10#高爐排除元素鋅操作實踐

王藝淞

（新余鋼鐵股份有限責任公司，江西 新余 338001）

新鋼10#高爐有效爐容為2500m3，設計爐役為15年，自2009年11月9日開爐生產至今，已至爐役中、后期，目前整體生產較好，各項技術經濟指標在國內同類型高爐中名列前茅。這主要得益于10#高爐操作中重視對入爐有害元素的排除，降低其在高爐中的循環富集量，減少或消除有害元素對高爐的影響，針對鋅元素高的特點，10#高爐通過技術措施提高排除率，基本消除了爐墻結厚等失常癥狀，利于高爐爐況穩定順行與長壽。

1 鋅負荷高對高爐冶煉的影響

1.1 鋅元素還原機理與循環富集

鋅元素主要是由入爐礦帶入，入爐礦中鋅元素主要是以ZnS存在，在高爐中達750℃左右可以被煤氣中的CO2還原，即：

進入900-1000℃反應迅速，當溫度超過1167℃時，鐵也能從ZnS中將Zn轉換出來；

ZnO是比較穩定的化合物，當溫超過750℃時能被多種還原劑還原，高爐中主要是被煤氣中的CO所還原：

元素鋅沸點低，只有907℃，在爐內生成即能氣化隨煤氣流上升，在上升過程中遇粉焦或粉礦又可氧化為ZnO粘附在爐料或爐墻上，生成結厚和隨爐料下降形成循環富集。

1.2 鋅負荷高對高爐冶煉的危害

（1）氣態鋅隨高溫煤氣上升逐漸降溫的過程中，可發生反應（3）的逆反應被重新氧化為ZnO，并且黏附在爐墻上，容易形成高爐上部或中上部結厚與結瘤。使操作爐型發生改變，氣流分布不均勻，爐況出現波動，指標惡化。而在10#高爐結厚嚴重時在休風后可直接在點火孔觀察到結厚情況。（見下圖）。

圖1 10#高爐爐身上部結厚情況

（2）原、燃料質量差，粉礦、粉焦含量高時，煤氣中的氣態鋅上升過程中降溫并被氧化成ZnO不僅會黏附在爐墻上形成結厚，同時也可能沉積在爐料孔隙中，進一步惡化上部料層透氣性，使高爐出現壓高難行，甚至形成懸料。

（3）ZnO沉積較多的地方往往也伴隨有大量的煙碳析出，這二者都會形成體積膨脹，會造成爐襯損壞，甚至嚴重時能頂壞爐殼，使高爐壽命大為降低。

2 10#爐針對鋅元素富集采取技術措施，有效排鋅

煉鐵規范要求鋅負荷要小于0.15Kg/t，而10#高爐入爐鋅負荷長期達0.8Kg/t以上（表1），甚至達到過1.5Kg/t的超高水平，由于當時高爐保留有中心加焦，原、燃料質量好，高爐操作上也是確保中心主導氣流強勁，所以高爐冶煉進程沒有受大的影響，對入爐鋅沒有足夠重視。但2014年10#高爐經過近半年技術努力，10月20日成功取消了中心第1檔加焦，中心焦量由年初27%逐漸減到0，在2015年原、燃料條件逐月變差，入爐品位低到55%以下，這種情況下，中心透氣、透液性降低，高爐出現結厚現象。2015年～2018年之間多次高爐在長期休風后復風出現結厚物脫落，頻繁壞風口小套，反復休風更換，往往要經過長時間調整才能恢復爐況。10#高爐經過分析決定采取技術措施，有效排除鋅元素，降低其富集量，減少或者杜絕爐墻結厚：

表1 10#高爐2017-2019年部分月份入爐鋅負荷統計

（1）強化中心主導氣流，排除鋅元素。國內外研究表明，鋅元素在高爐內能被爐內煤氣帶走而排除的占比約為80-85%，所以高爐冶煉中排除鋅主要是通過調整煤氣流，使其合理分布而達到有效排除的目的。2017年9月以前，高爐缺乏對有害元素系統管理，9月開始高爐每日根據原、燃料成份計算理論鋅等有害元素，監督其趨勢變化，另外裝料制度保持O8765（3332）C876543（333211），增加第3檔布焦1環，邊緣第8檔負荷5.1～5.2，引導中心氣流同時又對邊緣氣流進行壓制，在2018年4月份10#高爐長期休風后復風結厚物脫落后，高爐結厚現象減少，自下半年始排除效果更為明顯（見表2）。

（2）控制合適爐渣堿度，確保渣鐵良好分離。鋅元素不溶于生鐵，也很難進入爐渣，由爐渣排除的鋅只占總量3%左右，極其有限，但控制略微下限的爐渣堿度有利于降低渣中堿金屬化合物的活性，增加爐渣帶走的堿金屬量，對排除“堿害”是有利的，特別是10#高爐堿金屬入爐負荷3Kg/t左右處于規范上限，控制堿度操作很有必要。同時也有利于改善爐渣流動性，渣鐵分離好，有利于氣流分布合理。目前10#高爐控制以四元堿度0.98倍～1.0倍能夠確保渣鐵溫度足夠，冶煉進程順利進行。

（3）加強篩分，降低入爐粉末。10#高爐用料結構燒結礦占85%左右，熟料率95%，用焦以80%自產焦加20%左右外購水熄焦，用料結構是比較好的，但是經過卸車、轉運等，入爐粉末量較大，特別是外購焦水份高，表面裹粉嚴重，如果不加以控制會影響高爐順行和造成爐墻結厚現象。10#高爐經過加強得分檢查、控制，將外購焦篩和內環布焦焦篩增大至25mm。

表2 10#高爐2018全年及2019年1-2月鋅排除率

3 存在不足

（1）入爐鋅負荷高是一個長期現象。雖然10#高爐采取一系列技術措施目前能保證高爐結厚現象減少，但并沒有完全消除，鋅負荷仍然高達0.8Kg/t以上，高爐還是存在結厚風險。據統計入爐鋅元素主要是由燒結礦與球團礦帶入，占總量85%左右（見表3），10#高爐重除灰與出鐵場除塵灰鋅含量均大約0.6%～1.0%，布袋灰含鋅約10%～15%，高時超過20%，都做為燒結原料配入，最終又進高爐參與爐內循環富集，雖然燒結過程能夠排除一定比例鋅元素，約60%，但遠遠達不到要求。

表3 燒結礦、球團礦帶入鋅元素比例

（2）原、燃料質量波動大。10#高爐生產近10個年頭，處于爐役中、后期，同樣各配套系統也生產多年，設備故障率增加，如焦化廠干熄焦檢修頻次增多，且周期長，短則8h，長則達月余，造成大量水熄入爐；另外燒結礦堿度也偶有大幅波動，高爐調劑完全跟不上，造渣制度穩定性差；加之塊礦含水、含泥高，過篩效果差，入爐后也對爐內中心氣流不利，使排鋅效果減弱，對高爐壽命產生不利的影響。

4 經驗與教訓

（1）長期休風后復風要充分考慮結厚物是否有掉落可能。10#高爐入爐鋅負荷高在今后操作中仍然是一個長期現象，而對于入爐鋅負荷高的高爐來講，形成高爐中、上部結厚是很難消除的，10#高爐結厚以后基本都是長期休風爐墻溫度變化較大的情況下才在復風后脫落的，很難估計其影響，而一旦結厚物脫落后爐況恢復過程往往異常困難。

（2）采用高分子材料篩減少塊礦板結現象。10#高爐三個塊礦倉，其中兩個倉對應條形篩，一個倉改用聚氨酯波紋篩，通過實際使用情況對比，能夠清楚反映出波紋篩結篩情況大為降低，且結篩后清理也更容易，入爐礦粉減少對爐內氣流有利，煤氣帶走的鋅量增加，富集量少，爐襯結厚、破損現象改善。

（3）穩定中心氣流。高爐操作一定要有強勁的中心主導氣流，但除了要中心氣流長期強勁且穩定對于10#高爐來講有一定困難，各類影響因素前文已述及。

5 結語

鋅、堿害對高爐長壽及爐況都產生不利的影響，在操作上一定要重視，采取有效的排除措施，特別是10#高爐已達爐役中、后期，爐襯各部或多或少存有侵蝕、破損現象，要通過分析確定適宜的操作方針且能適時做好合理的調整，系統全面地保護爐內襯，盡可能地延長一代爐齡，降低綜合成本及產生更高的效益。