邯钢4#高炉高Zn负荷原料冶炼实践

供稿|卢光辉 / LU Guang-hui

为增加废物料利用，降低铁前成本，邯钢东区100 m2烧结机中长期配加Zn含量较高的瓦斯灰和炼钢污泥，而邯钢4#高炉(容积为1000 m3)原料结构主要为100 m2烧结机烧结矿，目前在邯钢烧结—炼铁—炼钢这个大的Zn循环中还没有成熟完善的脱Zn体系，而易导致Zn在高炉内闭路循环，造成高炉内Zn负荷升高且富集循环，影响高炉正常生产。随着高Zn负荷料对炉况带来的不利影响，4#高炉通过长期摸索，操作上兼顾边缘和中心两道煤气流，并以活跃炉缸为基础制订排Zn措施，加强炉前出铁质量，保证了高炉长周期稳定顺行，取得较好的技术指标。

有害元素入炉情况

2013年100 m2烧结机烧结矿ZnO带入量平均为0.03%，较其他烧结机高0.016%，且远超业内认可的入炉料含Zn量<0.01%的标准，如图1。

图1 2013年邯钢东区3座烧结机烧结矿中ZnO含量对比

而4#高炉近年来入炉Zn负荷平均在0.52 kg/t以上，见表1。较其他高炉高出0.23 kg/t，这与业内共同认可的Zn负荷小于0.37 kg/t也相差甚远。

表1 近年来4#高炉入炉Zn负荷情况

Zn在高炉内还原机理

众所周知，Zn是一种银白色金属，熔点为419.5℃，沸点为906℃，Zn以ZnS形式存在与矿石中，入炉后分解成氧化物ZnO，随炉料下降，在1000℃以上高温区还原为Zn蒸汽随煤气上升，到炉身中上部氧化为ZnO后，一部分随煤气逸出，另一部分黏附于炉料上下降，还原、气化、富集循环，其结果可使Zn负荷增至20倍以上[1]。

Zn对高炉的影响分析

(1) 造成风口上翘，影响炉况顺行及正常生产。2011年以来4#高炉年因风口上翘而损坏数平均达8个之多，严重影响高炉进风系统安全，甚至造成高炉无计划休风。高炉在休风更换风口时也经常发现风口上翘、变形等问题，严重时还有白色液体流出，经检验分析主要成分为Zn物质。

(2) 在炉喉和炉身中上部形成炉瘤，严重影响高炉顺行。2011年5月后4#高炉炉况恶化，表现为边缘气流不稳，炉内不接受风氧量，高炉一度采取退矿批减负荷，调整装料制度等措施，可效果均不理想。2011年7月份休风降料面时发现炉喉、炉身存在大面积环状结瘤，是导致炉况失常的主要原因，最终炸瘤后，高炉炉况和指标逐步恢复正常。

表2 四高炉风口参数调整情况

高炉排Zn措施

上部煤气流的疏导

若靠以往发展边缘排Zn，一是引起顶温过高，风量不稳，Zn随煤气排出后易堵塞煤气管道；二是发展边缘后煤气利用下降，气流不稳定易引发炉况。若边缘过重，则可能会引起炉墙结厚，破坏顺行局面。因此，高炉需力保边缘和中心两道气流，以利于Zn随煤气排出和防止炉墙结厚。

(1) 确定适宜的焦层厚度和矿批。实践中，高炉通过计算确定炉喉焦层厚度在380~410 mm，矿批29.2 t是适合炉况的，矿批过大软熔带根部过厚，易引起软熔带位置波动，过小则抑制不住边缘气流，不利于排Zn。

(2) 装料制度的调整。布料调整上以矿布到炉喉半径(32°)以外为原则，占炉喉面积的30%到60%，焦碳平铺并控制角差在3.8°以内，高炉装料制度也由逐步演变为。从实际结果看炉内形成了边缘中心两股稳定煤气通路，为排Zn创造了条件。

提高风速和鼓风动能

料柱良好的透液性是排Zn的关键。而减小死焦堆区域是增加中心透液性、提高排Zn能力的关键。4#高炉近年来下部坚持采用高风速、高鼓风动能的思路，增加煤气流速，缩短Zn在高炉内停留时间，同时扩大风口回旋区深度，达到吹透炉缸，活跃炉缸的目的。经计算，高炉风口长度(L)550 mm、风口直径(φ)120 mm时，实际风速达到260 m/s，鼓风动能在8000~9000 kg·m/s较适合炉况。因此实际调整风口布局如表2所示。

调整后所有风口长度均加长到550 mm，并将5个风口直径缩小为110 mm，保证高炉动能稳定在8500 kg·m/s左右，回旋区深度为1.49 m，炉缸活跃，完全满足高炉排Zn冶炼。

改善渣铁流动性，保持炉缸活跃

Zn负荷增加后，造成高炉直接还原增加，炉缸温度下降，炉缸透液性下降。因此适当提高渣铁热量，降低碱度，是改善渣铁流动性、增强排Zn能力的关键。

(1) 提高[Si]含量和渣铁热量。实际操作中，4#高炉通过全关混风大闸保持风温在1180℃以上，富氧率由1.3%提高至3.0%，保证理论燃烧温度在2220~2280℃。从而将[Si]含量控制在0.45%~0.6%，物理热在1480℃以上；

(2) 降低炉渣碱度。实践中4#高炉将二元碱度控制在1.15~1.2，MgO含量控制在9%~12%，Al2O3控制在16%以内，使炉缸保持活跃，高炉抗风险能力大大提高。

2011年—2013年，4#高炉[Si]含量平均控制在0.49%，铁水物理热达1491℃，炉渣碱度平均控制在1.18，渣铁流动性良好，使炉缸保持活跃，高炉排Zn和抗风险能力大大提高。

表3 2011~2013年高炉生铁和炉渣分析

降低入炉料含粉率

料柱透气性直接影响高炉顺行和排Zn效果，针对降低入炉料含粉率，高炉对所有入炉料振料时间有严格的规定，焦炭保证在300 s以上，烧结矿给料料速延长至20 kg/s以上。另外增加了杂矿仓振筛，给料料速提至25 kg/s以上，确保精料入炉。

提高出铁质量

炉前出铁质量是保证炉况顺行和排Zn的重要途径。由于4#高炉两铁口夹角只有32°，出铁场条件受限，高炉制定了严格操作方针确保出铁质量。

(1) 要求铁口深度大于2300 mm。日常通过与厂家沟通确保炮泥种类与质量稳定，并制定相应标准确保炉前打泥量和打泥压力稳定；

(2) 控制出铁时间在60~80 min。按照标准，每次铁根据[Si]含量、碱度等情况合理选择开口钻头，确保铁水流速在3.2 t/min。

效果

取得的效果见表4。

2013年4#高炉各项经济指标良好，其中焦比306 kg/t，同比2011年降低17 kg/t。煤比158 kg/t，同比升高6.5 kg/t。燃料比508 kg/t，同比下降9 kg/t，取得了良好的效果。

表4 4#高炉2011—2013年指标情况

结语

通过以上措施，有效地控制了Zn对高炉的影响，邯钢4#高炉在实现了长期安全稳定生产的同时，还完成了公司下达的各项指标。

[1] 张寿荣, 于仲洁. 武钢高炉长寿技术. 北京: 冶金工业出版社. 2011:89