周 磊，卜昭晨
（天津榮程聯(lián)合鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠，天津 300352）
[摘 要] 分析了天津榮程聯(lián)合鋼鐵有限公司煉鐵廠入爐爐料中的鋅（Zn）負(fù)荷，闡述了鋅（Zn）對(duì)焦炭劣化的影響，對(duì)耐火內(nèi)襯、風(fēng)口系統(tǒng)、爐況順行方面的破壞作用，提出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，包括鋅的排除方法和高爐在高鋅負(fù)荷下實(shí)現(xiàn)正常操作的方法等。
[關(guān)鍵詞] 鋅；危害；負(fù)荷；爐料；高爐；應(yīng)對(duì)措施
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(tuán)礦+5%塊礦），以某年某月為 例，5# 高爐平均入爐鋅負(fù)荷為 0.45 kg/t，明顯高于同 類型高爐，實(shí)踐證明，Zn 負(fù)荷超標(biāo)（>0.15 kg/t），對(duì)高爐生產(chǎn)過(guò)程十分不利。本文分析了鋅對(duì)高爐的危害并提出了應(yīng)對(duì)措施。
1 鋅對(duì)高爐過(guò)程的危害
1.1 鋅對(duì)焦炭反應(yīng)的影響
經(jīng)高爐實(shí)測(cè)，不同鋅含量的焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度結(jié) 果如表 1 所示。實(shí)踐表明，焦炭隨著鋅吸附量百分 比的增大，其對(duì)焦炭溶損反應(yīng)的催化作用增強(qiáng)，焦 炭反應(yīng)后強(qiáng)度降低，鋅吸附量高，促進(jìn)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(fù)荷對(duì)高爐順行及燃比的影響
在爐身上部，Zn>907℃時(shí)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(jìn)入爐料和焦炭的微孔，會(huì)引起球 團(tuán)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(qiáng)度，增加爐料在高爐下降過(guò)程中的阻 力和不順行因素，造成高爐操作困難。其還會(huì)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(dāng)入爐鋅負(fù)荷嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)，鋅蒸汽會(huì)在煤氣 的上升過(guò)程中凝結(jié)成鋅的瘤狀體，堵塞煤氣通道， 還可導(dǎo)致高爐頂壓的波動(dòng)和不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起高爐崩料、懸料等失常爐況，嚴(yán)重影響高爐的穩(wěn)定 順行狀態(tài)和正常生產(chǎn)。
由于鋅蒸汽的進(jìn)入降低了煤氣的濃度，當(dāng)鋅負(fù) 荷在 0.15 kg/t 時(shí),會(huì)降低高溫煤氣資源 4.14%的 CO濃度 ，導(dǎo)致煤氣利用率（4.3×鋅負(fù)荷）降低，影響高爐的燃料比（16.8×鋅負(fù)荷），鋅蒸汽在上升過(guò)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(duì)高爐耐材及風(fēng)口的破壞
Zn 被還原后，在>907℃時(shí)成為鋅蒸汽，進(jìn)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(yán)重時(shí)甚至可以導(dǎo)致?tīng)t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(fēng)口周圍，進(jìn)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(huì)沉積在風(fēng)口周圍形成瘤狀侵蝕體，如圖 1、圖 2 所示，最終造成風(fēng)口小套和風(fēng)口二套上翅被破壞，風(fēng)口小套和二套變形，導(dǎo)致風(fēng)口處跑煤氣，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使風(fēng)口燒損。
1.4 鋅對(duì)高爐原料質(zhì)量的影響
鋅在高爐內(nèi)循環(huán)富集對(duì)爐料會(huì)產(chǎn)生多方面的 不利影響：（1）鋅在高爐內(nèi)隨爐料下降過(guò)程中，在>907℃時(shí)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(dǎo)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(qiáng)度，影響焦炭的 性能；（4）鋅蒸汽進(jìn)入球團(tuán)礦的氣孔, 影響球團(tuán)礦的 還原膨脹指數(shù)，使球團(tuán)礦的質(zhì)量大幅降低。
2 應(yīng)對(duì)措施
2.1 加強(qiáng)對(duì)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(tuán)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(guò)干法灰、電除塵灰等配加鋅含量高的廢 料，進(jìn)入高爐，在工序間形成循環(huán)富集；鋅的沸點(diǎn)是907℃，在冶煉過(guò)程中，還原成為鋅蒸汽，進(jìn)入高爐煤氣中，隨著煤氣上升，溫度降低，一部分會(huì)重新附著在爐料形成高爐內(nèi)的循環(huán)富集，大部分會(huì)從爐頂 隨煤氣排出，進(jìn)入爐塵廢物中，再配入燒結(jié)、球團(tuán)的 生產(chǎn)中，供高爐使用，形成在高爐外燒結(jié)、球團(tuán)工序 間的循環(huán)富集。根據(jù)實(shí)踐得出 80%的鋅是隨高爐煤氣排出的，由此可見(jiàn)，鋅在高爐中循環(huán)富集主要通 過(guò)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(tuán)等生產(chǎn)中往返使用來(lái)降低鋅對(duì)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(shí)踐可知，80%的鋅隨高爐煤氣排出，通過(guò)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(dāng)開(kāi)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(shí)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(jī)會(huì)，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(jí)有利于降低鋅劣化焦炭的程度
鋅負(fù)荷高會(huì)促進(jìn)焦炭的熔損反應(yīng)，使焦炭在高 爐冶煉過(guò)程中實(shí)際粒度變小，導(dǎo)致焦炭粉化，所以高爐在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(jí)，減少鋅對(duì)焦炭的危害程度。
3 高爐排鋅實(shí)踐操作
近幾年，由于鋼鐵行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益嚴(yán)峻，在高爐冶煉過(guò)程中配加低價(jià)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(fù)荷較 高，榮鋼 5# 高爐鋅負(fù)荷高時(shí)達(dá)到 0.65 kg/t。在這樣的原料條件下，針對(duì)如何最大程度地降低鋅對(duì)高爐的危害，保證爐況長(zhǎng)期的穩(wěn)定順行進(jìn)行了深入研究 和討論。
在日常生產(chǎn)中，在燒結(jié)、球團(tuán)工序原料加工過(guò)程期間，可以處理掉 10%左右的鋅。經(jīng)化驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，高爐除塵灰含鋅的比例很高，有時(shí)可達(dá)到 6%， 此鋅含量的除塵灰不適合直接配入燒結(jié)、球團(tuán)工序，必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理，脫出鋅、鉛等有害元素后 再進(jìn)行配料，減少原料中的鋅帶入量，降低入爐鋅負(fù)荷。
榮鋼經(jīng)過(guò)鋅排放測(cè)定發(fā)現(xiàn)，約 78%的鋅是隨高爐煤氣排出進(jìn)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(dāng)放開(kāi)中心煤氣流，因?yàn)楦?爐中心煤氣流溫度一般可達(dá)到 600℃以上，而邊緣 煤氣流溫度在 100℃左右，且邊緣煤氣流開(kāi)放太大 會(huì)使高爐燃比升高，增加成本，煤氣在爐頂停留的時(shí)間極短，鋅在高溫高速的條件下，幾乎失去重新凝固的機(jī)會(huì)，爐頂煤氣流能夠?qū)⒁淮蟛糠咒\帶出高爐進(jìn)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(kāi)中心氣流，在下部送風(fēng)制度上，適當(dāng)縮 小風(fēng)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(fēng)制度和上部裝料制度相結(jié)合的調(diào)節(jié)模式，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的兩股煤氣流分布，既保證了爐況的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，又達(dá)到了高爐排鋅的目的。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)踐操作，取樣化驗(yàn)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(jì)量不 再增大，出現(xiàn)了負(fù)增長(zhǎng)，很大程度上實(shí)現(xiàn)了高爐冶煉對(duì)鋅的危害控制。
參考文獻(xiàn)
[1] 陸隆文. 大型高爐如何有效排鋅 [N]. 中國(guó)冶金報(bào)，2015-01-08（06）.
[2] 李肇毅.高爐鋅負(fù)荷對(duì)燃料比影響的定量分析[J].煉鐵，2016（4）：15-17.
[3] 竺維春.高爐爐缸徑向焦炭堿金屬變化及其對(duì)焦炭性能影響的研究[J]. 鋼鐵，2009，44（6）：20-23.
[4] 安為潔. 高爐風(fēng)口的破損機(jī)理及防治 [J]. 江蘇冶金，1997（3）： 8-10.
[5] 穆林.高爐冶煉過(guò)程鋅對(duì)焦炭冶金性能的影響[C]// 中國(guó)金屬學(xué)會(huì). 第八屆（2011）中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集.北京：中國(guó)金屬學(xué)會(huì)，2011:1-7.