柳州钢铁股份有限公司炼铁厂 广西柳州 545002
摘要：由于成矿原因和炼铁原料来源复杂，炼铁原料中含有锌杂质，因锌有害于高炉炼铁，要求入炉原料中锌含量应分别小于0.15 kg/t，而我国很多钢厂入炉原料中锌含量高于此标准。近年来，国内钢铁产能过剩，钢铁价格持续低迷，钢企为节省成本少用国外铁矿石，多用周边品质差、价格低廉的国产矿石替代，使得有些高炉锌危害更加突出。基于此，本文主要分析高炉内锌的主要来源以及对高炉的危害，提出了控制有害元素的措施和建议。
关键词：高炉炼铁；有害元素；锌元素；分析控制
1锌在高炉中的行为机理
1.1高炉内的循环
铁矿石中的锌少量主要以铁酸盐（ZnO•Fe2O3）硅酸盐（2ZnO•SiO2）及硫化物（ZnS）的形式存在。其锌硫化物先转化为复杂的氧化物，然后再在大于1000℃的高温区被CO还原为气态。沸点为907℃时，加热为蒸汽，随煤气上升，到达温度较低的区域（580℃）时冷凝而再氧化。再氧化形成的锌氧化细粒附着于上升煤气的粉尘时就被带出炉外，附着于下降的炉料时就再次进入高温区。如此周而复始，就形成了在高炉内的富集现象。
1.2高炉内部的富集
含矿物进入高炉后生成，固态ZnO，随炉料下降过程中被C、CO和Fe还原。在高炉下部1000℃以上的高温区，ZnO还原出来的Zn全部被汽化为蒸汽分散于煤气中并随之上升，蒸汽到达高炉上部低温区时冷凝而再被氧化形成ZnO细粒，一部分随煤气从炉顶逸出炉外，一部分附着于下降的炉料再次进入高温区重新被还原和汽化，周而复始，形成了在高炉内的锌循环富集现象。在高炉内的循环富集量可达到入炉料含量的10~30倍。
1.3在烧结、高炉系统间的循环
富含锌元素的高炉煤气除尘灰被回收，用于烧结配料，含锌的烧结作为炼铁主原料重新进入高炉，形成了锌在烧结、高炉系统间的循环。
2锌对高炉危害
2.1锌对高炉耐材及风口的破坏
Zn被还原后,在>907℃时成为锌蒸汽，进入煤气中，渗入高炉上部耐材的缝隙，氧化后使其体积膨胀，破坏高炉上部的炉墙结构，严重时甚至可以导致炉壳胀裂，使煤气泄漏，造成一系列恶性事故。锌在高炉被还原后沉积在风口周围，进入耐火砖的砖缝间，侵蚀耐火砖，造成砖体梳松；其还会沉积在风口周围形成瘤状侵蚀体，造成风口小套和风口二套上翅被破坏，风口小套和二套变形，导致风口处跑煤气，严重时会使风口烧损。
2.2破坏高炉砖衬，影响高炉寿命
高炉内富集的蒸汽可渗入炉墙，一方面与炉衬结合形成低熔点化合物，软化和疏松炉衬，使炉衬受侵蚀速度加快；另一方面蒸汽进入砖衬的气孔和砖缝后冷凝并被氧化成氧化，氧化结晶和生长，体积增大，造成砖衬异常膨胀、脆化，使炉衬受到破坏，甚至涨裂炉壳。
2.3影响高炉顺行
蒸汽在高炉中上部冷凝后，黏附在炉墙和炉料上，易形成炉瘤，堵塞炉料气孔，恶化料柱透气性，影响高炉顺行；蒸汽在料块表面冷凝，形成的金属或氧化物的薄膜，会弱化焦炭和矿石的冶金性能，降低料块的强度和还原性。
2.4增加焦比
参考《包钢4号高炉锌平衡研究及抑制措施》表明：还原1kg锌需11kg焦炭，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。
2.5对高炉操作的影响
锌在高炉的富集加剧后，在高炉上升管内会产生黏结现象，甚至可炉墙结厚、结瘤至炉身中上部，改变正常的操作炉型，导致高炉接受风量能力下降，气流分布不均，悬料频繁，严重影响高炉稳产和产量。同时，锌的循环富集会造成高炉内渣皮脱落，导致炉墙水温差升高和风口容易损坏。
3减少锌对高炉危害的控制措施
3.1严把原料质量关
含铁原料的进厂和入炉把关是控制各种有害元素最有效的办法。在原料的采购过程中，应按供货质量标准要求对原料中的Zn含量进行严格控制，以降低进厂原料中的含量。对入炉料的选用依据高炉铁料含量差异不同，通过优化配矿来稳定炉料限制的入炉量。
3.2含铁尘泥的合理处理
烧结生产中将高炉布袋除尘灰等含锌较高的冶金尘泥开路外排，不再返回烧结配料中使用，切断锌在烧结和炼铁内部的循环。合理调整和控制高炉重力除尘灰、炼钢污泥在烧结混匀料中的配入时机和条件，通过对含成分较高的循环杂料阶段性外排或控制使用，从根源上控制住的主要来源，将除尘灰通过压球高炉主沟熔化或主沟喷吹熔化，大大减轻高炉自身的循环富集程度，从而避免给高炉造成严重危害。
3.3提高入炉矿的冶金性能
通过优化生产工艺和配料结构，提高烧结矿、球团矿的强度，加强原燃料筛分，减少粉沫入炉，能缓解对高炉原料的破坏作用，为改善高炉料柱透气性和炉况顺行提供了物质基础，有利于高炉减轻害。根据在高炉内的行为及排出特点，及时调整高炉操作思路，以稳定炉况顺行为中心，控制煤气流及炉顶温度分布，确保炉缸活跃、热量充沛，提高高炉排能力，降低对高炉的危害。
3.4调整装料制度
高炉内应调整装料制度，防止边缘气流过盛。以高炉内粉尘不沉积为原则，适当疏松边缘煤气流，防止炉墙结厚和结硬质瘤，不仅有利于保持合理工作炉型，还利于增加瓦斯灰量，进而做到增加通过瓦斯灰排出的量。
3.5保持较低的炉顶温度
锌凝聚的温度随煤气中锌的浓度、环境气氛及压力不同而异，在500℃和CO2浓度高时很容易凝聚。通过控制较低的炉顶温度（＜250℃），防止随煤气逸出的ZnO在炉顶上升管和下降管凝聚，产生堵塞。
3.6及时出尽渣铁，活跃炉缸
加强对铁口和出铁沟的维护，及时出尽渣铁，提高出铁均匀率，减少在炉内的滞留时间，减少还原。维持全风作业，控制合理的冶炼参数，正确处理“炉温、料批、顺行”三者之间的辩证关系，避免炉温剧烈波动，禁止长期低料线作业，确保炉缸热量充沛。当炉缸出现堆积的初期征兆，要及时进行炉缸预处理，达到炉缸长期稳定活跃，提高炉渣排能力。
3.7定期提硅洗炉
采取适当提高生铁含硅量，降低炉渣碱度自洗或配加洗炉剂的方法，使沉积风口带的金属，以液态或气态的形式排出炉外。
3.8加强基础管理，建立多级监控制度
有害元素经过多级、多品种的入炉原料而带入到炉内，要实现有效控制需要做各级别的监控：一是原料场和各种烧结熔剂、循环杂料的监控，此级别的监控用来实现对烧结矿、球团矿元素的控制；二是对烧结矿、球团矿和高炉用燃料的监控，用来控制铁水有害成分水平；三是对高炉铁水、炉渣、除尘灰成分的监控。以上三个级别的监控贯穿成一套较为严密的监测系统。
3.9定期做平衡计算
锌在烧结生产系统和高炉炉内形成两部分循环富集，定期对成分作收支平衡计算，可以判定是否在炉内富集。当能够判定某一阶段确实开始富集时，可及时采取针对性措施控制其继续发展。
结束语
在高炉炼铁原燃料中的含量很低，在烧结矿和球团矿生产的焙烧过程中只能去除一少部分。锌瘤破坏炉料和煤气的正常分布，导致炉顶压力和炉况失常，影响高炉正常冶炼，锌瘤滑落时又会引起风口灌渣和烧坏，另外，高温区的锌蒸气还可穿过炉尘与炉壳中的铁形成合金，导致炉壳开裂。另一方面，不断的循环富集氧化，锌会使烧结矿、球团矿和焦炭的冶金性能变差，恶化高炉料层的透气性。因此，控制好高炉的锌含量，对高炉的正常生产甚至长寿都有着重要的意义。
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