摘   要  研究锌富集机理及对凌钢高炉的危害，并提出排锌措施。

关键词  高炉   锌危害   排锌措施

1  前言

凌钢目前5座高炉总炉容为5367m3，全部采用PW无钟炉顶，炉缸为陶瓷杯结构。高炉炉况运行平稳，产量逐年攀升，现已达到年产490万吨合格生铁的能力。公司在不断改善炼铁原燃料条件及优化配矿同时，锌害对高炉的影响已严重威胁高炉长期稳定运行和成本降低。探究和分析锌害的形成机理，并采取有效控制措施对凌钢高炉稳产低耗意义重大。

2  锌富集的机理

锌是高炉原料中的一种微量元素，在铁矿石中主要以红锌矿（ZnO）和闪锌矿（ZnS）存在，在烧结矿中主要以铁酸盐（ZnO.Fe2O3）、硅酸盐（2ZnO.SiO2）及硫化物（ZnS）的形式存在。其硫化物先转化为复杂的氧化物，然后在大于1000℃的高温区被C还原为气态锌（锌的沸点为907℃）：ZnO+C=Zn（气）+CO -237730(J/mol),锌蒸气随煤气上升，到达温度较低的块状带时冷凝而再氧化(锌熔点419.53℃)：Zn+CO2=ZnO+CO+65190(J/mol)。再氧化形成的氧化锌细粒附着于上升煤气的粉尘中被带出炉外，富含锌的高炉煤气除尘灰被用于烧结原料，而烧结过程不能脱锌。含锌的烧结矿作为高炉的主要原料重新回到高炉，这就形成了高炉与烧结工序间的锌富集大循环（图1）。

再氧化形成的氧化锌细粒附着于块状带的低温炉料并随炉料下降，再次进入高温区再被还原成气态锌。周而复始，就形成了高炉内部锌富集的小循环。高炉内锌循环富集造成了热量从高温区向低温区的转移，导致渣铁温度降低，炉渣粘度升高，破坏高炉稳定顺行，而在低温区的氧化放热使炉顶煤气温度升高，焦比上升。部分锌蒸气进入砖衬气孔和砖缝后冷凝并被氧化成氧化锌，氧化锌结晶和生成体积增大，造成炉衬异常膨胀，脆化，影响高炉寿命。

2  锌对凌钢高炉的危害

2.1  对高炉风口区域的危害

2.1.1  风口中套变形导致漏煤气严重

凌钢原3号750m3高炉于2007年6月份投产，开炉不到一年，3#、4#、5#风口风口二套与大套间开始出现煤气泄漏现象，后续逐渐发展到所有风口；2008年12月投产的原4号1080m3高炉及2012年10月份投产的2300m3高炉在开炉一年以后均出现了相同的状况。为治理煤气泄漏，每次利用检修对煤气泄漏严重的风口中套进行更换，中套卸下后，自炉墙流出大量白色液态金属，遇炽热焦炭燃烧产生蓝绿色火焰，燃烧处留下白色粉末，经化验其主要成分为氧化锌。

2.1.2  炉墙上涨严重

由于炉墙上涨（见图片），被迫对风口组合砖进行处理安装风口中套。

中套卸下后风口组合砖表面已经超出大套接触面约30㎜，考虑二套与组合砖设计有30㎜的缓冲泥浆，炉墙上涨约60㎜。风口前炉墙周围均出现颗粒状银白色金属；大套前端面与组合砖间约有20㎜裂缝，应为砖衬上涨与大套不同步所致。

2.1.3  风口大套断裂

原3号750m3高炉3#、5#风口大套和4号1080m3高炉4#、10#风口大套下部均发生过断裂现象，这是非常罕见的。经技术人员分析判断，炉内的严重锌富集是使炉墙上涨而导致风口大套下部断裂的直接和重要的原因。

2.2  对高炉操作影响

2017年7月8日，2300m3高炉炉况出现波动，主要表现在上部静压波动大且中上部11段冷却壁周向4点静压差距在20kpa左右，高炉受风能力差，煤气流二次分布不合理，炉体热负荷稳定且一直处于较低水平（10000MJ/h.℃左右），炉况运行十分艰难，冶强较正常水平降低0.33t/m3.d，燃耗升高35kg/t。通过采取提高原燃料质量、优化入炉燃料结构、调整上部操作制度、改善炉渣性能等一系列有效措施，逐步修复操作炉型，炉况恢复正常。经铁厂及相关技术术人员分析，此次炉况波动的重要原因为炉内锌富集严重，导致炉身下部区域渣皮厚度严重不均，造成操作炉型不合理，给公司及铁厂生产经营造成严重影响。

2014年至2017年期间，每年均发生高炉原燃料条件、各项参数指标和炉况平稳运行情况下，某一炉次出铁时，铁沟中呈现大量蓝色絮状烟雾落到铁钩两侧形成白色粉末，经化验主要成分为氧化锌，铁水物理热骤然下降。在查找所有原因并经筛选确认，是因渣皮（含锌氧化物）脱落进入炉缸所致。

2.3  对高炉煤气系统影响

2010年2～3月间，4号高炉（1080m3）在清放灰过程中发现布袋除尘部分箱体无灰，经检查分析判定部分箱体荒煤气支管堵塞。休风卸下支管膨胀节检查，发现2#、5#、7#、9#、10#箱体支管堵塞严重，直径700mm的管道仅余不足100mm。2015年2月份，5号高炉发现布袋除尘荒、净煤气总管压差达到12kpa，而单箱体压差在3kpa之内，高炉净煤气均压迟缓，影响高炉正常生产。初步判断分析荒煤气支管和总管有堵塞，3月末检修发现9个箱体荒煤气出口支管和总管均有不同程度堵塞。由此造成导致高炉顶压波动较大，影响炉况正常运行，布袋灰量明显减少。

2.4  对烧结生产影响

高炉灰（重力灰、布袋灰、出铁场除尘灰）按不同比例配入烧结混匀料后，给烧结生产带来一定困难。凌钢烧结机近年来时常发生烧结机糊堵篦条现象，导致烧结矿产质量下滑，被迫停产处理（见图片）。

2.5  对其他方面影响

2.5.1  布袋除尘灰易自燃和结块，卸车困难

在检修箱体时，因布袋灰含锌量高，开下人孔过早，除尘灰自燃导致箱体布袋部分烧毁。卸车时车内布袋灰凝结成一体，被迫使用钩机卸车。

2.5.2  对TRT系统的影响

2012年，凌钢原3、4号高炉运行的TRT余压发电机组，在喷洒阻垢剂前每次运行时间仅在一个月左右，甚至20天就因振动超标停机检修。检修时发现透平机静叶和转子结垢严重。对结垢物成分（％）分析结果见下表：

为1kg/t左右，是设计标准的7-9倍，高炉布袋灰锌含量在10-22%（见表1），说明高炉锌富集已非常严重。结合国内部分同立级高炉要求入炉锌负荷控制在≤0.5kg/t（见表2）。5号高炉锌含量主要由原料矿带入，烧结约为50%，球团矿约为38%，其中原料矿中的地方矿（含四合一）带入锌含量大于70% ，为主要锌负荷摄入源（见表3）

3  高炉排锌途径

3.1  从炉顶煤气排出

附着于细小颗粒随煤气排出，进入高炉重力除尘灰，布袋除尘灰（湿法除尘为瓦斯泥）。而净煤气含锌极少。可以认为由炉顶煤气带走的锌全部进入根据《高炉炼铁工艺设计规范》要求标准入炉锌负荷＜0.15kg/t，而我厂2016年上半年之前高炉锌负荷重力除尘灰和布袋除尘灰。

3.2  从铁口随渣铁排出

从表中可以看出（1）高炉主要依靠重力灰、布袋灰（湿法除尘为瓦斯泥）及出铁场灰尘排锌。（2）锌在渣铁与出铁场灰尘之间的分配是由于锌的沸点低、高温下易挥发的特性造成的。（3）布袋灰（瓦斯泥）的锌含量远高于重力灰，说明锌主要吸附在细小的粉尘颗粒中。

4  高炉排锌措施

针对凌钢高炉入炉锌负荷高，严重富集现状及对高炉炉况、生产操作的影响，在引起公司及铁厂高度重视的同时，必须采取有效排锌措施，确保炉况长期稳定运行。

4.1  调整高炉操作制度兼顾排锌

采取合理的操作制度利于提高高炉排锌能力。提高煤气和渣铁排锌量，使锌尽可能进入重力灰、布袋灰、出铁场除尘灰而减少其在炉内的富集。下表是前苏联切列波维茨冶金厂高炉的操作实例。

由上表可见，合理的高炉操作制度可以达到提高煤气排锌能力的效果。通过降低顶压、

缩小矿批、开放中心气流等措施提高炉内排锌量。但是在开放中心气流同时防止边缘煤气流过分发展，否则极易造成炉身上部或炉喉结锌。另外，可以有计划地提高炉温降低炉渣碱度，增加渣铁排锌量，减轻锌对炉缸砖衬侵侵蚀。

4.2  切断高炉与烧结工序间锌富集链

高炉操作调剂降低锌的危害，不能从根本上解决问题。所以切断锌富集链应是降低锌害的主要措施：

（1）进一步优化配矿结构，减少烧结矿和球团矿使用原料矿中的地方矿用量，在保证烧结矿产质量前提下，提高使用进口矿等含锌量较低的矿粉。同时控制高炉布袋灰、重力灰、出铁场除尘灰在烧结原料的使用量。

（2）采用转底炉处理含锌固废工艺。凌钢近几年始终关注入炉锌负荷及对高炉的危害和影响，并对高炉布袋灰的锌含量进行化验分析，同时也阶段性停止在烧结原料中配加布袋灰，效果显著：①烧结机糊篦子现象明显减少；②高炉炉顶温度降低；③除尘灰自燃和凝块现象基本消失。然而，这种方法只能是权宜之计，从环保和节约资源上都不足取。

4.3  强化高炉排锌理念，建立长效控锌和排锌机制

（1）高炉操作者及技术人员需强化排锌理念。煤气是热能和锌金属的携带者，排锌的重要途径是高炉煤气，煤气量大、温度高的炉料含锌量也随之增加。保证炉况顺行前提下，提高风量、稳定炉温，物理热≥1490℃，控制合理的炉渣碱度和顶温，保持强劲开放的中心气流（大于600℃），稳定边缘气流，最大程度提高炉内排锌量。

（2）坚持精料方针，完善进厂矿粉锌含量、钛含量及碱金属含量等对高炉有害元素的考核准入制度。

（3）建立高炉定期排锌制度和锌富集量预警制度，超过预警值时，高炉可采取有效措施

集中排锌。

（4）加强入炉高炉原燃料锌含量管控，及时核算入炉锌负荷及排出量，加强冷却壁壁面温度及焓值监控，保持高炉合理操作炉型。

5  结语

（1）锌的循环富集，存在于高炉内小循环和烧结-高炉间的大循环。高炉必须坚持精料方针，严格控制入炉锌、钛含量。

（2）锌及氧化物极易造成炉墙粘结，破坏操作炉型，影响气流合理分布。同时破坏炉缸炉底砖衬，影响高炉寿命。

（3）排出锌金属的主要渠道是高炉煤气，必须要保持强劲的中心气流，提高炉尘带出锌量。