淺議鋅對一高爐的危害及控制

李海麗  梁紅星 宋世濤

（河鋼集團邯鋼公司邯寶煉鐵廠 邯鄲 056003）

摘  要：隨著入爐原燃料成本的降低，邯鋼一高爐入爐原燃料質量不斷下滑，鋅負荷不斷增加，排出受阻，爐內鋅元素不斷富集，致使高爐爐缸側壁溫度升高，冷卻設備損壞，爐墻結厚，塊狀帶透氣性惡化等情況，致使高爐指標惡化。

關鍵字：高爐；鋅負荷；排鋅率

邯寶煉鐵廠一高爐（3200m3）于2008年4月18日點火投產，爐缸采用美國uar熱壓小碳磚，內設陶瓷杯，高爐設32個風口，采用全軟水密閉循環冷卻系統。近年來，由于高爐鋅負荷升高給高爐帶來了嚴重危害。

一高爐入爐鋅負荷分析

表一，一高爐近期入爐鋅元素分布情況

由表一可以看出，一高爐入爐原燃料中燒結礦為高爐鋅負荷貢獻的比例最大，占到了81.8%，其次是焦炭，占11.3%，這兩者總共占到了93.1%。燒結礦在爐料結構中的配比最大占75%，而且燒結礦中所含的鋅含量也是最高的，達到了0.02%-0.03%，故而燒結礦對高爐鋅負荷的貢獻最為突出。煉鐵廠自2012年開始，燒結混勻料逐漸增加冶金廢料的配比， 2016年，比例基本維持在了7%左右，邯鋼主要冶金廢料中鋅含量如表二所示。高爐瓦斯灰不經處理完全配入燒結混勻料中，循環往復，形成了鋅元素的大循環，不斷在燒結礦中富集，燒結礦中鋅含量不斷升高，高爐入爐鋅負荷也就不斷升高，近期達到了0.825kg/t,超出邯鋼內控標準0.25kg/t 3倍多。

表二，邯鋼主要冶金廢料中鋅含量

一高爐鋅的排出情況

表三，一高爐近期鋅元素排除分布情況

從表三可以看出，一高爐的排鋅途徑主要也是通過高爐煤氣進入到了瓦斯灰和瓦斯泥中排出的，比例占到84.8%，其次是通過高爐爐前灰，占13.2%，高爐渣只占2%。而近期鋅的排出率僅有33.6%，分析原因，高爐入爐原料粒度及強度變差，頻繁配吃含粉量高、強度差的落地燒結礦，致使高爐上部塊狀帶吸附的鋅量增加，排出率下降。

鋅對一高爐的影響

1 引起爐缸碳磚異常侵蝕

一高爐自2013年開始，爐缸側壁溫度異常升高，經過處理后還是反復出現，經分析為陶瓷杯脫落及脫落后爐缸側壁碳磚異常侵蝕。而入爐鋅負荷的增加是造成以上兩個現象的重要原因。在爐缸高溫條件下被還原的鋅蒸汽會沿著爐缸碳磚的微孔或裂紋向碳磚內部滲透，當溫度降到700℃的時候，鋅會發生反應(1)

Zn＋CO2＝ZnO＋CO                          （l）

反應（1）產生ZnO，會產生50%的體積膨脹，破壞碳磚。而反應（1）所需的CO2主要來自高爐內CO的分解反應

  2CO=CO2+C                               （2）

雖然在正常情況下CO的分解反應（2）發生在400℃-600℃的區間，但是鋅的存在會對反應（2）產生催化作用，使其在600℃-1000℃的范圍內都可以發生。因此碳磚內部700℃左右較大溫度范圍內都有可能發生鋅蒸氣與CO2的反應而生成ZnO，引起碳磚較大體積膨脹，使得碳磚導熱系數降低，熱膨脹系數增大，加劇熱應力引起的碳磚開裂。碳磚熱面溫度超過1000℃。ZnO在1030℃左右被CO還原成鋅，由于生成產物鋅的沸點在907℃，反應生成的鋅會馬上揮發掉，使碳磚中產生較大的孔隙，為鐵水的侵蝕留下通道，這也是碳磚熱面鮮有ZnO存在的原因。

2 引起風口等送風設備損壞

正常來說，風口區域不可能有液態Zn存在，但當有壞風口且漏水情況下，其他風口區域串水，不排除局部過冷區域存在，因此液態Zn存在使風口連續大量燒損。爐缸磚襯侵人鋅后膨脹，造成風口二套上翹，爐缸活躍程度下降，嚴重時出現爐缸堆積，爐況失常。邯寶一高爐從2013年便開始出現二套上翹問題，2016年風口損壞數量迅速升高，全年損壞風口小套27個，與開爐前7年損壞風口數相當。2016年的幾次休風過程中，均發現風口有銀白色液體流出，經化驗分析主要成分為Zn，風口損壞加劇于此關系緊密。

3 引起爐墻結厚

鋅在高爐內高溫區被還原成鋅蒸汽隨高爐煤氣上升，上升過程中被氧化成ZnO，部分歲煤氣繼續上升排除爐外，另一部分在吸附在爐料上和爐墻上，吸附在爐料上的隨爐料繼續下降，在爐內形成鋅元素的小循環，吸附在爐墻上的，則引起爐墻結厚，甚至形成爐瘤。一高爐近年來頻繁出現爐墻結厚，給高爐順行帶來巨大干擾。由圖一可以看出，在鋅負荷較高時，爐墻溫度呈呆死狀態，溫度維持在50℃左右，說明爐墻嚴重粘結，而在2017年初，燒結礦混勻料中去掉高爐除塵灰，鋅負荷下降后，爐墻溫度上升到120℃左右，呈小波浪狀，說明爐墻未有明顯粘結。

上圖為2016年11月份（鋅負荷0.8kg/t左右）時的趨勢，下圖為2017年4月份（鋅負荷0.3kg/t以下）時的趨勢

4.惡化塊狀帶透氣性

鋅在高爐內高溫區被還原成鋅蒸汽隨高爐煤氣上升，滲入鐵礦石和焦炭孔隙中的鋅蒸汽沉積氧化成ZnO后，一方面由于體積的膨脹會增加鐵礦石和焦炭的熱應力，破壞鐵礦石和焦炭的熱態強度，并導致燒結礦和球團礦的低溫還原粉化指數有所提高，焦炭的反應性增加，反應后強度降低；另一方面鋅蒸汽也會堵塞鐵礦石和焦炭的孔隙，惡化高爐料柱的透氣性，使壓差升高，造成風氧損失，影響高爐順行。一高爐近年來爐內壓差不斷升高，影響風氧量，從爐身靜壓分布來看，主要是上部壓差升高，除原料本身含粉率影響外，鋅害應是主要原因。

鋅的控制措施

5 降低鋅負荷

面對當前的行業形勢，壓減入爐原燃料成本成為大部分企業所采取的重要措施之一，邯鋼幾乎將所有的冶金廢料不經處理重新利用，配入燒結混勻料和球團礦中，致使燒結礦和球團礦中的有害元素尤其是鋅元素升高，高爐入爐鋅負荷增加，給高爐帶來一系列的危害，邯寶煉鐵廠2017年1、2月份停止了在燒結礦中配加高爐除塵灰（主要瓦斯灰），消除了鋅元素的大循環，燒結礦中的鋅含量下降了50%，入爐鋅負荷下降到了0.253kg/t，爐墻粘結情況明顯減輕，高爐各項指標均有所恢復。所以降低燒結混勻料中的除塵灰含量是降低高爐鋅負荷的重要措施。如無法做到，可周期性的外排除塵灰，如每季度首月將高爐除塵灰徹底外排，以減少鋅的大循環。

6 提高鋅的排除率

首先要加強原燃料管理，減少入爐粉末，提高入爐料的強度，降低燒結礦的低溫還原粉化率等以提高塊狀帶的透氣性，減少鋅元素在高爐上部的吸附，提高排鋅率，降低鋅元素在高爐內循壞富集；其次保持爐缸活躍，爐溫充足,保持較高的鐵水溫度,讓ZnO沒有沉積的條件，因為ZnO在1030℃下就被還原汽化,不會沉積，因此爐缸熱量充沛,鐵水溫度較高,不利于ZnO沉積,或不會沉積。一高爐自2016年底開始，將硅素控制范圍有原來的0.3%-0.4%，提高到了0.35%-0.45%，使物理熱保持在1520℃以上，加之原料含粉率得到有效控制，鋅排除率保持在了80%以上，一月份最高的達到了185.2%。

7 總結

一高爐鋅負荷升高，鋅元素富集已經給高爐帶來了系列危害，降低入爐鋅負荷，提高排鋅率，降低鋅害刻不容緩；

一高爐的鋅元素主要是有燒結礦帶入的，減少燒結礦中的鋅含量是減少入爐鋅負荷的重要途徑；

原燃料中有害元素升高是總趨勢，提高高爐的排鋅措施是減少高爐鋅害的主要措施，高爐要通過上下不調劑，梳理氣流合理分布，加強原燃料管理，提高高爐透氣性等措施提高排鋅率。

參考文獻

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