10#高炉排除元素锌操作实践

王艺淞

（新余钢铁股份有限责任公司，江西 新余 338001）

新钢10#高炉有效炉容为2500m3，设计炉役为15年，自2009年11月9日开炉生产至今，已至炉役中、后期，目前整体生产较好，各项技术经济指标在国内同类型高炉中名列前茅。这主要得益于10#高炉操作中重视对入炉有害元素的排除，降低其在高炉中的循环富集量，减少或消除有害元素对高炉的影响，针对锌元素高的特点，10#高炉通过技术措施提高排除率，基本消除了炉墙结厚等失常症状，利于高炉炉况稳定顺行与长寿。

1 锌负荷高对高炉冶炼的影响

1.1 锌元素还原机理与循环富集

锌元素主要是由入炉矿带入，入炉矿中锌元素主要是以ZnS存在，在高炉中达750℃左右可以被煤气中的CO2还原，即：

进入900-1000℃反应迅速，当温度超过1167℃时，铁也能从ZnS中将Zn转换出来；

ZnO是比较稳定的化合物，当温超过750℃时能被多种还原剂还原，高炉中主要是被煤气中的CO所还原：

元素锌沸点低，只有907℃，在炉内生成即能气化随煤气流上升，在上升过程中遇粉焦或粉矿又可氧化为ZnO粘附在炉料或炉墙上，生成结厚和随炉料下降形成循环富集。

1.2 锌负荷高对高炉冶炼的危害

（1）气态锌随高温煤气上升逐渐降温的过程中，可发生反应（3）的逆反应被重新氧化为ZnO，并且黏附在炉墙上，容易形成高炉上部或中上部结厚与结瘤。使操作炉型发生改变，气流分布不均匀，炉况出现波动，指标恶化。而在10#高炉结厚严重时在休风后可直接在点火孔观察到结厚情况。（见下图）。

图1 10#高炉炉身上部结厚情况

（2）原、燃料质量差，粉矿、粉焦含量高时，煤气中的气态锌上升过程中降温并被氧化成ZnO不仅会黏附在炉墙上形成结厚，同时也可能沉积在炉料孔隙中，进一步恶化上部料层透气性，使高炉出现压高难行，甚至形成悬料。

（3）ZnO沉积较多的地方往往也伴随有大量的烟碳析出，这二者都会形成体积膨胀，会造成炉衬损坏，甚至严重时能顶坏炉壳，使高炉寿命大为降低。

2 10#炉针对锌元素富集采取技术措施，有效排锌

炼铁规范要求锌负荷要小于0.15Kg/t，而10#高炉入炉锌负荷长期达0.8Kg/t以上（表1），甚至达到过1.5Kg/t的超高水平，由于当时高炉保留有中心加焦，原、燃料质量好，高炉操作上也是确保中心主导气流强劲，所以高炉冶炼进程没有受大的影响，对入炉锌没有足够重视。但2014年10#高炉经过近半年技术努力，10月20日成功取消了中心第1档加焦，中心焦量由年初27%逐渐减到0，在2015年原、燃料条件逐月变差，入炉品位低到55%以下，这种情况下，中心透气、透液性降低，高炉出现结厚现象。2015年～2018年之间多次高炉在长期休风后复风出现结厚物脱落，频繁坏风口小套，反复休风更换，往往要经过长时间调整才能恢复炉况。10#高炉经过分析决定采取技术措施，有效排除锌元素，降低其富集量，减少或者杜绝炉墙结厚：

表1 10#高炉2017-2019年部分月份入炉锌负荷统计

（1）强化中心主导气流，排除锌元素。国内外研究表明，锌元素在高炉内能被炉内煤气带走而排除的占比约为80-85%，所以高炉冶炼中排除锌主要是通过调整煤气流，使其合理分布而达到有效排除的目的。2017年9月以前，高炉缺乏对有害元素系统管理，9月开始高炉每日根据原、燃料成份计算理论锌等有害元素，监督其趋势变化，另外装料制度保持O8765（3332）C876543（333211），增加第3档布焦1环，边缘第8档负荷5.1～5.2，引导中心气流同时又对边缘气流进行压制，在2018年4月份10#高炉长期休风后复风结厚物脱落后，高炉结厚现象减少，自下半年始排除效果更为明显（见表2）。

（2）控制合适炉渣碱度，确保渣铁良好分离。锌元素不溶于生铁，也很难进入炉渣，由炉渣排除的锌只占总量3%左右，极其有限，但控制略微下限的炉渣碱度有利于降低渣中碱金属化合物的活性，增加炉渣带走的碱金属量，对排除“碱害”是有利的，特别是10#高炉碱金属入炉负荷3Kg/t左右处于规范上限，控制碱度操作很有必要。同时也有利于改善炉渣流动性，渣铁分离好，有利于气流分布合理。目前10#高炉控制以四元碱度0.98倍～1.0倍能够确保渣铁温度足够，冶炼进程顺利进行。

（3）加强筛分，降低入炉粉末。10#高炉用料结构烧结矿占85%左右，熟料率95%，用焦以80%自产焦加20%左右外购水熄焦，用料结构是比较好的，但是经过卸车、转运等，入炉粉末量较大，特别是外购焦水份高，表面裹粉严重，如果不加以控制会影响高炉顺行和造成炉墙结厚现象。10#高炉经过加强得分检查、控制，将外购焦筛和内环布焦焦筛增大至25mm。

表2 10#高炉2018全年及2019年1-2月锌排除率

3 存在不足

（1）入炉锌负荷高是一个长期现象。虽然10#高炉采取一系列技术措施目前能保证高炉结厚现象减少，但并没有完全消除，锌负荷仍然高达0.8Kg/t以上，高炉还是存在结厚风险。据统计入炉锌元素主要是由烧结矿与球团矿带入，占总量85%左右（见表3），10#高炉重除灰与出铁场除尘灰锌含量均大约0.6%～1.0%，布袋灰含锌约10%～15%，高时超过20%，都做为烧结原料配入，最终又进高炉参与炉内循环富集，虽然烧结过程能够排除一定比例锌元素，约60%，但远远达不到要求。

表3 烧结矿、球团矿带入锌元素比例

（2）原、燃料质量波动大。10#高炉生产近10个年头，处于炉役中、后期，同样各配套系统也生产多年，设备故障率增加，如焦化厂干熄焦检修频次增多，且周期长，短则8h，长则达月余，造成大量水熄入炉；另外烧结矿碱度也偶有大幅波动，高炉调剂完全跟不上，造渣制度稳定性差；加之块矿含水、含泥高，过筛效果差，入炉后也对炉内中心气流不利，使排锌效果减弱，对高炉寿命产生不利的影响。

4 经验与教训

（1）长期休风后复风要充分考虑结厚物是否有掉落可能。10#高炉入炉锌负荷高在今后操作中仍然是一个长期现象，而对于入炉锌负荷高的高炉来讲，形成高炉中、上部结厚是很难消除的，10#高炉结厚以后基本都是长期休风炉墙温度变化较大的情况下才在复风后脱落的，很难估计其影响，而一旦结厚物脱落后炉况恢复过程往往异常困难。

（2）采用高分子材料筛减少块矿板结现象。10#高炉三个块矿仓，其中两个仓对应条形筛，一个仓改用聚氨酯波纹筛，通过实际使用情况对比，能够清楚反映出波纹筛结筛情况大为降低，且结筛后清理也更容易，入炉矿粉减少对炉内气流有利，煤气带走的锌量增加，富集量少，炉衬结厚、破损现象改善。

（3）稳定中心气流。高炉操作一定要有强劲的中心主导气流，但除了要中心气流长期强劲且稳定对于10#高炉来讲有一定困难，各类影响因素前文已述及。

5 结语

锌、碱害对高炉长寿及炉况都产生不利的影响，在操作上一定要重视，采取有效的排除措施，特别是10#高炉已达炉役中、后期，炉衬各部或多或少存有侵蚀、破损现象，要通过分析确定适宜的操作方针且能适时做好合理的调整，系统全面地保护炉内衬，尽可能地延长一代炉龄，降低综合成本及产生更高的效益。