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1、大型高炉如何有效排锌2015-01-08源自中国冶金报包钢炼铁厂大型高炉如何有效排锌锌是高炉炼铁的有害杂质，按照国际标准和炼铁工艺设计规范要求，高炉锌负荷应低于150g/t。2014年6月在马钢召开的全国炼铁专家委员会年会上，与会专家针对国内现状，就国内大型高炉可接受的锌负荷达成了共识（见表1）。这个分类标准细分了不同容积的大型高炉可接受的锌负荷范围，原则是高炉容积越大，入炉锌负荷越低。国内外部分高炉锌负荷见表2。从表2可以看出，国外高炉严格执行国际标准，入炉锌负荷较低，部分高炉的入炉锌负荷为64g/t192g/t，除了Salzgittr略微偏高外，都在低于150g/t的范围内。近年来，由于节
2、能环保和降低配矿成本的需要，武钢将除尘灰、瓦斯灰等二次资源在烧结厂回收利用，导致高炉面临着锌负荷过高的风险。高锌负荷引起高炉炉身结厚、高炉顺行困难、煤气利用率降低等一系列问题，深深困扰着高炉操作，特别是大型高炉尤为严重。为此，探索大型高炉高锌负荷操作应对技术具有必要性、紧迫性和现实性。锌对高炉生产的影响常规的烧结和球团过程只能脱除10%左右的锌，即使使用氯化焙烧也只能脱除65%左右的锌。因此，锌总是或多或少地随矿石、焦炭和煤粉进入高炉内。进入高炉中的锌主要以铁酸盐（ZnOFe2O3）、硅酸盐（2ZnOSiO2）、硫化物（ZnS）和氧化物(ZnO)的形式存在。高炉冶炼时，其硫化物先转化为复杂的氧
3、化物，然后在不低于1000的高温区还原为Zn，由于其沸点很低（907），还原出来的Zn气化混入煤气，上升过程中有一部分随煤气逸出炉外，一部分凝结成固态重新回到炉料，少量在管道中凝集，一部分又被氧化成ZnO并被炉料吸收再度下降还原，形成循环。锌含量高时会在上升管处冷凝、积聚，造成上升管阻塞，从而堵塞煤气通路，进而导致高炉顶压异常波动，高炉上部煤气流紊乱，引起管道行程悬料、崩料现象，在很大程度上增加了高炉操作的难度，影响正常生产。锌对设备也会造成影响，锌会附着凝结在炉顶设备上，对设备运行造成影响。锌渗入高炉上部砖衬缝隙中，氧化后体积膨胀，严重时会破坏炉衬，甚至胀裂炉壳，引发安全事故。上部锌富集后形
4、成的“炉瘤”滑落会引起炉况严重失常，甚至造成风口灌渣与烧毁。此外，锌在高炉风口处沉积，渗入耐火砖砖缝，对耐火材料侵蚀，造成砖体疏松，并逐步形成肿瘤状侵蚀体，从而导致风口和风口二套上翘或破损。锌会破坏原燃料性能。在炉身上部，锌以气体形式渗入焦炭和矿石的孔隙中，沉积后会堵塞表面空隙，影响料柱透气性。另外，锌氧化后体积膨胀会增加铁矿石和焦炭的热应力，提高熟料的低温还原粉化指数，降低焦炭的反应后强度。锌还会造成炉身黏结。含锌蒸汽在上升过程中温度降低变成液态锌，黏结在砖衬表面，被煤气中的H2O、CO2等氧化后，形成低熔点的化合物，结成炉瘤。总之，锌在高炉内的恶性循环和积累，严重影响了高炉的稳定顺行与节能
5、降耗。其行为对高炉的负面影响是多方面的：一是锌在高炉内的循环和积累，占据高炉的有效空间，稀释煤气的有效浓度,减弱间接还原，降低煤气利用率；二是与焦炭发生化学反应（ZnO+C=CO+Zn），使焦炭的气化反应能力增强，反应后强度降低；三是使球团矿异常膨胀而粉化；四是降低矿石的软化温度，液态或固态锌金属还黏附于炉衬上，既能使炉墙结瘤，又直接破坏炉墙；五是在炉缸高温区锌蒸汽可以渗入炉衬的砖缝、裂纹和气孔中，破坏砖衬。锌及碱金属的破坏是造成炉缸砖衬环缝，破坏炉缸长寿的主要原因。高炉内锌的来源锌的循环富集存在于两个方面，一个是在高炉内部的循环富集，另一个是在烧结、球团和高炉工序间的循环富集。在高炉内部，锌
6、的沸点为907，低于ZnO开始还原的温度，因此还原反应不能得到液态金属锌，只能得到金属锌蒸汽，这种金属锌蒸汽容易从固体炉料中逸出而进入高炉煤气中。由于高炉块状带下部和软熔带具有足够的还原气氛和比较高的温度，再加上液体金属铁的大量存在以及还原出来的锌以气体形式存在，因而进入高炉块状带下部和软熔带的ZnO还原的热力学和动力学条件都比较充分，高炉块状带下部和软熔带内的ZnO绝大部分被还原成锌金属蒸汽随煤气上升，一部分凝结成固态重新回到炉料。而进入高炉炉渣排出的锌主要是以ZnSiO3状态存在的锌（锌如何进入炉渣有待进一步研究）。锌金属蒸汽随煤气流上升到块状带上部后，就将被CO2氧化为固体ZnO。这些再
7、氧化生成的ZnO，主要有以下几个去向：部分ZnO随粉尘逸出高炉外进入瓦斯灰和洗涤水；部分ZnO冷凝黏结在上升管、炉喉和炉身上部砖衬或钢砖上，形成高炉锌瘤，ZnO含量在60%以上；部分ZnO积存在块状带，使炉料中的锌大大超过原始含锌量，并在9001000区域达到最大值，高炉内锌的蒸汽压高，达到最大值的温度就高。积存在块状带的ZnO随炉料下降再次被还原。上述过程重复进行，锌在高炉内就这样不断被还原。锌除了在高炉内部循环外，还在烧结、球团和高炉工序间循环富集。这种循环主要是通过瓦斯灰、除尘粉等固体废物载体实现。在烧结、球团配料中添加富含锌元素的固废，以烧结、球团的形式进入高炉，在高炉生产中锌又会从炉
8、顶排出，被收集为各种固废，固废再配入烧结、球团中供高炉使用，最终形成在烧结、球团和高炉工序间的循环。工作人员经过测算得知，武钢炼铁厂5号高炉的锌主要是烧结矿带入，其含量明显高于其他高炉。原因是5号高炉使用的三烧矿除正常配料外还配加5%的综合粉和2%的污泥，导致Zn含量增加。2012年以来，武钢炼铁高炉锌负荷普遍过高。其中，4号高炉锌负荷范围为0.420kg/t1.558kg/t，平均值为0.889 kg/t；5号高炉锌负荷范围为0.779kg/t2.553kg/t，平均值为1.246kg/t。高炉内锌的排出途径为了弄清锌的去向，2014年4月武钢炼铁厂连续3天在6号高炉进行了排出锌含量测算。测
9、算显示，6号高炉锌含量为0.45kg/t，排出锌量占高炉摄入量的73%左右。瓦斯灰和洗涤泥的锌含量比较高。锌主要是通过瓦斯灰与洗涤泥排出，在3天的试验期内两者排出的锌量均超过80%。该厂对锌负荷相对较高的4号、5号高炉（1.0kg/t以上）也进行了分析，发现其排出途径及其分配比例与6号高炉基本相同。由此可见，对于大型高炉来说，煤气同样是排出锌的主要途径。大型高炉高锌负荷操作措施高锌负荷引起高炉炉身结厚、高炉顺行困难、煤气利用率降低等一系列问题，严重困扰着高炉操作。锌在炉内的去向有3个：随渣铁排出、随炉顶煤气带走和在炉内富集。从上研究分析可知，锌的排出方式中随炉顶煤气带走是主要的，占80%以上；
10、随渣铁带走的比例很小，可以忽略不计。要想减少锌在炉内的富集，就要加大锌随煤气的排出量，也就是要解决煤气流的分布问题，即高炉解决上下部调剂问题。要想增加锌从炉顶煤气的排出量，就须要适当开放中心气流，这是因为中心气流温度较高（一般中心温度高达500以上，而边缘煤气流温度在60左右），锌重新凝固的机会较小。由于煤气在高炉内平均行程时间只有10秒左右，而中心气流的行程时间更短，这股强的气流可以在短时间内将锌带入煤气，而不被重新凝固回落到炉料中，从而由煤气排出炉外，减少锌在高炉内的积累。2014年1月份，武钢4号、5号高炉采用“小进风面积和大布料角度”的调剂模式，取得了很好的效果。与国内其他锌负荷较低的
11、高炉相比，武钢高炉难以取消中心加焦，其中重要原因就是武钢的锌负荷高，不能过分抑制中心，限制锌的排出通道。4号高炉在近几年探索高锌负荷冶炼的过程中，进行了大进风面积向小进风面积转变的尝试，2013年逐渐摸索出了小进风面积的送风模式，逐步缩小进风面积，采用了12个直径120mm的小风口和16个直径130mm的大风口。该厂在上部调剂上，采用大角度布料，适当开放中心，将边缘布料角度适当外推。通过以上操作调整，高炉内锌的排出量大幅增加。经过一段时间的分析统计发现，高炉内锌的排出量与炉料带入量基本持平，部分时间内锌的排出量大于炉料带入量。高炉内锌的累计量不再增加，锌对高炉的破坏得到控制，高炉技术经济指标改
12、善。4号、5号高炉不仅实现了较长时间的稳定顺行，而且燃料比比2013年降低14kg/t。【行业指数】1月8日中国铁矿石价格指数中国铁矿石价格指数（CIOPI）1月8日，中国铁矿石价格指数（CIOPI）254.02点，环比下降0.54点，降幅为0.21%。其中：国产铁矿石价格指数为235.80点，环比持平；进口铁矿石价格指数为262.27点，环比下降0.78点，降幅为0.30%。进口铁矿石价格（OPI）1月8日，直接进口铁矿石62%品位干基粉矿到岸价格为70.84美元/吨，环比每吨下降0.21美元，降幅为0.30%；当月平均价格为70.79元/吨。1月8日，现货贸易进口铁矿石62%品位干基粉矿人
13、民币含税价格为544.21元/吨，环比每吨下降1.09元，降幅为0.20%，当月平均价格为543.53元/吨。1月8日，直接进口铁矿石58%品位干基粉矿到岸价格为61.11美元/吨，环比每吨下降0.36美元，降幅为0.59%；当月平均价格为61.26美元/吨。1月8日，现货贸易进口铁矿石58%品位干基粉矿人民币含税价格为471.11元/吨，环比每吨下降2.48元，降幅为0.52%，当月平均价格为471.47元/吨。国产铁矿石价格1月8日，国产铁矿石62%品位干基铁精矿含税价格为606.76元/吨，环比持平。比进口铁矿石高62.55元/吨，升高幅度为11.49%；当月平均价格为607.02元/吨，比进口铁矿石高63.49元/吨，升高幅度为11.68%。1月8日，国产铁矿石65%品位干基铁精矿含税价格为659.13元/吨，环比持平，当月平均价格为659.43元/吨。
