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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/t 192g/t ,除了 Salzgittr略微偏高外,都在低于150g/t 的范围内
2、。近年来,由于节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
3、。高炉冶炼时,其硫化物先转化为复杂的氧化物,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
4、破坏炉衬,甚至胀裂炉壳,引发安全事故。上部锌富集后形成的“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。
5、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
6、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)
7、。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
8、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/t 1.558kg/t ,平均值为 0.889 kg/t;5 号高炉锌负荷范围为 0.779kg/t 2.553
9、kg/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
10、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;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
11、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
12、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26
13、2.27 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。