張武剛

(新余鋼鐵集團有限公司技術中心，江西 新余 338001)

摘 要：通過對新鋼高爐原燃料及進廠鐵料進行分析，明確新鋼高爐入爐鋅的主要來源為轉爐污泥、大頂礦及外購球團，燃料帶入鋅較少，僅占 1%~1。5%。 針對新鋼鋅負荷高且爐況順行度及指標較好的 6#、10# 高爐，以及因爐身上部結厚，指標較差的 11# 高爐十字測溫進行統計分析，強化高爐中心氣流，提高中心溫度才能有效減輕高爐內鋅循環，降低鋅害，高爐布袋灰的含鋅量能客觀反映高爐中心氣流強弱。高爐渣排鋅較少，占入爐鋅的 1%~2%。

關鍵詞：高爐；鋅負荷；原料來源；控制措施

0 引 言

高爐原料中鋅通常以氧化物或硫化物進入高爐^[1]，高爐冶煉時，其硫化物先轉化為復雜的氧化物，在不低于 1000 ℃的高溫區還原為 Zn，還原出 來的 Zn 氣化混入煤氣，上升過程中有一部分隨煤氣逸出爐外， 一部分凝結成固態重新回到爐料，少量在管道中凝集， 一部分又被氧化成 ZnO 并被爐料吸收再度下降還原，形成循環^[2]。其危害主要表現：①進入礦石或焦炭內部被氧化成 ZnO 后，由于體積膨脹產生內應力， 導致礦石和焦炭的強度降 低，增大球團礦和燒結礦的粉化指數；于隨煤氣上升過程中，阻塞礦石和焦炭孔隙，惡化爐料透氣性； ②滲入爐襯耐火材料縫隙中，隨溫度降低冷凝并氧化形成 ZnO 體積膨脹，破壞耐火材料結構，加速爐襯侵蝕；榆鋅蒸汽氧化并冷凝在爐喉堯爐身等部位， 粘結塵垢，形成爐瘤^[3-7]。 隨鋼材市場好轉，廢鋼使用量增加造成轉爐污泥含鋅上升，以及環保壓力加 大造成高爐布袋灰外銷困難，2017 年以來，新鋼高爐鋅負荷逐年增加，造成高爐爐墻結厚，燃耗上升， 特別是 11# 高爐爐身上部出現嚴重結厚現象，為緩解鋅對高爐生產的影響，文中就新鋼高爐鋅負荷現狀、來源及控制措施進行探討，以達到降低高爐鋅害的目的。 

1 新鋼高爐鋅負荷現狀及來源

1.1 新鋼高爐鋅負荷現狀

隨著鋼材市場轉好，廢鋼特別是含鋅高的冷軋壓塊使用量增加，轉爐污泥含鋅增加，及環保因素影響造成布袋灰外銷困難，使新鋼高爐鋅負荷逐年增加，具體見表 1。

1.2 高爐鋅來源分析

通過對新鋼 2019 年 1-3 月高爐用料及原燃料鋅含量進行分析，高爐入爐原燃料中主要來源于燒結礦，鋅負荷越高其所占比例越大，其次為球團礦，燃料帶入鋅占比例較小，僅占 1%~1。5%，見表2。

1.3 鐵料鋅來源分析

為了解新鋼鐵料鋅來源， 對 2019 年 1-3 月進廠鐵料進行數量和含鋅量分析， 見表 3。 高爐除塵灰、瓦斯灰等高爐產生循環料已經在鐵料中參與計算， 分析時不考慮。 轉爐污泥和大頂礦含鋅較高， 對鋅來源影響較大， 將單獨計算。 根據計算結果， 轉爐污泥堯大頂礦的量僅占 4。88%，帶入鐵料的鋅占 50.27%，特別是轉爐污泥帶入鋅占 35.32%。 外購球團也是鋅的重要來源之一，其購入量僅占 3.59%而帶入鋅占 8.46% ， 主要是金珠 球團含鋅達到0.136%， 遠超自產球團平均含鋅 0.06%。 進口礦帶入鋅較少，量占 72.28%，鋅僅占 14.59%。 因此，降低轉爐污泥含鋅量， 控制含鋅較高的冷軋壓塊使用， 控制大頂礦及含鋅較高的外購球團礦使用，才能有效減少鋅來源。

2 高爐鋅排出的影響因素分析

高爐鋅排出主要是隨煤氣通過重力灰、布袋灰排出，及通過渣、鐵、出鐵場除塵排出。 新鋼高爐重力灰、出鐵場除塵灰送燒結廠使用，高爐布袋灰統一外賣，均未單獨進行成份檢測及計量，鐵、渣也未進行含鋅檢驗，難以進行高爐鋅平衡分析，文中僅進行影響因素定性分析。 新鋼高爐采取鐵水分級冶煉以滿足品種材生產需要，其中 6#、7# 高爐鐵水質量要求低，循環料等二次資源配比高，鋅負荷高。 近年來隨環保壓力加大造成布袋外銷困難，及廢鋼使用量增加，造成高爐鋅負荷逐年上升。 為了解煤氣流分布堯爐渣對排鋅的影響，文中選取高爐技術經濟指標好，受鋅害影響小的 6#、10# 高爐，及受鋅害影響大 11# 高爐進行對比分析。 

2.1 爐渣的影響

爐渣中鋅的還原反應如方程式（1）^[8]所示。 

ZnSiO₃+2CaO+2C=Zn（g）+2CaO·SiO2+₂CO

(1) 堿度升高后，爐渣中自由 CaO 的數量增加，促進了該還原反應的進行，因此，降低爐渣堿度有利于提高高爐爐渣的排鋅能力。 取 6#、11#、10# 高爐爐渣檢測，其含鋅分別為 0.003%、0.004%、0.003%，其帶出鋅僅占高爐入爐鋅的 1%~2%，因此，靠增加爐渣排鋅來減少高爐內部鋅的循環是不可取的， 而且爐渣堿度過低，會降低爐渣熱焓，降低爐缸溫度，影響爐況順行，降低爐渣脫硫能力，影響鐵水質量。

2.2 高爐煤氣分布的影響

鋅在高爐內的循環過程：1 000 ℃左右的高溫區發生反應如方程（2），580 ℃左右低溫區發生反應如方程（3）。 

ZnO+CO=Zn+CO₂      （2） 

Zn+CO2=ZnO+CO     （3） 

由于高爐煤氣流中心溫度較高、流速快，鋅重新凝固的機會較少，強的中心氣流可以在短時間內將鋅帶入煤氣， 而不被重新凝固回落到爐料中^[8，9]。

邊緣氣流受爐墻冷卻影響，溫度降低快且流速較中心慢，鋅氧物易粘結在爐墻上，故鋅氧化物造成爐墻結厚，重點集中在爐身上部。 因此，要想增加鋅由爐頂煤氣的排出量，要適度放開中心氣流，控制邊緣氣流，減少鋅在爐內的積累。 

2.2.1 6#、10#高爐爐頂溫度

新鋼 6# 高爐 2017 年 8 月大修投產，有效容積 1050 m³；10# 高爐 2009 年 11 月建成投產， 有效容積 2500 m³。 兩座高爐鋅負荷高且相差較大， 雖存在爐墻結厚及渣皮脫落等現象，整體看，近幾年來爐況順行度好，特別是 10# 高爐技術經濟指標處于行業先進水平，具體情況見表 4。

由表 4 可知，鋅害對 6#、10# 高爐的影響較輕， 未產生嚴重鋅富集現象，說明高爐鋅的進出基本達到了平衡。 選取 2019 年 2 月爐頂十字測溫各點溫度平均值見表 5 并作曲線圖見圖 1、 圖 2。 兩座高爐煤氣分布均為中心發展形，其中 10# 高爐中心平 均 402 ℃，第 5 點平均 120 ℃，第 1 點平均 94 ℃；6# 高爐中心測溫點壞，第 5 點平均 380 ℃，第 1 點 平均 124 ℃， 煤氣流中心溫度及范圍均遠超 10# 高爐，雖然鋅負荷高，但排鋅能力強。 因此，高爐操作中應隨入爐料鋅負荷增加適當增加料柱中心布焦量，提高中心及第 5 點平均溫度，減少高爐內鋅循環富集。

2.2.2 11# 高爐爐頂溫度

新鋼 11# 高爐 2011 年 12 月建成投產，有效容 積 1050 m³。 2017 年以前鋅負荷低于 6#堯10# 高爐， 2018 年開始上升， 目前略高于 10# 高爐。 高爐長 期中心氣流弱， 高爐內鋅的富集造成爐身上部局 部結厚嚴重， 高爐技術經濟指標較差， 燃耗較其 它 1050 m³ 高爐高 20 kg/t 左右。 2019 年 2 月 16 日大部分結厚物脫落，爐況順行度好轉，煤氣流分布發生顯著變化。 由圖 3 可知院結厚期間煤氣流偏行嚴重，中心溫度約 200 ℃，雖鋅負荷較其它高爐低，但富集嚴重，高爐爐身上部局部嚴重結厚,布袋灰含鋅僅 2%耀3%。 17-28 日由于爐瘤脫落，爐況順行度好轉，見圖 4。 煤氣流分布呈中心發展形，布袋灰 含鋅上升至 4%~5%。

2.2.3 布袋灰含鋅與煤氣分布關系

高爐煤氣中粉塵越細，比表面積越大，對鋅氧化物的吸附能力越強，所以高爐布袋灰含鋅遠高于重力除塵灰。 布袋灰含鋅量越高，說明高爐鋅的排 出量大，鋅在爐內富集少，因此，可以通過布袋灰含鋅量，來判斷高爐煤氣分布狀態。 高爐中心氣流強 則布袋灰含量越高，含鋅低則中心氣流弱。 煤氣流 分布合理，爐況順行度好，爐塵吹出也相對減少，煤 氣分布紊亂，爐況順行度差，爐塵吹出量多。 新鋼高爐布袋灰外賣，未進行含鋅檢測，近年來由于環 保壓力加大，含鋅較低 11# 高爐布袋灰轉送燒結廠使用，1 月 27 日開始對 11# 高爐布袋灰每天進行一次常規分析，取 1 月 27 日至 3 月 28 日鋅含量檢 測數據，按 20 天為一周期統計，見表 6。 1 月 27 日 至 2 月 16 日，由于中心氣流弱且煤氣流不穩，造成 布袋灰量大且含鋅低。 2 月 17 日后，由于局部結厚 物脫落，中心氣增強，布袋灰含鋅逐漸升高且量逐 漸減少。

2.3 高爐鋅負荷對燃耗的影響

根據高爐內鋅的氧化堯還原機理，高爐燃耗隨 入爐鋅負荷增加而增加，①ZnO 在 1 000 ℃以上高溫區被 CO 還原為 Zn，消耗下部高溫區的 CO^[10]；于隨高爐鋅負荷增加， 需增加中心氣流溫度及范圍， 減少鋅在高爐內的循環富集；②惡化料柱透氣性及造成爐墻結瘤堯結厚等嚴重影響煤氣分布。 

3 結 論

1）新鋼高爐鐵料中鋅主要來源于是燒結礦，鋅負荷越高，燒結礦帶入的鋅比例越大，燃料帶入鋅 僅占 1%~1。5%。

2）新鋼轉爐污泥堯大頂礦及外購球團量占鐵料8。47%，帶入鐵料鋅占 58。73%，特別是轉爐污泥使用量僅占鐵料 1.19%， 而帶入的鋅達到 35.32%。 控制轉爐污泥、外購球團含鋅及大頂礦的使用量，才能有效控制新鋼高爐鋅負荷。 

3）降低爐渣堿度雖可以增加鋅的排出比例，但低堿度爐渣會降低爐缸溫度， 影響爐況順行及鐵水質量而且其排鋅僅占入爐鋅的 1%~2%， 因此，降低堿度不可取。 

4）提高高爐煤氣中心溫度，強化中心主導氣流才能有效增加鋅的排出^[9]，減少鋅在高爐內循環富集，降低鋅害。 隨著高爐鋅負荷增加，高爐操作中應增加料柱中心布焦量，提高中心及第 5 點平均溫度。 

5）布袋灰含鋅高低及單位時間內重量變化，可判斷高爐中心煤氣流的強弱及煤氣流穩定狀況，含鋅增加及量減少、說明中心氣流增強且穩定性提高，因此，應將布袋灰納入每天常規檢驗。

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