高炉锌危害及其处理.docx

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高炉锌危害及其处理

高炉锌危害及其处理

1 前言

天铁集团炼铁厂现有高炉六座，。

从2007年年初开始发现出铁时渣铁沟冒白烟，渣表面冒蓝火，结壳严重，炉前活难干，在炉温Si低于0.3%时渣铁物理热相当差，渣铁沟两侧有白色物质，经化验主要成分是锌。

2 锌的危害

锌是有色重金属元素，在铁矿中主要为红锌矿（ZnO）和闪锌矿（ZnS） ，在烧结矿中主要为铁酸锌〔ZnO.Fe2O3, 或（ZnFe）0.Fe203 ]。

入炉后很快分解成ZnO，随炉料下降，在CO/CO2＝1～5的条件下，于1000℃以上的高温区还原成Zn。

其沸点仅为907℃，因而还原的Zn很易挥发，蒸发进入煤气，升至高炉中上部又重新氧化成ZnO，它大部分被煤气带走，剩余部分随炉料下降，在炉内产生循环。

Zn蒸汽可渗人炉衬缝隙中，在炉衬中冷凝下来，并氧化成ZnO，体积膨胀，破坏高炉内衬。

凝附在内壁的ZnO，积久还能生成炉瘤，给高炉冶炼带来不利影响。

2.1 锌在炉衬内部沉积，造成炉衬膨胀、破坏

耐火炉衬本身有一定的气孔度．炉内气体在压力作用下容易渗入砖衬，尤其是锌蒸汽，与钾、钠相比有较大的粒子质量和较小的离子半径，在高温下有较大的动量和穿透力．更容易进入耐火炉衬的内部。

渗入炉衬的锌蒸汽，在炉衬中冷凝下来，并氧化成Zn0，体积膨胀，破坏炉墙，严重影响高炉寿命。

2.2 锌在炉衬表面沉积容易产生炉瘤

在炉身上部炉衬表面吸附冷凝有液态锌时，它一方面能粘结焦粉、矿粉，另一方面被氧化成氧化锌．再与Si02、Al2O3成硅锌矿（ZnSi04）和锌尖晶石（Zn0·Al2O3） 他们都是难熔物质，因此，在炉衬表面上容易生成附着物，如果原料条件差，炉温又频繁波动，则附着物层层相粘，越长越大，最后导致结瘤。

2.3 炉内循环，造成一定的热量转移

锌在高温区被还原吸热：

Zn0+C—Zn+C0－237730J／mol

（1）

在低温区被氧化又放热：

Zn+C02一Zn0＋C0＋65190J／mol

（2）

这样，Zn的循环造成炉内热量从高温区转移到低温区，结果使渣铁受到冷却，在一定条件下，引起熔渣粘度升高。

并且由于锌在低温区被氧化富集在炉衬表面，在渣皮脱落的情况下Zn0在高温区被还原大量吸热，会导致炉缸热量不足，严重影响渣铁物理热差，不利于高炉顺行和铁水脱硫。

2.4 烧损风口等冷却设备

正常来说，风口区域不可能有液态zn存在，但当有坏风口且漏水情况下，其他风口区域串水，不排除局部过冷区域存在，因此液态Zn存在使风口连续大量烧损。

炉缸砖衬侵人锌后膨胀，造成风口二套上翘，炉缸活跃程度下降，严重时出现炉缸堆积，炉况失常。

3 天铁高炉生产现状

3.1 烧结矿含锌情况

天铁烧结矿中锌主要来源于炼钢钢泥中，由于废钢中镀锌板的增加，使钢泥中锌含量在2007年初呈上升趋势，由于在2009年上半年钢铁市场形势不理想的情况下，炼钢钢泥加入量增加，并且由于高含量锌的高炉瓦斯灰在烧结配料中的反复使用，使锌不断富集，烧结矿中锌含量达到0.137%。

具体见表1和表2。

国内外先进厂家一般限制入炉锌负荷＜0.15kg/t。

表1 天铁烧结矿中Zn、P、Ti 的质量含量

取样时间

Zn含量 %

P 含量 %

Ti 含量 %

锌负荷 kg/t

2007.02.20

0.042

0.050

0.132

0.546

2008.03.12

0.036

0.049

0.110

0.457

2009.02.05

0.063

0.053

0.110

0.779

2009.03.21

0.137

0.073

0.075

1.692

表2 天铁高炉瓦斯灰的化学成分，%

取样时间

TFe

CaO

SiO2

P

FeO

Ti

Zn

C

2007.07.18

32.05

3.82

6.85

0.037

12.15

0.23

0.08

27.38

2008.03.30

33.91

4.55

6.87

0.051

13.35

0.34

0.332

23.03

2008.09.20

34.52

4.67

7.31

0.056

13.77

0.39

0.453

27.54

2009.05.12

40.05

5.01

7.69

0.052

14.58

0.45

0.478

26.35

3.2 炉喉钢砖下部结厚

天铁1#高炉在2010年1月20日休风后从炉顶成像上发现在炉喉钢砖下沿4#风口到10#风口厚度不到1米的结厚。

3.3 炉皮开裂

从2007年开始，天铁1#、2#、3#高炉发现不同程度的炉皮开裂，特别在2009年炉皮开裂最为严重，具体见表3。

表3 天铁炼铁高炉炉皮开裂情况表

3.4 炉体变形

天铁炼铁厂1#、3#高炉长高现象比较严重，从2007年11月份做完炉体上涨标记后，炉体再次上涨80mm左右，加上做标记前上涨70mm，炉体总共上涨150mm以上，而且上涨不均匀（见图1），西北方向上涨较多，东南方向，即2段15#方向上涨较少，高炉出现了明显的倾斜；1#高炉从2007年11月到2009年1月22日，在炉体三层（炉身第二段冷却壁）平台各方向长高情况见表4。

并且到目前为止，还以每月3～5mm的速度递增。

图1 　3#高炉体上涨情况

表41#高炉长高情况 mm

位置

东北

东南

西南

西北

三层平台

108

109

106

110

3.5 高炉冷却设备损害严重

天铁1#高炉从2008年6月23日发现第一块第四段冷却壁损坏，到目前为止已坏8块，是天铁炼铁历史上从未出现过的现象。

具体见表5。

2#高炉5段、6段冷却壁内环大部分掐水，仅有2块内外环完好，其中6段有3块内外环全部破损，已掐水，靠外部喷淋冷却，该处为高温还原区域，破损严重，冷却强度不足，已有炉皮发红现象发生；另外冷却板已累计掐水达20余块；四段7#冷却壁于2008年11月25日发现坏。

1#高炉在2007年年初开始发现风口上翘严重，实际上是风口中套上翘，最大角度达到120。

经统计由于风口中套上翘更换中套2007年8个，2008年13个，2009年10个。

从2005年5月26日开炉以来由于炉体长高导致风口大套变形更换大套4个。

表5 1#高炉四段冷却壁损坏情况

损坏日期

冷却壁名称

2008.06.23

四段29#

2008.12.18

四段28#

2009.01.06

四段4#

2009.04.07

四段30#

2009.06.07

四段7#

2009.09.25

四段31#

2009.10.02

四段25#

2009.11.30

四段24#

3#高炉2008年8月11日下午16：

30点，2段14#、15#、16#、17#冷却壁水温差从1.4℃－1.6℃升高至1.8℃－2.1℃，3段13#、14#、15#从1.0℃左右升高到1.6℃－1.8℃，根据计算此部位的热流强度最高值达到21kw/m2，已严重超标。

2009年5月2日炉缸水温差再次出现异常，二段15#冷却壁水温差最高达到3℃。

3.6 富集的恶性事件

2008年8月7日1#高炉由于集中排锌，渣铁物理热差，导致炉前主铁沟和下渣沟结壳严重，炉前干不出活，被迫减风并且加净焦15批共80吨。

2008年10月23日8:

50九段、十段炉墙温度上行，最高达到1020℃，10：

20突然悬料，10：

50铁排锌严重，此次共加净焦100吨。

这种情况各高炉都有。

1#高炉在2008年就此种情况加焦导致全年焦比上升约2kg/t。

4 处理措施

4.1 合理配矿

要想控制高炉内的锌，必须从根源上下手，停止使用转炉泥等高锌含量的部分含铁杂料。

只要控制住锌的主要来源，高炉自身的循环富集程度就会大大减轻，高炉瓦斯灰中的锌含量就会降下来，从而避免给高炉造成严重危害。

由于在烧结配料过程中停止使用尘泥，大幅度地降低了各种铁料的含锌量，限制入炉锌负荷。

通过合理配料，减少烧结矿、块矿、焦炭和煤粉带入的碱金属量是降低高炉锌负荷的主要途径。

天铁从2009年下半年开始，在烧结配料中大大减少炼钢钢泥的使用，使烧结中锌含量大为减少，具体见表6。

表6 烧结锌含量

取样日期

料种

Zn含量 %

P含量 %

2009.07.24

酸性烧结矿

0.016

0.061

2009.07.24

碱性烧结矿

0.01

0.046

4.2 提高炉渣的排锌能力

要将进入渣中的锌通过高炉渣排出炉外，应提高炉渣的排锌能力。

在提高炉渣排锌能力时要特别注意控制好炉温和炉渣的碱度。

控制合适的炉温，保证渣铁流动性，降低炉渣黏度。

在总碱度不变的情况下，以MgO代替CaO造渣也有利于炉渣排锌。

2009年二元碱度按2/3玻璃控制，炉温〔Si〕按0.4～0.7%控制，全年平均二元碱度为1.13倍，炉温月均〔Si〕最低为0.4%，全年平均0.52%。

从而保证了炉前活易干，及时出净渣铁，为稳产高产打下基础。

4.3 优化高炉操作

强化筛分管理，在改善原料的冶金性能的同时，减少入炉粉末：

运用上下部调剂，形成合理煤气流分布；控制冷却强度，避免边缘堆积或炉墙结厚。

必要时采取硅石洗炉的办法排除锌害。

4.4 及时更换风口中套

定期检查风口中套上翘情况，一但发现上翘严重时及时休风更换，从而保证炉缸初始化煤气分布合理。

4.5 降强度

2009年5月在三高炉炉缸水温差高后采取降强度冶炼，并于10月20停炉中修。

二高炉在炉皮开裂严重的情况下，采取焊补并灌浆，在2009年10月采取将强度冶炼，以保证安全生产。

4.6 开发利用

开发和利用废弃物高炉灰，减少锌的人炉次数和数量，降低锌的危害，增添处理高炉灰的生产线，对高炉灰提锌;处理后残渣加人含铁原料挤压成型后，可提供给高炉，提高高炉灰的综合利用率。

天铁从2009年年初开始从高炉瓦斯灰中提取锌，从而降低烧结矿中的锌含量，减少炉外锌循环。

5 结语

由于成矿原因及地质条件的复杂性，我国不少地区的铁矿石中不同程度地含有锌矿物，并且随着生铁产能的扩大，进口矿使用的比例越来越高，尤其是随着含铁废弃物回收使用率的不断提高，锌对高炉生产的危害必然会日渐突出。

因此，我们应该认识到：

（1） 在高炉冶炼中锌是一种有害元素，它对高炉冶炼具有一定的危害，应该对高炉的锌负荷实行长期有效地监控。

（2）降低原料中锌含量是降低锌入炉的最直接和最有效的途径。

对于进口矿量较大的企业，有必要进行锌的提取，既达到了降低入炉含锌量的目的，又可以达到资源的综合利用。

（3）利用现有的科技手段，加大开发高炉灰、转炉钢泥的综合利用途径，减少锌在炉内的循环富集，降低锌的危害，并提高经济效益，减少环境污染。