张武刚

(新余钢铁集团有限公司技术中心，江西 新余 338001)

摘 要：通过对新钢高炉原燃料及进厂铁料进行分析，明确新钢高炉入炉锌的主要来源为转炉污泥、大顶矿及外购球团，燃料带入锌较少，仅占 1%~1。5%。 针对新钢锌负荷高且炉况顺行度及指标较好的 6#、10# 高炉，以及因炉身上部结厚，指标较差的 11# 高炉十字测温进行统计分析，强化高炉中心气流，提高中心温度才能有效减轻高炉内锌循环，降低锌害，高炉布袋灰的含锌量能客观反映高炉中心气流强弱。高炉渣排锌较少，占入炉锌的 1%~2%。

关键词：高炉；锌负荷；原料来源；控制措施

0 引 言

高炉原料中锌通常以氧化物或硫化物进入高炉^[1]，高炉冶炼时，其硫化物先转化为复杂的氧化物，在不低于 1000 ℃的高温区还原为 Zn，还原出 来的 Zn 气化混入煤气，上升过程中有一部分随煤气逸出炉外， 一部分凝结成固态重新回到炉料，少量在管道中凝集， 一部分又被氧化成 ZnO 并被炉料吸收再度下降还原，形成循环^[2]。其危害主要表现：①进入矿石或焦炭内部被氧化成 ZnO 后，由于体积膨胀产生内应力， 导致矿石和焦炭的强度降 低，增大球团矿和烧结矿的粉化指数；于随煤气上升过程中，阻塞矿石和焦炭孔隙，恶化炉料透气性； ②渗入炉衬耐火材料缝隙中，随温度降低冷凝并氧化形成 ZnO 体积膨胀，破坏耐火材料结构，加速炉衬侵蚀；榆锌蒸汽氧化并冷凝在炉喉尧炉身等部位， 粘结尘垢，形成炉瘤^[3-7]。 随钢材市场好转，废钢使用量增加造成转炉污泥含锌上升，以及环保压力加 大造成高炉布袋灰外销困难，2017 年以来，新钢高炉锌负荷逐年增加，造成高炉炉墙结厚，燃耗上升， 特别是 11# 高炉炉身上部出现严重结厚现象，为缓解锌对高炉生产的影响，文中就新钢高炉锌负荷现状、来源及控制措施进行探讨，以达到降低高炉锌害的目的。 

1 新钢高炉锌负荷现状及来源

1.1 新钢高炉锌负荷现状

随着钢材市场转好，废钢特别是含锌高的冷轧压块使用量增加，转炉污泥含锌增加，及环保因素影响造成布袋灰外销困难，使新钢高炉锌负荷逐年增加，具体见表 1。

1.2 高炉锌来源分析

通过对新钢 2019 年 1-3 月高炉用料及原燃料锌含量进行分析，高炉入炉原燃料中主要来源于烧结矿，锌负荷越高其所占比例越大，其次为球团矿，燃料带入锌占比例较小，仅占 1%~1。5%，见表2。

1.3 铁料锌来源分析

为了解新钢铁料锌来源， 对 2019 年 1-3 月进厂铁料进行数量和含锌量分析， 见表 3。 高炉除尘灰、瓦斯灰等高炉产生循环料已经在铁料中参与计算， 分析时不考虑。 转炉污泥和大顶矿含锌较高， 对锌来源影响较大， 将单独计算。 根据计算结果， 转炉污泥尧大顶矿的量仅占 4。88%，带入铁料的锌占 50.27%，特别是转炉污泥带入锌占 35.32%。 外购球团也是锌的重要来源之一，其购入量仅占 3.59%而带入锌占 8.46% ， 主要是金珠 球团含锌达到0.136%， 远超自产球团平均含锌 0.06%。 进口矿带入锌较少，量占 72.28%，锌仅占 14.59%。 因此，降低转炉污泥含锌量， 控制含锌较高的冷轧压块使用， 控制大顶矿及含锌较高的外购球团矿使用，才能有效减少锌来源。

2 高炉锌排出的影响因素分析

高炉锌排出主要是随煤气通过重力灰、布袋灰排出，及通过渣、铁、出铁场除尘排出。 新钢高炉重力灰、出铁场除尘灰送烧结厂使用，高炉布袋灰统一外卖，均未单独进行成份检测及计量，铁、渣也未进行含锌检验，难以进行高炉锌平衡分析，文中仅进行影响因素定性分析。 新钢高炉采取铁水分级冶炼以满足品种材生产需要，其中 6#、7# 高炉铁水质量要求低，循环料等二次资源配比高，锌负荷高。 近年来随环保压力加大造成布袋外销困难，及废钢使用量增加，造成高炉锌负荷逐年上升。 为了解煤气流分布尧炉渣对排锌的影响，文中选取高炉技术经济指标好，受锌害影响小的 6#、10# 高炉，及受锌害影响大 11# 高炉进行对比分析。 

2.1 炉渣的影响

炉渣中锌的还原反应如方程式（1）^[8]所示。 

ZnSiO₃+2CaO+2C=Zn（g）+2CaO·SiO2+₂CO

(1) 碱度升高后，炉渣中自由 CaO 的数量增加，促进了该还原反应的进行，因此，降低炉渣碱度有利于提高高炉炉渣的排锌能力。 取 6#、11#、10# 高炉炉渣检测，其含锌分别为 0.003%、0.004%、0.003%，其带出锌仅占高炉入炉锌的 1%~2%，因此，靠增加炉渣排锌来减少高炉内部锌的循环是不可取的， 而且炉渣碱度过低，会降低炉渣热焓，降低炉缸温度，影响炉况顺行，降低炉渣脱硫能力，影响铁水质量。

2.2 高炉煤气分布的影响

锌在高炉内的循环过程：1 000 ℃左右的高温区发生反应如方程（2），580 ℃左右低温区发生反应如方程（3）。 

ZnO+CO=Zn+CO₂      （2） 

Zn+CO2=ZnO+CO     （3） 

由于高炉煤气流中心温度较高、流速快，锌重新凝固的机会较少，强的中心气流可以在短时间内将锌带入煤气， 而不被重新凝固回落到炉料中^[8，9]。

边缘气流受炉墙冷却影响，温度降低快且流速较中心慢，锌氧物易粘结在炉墙上，故锌氧化物造成炉墙结厚，重点集中在炉身上部。 因此，要想增加锌由炉顶煤气的排出量，要适度放开中心气流，控制边缘气流，减少锌在炉内的积累。 

2.2.1 6#、10#高炉炉顶温度

新钢 6# 高炉 2017 年 8 月大修投产，有效容积 1050 m³；10# 高炉 2009 年 11 月建成投产， 有效容积 2500 m³。 两座高炉锌负荷高且相差较大， 虽存在炉墙结厚及渣皮脱落等现象，整体看，近几年来炉况顺行度好，特别是 10# 高炉技术经济指标处于行业先进水平，具体情况见表 4。

由表 4 可知，锌害对 6#、10# 高炉的影响较轻， 未产生严重锌富集现象，说明高炉锌的进出基本达到了平衡。 选取 2019 年 2 月炉顶十字测温各点温度平均值见表 5 并作曲线图见图 1、 图 2。 两座高炉煤气分布均为中心发展形，其中 10# 高炉中心平 均 402 ℃，第 5 点平均 120 ℃，第 1 点平均 94 ℃；6# 高炉中心测温点坏，第 5 点平均 380 ℃，第 1 点 平均 124 ℃， 煤气流中心温度及范围均远超 10# 高炉，虽然锌负荷高，但排锌能力强。 因此，高炉操作中应随入炉料锌负荷增加适当增加料柱中心布焦量，提高中心及第 5 点平均温度，减少高炉内锌循环富集。

2.2.2 11# 高炉炉顶温度

新钢 11# 高炉 2011 年 12 月建成投产，有效容 积 1050 m³。 2017 年以前锌负荷低于 6#尧10# 高炉， 2018 年开始上升， 目前略高于 10# 高炉。 高炉长 期中心气流弱， 高炉内锌的富集造成炉身上部局 部结厚严重， 高炉技术经济指标较差， 燃耗较其 它 1050 m³ 高炉高 20 kg/t 左右。 2019 年 2 月 16 日大部分结厚物脱落，炉况顺行度好转，煤气流分布发生显著变化。 由图 3 可知院结厚期间煤气流偏行严重，中心温度约 200 ℃，虽锌负荷较其它高炉低，但富集严重，高炉炉身上部局部严重结厚,布袋灰含锌仅 2%耀3%。 17-28 日由于炉瘤脱落，炉况顺行度好转，见图 4。 煤气流分布呈中心发展形，布袋灰 含锌上升至 4%~5%。

2.2.3 布袋灰含锌与煤气分布关系

高炉煤气中粉尘越细，比表面积越大，对锌氧化物的吸附能力越强，所以高炉布袋灰含锌远高于重力除尘灰。 布袋灰含锌量越高，说明高炉锌的排 出量大，锌在炉内富集少，因此，可以通过布袋灰含锌量，来判断高炉煤气分布状态。 高炉中心气流强 则布袋灰含量越高，含锌低则中心气流弱。 煤气流 分布合理，炉况顺行度好，炉尘吹出也相对减少，煤 气分布紊乱，炉况顺行度差，炉尘吹出量多。 新钢高炉布袋灰外卖，未进行含锌检测，近年来由于环 保压力加大，含锌较低 11# 高炉布袋灰转送烧结厂使用，1 月 27 日开始对 11# 高炉布袋灰每天进行一次常规分析，取 1 月 27 日至 3 月 28 日锌含量检 测数据，按 20 天为一周期统计，见表 6。 1 月 27 日 至 2 月 16 日，由于中心气流弱且煤气流不稳，造成 布袋灰量大且含锌低。 2 月 17 日后，由于局部结厚 物脱落，中心气增强，布袋灰含锌逐渐升高且量逐 渐减少。

2.3 高炉锌负荷对燃耗的影响

根据高炉内锌的氧化尧还原机理，高炉燃耗随 入炉锌负荷增加而增加，①ZnO 在 1 000 ℃以上高温区被 CO 还原为 Zn，消耗下部高温区的 CO^[10]；于随高炉锌负荷增加， 需增加中心气流温度及范围， 减少锌在高炉内的循环富集；②恶化料柱透气性及造成炉墙结瘤尧结厚等严重影响煤气分布。 

3 结 论

1）新钢高炉铁料中锌主要来源于是烧结矿，锌负荷越高，烧结矿带入的锌比例越大，燃料带入锌 仅占 1%~1。5%。

2）新钢转炉污泥尧大顶矿及外购球团量占铁料8。47%，带入铁料锌占 58。73%，特别是转炉污泥使用量仅占铁料 1.19%， 而带入的锌达到 35.32%。 控制转炉污泥、外购球团含锌及大顶矿的使用量，才能有效控制新钢高炉锌负荷。 

3）降低炉渣碱度虽可以增加锌的排出比例，但低碱度炉渣会降低炉缸温度， 影响炉况顺行及铁水质量而且其排锌仅占入炉锌的 1%~2%， 因此，降低碱度不可取。 

4）提高高炉煤气中心温度，强化中心主导气流才能有效增加锌的排出^[9]，减少锌在高炉内循环富集，降低锌害。 随着高炉锌负荷增加，高炉操作中应增加料柱中心布焦量，提高中心及第 5 点平均温度。 

5）布袋灰含锌高低及单位时间内重量变化，可判断高炉中心煤气流的强弱及煤气流稳定状况，含锌增加及量减少、说明中心气流增强且稳定性提高，因此，应将布袋灰纳入每天常规检验。

参考文献：

[1] 王雪松,付元坤.宝钢高炉锌平衡及锌分布的研究[J].安徽工业大学学报,2004,21(3):181-182。

[2] 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):17-19。

[3] 张贺顺,马洪斌。首钢高炉锌及碱金属负荷的研究[J].钢铁研究,2010,38(6):51-55。

[4] 陆隆文,李向伟,尹腾,等.大型高炉如何有效排锌[N].中国冶金报, 铁前窑炼铁,2015-01-08(006).

[5] 尹慧超,张建良,王伟琳.国丰 1 号 1780 m³ 高炉锌平衡的研究[J].炼铁,2009,28(3):48-49.

[6] 周伟曲.高炉炼铁技术手册[M].北京:冶金工业出版社,2005:115.

[7] 徐海波，孙艳芹，李燕江.抑制高炉锌危害的措施[J].河北联合大学学报(自然科学版),2015,37(3):49-51.

[8] 王伟伟,黄帮福,刘江伟,等.低品矿高炉锌平衡探究[J].河北冶金,2018,265:38-41.

[9] 张伟,田中明,胡德顺,等.鞍凌高炉锌平衡及热力学行为分析[J].钢铁研究学报,2015,27(7):32-36.

[10] 李肇毅,姜伟忠.高炉锌负荷对燃料比影响的定量分析[J].炼铁, 2016,35(4):15-17.