承德建龙高炉碱金属和锌控制

承德建龙高炉碱金属和锌控制

张学礼1，程功金2

1. 承德建龙特殊钢有限公司，河北省半钢水冶炼高洁净高品质特殊钢重点实验室；2. 东北大学 辽宁沈阳

摘 要该论文分析了承德建龙高炉碱金属和锌的来源，探讨了碱金属和锌在高炉内的行为、反应及循环机理，研究了对高炉冶炼指标及风口小套的影响，发现风口小套出现大量金属锌的聚集以及铜锌合金的生成，提出了应对高炉碱金属和锌的控制措施。

关键词碱金属；锌；风口小套；控制

承德建龙高炉为钒钛矿冶炼，钒钛铁精粉来源于承德地区周边矿山，与普通矿粉及国外主流矿粉对比，钒钛磁铁矿碱金属和锌含量高，加上烧结配吃公司内部循环料，入炉原料碱金属和锌负荷呈明显升高趋势。2018年以来，承德建龙炼铁高炉相继出现风口中套上翘、风口小套频繁破损、煤气管道粘接；高炉出铁时铁沟冒白烟，更换风口小套以及计划检修时风口有白色液态金属流出。

1高炉碱金属和锌负荷

1.1 入炉碱金属来源

承德建龙高炉入炉碱负荷为4.36-4.65kg/t.Fe，最高时达到5.5 kg/t.Fe，碱负荷主要来源于含铁炉料、煤粉及焦炭等，其来源比例见于表1所示。由表1可知：烧结矿、球团矿占碱金属来源的70-80%。

表1 碱负荷及来源

1.2 入炉锌来源

承德建龙高炉入炉锌负荷为0.6kg/t.Fe左右，锌负荷也主要来源于含铁炉料、煤粉及焦炭等，其来源比例见于表2所示。由表2可知：其中烧结矿、球团矿占锌来源的95%以上。

表2 锌负荷及来源

2碱金属和锌对生产的影响

2.1 对烧结生产的影响

烧结配料中承德本地钒钛粉占铁粉配入总量的80%，与普通矿粉及国外主流矿粉对比，钒钛磁铁矿碱金属和锌含量高，同时公司烧结内部产生的环境除尘灰、炼铁矿槽灰、出铁场灰、重力灰、炼钢二次除尘灰和污泥等均在烧结中配用，因碱金属含量高，造成烧结经常出现糊堵篦条现象，烧结矿产量降低，质量也受到一定程度的影响。

2.2 对高炉生产的影响

（1） 影响高炉顺行，高炉燃料消耗升高

碱金属主要是以复合硅酸盐的形态存在，碱金属在高炉中的危害很大，它能降低矿石的软化温度，使矿石尚未充分还原就已熔化滴落，增加了高炉下部直接还原热量消耗；同时引起球团矿的异常膨胀而严重粉化；强化焦炭的气化反应能力，使反应后强度急剧降低而粉化；造成料柱透气性严重恶化，危及生产冶炼过程进行[1, 2]。

Zn及其氧化物ZnO在970-1200℃升华为气体，在高炉内Zn和ZnO形成循环富集[3]，增加高炉的操作难度，甚至出现崩料、悬料、破坏炉体等，使高炉的产量下降，燃料比升高。

2018年，受碱金属和锌影响，承德建龙两座高炉时常出现憋压、管道气流，炉况稳定性差，同时风口小套破损多。

（2） 造成高炉风口小套破损

2018年，承德建龙两座高炉共更换风口小套106个，月平均8.8个，从统计的数据看，风口小套损坏全部为小套上沿熔损。高炉换风口时，风口冒白烟严重，风口周围及小套圆周存在大量粘结物，严重时风口有大量白色液体金属流出，见于图1。
 

图1 风口流出白色液体图片

对更换下的风口小套破损部位进行EDS分析，结果显示，靠近风口小套内表面，主要以Cu为主，远离铜基的表面层，则主要以铁的氧化物为主。风口小套由内向外表面，Na含量显著增加，K含量略有增加，Fe含量显著增加，Zn的分析结果则表明Zn进入Cu质小套内部形成黄铜即铜锌合金，见于图2。风口小套的纯铜材质随冶炼的不断进行，表面极易形成黄铜合金，而外层则形成以铁为主要成分的金属层，因纯铜的导热系数远大于黄铜以及金属铁，风口小套表面的黄铜合金大大降低了小套的导热性，使热量不能及时传导出去，导致小套的损坏。

(a)                                    (b)

(c)                                    (d)

图2 取样的元素分布图 (a) 取样微观照片 (b) Fe的面分布图 (c) Cu的面分布图 (d) Zn的面分布图

（3）破坏高炉炉衬

碱金属进入耐火砖衬，催化2CO=CO2+C反应，使耐火砖膨胀，严重时耐火砖的膨胀造成炉壳开裂，当碱金属渗透到炉底炉缸耐火砖衬中积累还能造。Zn蒸汽沉积在高炉上部砖衬缝隙中，氧化后体积膨胀，破坏炉衬。承德建龙1#高炉因入炉碱金属和锌负荷高，造成风口上翘，同时受耐材膨胀及盲板力影响，导致炉底板上翘，如图3所示。1#高炉第一代炉龄大修时，发现炉缸底部碳砖和陶瓷垫整体保存较好，基本无侵蚀现象。炉缸环形碳砖“葱头状”侵蚀严重，扒炉过程中从风口带周围取样，主要成分如表3所示。

表3 风口带周围取样化学成分分析

3碱金属和锌控制措施

3.1 源头控制

承德建龙为钒钛冶炼，受地方资源制约，从铁料源头上降低碱锌负荷空间很小，循环料配吃方面对烧结三四电场除尘灰停用，同时对含碱金属高的循环料在烧结阶段性配吃，减少入炉碱金属和锌负荷。另外，对使用的铁矿粉、熔剂、固体燃料等碱金属和锌进行持续性跟踪检测，超出采购标准第一时间联系供应商，确保成分可控。

3.2 高炉排碱操作

高炉生产中摸索、采用有利于排碱的操作制度，包括：

调整上部装料制度，稳定高炉操作，控制煤气流合理分布，抑制边缘气流，以发展中心气流为主，降低炉内锌的积聚速度；

渣铁成分控制方面，采取下控炉温及炉渣碱度，其中高炉[Si]+[Ti]控制在0.2%-0.45%，渣碱度R2控制在1.12-1.15，渣中MgO控制在10-10.5%，高炉排碱率大幅升高。

3.3强化槽下筛分管理，减少粉末入炉

高炉槽下烧结矿振筛改造，控制料流，同时焦炭筛底改为聚氨酯筛底提高筛分效果，减少粉末入炉。

3.4建立碱金属和锌监控机制

借助大数据平台，建立碱、锌负荷入炉趋势诊断模型，根据入炉碱金属、锌趋势和高炉锌碱富集情况，定期进行排碱排锌操作即周期性洗炉，防范未然。

4实施效果

4.1 风口小套破损下降

高炉采取排碱排锌操作，排碱率提高，高炉风口破损数量大幅下降，其小套破损趋势如图4所示。两座炼铁高炉风口破损数量由2018年103个降低到2019年的48个，2020年进一步下降到18个。

图42019-2020年风口小套破损趋势图

4.2 高炉技术经济指标及成本

高炉顺行程度提高，技术经指标提升，铁水成本大幅降低，其中2019年铁水成本位居河北省钢企排名第四位 ，收到了提产降耗的效果。

5结语

承德建龙通过从源头控制碱金属和锌负荷，同时强化原料碱金属和锌监控，高炉实施排碱排锌操作，高炉炉况稳定性增强，技术经济指标得到改善，且为高炉安全、长寿创造了条件。

参考文献

[1] 周传典. 高炉炼铁生产技术手册[M]. 北京：冶金工业出版社，2002:113.

[2] 王筱留. 高炉生产知识问答[M]. 北京：冶金工业出版社，2013：14.

[3] 王筱留. 高炉生产知识问答[M]. 北京：冶金工业出版社，2013：98.

张学礼（1969-），男，硕士，高级工程师；