沈 炜，古勇合，彭志强
( 新余钢铁集团有限公司，江西 新余 338001)
摘要:对新钢 2 500 m3 高炉炼铁和对应的烧结工序的锌平衡情况进行研究，结果表明: 进入高炉的锌量为1. 055 kg/t，主要由烧结矿和球团矿带入，其中烧结矿带入的锌量占总量的 84%，高炉锌主要由布袋灰排出( 占总排出量的89%) ; 烧结工序中，带入的锌量为 1. 162 kg/t，主要来源于混匀料、内部冷返矿和除尘灰( 占总量的 97. 47%) ，锌的排出由烧结矿和返矿带出( 占总排出量的 95. 92%) 。结合新钢生产实际情况，提出了在烧结、炼铁工序中减少锌带入量、加大锌排出量的建议。
关 键词:烧结; 高炉炼铁; 锌平衡; 控制措施
0 前言
近年来受成本压力的影响，许多钢铁企业在高炉炼铁过程中都会采用一些锌含量超标的低价矿，在烧结过程中也配加了大量的高炉瓦斯灰和除尘泥等二次资源，这样虽然降低了烧结和炼铁工序的原料成本，但结果却导致高炉锌负荷不断上升。
1 锌对高炉生产的影响
锌是高炉原料中的一种微量元素，其沸点仅为907 ℃。锌通常以硫酸盐、硅酸盐等形式存在，锌矿物进入高炉后很快就分解为 ZnO，ZnO 在不低于1 000 ℃的高温区还原成锌并进入煤气中随之上升，上升过程中小部分锌随着煤气逸出炉外，但容易在管道中凝结，大部分又被氧化为 ZnO 并被炉料吸收后再度下降还原，形成循环。与此同时，进入煤气中的锌又随着瓦斯灰进入烧结矿中而再次进入高炉［1 －2］ 。如此循环往复，锌在高炉中不断富集沉淀，给高炉生产带来诸多不利影响。
1. 1 影响炉况顺行
锌含量高时便会在上升管处冷凝积聚，造成上升管阻塞，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，引起管道悬、崩料，这在很大程度上增加了高炉操作的难度，影响正常生产［3］ 。
1. 2 损害设备
锌会附着凝结在炉顶设备上，对设备运行造成影响。在高炉上部砖衬缝隙中，锌氧化后体积膨胀，严重时会破坏炉衬，甚至涨裂炉壳，引发安全事故。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，侵蚀耐火材料，造成砖体疏松，并逐步形成肿瘤状侵蚀体，从而导致风口和二套上翘或破损。
1. 3 影响原燃料性能
锌在炉身上部以气体形式渗入焦炭和矿石空隙中，沉积后会堵塞表面空隙，影响料柱透气性。同时，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，降低焦炭反应后强度。
1. 4 造成炉身黏结
含锌蒸气在上升过程中因温度降低而析出液态锌，液态锌会粘结在砖衬表面，锌液表面被煤气中的H2O、CO2 等氧化，在液态锌表面产生难熔的氧化锌层，影响炉墙热负荷［4］ 。
2 高炉锌平衡
新钢 2 500 m3 高炉在 2017 年 9 月出现了锌负荷超标的现象，严重影响了高炉顺行，因此利用该高炉 2017 年 9 月的实际生产数据，对高炉的锌平衡进行分析。
2 500 m3 高炉使用的原料主要为烧结矿( 约85%) 、球团矿( 良山球团 + 泰利球团，约 12%) 和块矿( 井冈山块 + 云浮块，约 3%) ，燃料主要为自产焦、外购焦和煤粉。高炉产物主要是生铁、炉渣、重力降尘灰、炉前灰和布袋灰。由于锌沸点为 907 ℃，因此铁水中锌很微量，其质量分数小于 0. 001%，计算时忽略不计［5］ 。
对高炉入炉原燃料和产物进行取样并化验，其化验结果见表 1、表 2。
高炉吨铁原燃料消耗量和入炉锌含量情况见表 3。
新钢2 500 m3 高炉各产出物量和锌排出量见表4。通过计算，可得出高炉的锌平衡表见表 5。
从表 5 中可知，锌排出高炉量占总锌量的比例为: ( 0. 891 0/1. 055 0) ×100 =84%。这里需要说明一点，入炉锌与高炉排出锌之间的平衡有个缺口，不能理解为锌在炉内循环富集了，产生平衡缺口的原因有多个，如锌排出在时间序列上有波动、取样的代表性不够好以及对微量锌含量的检测难度大，等等。高炉炉内不会有大量的锌存储，循环富集不是存储。从表 5 中还可看出，烧结矿带入的锌是高炉锌的主要来源，约占总量的 84%，其次是良山球团矿，其带入的锌量约占总量的 6%。布袋灰是锌排出高炉的主要途径，占总排出量的 89% 左右，其次是重力降尘灰，其排出量占总排出量的 5. 5%左右。
3 烧结锌平衡
同样使用新钢 2 500 m3 高炉 2017 年 9 月数据对烧结锌平衡进行分析。对烧结使用的矿粉进行取样并检验化学成分，检测其锌含量，结果见表 6。根据烧结混匀料中各种矿粉的锌含量及矿粉的实际使用量，可计算出混匀料中各种矿粉带入的锌量，结果见表 6。
根据烧结工序的物料组成及各组分的含锌情 况，可计算出烧结过程的锌平衡，结果见表 7。
从表 7 可以看出，烧结过程中的锌主要来自混匀矿，其带入的锌量占总锌量的 63% 左右; 烧结返矿和内部灰也是锌的重要来源。混匀矿中的锌主要来自其搭配使用的外部返矿，占比约 76%; 另外，混匀矿中硫酸渣和仙塘精粉中的锌也值得注意，其对烧结矿锌含量的提高也有一定“贡献”; 其他矿种对混匀矿的锌含量影响不大。
混匀矿中的外部返矿主要为高炉入炉料中粒度小的烧结返矿、转炉灰( 含铁尘泥 GC、含铁尘泥GW) 、高炉灰( 含铁尘泥 TD、含铁尘泥 TW、瓦斯灰)和轧钢污泥等。对这些烧结过程中配用的二次资源进行了 5 次取样并化验其含锌量，结果见表 8。
从表 8 可知，烧结使用的二次资源中锌含量相对较高的( 或者说影响较大的) 为含铁尘泥 GW、含铁尘泥 TW 和高炉瓦斯灰。高炉布袋灰 TB 含锌也相对较高，但不参与烧结混匀配矿。
因此，烧结矿含锌高的主要原因是转炉灰、高炉炉前尘灰和重力降尘灰等作为烧结原料，将锌带入了烧结矿中，即高炉排出的锌又进入烧结矿，最后又供高炉使用，形成炉外的循环富集 ［6 －7］ 。
4 建议采取的措施
基于新钢烧结、炼铁实际生产状况，建议采取以下减少锌入机、入炉和提高烧结、高炉炼铁排锌的可行性控制措施。
1) 原料降锌。入炉锌主要来源于烧结矿，而烧结混匀料和冷返矿 + 灰是烧结矿中锌的主要来源，因此，降低原料中锌含量是降低锌入机、入炉的最直接和最有效的途径。对含锌偏高的转炉灰、高炉炉前尘、重力降尘灰、杂矿和污泥等可采取进转底炉的方式进行脱锌处理; 在条件允许的情况下，尽可能采购锌含量较低的矿粉。
2) 实施合理的烧结配矿及高炉配料，确保高炉锌负荷不超标。按照新钢锌负荷的标准( 不超过0. 8 kg/t) ，要求烧结矿中锌的质量分数不超过0. 045%，从而要求外部返矿的锌质量分数不超过0. 10%。虽然新钢锌负荷标准要求远低于国际先进高炉入炉锌负荷的要求( 不超过 0. 15 kg/t) ，但根据新钢的生产实践，该标准仍具有实际生产意义。
3) 高炉操作降锌。在新钢高炉现有操作手段和炉况条件下，可以通过以下方法进一步降低锌的有害影响: 提高烧结矿、球团矿的强度，加强原燃料筛分，提高入炉矿的冶金性能，选用铁矿石软熔温度高的原料有助于提高高温下锌的还原程度，减少锌循环区的锌量，增加锌从炉顶的排出量; 根据新钢高炉锌负荷标准优化炉料结构，发现炉料结构锌含量超标时，操作上采取适当降低炉顶压力并发展中心气流的措施，以防止锌过量造成炉墙结瘤及炉墙侵蚀;及时出尽渣铁，减少锌在炉内的滞留时间，使锌最大程度地排出。
4) 建立“烧结和炼铁锌动态数学模型”。将烧结和高炉炼铁的锌平衡检测纳入常规化学成分检测范围，定期对烧结工序和炼铁工序进行锌平衡检测。在长期定时检测的基础上，建立“新钢烧结和高炉炼铁锌动态数学模型”，及时提供锌出入的变化情况，为降锌措施提供理论依据。
5 结论
1) 新钢 2 500 m3 高炉入炉锌量为 1. 055 kg/t，锌负荷偏高。入炉锌主要由烧结矿带入( 约占入炉总锌量的 84%) ，其排出主要通过高炉布袋灰。
2) 进入新钢烧结机的锌量为 1. 162 kg/t，锌负荷也偏高严重。入机锌主要由混匀料、内部冷返矿及灰带入( 合计约 97. 47%) ，由烧结矿和返矿带出( 合计约 95. 92%) ，烧结过程基本不具备脱锌能力。
3) 烧结矿含锌高的原因主要是转炉灰、高炉炉前尘和重力降尘灰的重复使用，形成了高炉外的循环富集。
［ 参 考 文 献］
［1］ 周传典 . 高炉炼铁生产技术手册［M］. 北京: 冶金工业出版社，2002: 125 －127.
［2］ 王筱留 . 钢铁冶金学［M］. 北京: 冶金工业出版社，1994: 127 －129.
［3］ 李肇毅 . 宝钢高炉的锌危害及其抑制［J］. 宝钢技术，2002，( 6) : 21 －24.
［4］ 王雪松，付元坤，李肇毅 . 高炉内锌的分布及平衡［J］.钢铁研究学报，2005，17( 1) : 68 －71.
［5］ 郑华伟，夏进朝，李 博，武钢 5 号高炉锌负荷分析及控制［J］． 炼铁，2014，33( 2) : 17 －20.
［6］ 张祥富，白国华 . 钢铁厂含铁尘泥回收利用新途径研究［J］. 矿产综合利用，1996，( 5) : 11 －14.
［7］ 汤乐山，张理强 . 综合利用高炉尘泥的研究与实践［J］． 烧结球团，2000，25( 3) : 52 －54.