湘钢高炉锌平衡的研究

第３Ｏ卷第１期　２００７年２月　武汉科技大学学报（自然科学版）　Ｊ．ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉ．ｏｆ　Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏｌ＿３Ｏ，Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２００７　湘钢高炉锌平衡的研究　彭其春　，田　俊　，陈本强　，梁永和　，金智彬　，曹建红　，郭怀魁　（１．武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室，湖北武汉，４３００８１；　２．湘潭钢铁公司，湖南湘潭，４ｌ１１０１）　摘要：分别对湘钢３　、４　高炉取样检测，进行了锌负荷和锌平衡计算，结果表明，高炉中的锌富集主要来自烧　－结矿，３　，４　（特别是４　）高炉中的锌主要由渣、铁（含除尘灰）排出，这三者的排锌量占总排锌量的９２．８３　。　关键词：高炉；锌负荷；锌平衡　中图分类号：ＴＦ０３　３　文献标志码：Ａ　文章编号：ｌ　６７２　３０９０（２００７）０１　０００１　０４　锌是高炉原料中的一种微量元素，它在铁矿　石中主要以红锌矿（ＺｎＯ）和闪锌矿（ＺｎＳ）的形式　１　取样　分别对湘钢３　，４　高炉进行现场取样。头　天取入炉的原料、燃料样，包括烧结矿、球团矿、澳　存在，所以锌通常以氧化物或硫化物形态进入高　炉。锌的还原温度和液态沸点都很低，容易挥发，　它挥发到高炉上部后叉重新被氧化成氧化锌，其　中，部分锌蒸气在高炉上部低温区氧化后沉积，与　矿（３　）、南非矿（４　）、焦炭和煤粉。第二天取对　应的出炉试样，包括铁水、高炉渣、瓦斯灰和除尘　灰。测定期间生铁产量、炉渣量以及各种入炉原　炉料一起下降，周而复始形成炉内锌的循环积累，　即高炉内部的小循环。但大部分锌蒸气被煤气带　走后进入煤气清洗系统，其中，大部分锌进入污　泥，若污泥回收再利用，则锌重新进入高炉而形成　了烧结高炉生产环节间的大循环｛　。锌通过这　两种方式在高炉内进行循环。　锌在高炉内循环富集会给高炉冶炼带来不利　影响。锌在炉内的循环会使热量发生转移。在高　温区通过式（１）吸收热量、式（２）放出热量　ｌ，这　样，热量就从高温区转移到了低温区，导致渣铁温　度降低，渣的黏度升高，从而不利于高炉顺行和脱　硫；炉喉的锌瘤会破坏炉料和气流的分布，管道中　的锌瘤会影响煤气流，而渗入到炉衬砌缝和孔隙　中的锌沉积，会破坏炉墙而影响高炉寿命。　ＺｎＯ＋Ｃ—Ｚｎ＋ＣＯ一２３７　７３０（Ｊ・ｍｏｌ　）（１）　Ｚｎ＋ＣＯ２一ＺｎＯ＋ＣＯ＋６５　１９０（Ｊ・ｍｏｌ　）（２）　料燃料（烧结矿、球团矿、澳矿（３　）、南非矿（４　）、　焦炭、煤粉）、高炉渣量，根据高炉日报表提供的数　据进行计算。瓦斯灰和除尘灰按月平均值进行计　算。　２锌的来源与支出　３　，４　高炉试样的检测结果分别如表１、表２　所示。从表１、表２中可以看出：　（１）高炉原料品种的区别在于：３　高炉用的　是澳矿，４　高炉用的是南非矿，但这两种矿石的　锌含量是一样的，均为０．００６　４　１／６。两座高炉原料　中，锌含量最高的均为烧结矿，分别是０．０３７　，　０．０４７　；生产吨铁带入的锌分别为０．４８６　１　ｋｇ，　０．５１６　４　ｋｇ。　（２）含锌量居第２位的均为球团矿，分别为　０．０２８　，０．０２７　。根据对湘钢各种球团矿的检　测数据可知，国内球团矿带入的锌含量比国外球　团矿（巴西球团矿）多。　锌平衡指的是高炉内锌的收支状况。锌的来　源主要是原料、燃料的带入。锌的排出包括炉渣、　烟气及高炉煤气排出，其中，后两者的排出量很　小。本文对湘钢３　，４　高炉的锌负荷和锌平衡　进行分析，弄清锌的来源、去向及其对高炉冶炼的　影响，为含锌污泥、瓦斯灰等的再回收利用提供参　数。　（３）３　，４　高炉原料中，除烧结矿外，球团矿、　澳矿（４　高炉为南非矿）、焦炭、焦丁、煤粉中的锌　含量对应基本相同。　收稿日期：２００６—１卜Ｏ３　作者简介：彭其春（１　９６４一），男，武汉科技大学副教授．Ｅ　ｍａｉｌ　维普资讯 http://www.cqvip.com

２　武汉科技大学学报（自然科学版）　２００７年第１期　表１　３　高炉试样的锌含量　＿岛　咖站捂　营　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　Ｏ　（４）３　，４　高炉中，铁水中的锌含量都是支出　∞∞∞∞加ｍ　Ｏ　项中最低的，分别是０．００２　０　，０．００３　２　；生产　吨铁铁水中的锌量分别为０．０２０，０．０３２　ｋｇ。这　主要是由于铁水温度高，锌在９００。Ｃ便可挥发，从　而使锌进入铁厂除尘灰中，这与铁厂除尘灰中锌　含量高是相符的。　（５）３　号高炉除尘灰中锌含量为０．５７　，仅　次于瓦斯灰中锌含量（１．１１　）。而４　高炉除尘　图１　３　高炉锌负荷及锌平衡　灰中锌含量是支出项中最高的，达到１．３４　，这　说明铁水中锌含量低的原因是由于出铁过程中锌　岛０．５０　咖｛０．４０　大部分挥发到除尘灰中去了。　（６）高炉瓦斯灰随高炉煤气从炉顶引出，经下　篓０瑚　０．２０　降管在重力除尘器作用下，依靠高速气流及灰尘　督　０．１０　．的重量产生离心力，除去较粗的颗粒后，由布袋除　０　－…一　蛔ｎ．一　．　．冒　尘器对高炉煤气进行净化处理。３　，４　高炉瓦斯　图２　４　高炉锌负荷及锌平衡　灰中的锌含量分别为１．１１　，０．８Ｏ　，其中３　高　１ｏ０　炉瓦斯灰中锌含量是支出项中最高的。　８０　３分析与讨论　６０　４０　锌负荷是指生产每吨生铁由炉料带入高炉内　２０　的锌的总量（ｋｇ／ｔ）；锌平衡是指生产每吨生铁由　０　炉料带入高炉的锌的总量与生产每吨生铁带出高　烧结矿球团矿澳矿焦炭　焦丁　煤粉　炉的锌的总量的差值。由表１、表２中数据作图，　图３　３　高炉锌各收入项所占百分比　得图１～图６。　表３　１９９８年国外部分高炉锌负荷情况［‘　由图１、图２可知，３　，４　高炉的锌负荷和　锌平衡相差不大，锌负荷分别为０．６１０　８　ｋｇ／ｔ，　０．５９４　９　ｋｇ／ｔ，锌平衡分别为０．３９５　６　ｋｇ／ｔ，　０．３４９　５　ｋｇ／ｔ。而国外部分高炉的锌负荷（见表　３）远低于此值。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００７年第ｌ期　彭其春，等：湘钢高炉锌平衡的研究　＊　３　∞　∞　∞　∞　∞　０　球团矿中的锌含量高是湘钢高炉锌负荷高的　∞　∞　∞　∞　加　０　母　图４　４　高炉锌各收入项所占百分比　铁水　炉渣　瓦斯灰　除尘灰　图５　３　高炉锌各支出项所占百分比　铁水　炉渣　瓦斯灰　除尘灰　图６　４　高炉锌各支出项所占百分比　由图３和图４可知，３　，４　高炉的锌主要来　自于烧结矿，分别占高炉锌收入项的７９．５８　，　８６．８Ｏ　。烧结矿成分复杂、来源广泛，各种矿石、　出铁厂除尘灰、烧结机机头机尾灰、转炉除尘灰等　都有可能带入锌，烧结矿中锌的确切来源有待进　一步具体取样分析。氧气转炉废泥渣中含有大量　的锌，如在烧结矿炉料中使用，它们将成为高炉中　锌的主要来源。有关研究指出，目前在工艺方面　还没有找到消除锌不良影响的有效而经济的方　法　］。因此，有必要解决使进入高炉的锌含量降　低到极限值这一问题　］。根据对湘钢各种球团矿　的检测数据可知，Ｚｎ含量最高的两项是Ａ类精　矿和Ｂ类精矿，其含量都达到０．０７　以上，如不　考虑其他方面因素，建议将此类矿种与锌含量低　的矿混合使用。　由于Ｚｎ负荷过高，部分Ｚｎ可能会冷凝黏结　在煤气上升管、炉喉和炉身上部砖衬以及大钟内　表面，氧化成锌瘤；另外，部分锌沉积在炉子上部　砖衬缝隙或墙面上，氧化后体积膨胀会损坏炉衬　或造成结瘤。这与现场３　高炉结瘤严重、频繁休　风的情况吻合。４　高炉后期的锌平衡波动较大，　如果入炉原料稳定的话，说明４　高炉后期的炉况　不稳定，这亦与现场情况接近。　另一重要原因。３　，４　高炉球团矿中的锌含量分　别为０．０２８％，０．０２７　，生产吨铁锌带入量分别　为０．０７５　７，０．０４２　４　ｋｇ。　湘钢球团矿中Ｚｎ含量　整体较高的有Ｃ球团矿（≥０．０４１　）、Ａ造球精　矿（≥０．０２７　）和Ｄ球团矿（０．０４５　），其中　Ａ造球精矿中有些矿种ｚｎ含量高达０．１　５　１　，　而宝钢２　高炉所用球团矿锌含量只有　０．０００　２　Ｌ６］，相比之下，湘钢的球团矿锌含量是　比较高的。　查明以上几种矿石锌含量过高的依据，建议　与其他低锌矿种混合配矿，从而降低高炉锌负荷。　带入锌最少的是焦丁和煤粉，３　高炉分别　是０．５７　，０．１８　，吨铁带入量分别为０．００３　５，　０．００１　１　ｋｇ；４　高炉分别是０．２９　，０．８１　，吨铁　带入量分别为０．００１　７，０．００４　８　ｋｇ。它们对锌负　荷的影响不大。　由图５、图６可知，虽然３　，４　高炉炉渣锌含　量比较低，分别为０．０３６　，０．０４５　，仅高于铁水　中的锌含量，但由炉渣带走的锌分别占３　，４　高　炉锌支出项的５ｌ＿８７％和５３．１８　，是带走锌量最　多的项，这是由于渣量比较大的缘故。　３　高炉中带走锌量居第２位的是瓦斯灰，占　支出项的３３．５３　，而４　高炉中瓦斯灰带走的锌　只占７．１７　，是支出项中最少的。３　，４　高炉　中，除尘灰带走的锌在支出项中的质量分数分别　为５．３０　，２６．６１　。如果认为除尘灰中的锌是　由铁水中的锌挥发而进入的话，那么由铁水、炉　渣、除尘灰三者带走的锌（质量分数）分别占３　，　４　高炉支出项中的６６．４７％，９２．８３　。　４结论与建议　（１）湘钢３＃，４　高炉的锌主要来源于烧结　矿，分别占锌负荷的７９．５８　，８６．８Ｏ　，在烧结矿　比例一定的情况下，降低烧结矿的锌含量是降低　锌负荷的主要措施。　（２）球团矿中的锌含量高是湘钢３　，４　高炉　锌含量高的另一重要原因。湘钢球团矿中Ｚｎ含　量整体较高的有Ｃ球团矿（≥０．０４１　）、Ａ造球　精矿（≥０．０２７　９／６）和Ｄ球团矿（０．０４５　），其　中，Ａ造球精矿中有些矿种Ｚｎ含量高达　０．１５１　。查明以上几种矿石锌含量过高的依据，　建议与其他低锌矿种混合配矿，以降低高炉锌负　荷。　（３）由炉渣带走的锌（质量分数）分别占３　，　４　高炉锌支出项的５１．８７％和５３．１８　，是支出　维普资讯 http://www.cqvip.com

４　武汉科技大学学报（自然科学版）　２００７年第１期　项中最多的。３　高炉中带走锌量占第２位的是　瓦斯灰，占支出项的３３．５３　９／６，４　高炉中瓦斯灰带　走的锌只占７．１７　，是支出项中最少的。　（４）铁水、炉渣、除尘灰三者带走的锌（质量　分数）分别占３　，４　高炉支出项中的６６．４７　９／６，　９２．８３　分布的研究［Ｊ］．安徽工业大学学报，２００４，２１（３）：　１７９　１８２．　［３］　周岩，刘梦华，陈伟花．通钢高炉减轻锌危害的防范　措施［Ｊ］．炼铁，２００４。２３（４）：４７—４９．　［４］　Ｙｕ　Ｐ　Ｓｈｃｈｕｋｉｎ．Ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｓｌｕｄｇｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｚｉｎｃ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｆｒｏｍ　ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ［Ｊ］＋Ｓｔｅｅｌ　ｉｎ　Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ，１９９９（１１）：６　８．　参　考　文　献　［１］　李肇毅．宝钢高炉的锌危害及其抑制［Ｊ］．宝钢技术，　２００２（６）：１８—２Ｏ．　［５］　Ｂ　Ｂ　Ｋａｎｏｐｙａ￣ｎ．锌在高炉生产中的问题［Ｊ］．冯雅　观，译．湘钢译丛，ｉ９９４（１）：１－９．　ｒ６］　王雪松，付元坤，李肇毅．高炉内锌的分布及平　衡＿Ｊ］．钢铁研究学报，２００５，１７（１）：６８　７１．　Ｅ２］　王雪松，付元坤，李肇毅，等．宝钢高炉锌平衡及锌　Ｚｎ　ｂａｌａｎｃｅ　ｉｎ　ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｏｆ　Ｘｉａｎｇｔａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｐｅｎｇ　Ｑｉｃｈｕｎ　，Ｔｉａｎ　ＪＭ　，Ｃｈｅｎ　Ｂｅｎｑｉａｎｇ　，Ｌｉａｎｇ　Ｙｏｎｇｈｅ　，　Ｊｉｎ　Ｚｈｉｂｉｎ　，Ｃａｏ　Ｊｉａｎｈｏｎｇ　，Ｇｕｏ　Ｈｕａｉｋｕｉ　（１．Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　Ｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ａｎｄ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｏｆ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００８１，Ｃｈｉｎａｔ　２．Ｘｉａｎｇｔａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉａｎｇｔａｎ　４１１１０１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　Ｎｏ．３　ＢＦ　ａｎｄ　Ｎｏ．４　ＢＦ　ｏｆ　Ｘｉａｎｇｔａｎ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｓａｍｐｌｅｄ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ　ｌｙ，ｔｈｅ　Ｚｎ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅ（ｓｉｎｔｅｒ　ｏｒｅ，ｐｅｌｌｅｔ，ｔｈｅ　Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ　ｏｒｅ　３　，Ｓｏｕｔｈ　Ａｆｒｉｃａｎ　ｏｒｅ　４　，　ｃｏｋｅ，ｐｏｗｄｅｒｅｄ　ｃｏａｌ，ｍｏｌｔｅｎ　ｉｒｏｎ，ｓｌａｇ，ｇａｓ　ａｓｈ，ｄｕｓｔ　ｒｅｍｏｖａｌ　ａｓｈ）ｗａｓ　ｓｕｒｖｅｙｅｄ．Ｔｈｅ　Ｚｎ　ｂａｌａｎｃｅ　ａｎｄ　Ｚｎ　ｌｏａｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＮＯ．３　ａｎｄ　ＮＯ．４　ＢＦ　ｗｅｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｉｔ　ｉＳ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　Ｚｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＢＦｓ　ｉｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｉｎｔｅｒ　ｏｒｅ　ａｎｄ　ｒｅｍｏｖｅｄ　ｍａｉｎｌｙ　ｂｙ　ｓｌａｇ　ａｎｄ　ｈｏｔ　ｍｅｔａｌ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｄｕｓｔ），ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ　ｔｒｕｅ　ｏｆ　ＮＯ．４　ＢＦ　ｗｈｅｒｅ　Ｚｎ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｉＳ　ｕｐ　ｔｏ　９２．８３　．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＢＦ；Ｚｎ　ｌｏａｄ；Ｚｎ　ｂａｌａｎｃｅ　［责任编辑彭金旺］