大型高炉如何有效排锌

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

2、的范围内。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。高炉冶炼时，

3、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，严重时会破坏炉衬，甚至胀裂炉壳，引发

4、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。总之，锌在高炉内的恶性循环和积累，严重影

5、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循环富集，另一个是在烧结、球团和高炉工序间的

6、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）。锌金属蒸汽随煤气流上升到块状带上部后，就将被CO2

7、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

8、，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/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

9、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

10、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

11、。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

12、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