锌对高炉的危害及应对措施

周 磊，卜昭晨

（天津荣程联合钢铁集团有限公司炼铁厂，天津300352）

0 引言

荣程钢铁5#高炉1 390 m3高炉炉料结构为（75%烧结矿+20%球团矿+5%块矿），以某年某月为例，5#高炉平均入炉锌负荷为0．45 kg/t，明显高于同类型高炉，实践证明，Zn 负荷超标（＞0．15 kg/t），对高炉生产过程十分不利。本文分析了锌对高炉的危害并提出了应对措施。

1 锌对高炉过程的危害

1.1 锌对焦炭反应的影响

经高炉实测，不同锌含量的焦炭反应后强度结果如表1所示。实践表明，焦炭随着锌吸附量百分比的增大，其对焦炭溶损反应的催化作用增强，焦炭反应后强度降低，锌吸附量高，促进了焦炭的溶损反应，这是焦炭在高炉中粉化的主要原因。

1.2 锌负荷对高炉顺行及燃比的影响

在炉身上部，Zn＞907℃时变为锌蒸汽，以气态渗入含铁原料和焦炭的气孔中，沉积后堵塞原料表面的气孔，影响高炉透气性和原料还原性，Zn被氧化后随炉料下降进入炉料和焦炭的微孔，会引起球团体积膨胀、烧结矿还原粉化，提高焦炭的反应性，降低焦炭的强度，增加炉料在高炉下降过程中的阻力和不顺行因素，造成高炉操作困难。其还会在高炉上部引起粘结，锌蒸汽伴随煤气上升,其温度下降变为液态锌，粘结在炉身耐材的表面，被煤气中的CO2和水蒸汽氧化，与炉料粉末形成炉瘤，高炉生产期间，当入炉锌负荷严重超标时，锌蒸汽会在煤气的上升过程中凝结成锌的瘤状体，堵塞煤气通道，还可导致高炉顶压的波动和不稳定，严重时会引起高炉崩料、悬料等失常炉况，严重影响高炉的稳定顺行状态和正常生产。

表1 不同锌吸附量焦炭的反应后强度 /%

由于锌蒸汽的进入降低了煤气的浓度，当锌负荷在0．15 kg/t时,会降低高温煤气资源4．14%的CO浓度 ，导致煤气利用率（4．3×锌负荷）降低，影响高炉的燃料比（16．8×锌负荷），锌蒸汽在上升过程中有一部分冷凝成瘤状物堵塞煤气通道，影响两股煤气流的正常分布，从而降低了煤气的利用率，致使高炉燃比升高。

1.3 锌对高炉耐材及风口的破坏

Zn被还原后,在＞907℃时成为锌蒸汽，进入上升的煤气中，渗入高炉上部耐材的缝隙，氧化后使其本身的体积膨胀，破坏高炉上部的炉墙结构，严重时甚至可以导致炉壳胀裂，使煤气泄漏，造成一系列恶性事故。锌在高炉被还原后沉积在风口周围，进入耐火砖的砖缝间，侵蚀耐火砖，造成砖体梳松，影响高炉一代炉龄；其还会沉积在风口周围形成瘤状侵蚀体，如图1、图2所示，最终造成风口小套和风口二套上翅被破坏，风口小套和二套变形，导致风口处跑煤气，严重时会使风口烧损。

图1 锌侵蚀体附着在小套周围

图2 锌侵蚀体沉积在二套前端

1.4 锌对高炉原料质量的影响

锌在高炉内循环富集对炉料会产生多方面的不利影响：（1）锌在高炉内随炉料下降过程中，在＞907℃时变为锌蒸汽，降低煤气浓度和利用率，影响高炉含铁原料的还原性，造成焦比上升，导致铁前成本升高；（2）锌蒸汽沉积在含铁矿物的微孔中，降低其还原性，恶化铁矿物的软熔性能，影响入炉料的正常还原溶化；（3）Zn可以加剧焦炭的汽化反应：ZnO+C=CO+Zn，降低了焦炭的热强度，影响焦炭的性能；（4）锌蒸汽进入球团矿的气孔,影响球团矿的还原膨胀指数，使球团矿的质量大幅降低。

2 应对措施

2.1 加强对入炉料的监控，减少锌的循环富集

锌主要由烧结矿、球团矿等含铁原料带入高炉，在高炉内有一部分循环富集；高炉外的循环主要是通过干法灰、电除尘灰等配加锌含量高的废料，进入高炉，在工序间形成循环富集；锌的沸点是907℃，在冶炼过程中，还原成为锌蒸汽，进入高炉煤气中，随着煤气上升，温度降低，一部分会重新附着在炉料形成高炉内的循环富集，大部分会从炉顶随煤气排出，进入炉尘废物中，再配入烧结、球团的生产中，供高炉使用，形成在高炉外烧结、球团工序间的循环富集。根据实践得出80%的锌是随高炉煤气排出的，由此可见，锌在高炉中循环富集主要通过高炉煤气排出的除尘灰，因此，应避免将除尘灰直接配入烧结、球团等生产中往返使用来降低锌对高炉冶炼的破坏作用。

2.2 增加锌从炉顶煤气的排出量

根据实践可知，80%的锌随高炉煤气排出，通过渣铁带走的很少，不足20%的锌在高炉循环富集，高炉应适当开放中心气流，这是由于中心气流温度较高，炉顶煤气停留的时间很短，流速也较高，锌在高温高速度的条件下失去了重新凝固的机会，大部分由煤气带出炉外，从而降低了锌在高炉内的富集。

2.3 提高焦炭粒级有利于降低锌劣化焦炭的程度

锌负荷高会促进焦炭的熔损反应，使焦炭在高炉冶炼过程中实际粒度变小，导致焦炭粉化，所以高炉在实际生产过程中应稳定主煤焦配比，提高入炉焦炭质量，改善焦炭粒级，减少锌对焦炭的危害程度。

3 高炉排锌实践操作

近几年，由于钢铁行业市场竞争日益严峻，在高炉冶炼过程中配加低价矿的比例不断提高。由于含铁原料带入的锌量大，造成吨铁锌（Zn）负荷较高，荣钢5#高炉锌负荷高时达到0．65 kg/t。在这样的原料条件下，针对如何最大程度地降低锌对高炉的危害，保证炉况长期的稳定顺行进行了深入研究和讨论。

在日常生产中，在烧结、球团工序原料加工过程期间，可以处理掉10%左右的锌。经化验检测发现，高炉除尘灰含锌的比例很高，有时可达到6%，此锌含量的除尘灰不适合直接配入烧结、球团工序，必须对其进行预处理，脱出锌、铅等有害元素后再进行配料，减少原料中的锌带入量，降低入炉锌负荷。

荣钢经过锌排放测定发现，约78%的锌是随高炉煤气排出进入除尘灰的，研究讨论决定增加锌从炉顶煤气的排出量，适当放开中心煤气流，因为高炉中心煤气流温度一般可达到600℃以上，而边缘煤气流温度在100℃左右，且边缘煤气流开放太大会使高炉燃比升高，增加成本，煤气在炉顶停留的时间极短，锌在高温高速的条件下，几乎失去重新凝固的机会，炉顶煤气流能够将一大部分锌带出高炉进入除尘灰而不被重新凝固回到高炉中，从而大量降低锌在高炉内的循环富集。

为放开中心气流，在下部送风制度上，适当缩小风口面积；在上部装料制度上，采用大布料角度布料，采用下部送风制度和上部装料制度相结合的调节模式，实现了预期的两股煤气流分布，既保证了炉况的长期稳定顺行，又达到了高炉排锌的目的。经过一段时间的实践操作，取样化验分析发现，高炉内的锌排除量逐渐增加，高炉内锌的累计量不再增大，出现了负增长，很大程度上实现了高炉冶炼对锌的危害控制。