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新鋼高爐鋅負荷現(xiàn)狀及控制措施探討
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?shù)V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(tǒng)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(huán)，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
高爐原料中鋅通常以氧化物或硫化物進入高爐川，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(qū)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(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)2.其危害主要表現(xiàn)：①進入礦石或焦炭內部被氧化成ZnO后，由于體積膨脹產(chǎn)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(shù);②隨煤氣上升過程中，阻塞礦石和焦炭孔隙，惡化爐料透氣性;③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;④鋅蒸汽氧化并冷凝在爐喉、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(huán)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(xiàn)嚴重結厚現(xiàn)象，為緩解鋅對高爐生產(chǎn)的影響，文中就新鋼高爐鋅負荷現(xiàn)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(xiàn)狀及來源
1.1 新鋼高爐鋅負荷現(xiàn)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(huán)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(shù)量和含鋅量分析，見表3.高爐除塵灰、瓦斯灰等高爐產(chǎn)生循環(huán)料已經(jīng)在鐵料中參與計算，分析時不考慮.轉爐污泥和大頂?shù)V含鋅較高，對鋅來源影響較大，將單獨計算.根據(jù)計算結果，轉爐污泥、大頂?shù)V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(chǎn)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?shù)V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(tǒng)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(chǎn)需要，其中6#、7#高爐鐵水質量要求低，循環(huán)料等二次資源配比高，鋅負荷高.
近年來隨環(huán)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、爐渣對排鋅的影響，文中選取高爐技術經(jīng)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)89所示.ZnSiO3+2CaO+2C=Zn(g)+2CaO·SiO2+2C0(1)堿度升高后，爐渣中自由CaO的數(shù)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(huán)是不可取的，而且爐渣堿度過低，會降低爐渣熱洽，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(huán)過程：1000℃左右的高溫區(qū)發(fā)生反應如方程(2),580℃左右低溫區(qū)發(fā)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(8.91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(chǎn)，有效容積1050m3;10#高爐2009年11月建成投產(chǎn)，有效容積2500m3.兩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(xiàn)象，整體看，近幾年來爐況順行度好，特別是10#高爐技術經(jīng)濟指標處于行業(yè)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(chǎn)生嚴重鋅富集現(xiàn)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(fā)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(huán)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(chǎn)，有效容積1050m3.2017年以前鋅負荷低于6#、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(jīng)濟指標較差，燃耗較其它1050m3高爐高20kg/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(fā)生顯著變化.由圖3可知：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%~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(fā)展形，布袋灰含鋅上升至4%0~5%.
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(tài).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(huán)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(guī)分析，取1月27日至3月28日鋅含量檢測數(shù)據(jù)，按20天為一周期統(tǒng)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(wěn)，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(jù)高爐內鋅的氧化、還原機理，高爐燃耗隨人爐鋅負荷增加而增加，①Zn0在1000℃以上高溫區(qū)被CO還原為Zn,消耗下部高溫區(qū)的COno;②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(huán)富集;③惡化料柱透氣性及造成爐墻結瘤、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、大頂?shù)V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?shù)V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(huán)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(wěn)定狀況，含鋅增加及量減少、說明中心氣流增強且穩(wěn)定性提高，因此，應將布袋灰納入每天常規(guī)檢驗.
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