八钢高炉高锌负荷操作实践

张文庆，高小雷

（新疆八一钢铁股份有限公司炼铁厂）

1 前言

新疆富铁矿资源相对贫乏，随着国家环保要求的日趋严格以及疆内钢铁产能的提高，高炉缺少优质铁料资源的问题凸显。八钢为充分利用铁矿资源并降低生产成本，在三座2500m3高炉(A、B、C）添加了含锌量较高的自有敦德铁矿及外购硫酸渣等铁料。Zn元素在高炉中循环富集会危害高炉生产，引发高炉悬料、结瘤、炉况失常、消耗升高等问题。为保证高炉顺行，八钢高炉操作过程中通过对锌元素的平衡及循环富集进行测算、监控，采取及时调整高炉操作、周期排锌等措施，实现了合理使用高锌铁料并将Zn元素对高炉的影响降至最低。

2 锌元素在高炉冶炼中的危害

2.1 高炉炉况波动大

2017年八钢敦德铁矿投产，八钢三座高炉开始使用含锌量较高的敦德铁矿，八钢高炉入炉锌负荷大幅上升，2018年入炉锌负荷最高1.00 kg/t（正常入炉锌负荷＜0.15 kg/t,宝钢股份控制在＜0.20 kg/t）。通过对炉况进行跟踪分析，高炉入炉锌负荷≥0.65 kg/t，高炉炉况崩滑料增多，高炉炉况不稳，渣皮频繁脱落，高炉无法强化冶炼，严重时炉墙结厚，炉况不稳定，炉况波动。图1、图2是2018年1～11月C高炉入炉锌负荷趋势，随着锌负荷增加，高炉焦比、悬料、管道次数及风口小套破损增加，对炉况稳定影响较大。

图1 2018年1～11月C高炉入炉锌变化经济指标

图2 2018年1～11月C高炉入炉锌变化对高炉顺行指数的影响

2.2 风口小套易发生烧损

由于锌元素长期富集，造成风口中套上翘，风口上翘必然影响高炉送风制度和正常冶炼，下部送风制度不稳且叠加上部渣皮频繁脱落，造成风口小套易烧损。2018年3月及11月A高炉小套烧损25个，认为与锌富集有关。

2.3 燃料比上升，高炉经济指标变差

入炉锌负荷越高，高炉燃料比越高，同时高炉为保证炉况顺行，降低矿焦负荷导致高炉焦比上升。锌负荷高的高炉燃料比高。一方面，由于上升的锌冷凝堵塞煤气通道，造成气流紊乱，炉内压差升高，炉况顺行变差；另一方面，ZnO将下部高温区的CO在还没对铁还原作任何贡献的情况下转变成CO2，CO2到炉顶再把金属锌蒸气氧化生成ZnO，释放出CO排出炉外，从而使煤气利用率降低。日照钢铁厂的生产经验表明，锌负荷每增加0.1%折算燃料比升高6.77kg。燃料比上升造成高炉产量下降，高炉强化冶炼无法持续。图3是2018年1～11月八钢C高炉入炉锌负荷及经济指标。

图3 2018年1-11月八钢C高炉入炉锌负荷及经济指标

3 八钢高炉锌元素来源分析

高炉锌元素主要来源于铁料、燃料以及钢铁厂内部循环的各类含锌返矿、除尘灰等。高炉内锌的循环富集存在于两个方面：一是高炉内部的循环富集；另一部分在高炉入炉原料之间循坏富集。因此，分析高炉锌负荷来源并采取针对措施，有利于减少高炉锌危害，充分利用资源。

3.1 高炉入炉原料锌含量的来源

八钢高炉使用原料主要有烧结矿、球团矿、生矿等。对八钢C高炉2018年11月入炉料情况进行举例分析（表1）。使用烧结矿75%～80%，其带入锌含量占入炉总锌量91%，球团、块矿占入炉总锌量5.09%，焦炭、煤粉占入炉总锌量3.1%。锌含量较高烧结矿是入炉锌量的主要来源，八钢烧结矿生产过程中配加了含锌元素的重力灰、炼钢污泥、返矿等固体废弃物，最终含锌元素在烧结、高炉工序之间循环。

表1 2018年11月 C高炉入炉料锌负荷实例

3.2 高炉内部锌元素的循环富集

高炉炉内的锌循环富集浓度至少为入炉时锌浓度的40～80倍，含锌矿物进入高炉后生成固态ZnO，随炉料下降过程中被C、CO和Fe还原，在高炉下部1000℃以上的高温区，由ZnO还原出的Zn全部被汽化为锌蒸汽分散于煤气中并随之上升；锌蒸汽到达高炉上部低温区时冷凝而再被氧化形成ZnO细粒，一部分随煤气从炉顶逸出炉外，一部分附着于下降的炉料时就再次进入高温区重新被还原和汽化。锌元素在高炉内长时间循环富集[1]，高炉锌负荷富集到一定量，破坏焦炭质量，造成炉况波动失常。八钢入炉原料锌负荷高，炉内锌元素富集危害严重，需要调整操作制度排锌，以稳定高炉炉况。

3.3 入炉锌负荷控制标准

国内大型高炉入炉锌负荷标准为＜0.15 kg/t,八钢结合疆内原料条件，2015年前入炉锌负荷标准控制在＜0.450 kg/t，日常操作中通过采取排锌措施，可以保持炉况顺行。2015年由于生产模式改变，冬季高炉停炉排空，炉内富集锌得到一次彻底排除，同时逐步提高敦德铁矿用量，操作中将入炉锌负荷标准控制在＜0.650 kg/t，短期也能维持高炉炉况顺行。长期生产中锌负荷含量高会造成炉况波动、经济指标变差、高炉灰比上升、崩悬料增多等情况，高炉通过定期排锌，基本保证了炉况顺行。通过对2015～2018年高炉高锌负荷的生产实践分析，兼顾炼铁经济性及炉况，将八钢高炉入炉锌负荷标准控制在＜0.65 kg/t.

4 高炉控制入炉锌负荷措施及排锌制度[2]

4.1 有计划使用烧结混匀料，高炉周期性排锌

（1）有计划均衡使用含Zn铁料，抓好入炉锌负荷基础工作。根据物料有害元素含量及成分控制难易程度来确定含锌原料的管控。严格管理高炉返矿、重力灰、转炉污泥含锌高炉料的堆放，配加量按配比方案执行，结合高炉实际用料情况再次核算，以确保测算值在要求范围内。在制定全年配矿方案时对含Zn物料、杂料配比进行初步核算，确定高炉锌负荷入炉标准。

由于2018年冬季生产原料上料困难，八钢高炉入炉锌负荷严重失控，造成1～4月高炉炉况波动较大，经济指标差。制定的全年混匀料配加目标，即入炉锌负荷＜0.650 kg/t的目标基本未达到，对入场资源及烧结混匀料计划也没有完成，部分月份高炉入炉锌负荷超标，造成A高炉1月、11月炉况波动，C高炉3月炉况波动，高炉生产经济指标差。

（2）高炉富集锌预警期间，高炉及时调整降低入炉锌负荷，配合高炉排锌操作。

（3）在外部资源允许条件下，每月降低烧结入炉锌含量3天，降低高炉锌的循环富集，保证高炉气流稳定，对布袋除尘灰取样检测布袋灰中含锌量，采取针对性措施。高炉做到定期排锌。

4.2 上部装料制度调整

4.2.1 调整上部装料制度发展中心气流

高炉锌负荷在炉内有三个去向：随炉顶煤气逸出、炉内富集、随渣铁带走。统计数据表明随渣铁带走的含锌量很少，可以忽略不计。煤气带走含锌量超过80%。高炉操作中要增加锌从炉顶煤气排出量，必须保证中心开放，中心气流在500℃以上，减少锌重新凝固的机会，随煤气排出炉外，减少高炉内循环富集。研究分析国内一些高炉操作资料，部分高炉也采用中心加焦布料模式，主要原因是高炉原料锌负荷高，开放中心排锌。

4.2.2 平台漏斗布料，开放中心

由于八钢高炉用自产焦炉热态性能较差，八钢2500m3高炉不易采取中心加焦布料模式，曾经尝试中心加焦方式，燃料比太高、压差高，中心温度到700℃，高炉受风能力差，炉况不稳定。目前采用中心漏斗布料制度，中心温度≥500℃。C高炉中心温度≥450℃，次中心温度维持在250℃，高炉排锌期间操作中心温度≥500℃，1～11月（2月处理炉况）C高炉中心一直保持稳定，操作上开放中心是炉况稳定操作措施。三座高炉上部装料制度见表2。

表2 八钢高炉上部装料制度

4.2.3 缩小风口面积送风制度

自2016年，C高炉逐步缩小风口进风面积（见表3），应对原燃料条件劣化，通过缩小进风面积，保证下部鼓风动能，改善炉缸工作，为中心气流发展创造条件。

表3 2016～2018年C高炉风口面积变化

4.3 周期性退矿焦负荷排锌

由于锌的特性，高炉入炉锌负荷并不能完全排出炉外，高炉经过一段时间生产循环富集，对炉况有影响。其表现征兆为燃料比上升、炉墙温度波动大、崩滑料增多，灰比上升。这时高炉操作退矿焦负荷0.1-0.2，保证中心气流发展，同时增加高炉料柱透气性，维持炉况顺行。通过牺牲焦比排锌，这种通过矿焦负荷排锌方式持续时间长，对产量指标影响大，但总体能保持高炉顺行。图4是C高炉退矿焦负荷排锌持续近一个月指标情况。

图4 C高炉2018年7月入炉锌负荷跟踪

4.4 降料面提顶温排锌

降料面排锌利用了锌熔点、沸点低的特性，高炉通过降低料面提高顶温达到排锌目的。高炉加料以顶温为主，控制炉顶温度350℃时放料，逐步降料面至10～12m，炉内料面温度维持600℃，高炉汽化锌通过煤气带入炉外，目前高炉2500m3排锌基本采取这种办法。A、B、C高炉定期降料面排锌。但由于降料面排锌时间短，降料面时间大致8小时结束，通过取样分析布袋灰含锌量化验锌含量略上升1%-2%，排出锌富集量很少一部分。2018年3月、10月A高炉通过降料面和洗炉相结合进行排锌作业，但试验后评价效果不佳，不再使用这种方法。

理论分析认为，通过降料面提顶温排锌效果不佳，顶温保持350℃时需要放料打水，汽化锌附着于下降的炉料时再次进入高温区重新被还原和汽化，富集循环未被破坏，所以效果不佳。因此进一步完善降料面排锌方法，直接降料面至软融带以下区间900～1000℃，锌在此完全汽化，直接随煤气排出炉内。面临入炉锌负荷不断升高的趋势，为降低高炉锌害，还需更进一步研究高炉操作的排锌方法。

4.5 建立高炉炉内锌富集跟踪及预警制度

（1）八钢高炉入炉炉料结构变化较频繁，铁精粉资源紧张（尤其冬季生产烧结混匀料配矿误差较大），造成高炉入炉锌波动大。例如7月C高炉入炉锌负荷最高0.80 kg/t，最低0.39 kg/t。建立高炉炉内锌富集跟踪及支出日监控、月监控制度对应炉况指标变化，及时反馈变化情况；通过调整高炉配矿结构或及时调整高炉操业制度来应对高锌负荷入炉。

（2）通过锌元素平衡计算，对照炉况建立高炉锌富集预警制度。高炉锌富集累计接近预警值，应采取排锌操作，防止炉况出现波动。通过以上制度的建立实施，2018年全年C高炉炉况基本没发生异常和恶性事故。根据对三痤产炉添加含锌较高铁料生产实践分析，跟踪三座高炉锌负荷入炉外排历史统计数据及相对应炉况，建立三座高炉锌负荷预警机制，锌富集预警值见表4，高炉达到预警值，评价炉况采取对应措施，避免错误判断炉况波动原因。

表4 锌富集预警值

5 结语

（1）八钢炼铁系统通过对高炉入炉锌元素的平衡分析，结合生产实际情况制定了一系列措施，以达到排锌减少富集的目的，并取得了明显的效果。但从高炉长期稳定顺行、经济技术指标持续优化的要求来看，采取的措施还不能从根本上解决锌元素对高炉的危害，高锌铁料对炉况危害依旧存在。必须从源头控制入炉锌负荷，并辅以技术手段以达到标本兼治的目标。

（2）高炉入炉锌富集预警制度建立对高炉操作很重要。八钢高炉原燃料质量及炉料结构变化频繁，影响高炉炉况因素较多。高炉技术人员做好基础工作，收集分析入炉数据，找出炉况波动主要原因，及时采取措施，避免经济损失。