摘要：对凌钢2300m³高炉入炉原燃料、各种粉尘等进行了取样分析，测定各种物料锌含量，并结合高炉实际生产数据对凌钢2300m³高炉进行了锌平衡的研究。结果表明，凌钢2300m³高炉锌负荷为606g/t，主要来源于烧结矿与球团矿，达到84.32%，外购焦炭带入的锌比例也高达11.38%。而高炉的主要排锌途径为布袋除尘灰，可达总支出量的 88.36%，其次为重力除尘灰，比例为10.96%。根据烧结矿、球团矿等原燃料中锌含量的分布情况,提出了减轻高炉锌负荷的措施。

关键词：高炉  锌危害  循环富集  锌负荷  锌平衡

2012年10月12日，凌钢2300m³高炉投产，高炉采用了多项成熟可靠、社会经济效益明显的新技术、新工艺和新设备，配备了与2300m³高炉配套的铁水转运、原料运输、渣铁处理、煤气除尘、热风、喷煤、TRT发电、干法除尘等系统。特别是在高炉炉型及内衬选择、高风温、水渣处理、干法除尘以及检测手段设置等方面更加完善合理。

    随着生产的延续，高炉出现部分风口中套上翘、煤气管道粘结物严重等问题，计划检修时风口前发现白色液态金属流出，经化验Zn含量超过80%，这表明2300m³高炉锌富集已经非常严重。对高炉布袋灰、重力除尘灰等进行检验发现锌负荷非常高。为此，对2300m³高炉入炉原燃料及其产物进行了取样和化验，系统分析了锌负荷情况。

1  锌在高炉冶炼中的危害

锌主要以铁酸盐（ZnO·Fe₂O₃)、硅酸盐（ZnO·SiO₂)及硫化物(ZnS)的形式存在。在高炉进行冶炼时，锌的硫化物先转化为复杂的氧化物，然后在不小于1000℃的高温区被CO还原为气态锌（ZnO+CO=Zn（g）+CO₂-180.5KJ)。沸点(907℃)很低的锌蒸汽，随煤气流上升，到达温度较低的区域时冷凝（580℃）而再氧化。再氧化形成的氧化锌细粒，一部分附着于上升过程中的煤气粉尘中被带出炉外；而另一部分附着于下降的炉料中被再次带入高温区，周而复始，就形成了锌在高炉内的循环富集现象。

高炉布袋灰、重力除尘灰中含有大量锌，这些布袋灰、重力除尘灰又进行了烧结配料。锌随烧结矿一起加入高炉后，随着冶炼的进行，温度逐渐升高，然后被还原成气态锌，跟随煤气流上升，由高炉的荒煤气管道排出炉外。煤气经过净化处理，将锌及其他固体颗粒收集成除尘灰，返回用于烧结原料，烧结矿带着锌作为高炉的主要原料重新回到高炉中来。这就是锌在烧结-高炉之间的循环。

锌对高炉的不利影响主要有：

1）影响高炉长寿：部分锌蒸气进入砖衬的气孔和砖缝后冷凝并被氧化成氧化锌，氧化锌结晶和生成体积增大，造成炉衬异常膨胀，加快炉衬的侵蚀速度。在炉缸区域沉积，造成炉缸砌体上涨，风口上翘等^[1]。

2）影响高炉顺行：当锌的循环富集加剧，高炉内粘结也严重。炉墙严重结厚，使炉内煤气通道变小，炉料下降不畅。富集严重时，高炉难以接受风量，崩、滑料频繁，影响高炉顺行和技术指标。

3）锌负荷的升高，还会引起焦比的上升。还原1kg锌需11kg焦炭，锌的再氧化放热发生在高炉上部，其热量仅使炉顶煤气温度升高。因此，随入炉锌负荷的升高，高炉冶炼焦比相应增加^[2]。宝钢在1996年发生过锌富集的恶性事件，造成高炉的产量下降了约25%、燃料比上升达6%的严重影响^[3]。

2  高炉中锌的控制标准

1998-2000年国内外部分企业高炉的锌负荷为40-192g/t，详见表1。国际上公认的锌负荷可接受的水平为150g/t，见表2。

表1 部分高炉锌负荷（1998-2000）^[4]

表2 高炉锌负荷的控制标准

3  高炉锌收支平衡分析

锌的来源主要是高炉的入炉料包括烧结矿、球团矿、焦炭及混合煤粉带入。锌的排出主要是高炉煤气粉尘。

3.1 锌的收支情况

采样期间2300m³高炉日产铁量5500t，操作焦比348kg/t，操作焦丁比60kg/t，操作煤比128kg/t，炉料结构为：烧结矿63%，球团矿37%。分析高炉锌收入项（如表3所示）得出2300m³高炉锌负荷为606g/t。其中烧结矿带入锌量最多，占比达62.87%，其次为自产球团矿与外购焦炭，分别占比为21.45%和11.38。煤粉带入锌量较少，总计4.3%。由表3中数据可以看出，烧结矿因含锌量高，配比高，带入锌量最多，而球团矿虽然配比不高，但锌含量高于燃料中的锌含量，以上造成含铁原料带入的锌量比例高达84.32%。同时外购焦炭的锌量比例达到了总入炉锌量11.38%，应该给予足够重视。

表3  5号高炉锌入炉项分析

表4  5号高炉锌支出项分析

对各种高炉产出物化验计算（见表4）得出2300m³高炉吨铁支出锌量为447g/t。其中布袋除尘灰和重力除尘灰带出的锌量最多，分别达88.36%和10.96%，出铁场除尘灰带出的锌量较少，而炉渣与铁水中未检测到有效的锌含量数据，这里予以忽略。

3.2 锌的平衡分析

由表3、表4可知，2300m³高炉锌平衡的相对误差为26.24%，这个误差在工业生产中是允许的。国外高炉在进行锌平衡计算时其相对误差通常在20%～30%以上。而引起高炉内锌的收支不平衡的主要原因是高炉内的锌在不同生产阶段有一个积累和集中排出的过程，高炉内的锌量是循环变化的。

2300m³高炉锌负荷为606g/t，远远高于国际上公认的可接受的150g/t锌负荷水平，所以必须加以严格控制，否则会严重影响生产。

    由表3所示，烧结矿与球团矿中带入的锌量最多，即绝大部分锌是由烧结矿与球团矿带入高炉的，所以要控制高炉入炉锌量，首要控制的就是入炉矿石中的锌质量分数，使用低锌矿粉是降低高炉锌负荷最直接有效的方法。其次限制高锌的2300m³高炉布袋除尘灰在烧结工序的使用量，也可以有效的实现降低2300m³高炉锌负荷的目的。球团矿中的锌含量高是2300m³高炉锌含量高的另一重要原因。2300m³高炉球团矿配矿中，地方矿粉锌含量过高，造成了球团矿中锌含量高，建议高锌矿粉与其他低锌矿种混合配矿，以降低高炉锌负荷。而外购焦炭的锌量达到了总入炉锌量11.38%，应该在采购过程中予以关注。而表4显示布袋除尘灰中与重力除尘灰带出锌量占总量的99.32%，这说明高炉内锌是随煤气一起排出的。

4 减轻高炉锌负荷的措施

1)制订凌钢高炉锌负荷控制标准。参照国内先进钢企相关标准，结合凌钢自身原料及生产条件，适当兼顾固废返生产工作要求，制定合理锌含量控制要求。

2)建立高炉原燃料监控体系。对高炉的锌负荷实行长期有效的监控，关注高炉锌负荷及排锌情况，防止出现循环富集情况，采用有利于排锌的操作制度。

3)优化高炉配料。对含锌量较高的矿石，在烧结、球团工序中减少其用量或用其他矿石替代。在目前没有除尘灰脱锌的条件下，对除尘灰的回收利用要审慎，锌带入量较高的布袋灰和炼钢灰尽量少用或不用。

4）强化管理，精心操作，确保高炉稳定顺行。在控制高炉锌负荷的同时，必须保持入炉原燃料的稳定，尤其是要保证焦炭的冷热态性能指标，这样才能减少高炉的炉况波动。在操作上要保证煤气流分布合理，避免炉温大波动，禁止长期低料线作业。

    5)转底炉脱锌工艺利用瓦斯泥中的碳在高温下还原瓦斯泥中的锌，并使其挥发，进而实现收集。该工艺的优点是：

a、生产效率高。因不添加任何固体燃料，所以还原时间仅为10～20min。

b、附加值高。脱锌率大于90％，且锌粉得到回收，主要产品为金属化率大于70％、品位约为68％的金属化球团。马钢的实践证明转底炉脱锌是一种环保、高效的脱锌工艺，有助解决锌在烧结和高炉生产过程中的循环，降低高炉锌负荷。

5 结语

    锌负荷对高炉影响较大，容易造成高炉结瘤。锌在高炉内循环富集，料柱透气性变差，高炉稳定性和抗风险能力变差；锌对焦炭强度有一定的破坏作用，炉缸容易形成死焦堆，炉缸活跃程度变差，容易造成炉缸堆积，必须将锌负荷控制到一定范围。

参考文献：

[1] 杨雪峰,张竹明,沈峰满,李明,等.锌对昆钢2000m³高炉的危害[J].钢铁,2006,41(9): 9-12.

[2] 赵贵清.酒钢1号高炉锌平衡研究及抑制措施分析[J].甘肃冶金,2007(2):1.

[3] 李肇毅.宝钢高炉的锌危害及其抑制[J].宝钢技术,2002(2):18.

[4] 金俊，刘自民，宋灿阳.降低高炉锌负荷经济方法的探讨[J].炼铁,2009(4):38-40.