大型高爐如何有效排鋅

1、.大型高爐如何有效排鋅2015-01-08源自中國(guó)冶金報(bào)包鋼煉鐵廠大型高爐如何有效排鋅鋅是高爐煉鐵的有害雜質(zhì)，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范要求，高爐鋅負(fù)荷應(yīng)低于150g/t。2014年6月在馬鋼召開的全國(guó)煉鐵專家委員會(huì)年會(huì)上，與會(huì)專家針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，就國(guó)內(nèi)大型高爐可接受的鋅負(fù)荷達(dá)成了共識(shí)（見表1）。這個(gè)分類標(biāo)準(zhǔn)細(xì)分了不同容積的大型高爐可接受的鋅負(fù)荷范圍，原則是高爐容積越大，入爐鋅負(fù)荷越低。國(guó)內(nèi)外部分高爐鋅負(fù)荷見表2。從表2可以看出，國(guó)外高爐嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，入爐鋅負(fù)荷較低，部分高爐的入爐鋅負(fù)荷為64g/t192g/t，除了Salzgittr略微偏高外，都在低于150g/t的范圍內(nèi)。近年來(lái)，由于

2、節(jié)能環(huán)保和降低配礦成本的需要，武鋼將除塵灰、瓦斯灰等二次資源在燒結(jié)廠回收利用，導(dǎo)致高爐面臨著鋅負(fù)荷過(guò)高的風(fēng)險(xiǎn)。高鋅負(fù)荷引起高爐爐身結(jié)厚、高爐順行困難、煤氣利用率降低等一系列問(wèn)題，深深困擾著高爐操作，特別是大型高爐尤為嚴(yán)重。為此，探索大型高爐高鋅負(fù)荷操作應(yīng)對(duì)技術(shù)具有必要性、緊迫性和現(xiàn)實(shí)性。鋅對(duì)高爐生產(chǎn)的影響常規(guī)的燒結(jié)和球團(tuán)過(guò)程只能脫除10%左右的鋅，即使使用氯化焙燒也只能脫除65%左右的鋅。因此，鋅總是或多或少地隨礦石、焦炭和煤粉進(jìn)入高爐內(nèi)。進(jìn)入高爐中的鋅主要以鐵酸鹽（ZnOFe2O3）、硅酸鹽（2ZnOSiO2）、硫化物（ZnS）和氧化物(ZnO)的形式存在。高爐冶煉時(shí)，其硫化物先轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的

3、氧化物，然后在不低于1000的高溫區(qū)還原為Zn，由于其沸點(diǎn)很低（907），還原出來(lái)的Zn氣化混入煤氣，上升過(guò)程中有一部分隨煤氣逸出爐外，一部分凝結(jié)成固態(tài)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(huán)。鋅含量高時(shí)會(huì)在上升管處冷凝、積聚，造成上升管阻塞，從而堵塞煤氣通路，進(jìn)而導(dǎo)致高爐頂壓異常波動(dòng)，高爐上部煤氣流紊亂，引起管道行程懸料、崩料現(xiàn)象，在很大程度上增加了高爐操作的難度，影響正常生產(chǎn)。鋅對(duì)設(shè)備也會(huì)造成影響，鋅會(huì)附著凝結(jié)在爐頂設(shè)備上，對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成影響。鋅滲入高爐上部磚襯縫隙中，氧化后體積膨脹，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞爐襯，甚至脹裂爐殼，引發(fā)安全事故。上部鋅富集后

4、形成的“爐瘤”滑落會(huì)引起爐況嚴(yán)重失常，甚至造成風(fēng)口灌渣與燒毀。此外，鋅在高爐風(fēng)口處沉積，滲入耐火磚磚縫，對(duì)耐火材料侵蝕，造成磚體疏松，并逐步形成腫瘤狀侵蝕體，從而導(dǎo)致風(fēng)口和風(fēng)口二套上翹或破損。鋅會(huì)破壞原燃料性能。在爐身上部，鋅以氣體形式滲入焦炭和礦石的孔隙中，沉積后會(huì)堵塞表面空隙，影響料柱透氣性。另外，鋅氧化后體積膨脹會(huì)增加鐵礦石和焦炭的熱應(yīng)力，提高熟料的低溫還原粉化指數(shù)，降低焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度。鋅還會(huì)造成爐身黏結(jié)。含鋅蒸汽在上升過(guò)程中溫度降低變成液態(tài)鋅，黏結(jié)在磚襯表面，被煤氣中的H2O、CO2等氧化后，形成低熔點(diǎn)的化合物，結(jié)成爐瘤?？傊?，鋅在高爐內(nèi)的惡性循環(huán)和積累，嚴(yán)重影響了高爐的穩(wěn)定順行與節(jié)

5、能降耗。其行為對(duì)高爐的負(fù)面影響是多方面的：一是鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)和積累，占據(jù)高爐的有效空間，稀釋煤氣的有效濃度,減弱間接還原，降低煤氣利用率；二是與焦炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（ZnO+C=CO+Zn），使焦炭的氣化反應(yīng)能力增強(qiáng)，反應(yīng)后強(qiáng)度降低；三是使球團(tuán)礦異常膨脹而粉化；四是降低礦石的軟化溫度，液態(tài)或固態(tài)鋅金屬還黏附于爐襯上，既能使?fàn)t墻結(jié)瘤，又直接破壞爐墻；五是在爐缸高溫區(qū)鋅蒸汽可以滲入爐襯的磚縫、裂紋和氣孔中，破壞磚襯。鋅及堿金屬的破壞是造成爐缸磚襯環(huán)縫，破壞爐缸長(zhǎng)壽的主要原因。高爐內(nèi)鋅的來(lái)源鋅的循環(huán)富集存在于兩個(gè)方面，一個(gè)是在高爐內(nèi)部的循環(huán)富集，另一個(gè)是在燒結(jié)、球團(tuán)和高爐工序間的循環(huán)富集。在高爐內(nèi)部，

6、鋅的沸點(diǎn)為907，低于ZnO開始還原的溫度，因此還原反應(yīng)不能得到液態(tài)金屬鋅，只能得到金屬鋅蒸汽，這種金屬鋅蒸汽容易從固體爐料中逸出而進(jìn)入高爐煤氣中。由于高爐塊狀帶下部和軟熔帶具有足夠的還原氣氛和比較高的溫度，再加上液體金屬鐵的大量存在以及還原出來(lái)的鋅以氣體形式存在，因而進(jìn)入高爐塊狀帶下部和軟熔帶的ZnO還原的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件都比較充分，高爐塊狀帶下部和軟熔帶內(nèi)的ZnO絕大部分被還原成鋅金屬蒸汽隨煤氣上升，一部分凝結(jié)成固態(tài)重新回到爐料。而進(jìn)入高爐爐渣排出的鋅主要是以ZnSiO3狀態(tài)存在的鋅（鋅如何進(jìn)入爐渣有待進(jìn)一步研究）。鋅金屬蒸汽隨煤氣流上升到塊狀帶上部后，就將被CO2氧化為固體ZnO。這些

7、再氧化生成的ZnO，主要有以下幾個(gè)去向：部分ZnO隨粉塵逸出高爐外進(jìn)入瓦斯灰和洗滌水；部分ZnO冷凝黏結(jié)在上升管、爐喉和爐身上部磚襯或鋼磚上，形成高爐鋅瘤，ZnO含量在60%以上；部分ZnO積存在塊狀帶，使?fàn)t料中的鋅大大超過(guò)原始含鋅量，并在9001000區(qū)域達(dá)到最大值，高爐內(nèi)鋅的蒸汽壓高，達(dá)到最大值的溫度就高。積存在塊狀帶的ZnO隨爐料下降再次被還原。上述過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，鋅在高爐內(nèi)就這樣不斷被還原。鋅除了在高爐內(nèi)部循環(huán)外，還在燒結(jié)、球團(tuán)和高爐工序間循環(huán)富集。這種循環(huán)主要是通過(guò)瓦斯灰、除塵粉等固體廢物載體實(shí)現(xiàn)。在燒結(jié)、球團(tuán)配料中添加富含鋅元素的固廢，以燒結(jié)、球團(tuán)的形式進(jìn)入高爐，在高爐生產(chǎn)中鋅又會(huì)從

8、爐頂排出，被收集為各種固廢，固廢再配入燒結(jié)、球團(tuán)中供高爐使用，最終形成在燒結(jié)、球團(tuán)和高爐工序間的循環(huán)。工作人員經(jīng)過(guò)測(cè)算得知，武鋼煉鐵廠5號(hào)高爐的鋅主要是燒結(jié)礦帶入，其含量明顯高于其他高爐。原因是5號(hào)高爐使用的三燒礦除正常配料外還配加5%的綜合粉和2%的污泥，導(dǎo)致Zn含量增加。2012年以來(lái)，武鋼煉鐵高爐鋅負(fù)荷普遍過(guò)高。其中，4號(hào)高爐鋅負(fù)荷范圍為0.420kg/t1.558kg/t，平均值為0.889 kg/t；5號(hào)高爐鋅負(fù)荷范圍為0.779kg/t2.553kg/t，平均值為1.246kg/t。高爐內(nèi)鋅的排出途徑為了弄清鋅的去向，2014年4月武鋼煉鐵廠連續(xù)3天在6號(hào)高爐進(jìn)行了排出鋅含量測(cè)算。

9、測(cè)算顯示，6號(hào)高爐鋅含量為0.45kg/t，排出鋅量占高爐攝入量的73%左右。瓦斯灰和洗滌泥的鋅含量比較高。鋅主要是通過(guò)瓦斯灰與洗滌泥排出，在3天的試驗(yàn)期內(nèi)兩者排出的鋅量均超過(guò)80%。該廠對(duì)鋅負(fù)荷相對(duì)較高的4號(hào)、5號(hào)高爐（1.0kg/t以上）也進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其排出途徑及其分配比例與6號(hào)高爐基本相同。由此可見，對(duì)于大型高爐來(lái)說(shuō)，煤氣同樣是排出鋅的主要途徑。大型高爐高鋅負(fù)荷操作措施高鋅負(fù)荷引起高爐爐身結(jié)厚、高爐順行困難、煤氣利用率降低等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重困擾著高爐操作。鋅在爐內(nèi)的去向有3個(gè)：隨渣鐵排出、隨爐頂煤氣帶走和在爐內(nèi)富集。從上研究分析可知，鋅的排出方式中隨爐頂煤氣帶走是主要的，占80%以上

10、；隨渣鐵帶走的比例很小，可以忽略不計(jì)。要想減少鋅在爐內(nèi)的富集，就要加大鋅隨煤氣的排出量，也就是要解決煤氣流的分布問(wèn)題，即高爐解決上下部調(diào)劑問(wèn)題。要想增加鋅從爐頂煤氣的排出量，就須要適當(dāng)開放中心氣流，這是因?yàn)橹行臍饬鳒囟容^高（一般中心溫度高達(dá)500以上，而邊緣煤氣流溫度在60左右），鋅重新凝固的機(jī)會(huì)較小。由于煤氣在高爐內(nèi)平均行程時(shí)間只有10秒左右，而中心氣流的行程時(shí)間更短，這股強(qiáng)的氣流可以在短時(shí)間內(nèi)將鋅帶入煤氣，而不被重新凝固回落到爐料中，從而由煤氣排出爐外，減少鋅在高爐內(nèi)的積累。2014年1月份，武鋼4號(hào)、5號(hào)高爐采用“小進(jìn)風(fēng)面積和大布料角度”的調(diào)劑模式，取得了很好的效果。與國(guó)內(nèi)其他鋅負(fù)荷較低

11、的高爐相比，武鋼高爐難以取消中心加焦，其中重要原因就是武鋼的鋅負(fù)荷高，不能過(guò)分抑制中心，限制鋅的排出通道。4號(hào)高爐在近幾年探索高鋅負(fù)荷冶煉的過(guò)程中，進(jìn)行了大進(jìn)風(fēng)面積向小進(jìn)風(fēng)面積轉(zhuǎn)變的嘗試，2013年逐漸摸索出了小進(jìn)風(fēng)面積的送風(fēng)模式，逐步縮小進(jìn)風(fēng)面積，采用了12個(gè)直徑120mm的小風(fēng)口和16個(gè)直徑130mm的大風(fēng)口。該廠在上部調(diào)劑上，采用大角度布料，適當(dāng)開放中心，將邊緣布料角度適當(dāng)外推。通過(guò)以上操作調(diào)整，高爐內(nèi)鋅的排出量大幅增加。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的分析統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，高爐內(nèi)鋅的排出量與爐料帶入量基本持平，部分時(shí)間內(nèi)鋅的排出量大于爐料帶入量。高爐內(nèi)鋅的累計(jì)量不再增加，鋅對(duì)高爐的破壞得到控制，高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

12、改善。4號(hào)、5號(hào)高爐不僅實(shí)現(xiàn)了較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定順行，而且燃料比比2013年降低14kg/t?！拘袠I(yè)指數(shù)】1月8日中國(guó)鐵礦石價(jià)格指數(shù)中國(guó)鐵礦石價(jià)格指數(shù)（CIOPI）1月8日，中國(guó)鐵礦石價(jià)格指數(shù)（CIOPI）254.02點(diǎn)，環(huán)比下降0.54點(diǎn)，降幅為0.21%。其中：國(guó)產(chǎn)鐵礦石價(jià)格指數(shù)為235.80點(diǎn)，環(huán)比持平；進(jìn)口鐵礦石價(jià)格指數(shù)為262.27點(diǎn)，環(huán)比下降0.78點(diǎn)，降幅為0.30%。進(jìn)口鐵礦石價(jià)格（OPI）1月8日，直接進(jìn)口鐵礦石62%品位干基粉礦到岸價(jià)格為70.84美元/噸，環(huán)比每噸下降0.21美元，降幅為0.30%；當(dāng)月平均價(jià)格為70.79元/噸。1月8日，現(xiàn)貨貿(mào)易進(jìn)口鐵礦石62%品位干基粉礦人民幣含稅價(jià)格為544.21元/噸，環(huán)比每噸下降1.09元，降幅為0.20%，當(dāng)月平均價(jià)格為543.53元/噸。1月8日，直接進(jìn)口鐵礦石58%品位干基粉礦到岸價(jià)格為61.11美元/噸，環(huán)比每噸下降0.36美元，降幅為0.59%；當(dāng)月平均價(jià)格為61.26美元/噸。1月8日，現(xiàn)貨貿(mào)易進(jìn)口鐵礦石58%品位干基粉礦人民幣含稅價(jià)格為471.11元/噸，環(huán)比每噸下降2.48元，降幅為0.