高爐高效排鋅工藝的研究

付 強(qiáng)

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東 濟(jì)南271104）

近年來，社會經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展的同時(shí)，越來越多新型能源材料不斷涌現(xiàn)，對我國傳統(tǒng)鋼鐵生產(chǎn)工業(yè)造成了一定的沖擊，鋼鐵生產(chǎn)工業(yè)形勢越來越嚴(yán)峻。為了盡可能的減少成本，會對鋼鐵生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的瓦斯灰、紅泥以及高鋅堿灰等進(jìn)行回收再利用，從而造成高爐鋅實(shí)際負(fù)荷不斷增加。隨之而來的鋅負(fù)荷超標(biāo)也越來越嚴(yán)重，而鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)高爐也也都相繼出現(xiàn)了爐況波動的問題，渣皮脫落問題層出不窮，也導(dǎo)致鋼鐵生產(chǎn)的成本不斷攀升。為了盡可能的減少煉鋼作業(yè)中，高爐內(nèi)鋅的不斷聚集，相關(guān)從業(yè)人員就必須要針對當(dāng)前存在的問題，采取相應(yīng)的解決措施。首先，可改善原材料基礎(chǔ)條件，從而達(dá)到減少鋅負(fù)荷的目的，并停止增加瓦斯灰。其次，還可以進(jìn)行下部調(diào)節(jié)，并提升鋅的實(shí)際排出率，并通過上部裝料與下部送風(fēng)有效結(jié)合的方式，從而最大程度上保障高爐爐況的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并且實(shí)現(xiàn)高爐排鋅的最終目的。

煉鋼生產(chǎn)過程中，高爐鋅富集是非常常見的，且不斷的循環(huán)富集存在以下危害：首先，高爐的壽命會受到嚴(yán)重危害，Zn蒸氣聚積在爐墻上方，并且與爐料產(chǎn)生反應(yīng)，并逐漸形成熔點(diǎn)比較低的化合物以及爐瘤。同時(shí)會使得爐襯慢慢軟化，從而加快侵蝕的速度。其次，還會對燃料的整體冶金性能產(chǎn)生一定影響。鋅蒸氣逐漸沉積氧化之后會逐漸形成ZnO，從而提升燒結(jié)礦還原粉化指數(shù)，焦炭的反應(yīng)性開始發(fā)生變化，發(fā)生反應(yīng)以后，整體強(qiáng)度有所降低。鋅富集比較嚴(yán)重的情況下，爐料的透氣性以及空隙度發(fā)生變化，高爐中煤氣通道會變小，爐內(nèi)材料無法正常下降，有些時(shí)候會在管中結(jié)瘤，導(dǎo)致煤氣通道發(fā)生阻塞。

1 氯化物的具體排鋅方法

1.1 高爐鋅冶金過程

高爐內(nèi)鋅在400~500℃高溫環(huán)境下，會慢慢還原，直到完成整個(gè)還原過程，還原后的鋅沸點(diǎn)在906℃，鋅會隨著爐料逐漸下降到到軟熔帶，該環(huán)境溫度為1 100~1 400℃，鋅在該區(qū)域環(huán)境下，便會逐漸揮發(fā)，從而形成鋅蒸汽，并上升至高爐上方，同時(shí)還會被逐漸氧化成為ZnO，部分ZnO微粒物質(zhì)會進(jìn)入到高爐系統(tǒng)當(dāng)中，其中部分會附著于爐料之上，爐料逐漸下降，之后被再次還原，揮發(fā)并不斷的循環(huán)，不斷的重復(fù)，即在高爐當(dāng)中，鋅會反復(fù)的被還原富集[1]。

1.2 氯化物的配比選擇與具體排鋅時(shí)間

為了進(jìn)一步明確在具體試驗(yàn)中，氯化物的具體檢測時(shí)間以及實(shí)際用量，要對氯化物的排鋅與配比具體時(shí)間進(jìn)行確認(rèn)。結(jié)合實(shí)際情況，氯化物配比總量公式如下：

式中：L指的是氯化物配用量，kg；P指的是鋅富集量；m1指的是密度，kg/m3；m2指的是氯化物的實(shí)際密度；n指的是含氯量；通常情況下1 000 m3之下高爐φ（O）應(yīng)為0.35%；1 000 m3之上高爐φ（O）應(yīng)為0.4%。

氯化物比較常見的有以下幾類：即MgCl2、NaCl、CaCl2等幾種類型，要充分衡量其對整個(gè)生產(chǎn)過程與成本產(chǎn)生的影響，應(yīng)當(dāng)選擇氯化鈣，w(CaCl2)要嚴(yán)格控制在1%范圍之內(nèi)。結(jié)合當(dāng)前高爐的具體情況，可在粉煤當(dāng)中適當(dāng)增加w(CaCl2)約0.3%左右。排鋅時(shí)間公式如下：

式中：T指的是排鋅具體時(shí)間；L指的是氯化物實(shí)際用量；X指的是具體配用比例；Y指的是每小時(shí)的實(shí)際煤量。

1.3 氯化鈣排鋅方法的具體操作

在正式操作之前，要提前準(zhǔn)備足夠的氯化鈣試劑，選擇進(jìn)行試驗(yàn)的高爐，并根據(jù)實(shí)踐操作步驟經(jīng)驗(yàn)，高爐內(nèi)鋅負(fù)荷達(dá)0.75 kg/t，并在噴煤系統(tǒng)當(dāng)中，安裝氯化鈣裝置，結(jié)合具體情況進(jìn)一步明確相應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)間，并在粉煤當(dāng)中適當(dāng)增加w(CaCl2)大約0.3%左右，并進(jìn)行兩次噴吹試驗(yàn)。在產(chǎn)生的瓦斯灰當(dāng)中對鋅、Na2O以及TFe的實(shí)際含量進(jìn)行測定，并實(shí)時(shí)動態(tài)化監(jiān)測燃料的具體使用狀況和煤氣水pH值的實(shí)際變化情況，確定實(shí)際排鋅情況[2]。

2 試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際討論

2.1 瓦斯灰不同成分的實(shí)際含量變化

針對實(shí)際情況，大約有超過95%的鋅主要是通過瓦斯灰所排出，因此，要實(shí)時(shí)觀察瓦斯灰當(dāng)中整個(gè)試驗(yàn)前后的變化以及鋅含量，這也是衡量排鋅效率的基本依據(jù)，并進(jìn)一步觀察瓦斯灰當(dāng)中鈉、鉀以及鐵等相關(guān)元素的變化情況，也能夠充分反映出該工藝技術(shù)對脫堿率產(chǎn)生的影響。圖1是在兩次試驗(yàn)前后瓦斯灰的具體成分變化情況，能夠明顯看出瓦斯灰當(dāng)中w(Zn)明顯上升到4.63%左右，排鋅效果顯著提升，增長率超過60%。數(shù)據(jù)表明，該工藝技術(shù)具有良好的排鋅效果。同時(shí)對瓦斯灰當(dāng)中各個(gè)不同元素進(jìn)行分析觀察，能夠直觀的看到w(TFe)的實(shí)際含量逐漸降低，降幅為5%，這也能夠反映出高爐排出的鐵元素在逐漸減少，同時(shí)也能夠觀察到w(K2O)與w(Na2O)顯著升高，增幅在80%與55%，也能夠充分表明通過噴吹氯化鈣之后，能夠大幅度提升鋅的排出率。同時(shí)也提升了鉀、鈉等元素的排出效果。

圖1 瓦斯灰中不同成分的變化情況

2.2 燃料比變化情況

燃料比能夠充分反映出成本投入以及工藝耗能情況，應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)觀察燃料比的實(shí)際變化狀況，圖2是兩次試驗(yàn)前后燃料比的具體情況。

從圖2中看出，燃料比有所下降，降幅為1.00kg/t，也能夠充分反映出在整個(gè)煉鋼操作中，該工藝技術(shù)使得燃料比顯著降低。同時(shí)也能夠有效改善硫負(fù)荷，并且提升了噴煤量，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳的目標(biāo)，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 燃料比的實(shí)際變化情況

2.3 煤氣水pH值實(shí)際變化

為了進(jìn)一步分析該工藝對煤氣產(chǎn)生的影響，會對煤氣水當(dāng)中的pH值變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過對試驗(yàn)前后的實(shí)際變化規(guī)律進(jìn)行對比分析，在粉煤當(dāng)中適當(dāng)加入一定量氯化鈣之后，能夠明顯觀察到煤氣水酸性正在不斷減弱，pH只由實(shí)驗(yàn)之前的4.5逐漸上升至5.0與5.3。煤氣水的酸性逐漸降低，這樣也能夠降低煤氣管道遭到腐蝕的情況，大幅度提高了設(shè)備的實(shí)際使用效率，延長壽命，降低損耗與投入成本[3]。

3 噴吹氯化鈣排鋅工藝技術(shù)基本原理

通過進(jìn)一步深入分析在整個(gè)煉鋼過程中，氯的特點(diǎn)以及燃燒過程中的行為，可得出，在高爐高溫還原環(huán)境下，氯主要是以氯化氫的形式呈現(xiàn)，氯化氫和Zn以及相關(guān)化合物之間發(fā)生反應(yīng)，并逐漸形成ZnCl2，其中一部分氯化鋅熔點(diǎn)較低，逐漸被氣化，并通過氣態(tài)的方式被排出，從而有效減少了黏結(jié)至爐料上的情況。高爐內(nèi)軟融帶以下與以上情況的化學(xué)反應(yīng)式如下：

一般情況下，高爐內(nèi)鋅主要源自于焦炭、燒結(jié)礦等，原料不斷的加熱以及下降，鋅也會逐漸得到還原，并且慢慢進(jìn)入到高溫區(qū)域當(dāng)中，當(dāng)溫度越來越高時(shí)，鋅便會慢慢氣化，之后其中一部分便會被排出到高爐之外，還有一部分會慢慢轉(zhuǎn)移到高爐上部，當(dāng)區(qū)域內(nèi)溫度慢慢降低時(shí)，其中部分鋅會在爐墻上方發(fā)生黏結(jié)，部分隨著煤氣逐漸被排出，部分鋅富集于高爐之內(nèi)[4]。

在高爐噴吹氯化鈣工藝實(shí)施過程中，氯化物和煤粉一同進(jìn)入到高爐當(dāng)中，并逐漸形成氯化氫，慢慢上升的氣體和爐內(nèi)富集以及黏結(jié)的鋅開始發(fā)生反應(yīng)，從而生成氣體并被排出。氣體上升時(shí)，和下降的蒸氣開始發(fā)生反應(yīng)，從而逐漸形成氯化鋅氣體，被直接排出，從而達(dá)到高效排鋅的目的[5]。

4 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)可得出，高爐噴吹氯化鈣工藝在實(shí)踐操作過程中，效果顯著，具有良好的排鋅效果，增長率超過50%，同時(shí)，煤氣水當(dāng)中的pH值逐漸增大，大幅度降低了煤氣管道被腐蝕的機(jī)率。該方法操作性與穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠有效改善高爐鋅富集循環(huán)的突出問題，為高爐排鋅工作的開展以及具體實(shí)施操作提供了科學(xué)合理的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)與借鑒。