶解反应(C+CO2=2CO)，使焦碳强度降低。研究表明:还原1公斤锌，需要消耗11公斤焦碳。而锌氧化一般发生在高炉上部，放出的热必然导致炉顶煤气温度升高。因此，入炉原料锌负荷增加，必然导致焦比增加，从而增加冶炼成本。

5 如何有效控制入炉原料锌负荷

作为韶钢420m3级高炉，加上成本压力，大量地方资源需要消化，必然导致入炉原料锌负荷高。加上4#烧结机使用十几年，已经处于老化状态，烧结技术及工艺限制，无法避免烧结矿的波动。只有从原料配矿开始入手，优化配矿模式，降低入炉锌含量，尽量避免使用瓦斯灰及布袋灰返回烧结工序。通过工艺改进，对烧结机除尘灰实行外排，降低烧结矿含锌量。对于地方生矿，尽量从最优配比入手，将入炉锌含量降到最低水平。

6 在生产中可采取的高炉操作技术

高炉顺行是组织生产的前提保证。在原料无法改变的情况下，通过强化内部操作人员的管理，精心细化操作，保证高炉热制度及造渣制度的稳定。高炉操作人员要有结合外部条件快速判断炉况的能力，只有对炉况准确判断，才能通过及时调节基本操作制度确保高炉的稳定顺行。时刻要以炉况顺行为工作重点，杜绝亏料，保证煤气流分布合理，避免边缘局部气流发展，尽量做均匀边缘气流，同时做出中心气流。

6.1 稳定高炉日常操作制度

在日常操作中，必须稳定炉温，提高炉温稳定率，实行中硅中硫操作。保证炉缸热量充足，炉缸处于活跃状态。3#高炉操作制度规定:Si:0.45% ～0.65%，S:0.025% ～0.05%，炉渣碱度控制在1.05～1.15水平，铁水温度控制在1 475℃ ±10℃水平，保证炉渣流动性好。将稳定操作参数，提高炉温稳定率作为高炉炼铁工作者日常操作考核依据。通过长期的量化管理，3号高炉铁水成分控制取得了十分显著的成绩，如表3所示。

表3 2013年3#高炉铁水成分指标

6.2 控制好炉内煤气流分布

实践证明:有效排锌的主要渠道是通过高炉上升煤气将锌带走，煤气带走锌量是入炉锌量的90%以上。结合入炉原料特点，炼铁工作者应该以做出中心气流，均匀稳定边缘气流作为炉内气流调节方向。同时满足相对适宜的煤气流速及温度，才能保证排锌工作顺利进行，真正减少锌在炉内循环附集量。在日常操作中，必须时刻观察煤气分布特点，发现气流有偏向时，及时查找原因。根据原因，采用扇形布料或者是改变装料制度见表4，改变料线等方式扭转气流，随时保证有均匀的边缘气流，有稳定的中心气流分布。在出现滑料及塌料时，必须控制好深料线布料角度，采取临时退矿批或者控压操作，以稳定炉内煤气流，杜绝挂料引起高炉坐料。如上部调节无效时，须及时找机会调整风口，改变炉缸煤气初始分布，从而保证合理煤气流要求。

表4 3#高炉基本装料制度

6.3 加强高炉冷却系统的监控

要求高炉管工定期对冷却系统组织查水工作，同时每天测量高炉冷却系统水温差，根据水温变化特点及炉内煤气流分布及时调节。每天需取高炉煤气成分化验，根据高炉煤气中氢气含量初步判断炉内冷却壁是否存在漏水。如发现漏水须及时控制水量，严重时可封堵漏水冷却壁，防止冷却壁漏水导致炉温失控。冷却系统漏水必然引起高炉煤气流分布失常，锌蒸汽更易在漏水区域结厚甚至结瘤。

6.4 加强入炉原料的筛分管理，减少入炉粉末量

根据原料特点，要求上料员工每两小时组织一次打筛工作，确保筛分效果。现场管理人员须随时检查筛分情况，并将筛分工作纳入上料员工考核指标。针对地方生矿夹带泥土多，雨季很难筛分等特点，要求在地方矿进入场地时组织水洗工作。通过强化筛分管理，入炉粉末量得到有效控制，基本能维持在规定水平，使得高炉透气性得到改善。

6.5 加强出渣铁管理

要保证炉缸活跃，须及时出尽渣铁，为高炉下料均匀制造合理的空间，同时可以改善煤气流分布，维持合理操作炉型。合理选择铁口深度及角度，保证每炉出铁时间满足50min水平，见渣率必须达到100%，并将铁口合格率作为炉前考核依据。严格执行有利于高炉顺行的各项规章制度，炉前岗位必须在炼铁工组织下有效完成出渣铁工作。只有在高炉顺行的基础上，排锌工作才能顺利进行。

6.6 加强对入炉锌含量的监控

高炉操作人员必须每天计算锌及碱金属入炉量，找出变化趋势，总结炉内操作的变化特点。每周对瓦斯灰、布袋灰成分进行化验分析，根据瓦斯灰布袋灰排锌量算出在炉内循环富集的锌量。结合生产实际，定期采取排锌排碱措施，确保锌碱含量在炉内处于可控水平。

7 结语

锌的循环富集，主要是高炉原料带入锌量与排放锌量不对等的循环及烧结与高炉生产环节的循环造成。在降低炼铁成本的同时，必须注重炉料中有害物质的控制，对高炉冶炼实现高产、低耗、安全、长寿的操作方针，才能取得事半功倍的成绩。锌在炉内的循环富集，必然破坏炉衬，严重时会引起结瘤，威胁高炉安全及长寿。高炉操作者必须对高锌原料冶炼有深刻的认识，同时必须要在高锌冶炼技术上取得一定的进步。

排锌主要是通过高炉煤气，必须要改进高炉操作技术，改善原料条件，加强对锌及有害元素的监控，保持合理的操作炉型，增加入炉锌的排放量，才能有效减少或避免炉墙结厚结瘤现象的发生。