高炉高效排锌工艺的研究

2021-05-26付强

山西冶金 2021年2期

付强

（山钢股份莱芜分公司炼铁厂，山东济南271104）

近年来，社会经济在快速发展的同时，越来越多新型能源材料不断涌现，对我国传统钢铁生产工业造成了一定的冲击，钢铁生产工业形势越来越严峻。为了尽可能的减少成本，会对钢铁生产过程中所产生的瓦斯灰、红泥以及高锌碱灰等进行回收再利用，从而造成高炉锌实际负荷不断增加。随之而来的锌负荷超标也越来越严重，而钢铁生产企业高炉也也都相继出现了炉况波动的问题，渣皮脱落问题层出不穷，也导致钢铁生产的成本不断攀升。为了尽可能的减少炼钢作业中，高炉内锌的不断聚集，相关从业人员就必须要针对当前存在的问题，采取相应的解决措施。首先，可改善原材料基础条件，从而达到减少锌负荷的目的，并停止增加瓦斯灰。其次，还可以进行下部调节，并提升锌的实际排出率，并通过上部装料与下部送风有效结合的方式，从而最大程度上保障高炉炉况的安全稳定运行，并且实现高炉排锌的最终目的。

炼钢生产过程中，高炉锌富集是非常常见的，且不断的循环富集存在以下危害：首先，高炉的寿命会受到严重危害，Zn蒸气聚积在炉墙上方，并且与炉料产生反应，并逐渐形成熔点比较低的化合物以及炉瘤。同时会使得炉衬慢慢软化，从而加快侵蚀的速度。其次，还会对燃料的整体冶金性能产生一定影响。锌蒸气逐渐沉积氧化之后会逐渐形成ZnO，从而提升烧结矿还原粉化指数，焦炭的反应性开始发生变化，发生反应以后，整体强度有所降低。锌富集比较严重的情况下，炉料的透气性以及空隙度发生变化，高炉中煤气通道会变小，炉内材料无法正常下降，有些时候会在管中结瘤，导致煤气通道发生阻塞。

1 氯化物的具体排锌方法

1.1 高炉锌冶金过程

高炉内锌在400~500℃高温环境下，会慢慢还原，直到完成整个还原过程，还原后的锌沸点在906℃，锌会随着炉料逐渐下降到到软熔带，该环境温度为1 100~1 400℃，锌在该区域环境下，便会逐渐挥发，从而形成锌蒸汽，并上升至高炉上方，同时还会被逐渐氧化成为ZnO，部分ZnO微粒物质会进入到高炉系统当中，其中部分会附着于炉料之上，炉料逐渐下降，之后被再次还原，挥发并不断的循环，不断的重复，即在高炉当中，锌会反复的被还原富集[1]。

1.2 氯化物的配比选择与具体排锌时间

为了进一步明确在具体试验中，氯化物的具体检测时间以及实际用量，要对氯化物的排锌与配比具体时间进行确认。结合实际情况，氯化物配比总量公式如下：

式中：L指的是氯化物配用量，kg；P指的是锌富集量；m1指的是密度，kg/m3；m2指的是氯化物的实际密度；n指的是含氯量；通常情况下1 000 m3之下高炉φ（O）应为0.35%；1 000 m3之上高炉φ（O）应为0.4%。

氯化物比较常见的有以下几类：即MgCl2、NaCl、CaCl2等几种类型，要充分衡量其对整个生产过程与成本产生的影响，应当选择氯化钙，w(CaCl2)要严格控制在1%范围之内。结合当前高炉的具体情况，可在粉煤当中适当增加w(CaCl2)约0.3%左右。排锌时间公式如下：

式中：T指的是排锌具体时间；L指的是氯化物实际用量；X指的是具体配用比例；Y指的是每小时的实际煤量。

1.3 氯化钙排锌方法的具体操作

在正式操作之前，要提前准备足够的氯化钙试剂，选择进行试验的高炉，并根据实践操作步骤经验，高炉内锌负荷达0.75 kg/t，并在喷煤系统当中，安装氯化钙装置，结合具体情况进一步明确相应的试验时间，并在粉煤当中适当增加w(CaCl2)大约0.3%左右，并进行两次喷吹试验。在产生的瓦斯灰当中对锌、Na2O以及TFe的实际含量进行测定，并实时动态化监测燃料的具体使用状况和煤气水pH值的实际变化情况，确定实际排锌情况[2]。

2 试验结果和实际讨论

2.1 瓦斯灰不同成分的实际含量变化

针对实际情况，大约有超过95%的锌主要是通过瓦斯灰所排出，因此，要实时观察瓦斯灰当中整个试验前后的变化以及锌含量，这也是衡量排锌效率的基本依据，并进一步观察瓦斯灰当中钠、钾以及铁等相关元素的变化情况，也能够充分反映出该工艺技术对脱碱率产生的影响。图1是在两次试验前后瓦斯灰的具体成分变化情况，能够明显看出瓦斯灰当中w(Zn)明显上升到4.63%左右，排锌效果显著提升，增长率超过60%。数据表明，该工艺技术具有良好的排锌效果。同时对瓦斯灰当中各个不同元素进行分析观察，能够直观的看到w(TFe)的实际含量逐渐降低，降幅为5%，这也能够反映出高炉排出的铁元素在逐渐减少，同时也能够观察到w(K2O)与w(Na2O)显著升高，增幅在80%与55%，也能够充分表明通过喷吹氯化钙之后，能够大幅度提升锌的排出率。同时也提升了钾、钠等元素的排出效果。

图1 瓦斯灰中不同成分的变化情况

2.2 燃料比变化情况

燃料比能够充分反映出成本投入以及工艺耗能情况，应当实时观察燃料比的实际变化状况，图2是两次试验前后燃料比的具体情况。

从图2中看出，燃料比有所下降，降幅为1.00kg/t，也能够充分反映出在整个炼钢操作中，该工艺技术使得燃料比显著降低。同时也能够有效改善硫负荷，并且提升了喷煤量，有助于实现节能降碳的目标，创造更大的经济效益。

图2 燃料比的实际变化情况

2.3 煤气水pH值实际变化

为了进一步分析该工艺对煤气产生的影响，会对煤气水当中的pH值变化情况进行实时监测。通过对试验前后的实际变化规律进行对比分析，在粉煤当中适当加入一定量氯化钙之后，能够明显观察到煤气水酸性正在不断减弱，pH只由实验之前的4.5逐渐上升至5.0与5.3。煤气水的酸性逐渐降低，这样也能够降低煤气管道遭到腐蚀的情况，大幅度提高了设备的实际使用效率，延长寿命，降低损耗与投入成本[3]。

3 喷吹氯化钙排锌工艺技术基本原理

通过进一步深入分析在整个炼钢过程中，氯的特点以及燃烧过程中的行为，可得出，在高炉高温还原环境下，氯主要是以氯化氢的形式呈现，氯化氢和Zn以及相关化合物之间发生反应，并逐渐形成ZnCl2，其中一部分氯化锌熔点较低，逐渐被气化，并通过气态的方式被排出，从而有效减少了黏结至炉料上的情况。高炉内软融带以下与以上情况的化学反应式如下：

一般情况下，高炉内锌主要源自于焦炭、烧结矿等，原料不断的加热以及下降，锌也会逐渐得到还原，并且慢慢进入到高温区域当中，当温度越来越高时，锌便会慢慢气化，之后其中一部分便会被排出到高炉之外，还有一部分会慢慢转移到高炉上部，当区域内温度慢慢降低时，其中部分锌会在炉墙上方发生黏结，部分随着煤气逐渐被排出，部分锌富集于高炉之内[4]。

在高炉喷吹氯化钙工艺实施过程中，氯化物和煤粉一同进入到高炉当中，并逐渐形成氯化氢，慢慢上升的气体和炉内富集以及黏结的锌开始发生反应，从而生成气体并被排出。气体上升时，和下降的蒸气开始发生反应，从而逐渐形成氯化锌气体，被直接排出，从而达到高效排锌的目的[5]。