高爐高效排鋅工藝的研究

付 強

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東 濟南271104）

近年來，社會經濟在快速發展的同時，越來越多新型能源材料不斷涌現，對我國傳統鋼鐵生產工業造成了一定的沖擊，鋼鐵生產工業形勢越來越嚴峻。為了盡可能的減少成本，會對鋼鐵生產過程中所產生的瓦斯灰、紅泥以及高鋅堿灰等進行回收再利用，從而造成高爐鋅實際負荷不斷增加。隨之而來的鋅負荷超標也越來越嚴重，而鋼鐵生產企業高爐也也都相繼出現了爐況波動的問題，渣皮脫落問題層出不窮，也導致鋼鐵生產的成本不斷攀升。為了盡可能的減少煉鋼作業中，高爐內鋅的不斷聚集，相關從業人員就必須要針對當前存在的問題，采取相應的解決措施。首先，可改善原材料基礎條件，從而達到減少鋅負荷的目的，并停止增加瓦斯灰。其次，還可以進行下部調節，并提升鋅的實際排出率，并通過上部裝料與下部送風有效結合的方式，從而最大程度上保障高爐爐況的安全穩定運行，并且實現高爐排鋅的最終目的。

煉鋼生產過程中，高爐鋅富集是非常常見的，且不斷的循環富集存在以下危害：首先，高爐的壽命會受到嚴重危害，Zn蒸氣聚積在爐墻上方，并且與爐料產生反應，并逐漸形成熔點比較低的化合物以及爐瘤。同時會使得爐襯慢慢軟化，從而加快侵蝕的速度。其次，還會對燃料的整體冶金性能產生一定影響。鋅蒸氣逐漸沉積氧化之后會逐漸形成ZnO，從而提升燒結礦還原粉化指數，焦炭的反應性開始發生變化，發生反應以后，整體強度有所降低。鋅富集比較嚴重的情況下，爐料的透氣性以及空隙度發生變化，高爐中煤氣通道會變小，爐內材料無法正常下降，有些時候會在管中結瘤，導致煤氣通道發生阻塞。

1 氯化物的具體排鋅方法

1.1 高爐鋅冶金過程

高爐內鋅在400~500℃高溫環境下，會慢慢還原，直到完成整個還原過程，還原后的鋅沸點在906℃，鋅會隨著爐料逐漸下降到到軟熔帶，該環境溫度為1 100~1 400℃，鋅在該區域環境下，便會逐漸揮發，從而形成鋅蒸汽，并上升至高爐上方，同時還會被逐漸氧化成為ZnO，部分ZnO微粒物質會進入到高爐系統當中，其中部分會附著于爐料之上，爐料逐漸下降，之后被再次還原，揮發并不斷的循環，不斷的重復，即在高爐當中，鋅會反復的被還原富集[1]。

1.2 氯化物的配比選擇與具體排鋅時間

為了進一步明確在具體試驗中，氯化物的具體檢測時間以及實際用量，要對氯化物的排鋅與配比具體時間進行確認。結合實際情況，氯化物配比總量公式如下：

式中：L指的是氯化物配用量，kg；P指的是鋅富集量；m1指的是密度，kg/m3；m2指的是氯化物的實際密度；n指的是含氯量；通常情況下1 000 m3之下高爐φ（O）應為0.35%；1 000 m3之上高爐φ（O）應為0.4%。

氯化物比較常見的有以下幾類：即MgCl2、NaCl、CaCl2等幾種類型，要充分衡量其對整個生產過程與成本產生的影響，應當選擇氯化鈣，w(CaCl2)要嚴格控制在1%范圍之內。結合當前高爐的具體情況，可在粉煤當中適當增加w(CaCl2)約0.3%左右。排鋅時間公式如下：

式中：T指的是排鋅具體時間；L指的是氯化物實際用量；X指的是具體配用比例；Y指的是每小時的實際煤量。

1.3 氯化鈣排鋅方法的具體操作

在正式操作之前，要提前準備足夠的氯化鈣試劑，選擇進行試驗的高爐，并根據實踐操作步驟經驗，高爐內鋅負荷達0.75 kg/t，并在噴煤系統當中，安裝氯化鈣裝置，結合具體情況進一步明確相應的試驗時間，并在粉煤當中適當增加w(CaCl2)大約0.3%左右，并進行兩次噴吹試驗。在產生的瓦斯灰當中對鋅、Na2O以及TFe的實際含量進行測定，并實時動態化監測燃料的具體使用狀況和煤氣水pH值的實際變化情況，確定實際排鋅情況[2]。

2 試驗結果和實際討論

2.1 瓦斯灰不同成分的實際含量變化

針對實際情況，大約有超過95%的鋅主要是通過瓦斯灰所排出，因此，要實時觀察瓦斯灰當中整個試驗前后的變化以及鋅含量，這也是衡量排鋅效率的基本依據，并進一步觀察瓦斯灰當中鈉、鉀以及鐵等相關元素的變化情況，也能夠充分反映出該工藝技術對脫堿率產生的影響。圖1是在兩次試驗前后瓦斯灰的具體成分變化情況，能夠明顯看出瓦斯灰當中w(Zn)明顯上升到4.63%左右，排鋅效果顯著提升，增長率超過60%。數據表明，該工藝技術具有良好的排鋅效果。同時對瓦斯灰當中各個不同元素進行分析觀察，能夠直觀的看到w(TFe)的實際含量逐漸降低，降幅為5%，這也能夠反映出高爐排出的鐵元素在逐漸減少，同時也能夠觀察到w(K2O)與w(Na2O)顯著升高，增幅在80%與55%，也能夠充分表明通過噴吹氯化鈣之后，能夠大幅度提升鋅的排出率。同時也提升了鉀、鈉等元素的排出效果。

圖1 瓦斯灰中不同成分的變化情況

2.2 燃料比變化情況

燃料比能夠充分反映出成本投入以及工藝耗能情況，應當實時觀察燃料比的實際變化狀況，圖2是兩次試驗前后燃料比的具體情況。

從圖2中看出，燃料比有所下降，降幅為1.00kg/t，也能夠充分反映出在整個煉鋼操作中，該工藝技術使得燃料比顯著降低。同時也能夠有效改善硫負荷，并且提升了噴煤量，有助于實現節能降碳的目標，創造更大的經濟效益。

圖2 燃料比的實際變化情況

2.3 煤氣水pH值實際變化

為了進一步分析該工藝對煤氣產生的影響，會對煤氣水當中的pH值變化情況進行實時監測。通過對試驗前后的實際變化規律進行對比分析，在粉煤當中適當加入一定量氯化鈣之后，能夠明顯觀察到煤氣水酸性正在不斷減弱，pH只由實驗之前的4.5逐漸上升至5.0與5.3。煤氣水的酸性逐漸降低，這樣也能夠降低煤氣管道遭到腐蝕的情況，大幅度提高了設備的實際使用效率，延長壽命，降低損耗與投入成本[3]。

3 噴吹氯化鈣排鋅工藝技術基本原理

通過進一步深入分析在整個煉鋼過程中，氯的特點以及燃燒過程中的行為，可得出，在高爐高溫還原環境下，氯主要是以氯化氫的形式呈現，氯化氫和Zn以及相關化合物之間發生反應，并逐漸形成ZnCl2，其中一部分氯化鋅熔點較低，逐漸被氣化，并通過氣態的方式被排出，從而有效減少了黏結至爐料上的情況。高爐內軟融帶以下與以上情況的化學反應式如下：

一般情況下，高爐內鋅主要源自于焦炭、燒結礦等，原料不斷的加熱以及下降，鋅也會逐漸得到還原，并且慢慢進入到高溫區域當中，當溫度越來越高時，鋅便會慢慢氣化，之后其中一部分便會被排出到高爐之外，還有一部分會慢慢轉移到高爐上部，當區域內溫度慢慢降低時，其中部分鋅會在爐墻上方發生黏結，部分隨著煤氣逐漸被排出，部分鋅富集于高爐之內[4]。

在高爐噴吹氯化鈣工藝實施過程中，氯化物和煤粉一同進入到高爐當中，并逐漸形成氯化氫，慢慢上升的氣體和爐內富集以及黏結的鋅開始發生反應，從而生成氣體并被排出。氣體上升時，和下降的蒸氣開始發生反應，從而逐漸形成氯化鋅氣體，被直接排出，從而達到高效排鋅的目的[5]。

4 結語

通過實驗可得出，高爐噴吹氯化鈣工藝在實踐操作過程中，效果顯著，具有良好的排鋅效果，增長率超過50%，同時，煤氣水當中的pH值逐漸增大，大幅度降低了煤氣管道被腐蝕的機率。該方法操作性與穩定性強，能夠有效改善高爐鋅富集循環的突出問題，為高爐排鋅工作的開展以及具體實施操作提供了科學合理的技術經驗與借鑒。