高爐鋅的危害及預(yù)防措施

孫賀

（本鋼板材股份有限公司制造部,遼寧本溪 117000）

摘要：高爐工藝在處理與鐵礦石共存的幾大元素時(shí)，必須同等重視各種微量有害元素。鋅元素就是其中之一。對(duì)本鋼板材高爐近期鋅含量升高及鋅的危害進(jìn)行了分析，找出引起鋅升高的主要原因。提出相應(yīng)防范鋅害的措施，以穩(wěn)定高爐順行、延長(zhǎng)高爐壽命。

關(guān)鍵詞：高爐  含鋅鐵礦  循環(huán)富集

Blast furnace zinc harm and prevention measures

Sun He

(Benxi steel plate co.LTD.the fabrication,Liaoning benxi 117000)

Abstract:for benxi steel plate recent zinc content increased and the harm of zinc blast furnace are analyzed,find out the main cause of zinc increased.Put forward the corresponding countermeasures of zinc,to stabilize the blast furnace anterograde,extend the service life of blast furnace.

Keywords:  The blast furnace  Zinc ore  Enrichment of circulating

1 前言

針對(duì)本鋼板材煉鐵廠4座高爐休風(fēng)更換風(fēng)口時(shí)，均發(fā)現(xiàn)有不同程度的白色液體從風(fēng)口流出，經(jīng)鑒定是金屬鋅。鋅在鐵礦石中主要為閃鋅礦（ZnS）和紅鋅礦（ZnO），燒結(jié)礦中主要為鐵酸鋅（ZnO·Fe₂O₃或(ZnFe) O·Fe₂O₃）的形式存在。高爐冶煉時(shí)，其硫化物先轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的氧化物，然后在不小于1000℃的高溫區(qū)還原為Zn，由于其沸點(diǎn)很低（907℃），還原出來(lái)的Zn很易揮發(fā)， Zn揮發(fā)到上部又重新氧化成ZnO，一部分隨煤氣逸出爐外，但易在管道中凝集；一部分隨爐料下降形成循環(huán)富集。Zn蒸汽滲入爐襯，冷凝后氧化為ZnO，體積膨脹破壞爐墻，給高爐日常生產(chǎn)帶來(lái)不利影響。本文通過(guò)探討鋅在高爐冶煉中的危害和預(yù)防措施，找出降低鋅負(fù)荷的有效途徑，將有助于進(jìn)一步強(qiáng)化高爐冶煉和延長(zhǎng)高爐壽命。

2 本鋼高爐生產(chǎn)狀況

本鋼板材煉鐵廠現(xiàn)有4座高爐（5號(hào)高爐爐容為2600m³、6、7號(hào)高爐爐容為2850 m3、新一號(hào)高爐爐容為4350 m3），總?cè)莘e為12650 m³，日產(chǎn)生鐵28500t左右，日消耗礦石量為47100t左右，高爐爐料結(jié)構(gòu)為63%燒結(jié)礦+29%球團(tuán)礦+8%塊礦。

2.1本鋼高爐近期鋅含量升高

6號(hào)高爐2013年8月29日休風(fēng)更換風(fēng)口時(shí)，多個(gè)風(fēng)口發(fā)現(xiàn)有大量白色金屬液體流出，經(jīng)鑒定為金屬鋅且含量高達(dá)40%。

圖1 風(fēng)口流出的金屬鋅

2013年10月18日5爐檢修時(shí)爐頂煤氣上升管入口處附著大量白色凝結(jié)物，經(jīng)鑒定為金屬鋅，且含量高達(dá)96.6%。

圖2 附著上升管處的白色凝結(jié)物（金屬鋅含量96.6%）

這說(shuō)明高爐鋅富集已達(dá)到一定程度。此外，鋅蒸汽在上升過(guò)程中有一部分隨煤氣逸出至燃?xì)庀礈焖�冷卻后凝集，燃?xì)鈴S在檢修時(shí)也發(fā)現(xiàn)洗滌塔內(nèi)的濾網(wǎng)上附著白色凝結(jié)物，再次證明了高爐鋅的富集較高。

2.2 高爐鋅含量和堿負(fù)荷對(duì)比（kg/t）

本鋼板材煉鐵廠近期高爐鋅含量呈上升趨勢(shì)，給高爐日常生產(chǎn)帶來(lái)困難。我們對(duì)近期高爐入爐原燃料堿負(fù)荷和鋅含量所作數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并同國(guó)內(nèi)外部分高爐進(jìn)行對(duì)比。

表1 部分高爐鋅負(fù)荷、堿負(fù)荷情況（kg/t）

從表中可以看出本鋼高爐鋅負(fù)荷情況遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)外部分鋼鐵企業(yè)入爐鋅負(fù)荷的控制標(biāo)準(zhǔn)。為維持高爐順行和延長(zhǎng)高爐壽命，降低高爐鋅含量的任務(wù)迫在眉睫。

3 鋅在高爐冶煉中的運(yùn)行機(jī)理

3.1 入爐原燃料鋅含量分析

高爐內(nèi)的Zn主要是由爐料帶入，我們對(duì)本鋼板材煉鐵廠2012年1月份和2013年11月份入爐原燃料燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦、焦炭和煤粉的鋅含量進(jìn)行調(diào)查（見(jiàn)下表）。

表2 高爐原料含鋅情況（Zn%）

表3熔劑及燃料（Zn%）

注：1.物料含鋅小于“標(biāo)樣”值檢測(cè)不出，2012年多數(shù)物料標(biāo)樣為0.02%，現(xiàn)在通過(guò)對(duì)標(biāo)樣進(jìn)行校正后為0.01%（其中石灰石及焦粉標(biāo)樣為0.005%）。

2.由于物料中鋅的分配不一定均勻，加之采樣和做樣偏差，以上數(shù)據(jù)只能代表含鋅趨勢(shì)。

從表1和表2中可以看出高爐中的鋅金屬主要來(lái)自來(lái)自燒結(jié)礦和南山石灰石。其中燒結(jié)礦帶入的鋅量占入爐鋅量的82.55%。經(jīng)分析燒結(jié)礦含鋅高主要是含鋅較高的塵泥用于燒結(jié)配料，且加入量逐漸增多，形成燒結(jié)及高爐系統(tǒng)鋅元素的“大循環(huán)富集”造成的。

3.2 高爐鋅的分布和平衡

高爐鋅來(lái)源主要由原料帶入及鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集，因此對(duì)高爐的入爐原料帶入鋅元素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，見(jiàn)下表。

表4 鋅在原燃料中的分布

從表中可以看出在鋅的收入方面，燒結(jié)礦帶入的鋅量最多，占入爐鋅總量的82.55%；在鋅的支出方面，供水塵泥和淀灰?guī)С龅匿\量最多，達(dá)到84.70%；供水塵泥和淀灰又參見(jiàn)燒結(jié)配料，循環(huán)利用導(dǎo)致入爐鋅負(fù)荷不斷增加。

3.3 鋅在高爐內(nèi)的運(yùn)行及循環(huán)

在高爐內(nèi)爐料從上向下運(yùn)動(dòng)，煤氣由下向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行著熱交換和各種復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，鋅化物在其中發(fā)生如下反應(yīng)：

   當(dāng)溫度大于900℃時(shí)，硫化鋅被煤氣中的二氧化碳氧化。

ZnS+3CO₂=ZnO+SO₂↑+3CO↑

當(dāng)溫度超過(guò)1167℃時(shí)，鐵也能從硫化鋅中將鋅置換出來(lái)：

ZnS+CaO+CO=Zn+CaS+CO₂↑

由于鋅的沸點(diǎn)只有907℃，還原后很容易揮發(fā)隨煤氣上升。達(dá)到溫度較低的區(qū)域時(shí)冷凝而且氧化，其中一部分附著于粉塵時(shí)被煤氣帶出爐外，進(jìn)入煤氣除塵系統(tǒng)；一部分被下降的爐料吸收，再次被氧化還原形成爐內(nèi)循環(huán)富集現(xiàn)象。隨煤氣進(jìn)入除塵系統(tǒng)中的鋅，沉積在爐塵中，并參加燒結(jié)配料，進(jìn)一步導(dǎo)致入爐燒結(jié)礦中鋅負(fù)荷增加。

4 鋅對(duì)高爐的危害

4.1 鋅在爐墻表面沉積，容易產(chǎn)生爐瘤

在爐身上部爐墻表面吸附冷凝的液態(tài)鋅時(shí)，一方面粘結(jié)焦粉和礦粉，另一方面氧化成氧化鋅。再與SiO₂、Al₂O₃反應(yīng)生成硅鋅礦（ZnSiO₄）和鋅尖晶石（ZnO·Al₂O₃），它們都是難溶物質(zhì)，在高爐爐墻表面容易形成爐瘤。

4.2 破壞爐襯，危害高爐壽命

Zn蒸汽在爐內(nèi)循環(huán)，沉積在高爐爐墻上和爐料反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)化合物而在爐身下部甚至中上部形成爐瘤。進(jìn)入爐襯中，形成的低熔點(diǎn)化合物軟化爐襯，使?fàn)t襯的侵蝕速度加快。

4.3 影響高爐順行

當(dāng)鋅富集嚴(yán)重時(shí)，爐料空隙度變小，透氣性變壞和爐墻嚴(yán)重結(jié)厚，爐內(nèi)煤氣通道變小，爐料下降不暢，有時(shí)甚至在上升管中結(jié)瘤，阻塞煤氣通道。高爐難以接受風(fēng)量，崩、滑料頻繁，對(duì)高爐順行和技術(shù)指標(biāo)造成很大影響。

5 鋅危害的預(yù)防

在高爐冶煉生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的會(huì)有高爐內(nèi)鋅負(fù)荷——鋅循環(huán)富集，并且目前仍然沒(méi)有有效的解決方法。為了穩(wěn)定高爐生產(chǎn)，避免鋅循環(huán)富集對(duì)高爐帶來(lái)的危害，采取以下有效措施：

5.1 入爐原料

入爐原料的選用上要盡可能選用低鋅原料，以減少入爐鋅負(fù)荷。板材煉鐵廠鋅負(fù)荷超上限，主要是入爐原料中供水塵泥帶入的鋅量高，采取停止配加一段時(shí)間，以降低入爐鋅負(fù)荷，待低于下限再開(kāi)始逐漸消耗。對(duì)入爐原燃料定期采樣化驗(yàn)分析，測(cè)算監(jiān)控高爐鋅負(fù)荷情況。對(duì)供水塵泥含鋅情況每周檢測(cè)一次，以掌握其含鋅量變化規(guī)律。

5.2 高爐操作

穩(wěn)定高爐操作，避免爐溫大波動(dòng)。保證煤氣流合理分布，改善爐內(nèi)鋅積聚速度，發(fā)展中心氣流，加重邊緣，降低軟熔帶，軟熔帶在爐腹處有利于減少鋅在爐內(nèi)聚集。

5.3 開(kāi)發(fā)鋅含量粉塵和污泥的處理工藝

目前本鋼北營(yíng)公司正在規(guī)劃建設(shè)塵泥除鋅設(shè)施（回轉(zhuǎn)窯），以解決高爐含鋅富集問(wèn)題。回收利用鐵礦資源的同時(shí)也回收鋅，不再將此類(lèi)粉塵和污泥返還燒結(jié)使用，從源頭上阻斷鋅進(jìn)入高爐。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）在高爐日常生產(chǎn)中要認(rèn)識(shí)到鋅負(fù)荷增加是一種危害，不但影響高爐順行，還危害高爐壽命，應(yīng)引起煉鐵工作者重視。

（2）降低高爐鋅含量的最有效途徑是控制入爐原料鋅負(fù)荷。對(duì)于含鋅較高的鐵礦，有必要進(jìn)行鋅的提取，即達(dá)到了降低入爐含鋅量的目的，又可以達(dá)到擴(kuò)大鐵礦石綜合利用資源，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）加大開(kāi)發(fā)淀灰、轉(zhuǎn)爐爐泥的綜合治理，減少鋅在燒結(jié)——高爐中的循環(huán)富集，降低鋅的危害，減少環(huán)境污染。

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