張文慶，高小雷

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

1 前言

新疆富鐵礦資源相對貧乏，隨著國家環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格以及疆內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能的提高，高爐缺少優(yōu)質(zhì)鐵料資源的問題凸顯。八鋼為充分利用鐵礦資源并降低生產(chǎn)成本，在三座2500m3高爐(A、B、C）添加了含鋅量較高的自有敦德鐵礦及外購硫酸渣等鐵料。Zn元素在高爐中循環(huán)富集會危害高爐生產(chǎn)，引發(fā)高爐懸料、結(jié)瘤、爐況失常、消耗升高等問題。為保證高爐順行，八鋼高爐操作過程中通過對鋅元素的平衡及循環(huán)富集進行測算、監(jiān)控，采取及時調(diào)整高爐操作、周期排鋅等措施，實現(xiàn)了合理使用高鋅鐵料并將Zn元素對高爐的影響降至最低。

2 鋅元素在高爐冶煉中的危害

2.1 高爐爐況波動大

2017年八鋼敦德鐵礦投產(chǎn)，八鋼三座高爐開始使用含鋅量較高的敦德鐵礦，八鋼高爐入爐鋅負(fù)荷大幅上升，2018年入爐鋅負(fù)荷最高1.00 kg/t（正常入爐鋅負(fù)荷＜0.15 kg/t,寶鋼股份控制在＜0.20 kg/t）。通過對爐況進行跟蹤分析，高爐入爐鋅負(fù)荷≥0.65 kg/t，高爐爐況崩滑料增多，高爐爐況不穩(wěn)，渣皮頻繁脫落，高爐無法強化冶煉，嚴(yán)重時爐墻結(jié)厚，爐況不穩(wěn)定，爐況波動。圖1、圖2是2018年1～11月C高爐入爐鋅負(fù)荷趨勢，隨著鋅負(fù)荷增加，高爐焦比、懸料、管道次數(shù)及風(fēng)口小套破損增加，對爐況穩(wěn)定影響較大。

圖1 2018年1～11月C高爐入爐鋅變化經(jīng)濟指標(biāo)

圖2 2018年1～11月C高爐入爐鋅變化對高爐順行指數(shù)的影響

2.2 風(fēng)口小套易發(fā)生燒損

由于鋅元素長期富集，造成風(fēng)口中套上翹，風(fēng)口上翹必然影響高爐送風(fēng)制度和正常冶煉，下部送風(fēng)制度不穩(wěn)且疊加上部渣皮頻繁脫落，造成風(fēng)口小套易燒損。2018年3月及11月A高爐小套燒損25個，認(rèn)為與鋅富集有關(guān)。

2.3 燃料比上升，高爐經(jīng)濟指標(biāo)變差

入爐鋅負(fù)荷越高，高爐燃料比越高，同時高爐為保證爐況順行，降低礦焦負(fù)荷導(dǎo)致高爐焦比上升。鋅負(fù)荷高的高爐燃料比高。一方面，由于上升的鋅冷凝堵塞煤氣通道，造成氣流紊亂，爐內(nèi)壓差升高，爐況順行變差；另一方面，ZnO將下部高溫區(qū)的CO在還沒對鐵還原作任何貢獻的情況下轉(zhuǎn)變成CO2，CO2到爐頂再把金屬鋅蒸氣氧化生成ZnO，釋放出CO排出爐外，從而使煤氣利用率降低。日照鋼鐵廠的生產(chǎn)經(jīng)驗表明，鋅負(fù)荷每增加0.1%折算燃料比升高6.77kg。燃料比上升造成高爐產(chǎn)量下降，高爐強化冶煉無法持續(xù)。圖3是2018年1～11月八鋼C高爐入爐鋅負(fù)荷及經(jīng)濟指標(biāo)。

圖3 2018年1-11月八鋼C高爐入爐鋅負(fù)荷及經(jīng)濟指標(biāo)

3 八鋼高爐鋅元素來源分析

高爐鋅元素主要來源于鐵料、燃料以及鋼鐵廠內(nèi)部循環(huán)的各類含鋅返礦、除塵灰等。高爐內(nèi)鋅的循環(huán)富集存在于兩個方面：一是高爐內(nèi)部的循環(huán)富集；另一部分在高爐入爐原料之間循壞富集。因此，分析高爐鋅負(fù)荷來源并采取針對措施，有利于減少高爐鋅危害，充分利用資源。

3.1 高爐入爐原料鋅含量的來源

八鋼高爐使用原料主要有燒結(jié)礦、球團礦、生礦等。對八鋼C高爐2018年11月入爐料情況進行舉例分析（表1）。使用燒結(jié)礦75%～80%，其帶入鋅含量占入爐總鋅量91%，球團、塊礦占入爐總鋅量5.09%，焦炭、煤粉占入爐總鋅量3.1%。鋅含量較高燒結(jié)礦是入爐鋅量的主要來源，八鋼燒結(jié)礦生產(chǎn)過程中配加了含鋅元素的重力灰、煉鋼污泥、返礦等固體廢棄物，最終含鋅元素在燒結(jié)、高爐工序之間循環(huán)。

表1 2018年11月 C高爐入爐料鋅負(fù)荷實例

3.2 高爐內(nèi)部鋅元素的循環(huán)富集

高爐爐內(nèi)的鋅循環(huán)富集濃度至少為入爐時鋅濃度的40～80倍，含鋅礦物進入高爐后生成固態(tài)ZnO，隨爐料下降過程中被C、CO和Fe還原，在高爐下部1000℃以上的高溫區(qū)，由ZnO還原出的Zn全部被汽化為鋅蒸汽分散于煤氣中并隨之上升；鋅蒸汽到達(dá)高爐上部低溫區(qū)時冷凝而再被氧化形成ZnO細(xì)粒，一部分隨煤氣從爐頂逸出爐外，一部分附著于下降的爐料時就再次進入高溫區(qū)重新被還原和汽化。鋅元素在高爐內(nèi)長時間循環(huán)富集[1]，高爐鋅負(fù)荷富集到一定量，破壞焦炭質(zhì)量，造成爐況波動失常。八鋼入爐原料鋅負(fù)荷高，爐內(nèi)鋅元素富集危害嚴(yán)重，需要調(diào)整操作制度排鋅，以穩(wěn)定高爐爐況。

3.3 入爐鋅負(fù)荷控制標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)大型高爐入爐鋅負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)為＜0.15 kg/t,八鋼結(jié)合疆內(nèi)原料條件，2015年前入爐鋅負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)控制在＜0.450 kg/t，日常操作中通過采取排鋅措施，可以保持爐況順行。2015年由于生產(chǎn)模式改變，冬季高爐停爐排空，爐內(nèi)富集鋅得到一次徹底排除，同時逐步提高敦德鐵礦用量，操作中將入爐鋅負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)控制在＜0.650 kg/t，短期也能維持高爐爐況順行。長期生產(chǎn)中鋅負(fù)荷含量高會造成爐況波動、經(jīng)濟指標(biāo)變差、高爐灰比上升、崩懸料增多等情況，高爐通過定期排鋅，基本保證了爐況順行。通過對2015～2018年高爐高鋅負(fù)荷的生產(chǎn)實踐分析，兼顧煉鐵經(jīng)濟性及爐況，將八鋼高爐入爐鋅負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)控制在＜0.65 kg/t.

4 高爐控制入爐鋅負(fù)荷措施及排鋅制度[2]

4.1 有計劃使用燒結(jié)混勻料，高爐周期性排鋅

（1）有計劃均衡使用含Zn鐵料，抓好入爐鋅負(fù)荷基礎(chǔ)工作。根據(jù)物料有害元素含量及成分控制難易程度來確定含鋅原料的管控。嚴(yán)格管理高爐返礦、重力灰、轉(zhuǎn)爐污泥含鋅高爐料的堆放，配加量按配比方案執(zhí)行，結(jié)合高爐實際用料情況再次核算，以確保測算值在要求范圍內(nèi)。在制定全年配礦方案時對含Zn物料、雜料配比進行初步核算，確定高爐鋅負(fù)荷入爐標(biāo)準(zhǔn)。

由于2018年冬季生產(chǎn)原料上料困難，八鋼高爐入爐鋅負(fù)荷嚴(yán)重失控，造成1～4月高爐爐況波動較大，經(jīng)濟指標(biāo)差。制定的全年混勻料配加目標(biāo)，即入爐鋅負(fù)荷＜0.650 kg/t的目標(biāo)基本未達(dá)到，對入場資源及燒結(jié)混勻料計劃也沒有完成，部分月份高爐入爐鋅負(fù)荷超標(biāo)，造成A高爐1月、11月爐況波動，C高爐3月爐況波動，高爐生產(chǎn)經(jīng)濟指標(biāo)差。

（2）高爐富集鋅預(yù)警期間，高爐及時調(diào)整降低入爐鋅負(fù)荷，配合高爐排鋅操作。

（3）在外部資源允許條件下，每月降低燒結(jié)入爐鋅含量3天，降低高爐鋅的循環(huán)富集，保證高爐氣流穩(wěn)定，對布袋除塵灰取樣檢測布袋灰中含鋅量，采取針對性措施。高爐做到定期排鋅。

4.2 上部裝料制度調(diào)整

4.2.1 調(diào)整上部裝料制度發(fā)展中心氣流

高爐鋅負(fù)荷在爐內(nèi)有三個去向：隨爐頂煤氣逸出、爐內(nèi)富集、隨渣鐵帶走。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明隨渣鐵帶走的含鋅量很少，可以忽略不計。煤氣帶走含鋅量超過80%。高爐操作中要增加鋅從爐頂煤氣排出量，必須保證中心開放，中心氣流在500℃以上，減少鋅重新凝固的機會，隨煤氣排出爐外，減少高爐內(nèi)循環(huán)富集。研究分析國內(nèi)一些高爐操作資料，部分高爐也采用中心加焦布料模式，主要原因是高爐原料鋅負(fù)荷高，開放中心排鋅。

4.2.2 平臺漏斗布料，開放中心

由于八鋼高爐用自產(chǎn)焦?fàn)t熱態(tài)性能較差，八鋼2500m3高爐不易采取中心加焦布料模式，曾經(jīng)嘗試中心加焦方式，燃料比太高、壓差高，中心溫度到700℃，高爐受風(fēng)能力差，爐況不穩(wěn)定。目前采用中心漏斗布料制度，中心溫度≥500℃。C高爐中心溫度≥450℃，次中心溫度維持在250℃，高爐排鋅期間操作中心溫度≥500℃，1～11月（2月處理爐況）C高爐中心一直保持穩(wěn)定，操作上開放中心是爐況穩(wěn)定操作措施。三座高爐上部裝料制度見表2。

表2 八鋼高爐上部裝料制度

4.2.3 縮小風(fēng)口面積送風(fēng)制度

自2016年，C高爐逐步縮小風(fēng)口進風(fēng)面積（見表3），應(yīng)對原燃料條件劣化，通過縮小進風(fēng)面積，保證下部鼓風(fēng)動能，改善爐缸工作，為中心氣流發(fā)展創(chuàng)造條件。

表3 2016～2018年C高爐風(fēng)口面積變化

4.3 周期性退礦焦負(fù)荷排鋅

由于鋅的特性，高爐入爐鋅負(fù)荷并不能完全排出爐外，高爐經(jīng)過一段時間生產(chǎn)循環(huán)富集，對爐況有影響。其表現(xiàn)征兆為燃料比上升、爐墻溫度波動大、崩滑料增多，灰比上升。這時高爐操作退礦焦負(fù)荷0.1-0.2，保證中心氣流發(fā)展，同時增加高爐料柱透氣性，維持爐況順行。通過犧牲焦比排鋅，這種通過礦焦負(fù)荷排鋅方式持續(xù)時間長，對產(chǎn)量指標(biāo)影響大，但總體能保持高爐順行。圖4是C高爐退礦焦負(fù)荷排鋅持續(xù)近一個月指標(biāo)情況。

圖4 C高爐2018年7月入爐鋅負(fù)荷跟蹤

4.4 降料面提頂溫排鋅

降料面排鋅利用了鋅熔點、沸點低的特性，高爐通過降低料面提高頂溫達(dá)到排鋅目的。高爐加料以頂溫為主，控制爐頂溫度350℃時放料，逐步降料面至10～12m，爐內(nèi)料面溫度維持600℃，高爐汽化鋅通過煤氣帶入爐外，目前高爐2500m3排鋅基本采取這種辦法。A、B、C高爐定期降料面排鋅。但由于降料面排鋅時間短，降料面時間大致8小時結(jié)束，通過取樣分析布袋灰含鋅量化驗鋅含量略上升1%-2%，排出鋅富集量很少一部分。2018年3月、10月A高爐通過降料面和洗爐相結(jié)合進行排鋅作業(yè)，但試驗后評價效果不佳，不再使用這種方法。

理論分析認(rèn)為，通過降料面提頂溫排鋅效果不佳，頂溫保持350℃時需要放料打水，汽化鋅附著于下降的爐料時再次進入高溫區(qū)重新被還原和汽化，富集循環(huán)未被破壞，所以效果不佳。因此進一步完善降料面排鋅方法，直接降料面至軟融帶以下區(qū)間900～1000℃，鋅在此完全汽化，直接隨煤氣排出爐內(nèi)。面臨入爐鋅負(fù)荷不斷升高的趨勢，為降低高爐鋅害，還需更進一步研究高爐操作的排鋅方法。

4.5 建立高爐爐內(nèi)鋅富集跟蹤及預(yù)警制度

（1）八鋼高爐入爐爐料結(jié)構(gòu)變化較頻繁，鐵精粉資源緊張（尤其冬季生產(chǎn)燒結(jié)混勻料配礦誤差較大），造成高爐入爐鋅波動大。例如7月C高爐入爐鋅負(fù)荷最高0.80 kg/t，最低0.39 kg/t。建立高爐爐內(nèi)鋅富集跟蹤及支出日監(jiān)控、月監(jiān)控制度對應(yīng)爐況指標(biāo)變化，及時反饋變化情況；通過調(diào)整高爐配礦結(jié)構(gòu)或及時調(diào)整高爐操業(yè)制度來應(yīng)對高鋅負(fù)荷入爐。

（2）通過鋅元素平衡計算，對照爐況建立高爐鋅富集預(yù)警制度。高爐鋅富集累計接近預(yù)警值，應(yīng)采取排鋅操作，防止?fàn)t況出現(xiàn)波動。通過以上制度的建立實施，2018年全年C高爐爐況基本沒發(fā)生異常和惡性事故。根據(jù)對三痤產(chǎn)爐添加含鋅較高鐵料生產(chǎn)實踐分析，跟蹤三座高爐鋅負(fù)荷入爐外排歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)及相對應(yīng)爐況，建立三座高爐鋅負(fù)荷預(yù)警機制，鋅富集預(yù)警值見表4，高爐達(dá)到預(yù)警值，評價爐況采取對應(yīng)措施，避免錯誤判斷爐況波動原因。

表4 鋅富集預(yù)警值

5 結(jié)語

（1）八鋼煉鐵系統(tǒng)通過對高爐入爐鋅元素的平衡分析，結(jié)合生產(chǎn)實際情況制定了一系列措施，以達(dá)到排鋅減少富集的目的，并取得了明顯的效果。但從高爐長期穩(wěn)定順行、經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)持續(xù)優(yōu)化的要求來看，采取的措施還不能從根本上解決鋅元素對高爐的危害，高鋅鐵料對爐況危害依舊存在。必須從源頭控制入爐鋅負(fù)荷，并輔以技術(shù)手段以達(dá)到標(biāo)本兼治的目標(biāo)。

（2）高爐入爐鋅富集預(yù)警制度建立對高爐操作很重要。八鋼高爐原燃料質(zhì)量及爐料結(jié)構(gòu)變化頻繁，影響高爐爐況因素較多。高爐技術(shù)人員做好基礎(chǔ)工作，收集分析入爐數(shù)據(jù)，找出爐況波動主要原因，及時采取措施，避免經(jīng)濟損失。