高锌负荷高炉防锌害操作

摘要：锌对高炉炼铁生产的影响与危害以及高炉要控锌操作是高炉炼铁工作者的共识，但当炼铁企业高炉高锌负荷操作是不可避免时，高炉操作做好防锌危害工作显得极为重要。受铁矿资源影响萍安钢铁公司高炉锌负荷长年在 3Kg/t 左右操作，高炉生产虽然受到一定的锌害影响，但通过系列防锌害措施的实施，高炉生产指标仍保持了稳步增长。本文根据萍安钢铁公司高炉高锌负荷操作实践，谈高锌负荷高炉防锌害操作。

引言:锌对高炉炼铁生产的影响与危害多见报道，高炉控锌操作也是高炉炼铁工作者的共识，行业也下达了高炉锌负荷＜0.15Kg/t 的标准。实际生产中各企业受铁矿资源条件不同的影响，高炉锌负荷的控制标准也存在较大的差异，行业中绝大多数企业高炉锌负荷均处 0.5Kg/t 以下，高炉锌负荷≥1Kg/t 较少。近年来，萍安钢铁公司受铁矿资源的影响，高炉锌负荷较长时期处于 3Kg/t 以上，高锌负荷也给公司高炉炼铁生产带来一定影响。本文根据萍安钢铁公司高炉高锌负荷操作实践，谈高锌负荷高炉防锌害操作。

1 高炉锌负荷情况

萍安钢铁公司现有七座高炉（其中 1080m3 级高炉一座、450 m3 级高炉六座），2018 年至 2020 年的三年期间，高炉锌负荷从 2018 年 5 月由＜1.5Kg/t 开始攀升，2018 年 10 月至 2020 年 4 月期间高炉锌负荷处在3-4Kg/t 高锌负荷水平，2020 年 5 月以后高炉锌负荷降至 1.5-2.5Kg/t 水平。见图 1。

2 锌对高炉生产的危害情况

2.1 锌对高炉结瘤影响

2018 年以来公司所有高炉休风炸瘤 2018 年 18 次、2019 年 22 次、2020 年 18 次（见图 3），图 3 显示在同样的冶炼条件下其炸瘤次数有的高炉多有的高炉则少，图 4 显示锌负荷高则高炉炸瘤次数会有所增加，但 2018 年锌负荷低而炸瘤次数却高。图 3-4 综合分析说明高锌负荷对高炉结瘤有影响，但锌负荷只是影响结瘤的条件之一。

2.1.1 高炉结瘤与锌负荷关系

分析图 5 是公司 7 座高炉 2018 年至 2020 年各高炉炸瘤次数与锌负荷关系分析，图 5 分析得出高炉锌负荷与炸瘤次数的相关关系为 y=1.269x-0.234，既锌负荷（x)为 1Kg/t 时炸瘤次数(y)为 1.035 次/炉.年，相关系数（R2）8.3%显示高炉炸瘤次数与锌负荷存在一定相关关系。

图6是湘东炼铁厂3座450m3 级高炉2018 年至 2020 年各高炉炸瘤次数与锌负荷关系分析，图6分析得出高炉锌负荷与炸瘤次数的相关关系为 y=1.269x-0.234，既锌负荷（x)为 1Kg/t 时炸瘤次数(y)为 1.035 次/ 炉.年，在此基础上每提高 1Kg/t 高炉结瘤的次数增加 1.269 次。相关系数（R2）19.6%显示高炉炸瘤次数与锌负荷存在较强相关关系。

图7 是安源炼铁厂 4 座高炉 2018 年至 2020 年各高炉炸瘤次数与锌负荷关系分析，从图 5 分析得出高炉锌负荷与炸瘤次数的相关关系为 y=-0.164x+2.578，关系式显示锌负荷（x)与炸瘤次数(y)为负相关关系，相关系数 0.2%显示高炉炸瘤次数与锌负荷不存在相关关系。

通过上述对同一阶段的不同高炉进行分析得出不同的结果说明，同样的锌负荷对不同的高炉结瘤影响是不一样的、同一座高炉其锌负荷造成结瘤的影响也是不一样的。如 2020 年安源 1#高炉与 2#和 3#高炉锌负荷是相同的，1#高炉全年炸瘤 6 次而 2#和 3#高炉分别炸瘤仅 2-3 次。这些现象说明高炉结瘤和高炉锌负荷有关系，但无标准的线性对应关系。

2.1.2 锌对高炉结瘤差异分析

上述分析得出高炉结瘤与锌负荷有关系但无对应量化线性关系的结论，说明高锌负荷高炉结瘤还与高炉操作有密切关系。（1）高炉结瘤与高炉排锌的关系分析高炉生产中锌主要随煤气从炉顶排出，锌排出正常与否可从炉顶煤气布袋除尘灰含锌量得以验正。在萍安钢铁公司高炉锌负荷＞1.5Kg/t 的条件下，高炉布袋灰含锌量均在 15%以上，当高炉出现结瘤时高炉布袋灰含锌会呈较为明显的降低。说明高炉炉内排锌受阻，不及时采取措施排锌会因锌富集加剧高炉结瘤风险。2018 年至 2020 年三年间公司所有发生结瘤和炸瘤的高炉比较普遍存在高炉布袋灰含锌连续多日严重下降至＜8%的情况。2020 年公司各高炉布袋灰日含锌见图8-14。

（2）高炉结瘤与烧结矿含锌的关系分析图 15-16 分析得出高炉结瘤与烧结矿含锌有较强的相关关系。相关关系式为 y=16.08x-0.793，既烧结矿含锌（x)为 0.1%时炸瘤次数(y)为 0.815 次/炉.年，相关系数（R2）18%显示高炉结瘤与烧结矿含锌存在较强相关关系。

（3）高炉结瘤与料线的关系分析高炉料线是高炉炉内炉料分布和煤气流分布合理与否、铁水温度合格稳定的基础，料线不正常则操作参数稳定和炉况顺行稳定都无法保证，并加速高炉炉瘤形成。所以说料线是高炉操作的“生命线”。高炉炼铁生产中，料线不正常时高炉顶温相继较高，高温的炉顶煤气与低温的炉料相遇时，锌的循环与富集最激烈，因此，将顶温控制在较低温度可以减少锌的循环富集。在实际操作中应避免炉温激烈波动，禁止长期低料线作业，保证煤气流合理分布，防止边缘气流过分发展，保持比较低顶温（小于 300℃），这有利于高炉减少结瘤。在萍安钢铁公司高炉结瘤的期间普遍存在深料线高顶温作业的情况。

（4）高炉结瘤与入炉原料含粉的关系分析萍安钢铁公司高炉所用的炉料中，块矿的含粉率＞30%，为保高炉顺行要求块矿入炉前含粉应＜5%，因受各种因素影响，有个别高炉出现块矿入炉前炉料含粉超标的现象，使高炉内炉料透气性变差，引起高炉内煤气流分布紊乱，影响高炉排锌。

2.1.3 高锌负荷高炉防瘤操作

（1）降低烧结矿含锌烧结矿含锌与高炉结瘤存在较强相关关系的原因，分析认为是烧结矿锌含量增加导致烧结矿低温还原粉化率上升，烧结矿入炉后致高炉炉料透气性下降，影响高炉煤气流合理分布和正常排锌，导致高炉炉墙结厚形成炉瘤。

有研究指出：随着烧结矿中 ZnO 含量的增加，RDI+3.15 和 RDI+6.3 均呈减小趋势，而磨损指数 RDI-0.5呈上升趋势，表明随着 ZnO 含量的增加，烧结矿的低温还原粉化性能变差。萍安钢铁公司有 90m2、108 m2、180 m2等三组型号烧结机，2020年各型号烧结机生产的烧结矿RDI+3.15和烧结矿含锌的对应关系见图17-19，其中 108 与 180 两机组烧结矿含锌与 RDI+3.15 有较强的相关关系。

2020 年 5 月公司烧结矿生产开始减少或停止使用炼钢污泥，90m2烧结机烧结矿含锌由 0.14%降至 0.09%、108 m2 烧结机烧结矿含锌由 0.25%降至 0.15%、180 m2 烧结机烧结矿含锌由 0.12%降至 0.08%，烧结矿低温还原指标 RDI+3.15 得到明显改善，为高炉缓解高炉结瘤发挥了重要的作用。

（2）加强高炉煤气布袋灰含锌监控，保煤气流分布合理稳定在高炉炼铁生产中，锌在高炉内的去向有三个：“随渣铁排出，随炉顶煤气带走，在炉内的富集”。

正常生产条件下锌在高炉内排出主要是随炉顶煤气带走，占 90％以上。因此要想减少锌在炉内的富集，就要加大锌随煤气的排出量，影响锌随煤气排出的因素主要有:炉内气流分布、炉料透气性、慢风、休风、炉顶压力、炉顶温度、炉顶煤气中 CO2 /CO 的比率等。炉内气流紊乱，必然不利于煤气排出。因此增加锌从炉顶煤气排出就是要解决煤气流的合理分布问题。要想增加锌从炉顶煤气的排出量，就需要适当开放中心煤气流，这是因为中心煤气流温度较高（一般中心温度高达 500℃以上，而边缘煤气流温度仅 600C 左右），锌重新凝固的机会较小。

由于煤气在高炉内平均行程时间 10ｓ左右，而中心煤气流的行程时间更短，这股强劲的气流可以在短时间内将锌带入煤气而不被重新凝固回落到炉料中，从而将锌从煤气中排出炉外，减少锌在高炉内的积累。采取发展中心稳定边缘的高炉操作方针。高炉内中心气流发展能够减少边缘气流的锌含量，使炉墙形成相对稳定的渣皮，减少了炉内渣皮的脱落，铁水锌含量明显减少且高炉炉况趋于稳定。

高炉内边缘气流的发展则增加了锌蒸汽与炉墙的接触几率，进而加大了锌在炉衬沉积的比例，导致其结瘤并破坏炉衬结构，严重影响耐火材料的使用寿命，锌氧化后容易附着于炉墙内壁上，造成炉墙结厚，但是由于煤气流及渣铁的冲刷，这种结厚并不稳定，当形成的结厚被冲刷掉进入炉缸，就会造成炉缸锌负荷急剧升高，从而造成渣铁的锌含量急剧升高，就会造成炉缸物理热急剧下降，对高炉炉况造成很大的影响。

高炉操作时发展边缘气流，抵制中心气流，既不利于煤气排出，同时也增加锌蒸汽与炉墙和炉料接触机率，既加大锌在炉衬沉积的比率，也加大了锌在炉内的循环富集。高炉生产时炉料布料都是以布边缘为主，这时边缘气流型的煤气中的锌与炉料充分接触，部分锌又吸附在炉料上被带入炉内继续循环，从而减少了锌向炉外排出，加大了锌在炉内的循环富集。

有资料介绍锌在高炉内的循环富集量可高达入炉锌负荷的 80 倍以上。根据锌在高炉内循环理论和高炉煤气布袋灰含锌趋势能反映高炉排锌的现象，2018 年 9 月开始公司采取每天对每座高炉煤气布袋灰含锌进行取样分析的措施。当高炉煤气布袋灰含锌连续几天呈明显下降时，高炉操作者结合炉顶煤气流分布图对高炉采取加强排锌的煤气流调整措施。高炉生产中，在高炉锌负荷相对稳定的情况下，高炉布袋除尘灰含锌数据和高炉煤气流变化会呈较为明显的相关关系，当布袋除尘灰含锌有较为明显降低时，也是高炉煤气出现紊乱和管道之时。因此公司高炉操作者在发现本高炉布袋除尘灰含锌有明显下降时，则及时分析本高炉煤气分布状况和采取相应处理措施。

实际操作中各高炉可把本高炉布袋除尘灰含锌数据视作“气流指数”来提示高炉煤气流可能发生的变化。高锌负荷冶炼的高炉、特别是炉容较大的高炉必须坚持发展中心气流、适当控制边缘气流的操作方针。对于容积较小的中小高炉来讲，不一定非要追求稳定旺盛的中心煤气流，因为有时从炉顶摄像看不到中心煤气流，并不等于中心没有气流；这主要看当前状况下“压量关系和透气性指数是否适宜稳定、炉顶温度值和温度带是否适宜稳定、两探尺下料是否均匀顺畅、技术经济指标是否合理稳定”。

（3）加强高炉操作料线达标管理高炉生产中要求高炉料线 450 高炉级应≤1500mm、1080 级高炉应≤2000mm。在实际操作中要求操作者要把保正常料线列入日常重点工作。

并要求：

①料线不正常时开被堵风口不要过快过急；

②料线不正常时不要过多地调整装料制度；

③料线不正常时不要急于富氧和增加氧；

④料线不正常时要视料线深浅补加净焦；

⑤料线不正常时要视炉况制定正常料线作业目标。

（4）加强原燃料入炉管理高炉原燃料质量的稳定是高炉炉况顺行稳定的基础,是高炉内煤气流稳定受控的前提条件,也必将影响到高炉炉型的维护。矿石软化温度低、难还原, 品种杂、成分波动大、粉末多,焦炭强度差是高炉结瘤的主要原因。由于原燃料质量的恶化,必然造成风压、风量等操作参数与原燃料的变化不相适应,造成高炉透气性变差, 炉况难行, 崩、悬料次数增多, 炉缸热制度不稳定。

此时,为维持高炉进程,操作上势必采用低风量和发展边缘气流,使得高炉沿炉墙处温度升高、矿石过早熔化, 软熔带位置或部分表面变软的炉料的位置上下移动, 当发生崩料、坐料、休风或其它原因，高炉圆周温度下降,使这些半熔融的物质粘结在炉墙上，形成炉瘤。

（5）择机适当降料面观察炉墙结厚情况，如有结厚现象及时炸除因高锌负荷冶炼的高炉存在容易结瘤的问题，因此高炉有计划检修 5-6 小时以上的机会时，应结合高炉当时的生产情况适当的降料面观察炉墙结厚情况，并做好炸瘤的准备。近一年来公司高炉炼铁生产就是采取这种生产模式，并且每次休风后大多数高炉炉身中上部都有不同程度的结厚。

2.2 锌对高炉燃料消耗影响

高锌负荷高炉都普遍存在燃料比高的现象。究其原因主要是锌负荷高时，金属锌冷凝后，对炉内粉尘有聚合抱团的效应，给炉内的煤气流稳定性增加了难度，使高炉内渣皮脱落黏结现象频繁发生。宝钢的研究[1]认为：“锌负荷影响燃料比（Kg/t）=16.8ｘ锌负荷”，既高炉锌负荷每上升 0.10Kg/t 使燃料比上升 1.68Kg/t。萍安钢铁公司高炉长年在 2Kg/t 高锌负荷状态下生产，其锌负荷对高炉燃料消耗影响分析如下。

2.2.1 萍安负铁公司高炉锌负荷与燃料消耗关系分析

萍安钢铁公司湘东区 450m3 级高炉 3 座、安源区 450m3级高炉 3 座、1080m3级高炉 1 座，因各区间炉料结构和炉容差异致燃料消耗指标存在一定的差异，本文采取分区和炉容分别给予分析。为了区别高炉煤比波动对燃料比的影响，本文燃料消耗采用折算焦比。

（1）湘东生产区2020 年 1-12 月湘东生产区 3 座 450m3 级高炉日锌负荷与折算焦比关系见图 20-22。

根据图 21-22 分析，湘东区 1#、3#和 4#高炉锌负荷与折算焦比关系见表 1。

表 1 分析得出：2020 年生产期间日最高锌负荷为 4.14Kg/t、年平均为 2.5Kg/t，折算焦比约 560 Kg/t。三座高炉中锌负荷对折算焦比影响最大的是湘 3#高炉（1Kg/t 锌影响折算焦比 41.41Kg/t）、影响最小的是湘4#高炉（1Kg/t 锌影响折算焦比 2.263Kg/t）、三座高炉平均锌负荷对折算焦比是 1Kg/t 锌影响折算焦比19.64Kg/t。

（2）安源生产区2020 年 1-12 月安源生产区 3 座 450m3 级高炉日锌负荷与折算焦比关系见图 23-26。

根据图 23-25 分析，安源区 1#、2#和 3#高炉锌负荷与折算焦比关系见表 2。表 2 分析得出：2020 年生产期间日最高锌负荷为 3.33Kg/t、年平均为 1.7Kg/t，折算焦比约 538 Kg/t。三座高炉中锌负荷对折算焦比影响最大的是安 3#高炉（1Kg/t 锌影响折算焦比 30.70Kg/t）、影响最小的是安2#高炉（1Kg/t 锌影响折算焦比 10.43Kg/t）、三座高炉平均锌负荷对折算焦比是 1Kg/t 锌影响折算焦比21.52Kg/t。

根据图 23-25 分析，安源区 1#、2#和 3#高炉锌负荷与折算焦比关系见表 2。

表 3 分析得出：2020 年生产期间日最高锌负荷为 2.53Kg/t、年平均为 1.478Kg/t，折算焦比约 519Kg/t。高炉锌负荷对折算焦比是 1Kg/t 锌影响折算焦比 10.52Kg/t。

锌负荷对公司七座高炉折算焦比的影响见表 4，根据表 4 比较得出如下结论：

① 锌负荷提高都会导致高炉焦比上升，但焦比上升幅度在不同高炉有较大差距；

② 高炉间锌负荷对焦比影响差距的原因，主要受高炉冶炼条件差异、炉况顺行差异、煤气流分布差异等因素影响所致；

③ 萍安钢铁公司高炉锌负荷对焦比影响的分析说明，高炉锌负荷对焦比影响的理论分析数据与实际结果存在一定的差距，实际操作中不能照搬理论分析数据，高炉操作者应结合本高炉冶炼条件和炉况顺行条件进行综合分析和评判。

2.3 锌对高炉风口烧损影响

锌对高炉风口烧损的影响行业中多见报道，萍安钢铁公司高锌负荷冶炼对风口烧损分析如下：

2.3.1 风口烧损与锌负荷关系分析

（1）风口烧损与锌负荷关系情况

2020 年公司七座高炉共烧损风口 107 只，但各高炉在相同的冶炼条件下烧损风口数量差距巨大，如湘东 1#高炉烧损风口 46 只，而同样冶炼条件的湘东 4#高炉烧损风口仅 2 只，见表 5。各高炉风口烧损与锌负荷关系分析如下：

图 26-32 相关分析结果见表 6。分析结果显示湘东 1#高炉、安源 2#高炉和 3#高炉风口烧损与锌负荷无相关关系，湘东 3#高炉、安源 1#高炉和 4#高炉风口烧损与锌负荷有较强相关关系。

高炉炼铁生产中影响高炉风口烧损的因素错综复杂，涉及原料、操作、管理等多个方面，实际高炉生产中没有烧不坏的风口，但每一个被烧坏的风口都是高炉炉内渣铁分离不好造成风口局部过热而熔损的。根据表 6 比较得出如下结论：

① 从萍安钢铁公司 2020 年烧损风口 107 只的较高数据来看，公司高炉高锌负荷操作对风口烧损有影响，但锌各高炉风口烧损影响程度差距较大；

② 锌对高炉风口烧损影响主要是高锌负荷冶炼条件下高炉渣皮稳定性较差，渣皮掉落后造成炉缸局部温度降低，在炉温略低操作时有渣皮掉落部位温度下行更多，形成局部温度不足导致渣铁分离不好，风口周围如遇渣铁分离不好渣铁则造成风口局部温度过高而导致风口熔损。

③ 风口烧损较多的高炉比较普遍存在边缘煤气流紊乱、渣皮稳定性差的现象。

3 近年来公司高炉技术指标比较

2018 年以来虽然受到锌负荷上升和入炉品位下降的不利影响（见表 7），通过采取系列防锌害措施，高炉生产技术指标得到进一步的提升，高炉日产铁量由 13000 吨跃升至稳定在 14000 吨以上。

4 高锌负荷高炉防锌害操作

萍安钢铁公司高炉长年高锌负荷操作实践和上述的分析，高锌负荷条件下的高炉防锌害要抓好以下工作：

4.1 加强高炉排锌管理

高锌负荷对高炉最大的危害是炉墙结瘤，要保高炉不结瘤的首要条件就是想办法把锌及时排出去。保持高炉煤气流分布合理稳定是保证高炉排锌的重要措施，监测煤气布袋灰含锌是检查高炉排锌效果的重要数据，加强煤气布袋灰含锌检测是监测高锌负荷高炉排锌主要手段，高锌负荷高炉可将煤气布袋灰含锌作为“排锌气流指数”来管理。

4.2 降低高炉锌负荷的重点是降低烧结矿含锌

针对烧结矿含锌能使烧结矿低温还原粉化性能变差而影响高炉料柱透气性和煤气流合理分布的现象，降低高炉锌负荷的重点应降低烧结矿的含锌量。

4.3 保证煤气流分布合理稳定

保证高炉煤气流分布合理稳定是保证高炉排锌稳定的重要措施。450m3级高炉要保证边缘煤气流分布均匀稳定，1080 m3 级高炉要保证中心气流强劲稳定。

4.4 加强炉缸工作管理

保证铁水温度充足稳定是保证炉缸工作均匀活跃、控制风口烧损的重要措施。要设立铁水温度下限红线，以确保铁水温度不低于红线操作。

4.5 加强高炉炉型和渣皮管控

高炉炉内渣皮不稳频繁掉落是高锌负荷高炉常见现象，高炉操作中要通过合理稳定的煤气流管理、料线达标率的管理和铁水温度充足的管理等措施维护高炉渣皮的稳定。

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