汤清华--高炉高锌负荷的危害和应对措施

16.07
0.002
146
2.281
367
148
有色金属相图中 的Zn—Fe是相溶的。
（2）破损调查炉缸炉底从满辅炭砖最下第一层砖往上所有砖缝全占有Zn，并形
成含Zn 94%以上的锌片，砖内也渗有大量Zn，靠冷却壁的小块炭砖、靠炉内的 微孔、满補半石墨砖几乎全有，砖内含Zn量在6.7%~65.5%之间，在国内是罕 见的。 • 大量的锌占入砖衬造成炉底上抬，炉底板平均上抬120mm以上。炉体抬高； 炉底封板上翘，风口中套普遍上翘，风口法兰大面积开裂；第五段铸铁冷却壁 在冷面出现横向断纹，尚未贯穿。炉缸炭砖温度高的部位,园周环炭几米区域内
。
（3）生产中曾出现因Zn害造成兩次炉况失常，2009年一次年修时锌积存
过多,造成风口及中套大量破损、上翘，炉况失常处理一个多月。生产中 风口中套不断烧坏或上翘，4.5年间更换了52个中套，是风口数的2.5倍以 上。锌大量渗入炭砖加速炉缸内衬的破坏。 (4). 锌进入炭砖初步分析:还原气化的Zn，有一部分渗入砖衬的裂缝和 气孔中，砖衬的温度从内到外逐渐降低，降到419℃，就凝固成Zn金属， 砖缝中的Zn片，就是这样形成的。 渗入砖衬的Zn蒸汽，温度下降到大约800-1000℃范围如果遇到CO2、 CO和水汽，就会被氧化生成ZnO，反应为 Zn+ CO2=ZnO+CO。 温度超过1030℃， ZnO又可以与炭砖的C发生反应 ZnO+C=Zn+CO， 形成对炭砖的侵蚀，使炭砖变成疏松状，逐渐消耗炭砖。
炉底板上翘严重
炉底板上翘严重冒煤气
炉体上涨把冷却供水环管抬高180mm
数个风口大中套冒煤气
• 个人认识与分析
• 该炉大修开炉三年又出现炉底板比上代炉役更为严重上 翘, 实属罕见。因时间太短又无更多的捡测数据,不能做 出较准确和祥细分析, 只例几点看法和怀凝点: • a 炉内耐材受热膨胀, 但耐材热膨胀率是远小于钢壳的热 膨胀的, 这一点是可排除的, • b. 炭砖质量不好, 炭砖在炉内受高温后产生新的物质, 才 使炭砖膨胀增大, 即炭砖生产中焙烧温度不够才有此局面, 微孔炭砖焙烧温度应在1400 0C才能出新物质生成, 此次 没查炭砖捡验记录. 但查炉内各层炭衬温度都不高, 标高 9.6m,8.4m热面插入1.2m(我分析插入炭砖从冷却壁热 面至炉内热面应为600—700mm) 深度炭砖温度最高只 400 0C, 插入0.7m只有100-250 0C, 没接触到高温铁水, 根本还不到炭砖升温生成新物质的温度, 这一点也可排除.
5.锌对高炉的危害
例1. 2012年3月，开炉生产了4.6年(2007.10.15.-2012.3.22.)的某厂1250m3高炉因Zn害， 造成炉底板上翘,炉缸环炭局部温度达9700C，被迫停炉大修炉缸。远没达到设计10-12 年寿命
（1）高炉入炉Zn负荷甚高，高出国家规范10多倍。有部分Zn进入了生铁与炉渣，
杭 钢 1250 高 炉
锌负荷 高 (kg/t) 炉 1.73 昆 1.93 1.04 0.76 钢 6 高 炉
年份 1999 2000 2001 2002 2003 2004
锌负荷 高炉 (kg/t) 0.831 酒钢 0.748 0.786 0.853 0.885 0.764 武钢1 号 冶钢 1780
锌负荷
铁水含锌
瓦斯灰量
焦比
煤比
% 2008 2009 2010 2011 2012年一季 度 77 88 92 105
kg/tFe 1.73 1.93 1.04 0.76
%
kg/tFe 7.97 11.29
% 2.02 2.33 1.61 1.08
% 22.36 23.00 11.80 7.73
%
℃ ~120 ~100
年份 2005 1999 2014.( 2. 17.3.3.)
锌负荷 （kg/t） 1.75/1.45 0.45 入： 0.6594 出： 1.069
2012 0.76 (1-3月）
国外部分高炉入炉锌负荷（1998年年均值）
我国高炉入炉锌负荷的现状 • 国家2008版和2015版的炼铁规范并没有改变，曾想加严的，但与实际相 差甚远。 • 国外高炉入炉锌负荷基本控制在0.15kg/t以下，主要是采用了多种处理含 锌粉尘新工艺来降低入炉锌量，如竖炉工艺，转底炉工艺。 • 我国这方面差距较大，能控制入炉锌负荷达标的企业仅有宝钢、鞍钢、武 钢、马钢等企业， 且阶段性的。含高锌粉尘本企业不能处理，外销流向社 会造成进一步的大循环污染。 • 只有三家企业建设了有害粉尘的处理装置，取得好效果，树立了典范。但 当前一家停用，且两家能力不足。 • 多数企业入炉锌超标，有的竞超出十几倍(见表)，平时不管控，当出现锌 害生产不正常了，高炉寿命出问题了再来采取措施。其后又好了疮疤忘了 痛。众多企业对锌害认识不足，甚至正常取样捡验的工序都没有, 摸着石 头石过河，有的石头都不模，平均在0.3-0.80kg/t之间, 超 国 家 规 范的 2-5倍 。
大块炭砖已受压变形见不到砖缝,成磷片状,易碎。冷面小块炭砖之间缝中多钻有含锌 高的锌板,不论是横竖缝,砖缝中锌板含锌在90%以上。
(5).陶瓷垫炉底的 棕刚玉砖均受到Zn的严重侵蚀，但没有K、Na、Pb的侵蚀，从侵 蚀状况看，Zn的侵蚀严重程度远远超过K、Na。 微孔炭砖有Zn的大量入侵，达52.4%。表现为导热系数大大增高，最高达21.90 W/m·k。体积密度达到3.41g/cm2，透气度为0.0mDa，但铁水熔蚀和抗碱试验后 均变成粉末。这是因为Zn气化后，炭砖仅剩下了炭的颗粒料。表明Zn对炭砖有严重 侵蚀。 (6). 该1250m3高炉死铁层设计2800mm深,停炉发现侵蚀严重区域离陶瓷垫上表面 上移了1200mm。
从该厂分析约有50%，过去的资料中很少有高炉生铁和炉渣中检验含锌的，大部 分锌是随炉尘带出炉外，或在炉内循环富积或上部区域结瘤，更换风口时流出大 量Zn液。从有色冶金相图看，铁与Zn是相熔的。
1250高炉Zn平衡表
瓦斯灰 含锌 干法灰 含锌 炉渣含 锌 炉顶温 度 利用系 数 综合焦 比
排锌率 年份
2015.7.1. 现场简况：
1) 进入2015年炉底板上翘加速,近期上涨达18mm/周, 冒煤气大加大(见照片1、2), 2) 风口中套上翘也很严重,不停地在更换,大套中套等 套间冒煤气严重(照片4),冷却水管随炉壳上涨,管托都 脱离180mm(照片3),说明炉壳上涨在180mm左右。 2) 高炉生产顺行尚好。 3) 炉缸炭砖测温在正常范围内,没见异常(见计算机画 面) 4) 大套下沿炉壳个别开裂缝。 5) 所幸是冷却水管未被拉断,冷却系统正常，水温差和 热流强度没有询问
炭砖只剩下280mm厚。
1250高炉炉底煤气封板上翘高度 对应风口 炉基煤气封板上翘高度mm 16# 133 14# 122 13# 122 11# 123 8# 123
从上至下 中间：
两边上部： 下部： 照片1
a.钒钛聚积物 b.陶瓷垫 c.满辅炭砖 内微孔炭砖, 外小块炭砖 微孔炭砖, 半石墨砖
t/d.m3 2.509 2.562 2.71 2.733
kg/tFe 350 357 370 359
kg/tFe 141 138 134 158
kg/tFe 478 486 491 494
0.012 0.015
8.82 9.32
0.002 0.002
177 166
108
0.76
0.016
7.1
1.25
2.入炉原料和燃料中锌的存在形式
• 锌是与含铁原料共存的元素，金属Zn是很活泼的。常以如下形式 存在 • 铁酸盐 ZnO.Fe2O3 • 硅酸盐 2ZnO.SiO2 • 闪锌矿 ZnS • 高炉冶炼时，其硫化物先转化为复杂的氧化物，然后再在高于 1000 0C的高温区被CO还原为气态锌。
• 锌蒸气在炉内氧化━还原循环, 进而循环富集。 • 众多锌来自废钢利用的电炉、 转炉尘泥， 镀锌废钢入电炉、 转炉后变成含锌粉尘再加入烧结工序，然后加入了高炉。随 着钢材的积累量增加和打击地条钢和中频炉， 废钢增加，含 锌尘泥也不断增加。
• 2015.7.1. 又要求去这座高炉, 下面所见：
• 该高炉于2007年新建投产,2012.3.因炉缸环炭 温度超高被迫进行炉缸大修,于当年6.13.开炉。 本次修炉缸做了如下改变 1). 死铁层深度由2.8m—2.0m,炉底板抬高近 800mm(1000mm？),与原炉板之间采用耐热混 凝土浇注， 2）环炭改原大小炭砖复合砌筑为全大炭砖砌筑， 3）增加陶瓷杯壁， 4）开炉3年以来Zn负荷由原1.5kg/t降至200400g/t, 5) 3年来综合指标优于前4.5年。
3.锌的三种形式的循环富集
• 1) 高炉内的小循环富集：捡测表明高炉内循环富 集的锌比例是 入 炉 原 燃 料含量的 200-300 倍。 • 2) 转炉、电炉、烧结、高炉之间含锌粉尘在本企 业内部各工序之间的 。 循环富集 • 3）含锌粉尘外销后参加社会旅游，矿老板给其镀 镀金，又被采购回到钢铁企业的高炉中，实现社会 一钢企--高炉的大循环富集。
4 锌在高炉内的行为
1）取样调查发现锌在高炉中沿高度富集基本是一稳定值。
静压孔 标高/m Zn /% 方向 (0) 平均
0
33.873 31.206 27.014 23.270 21.398 1.2 2.4 0.7
90
180
2.4 0.7 2.8 2.8 1.3 1.45
1.3 1.7
宝钢高炉炉体取样调查结：a.沿高度含锌几乎为一稳定值 b.富集浓度是入炉是入炉浓度200-300 倍，
武钢1号高炉炉缸、炉底砖衬中K20、Na2O、ZnO沿高度方向的分布
锌在高炉内的行为
• 2) 高炉冶炼时,其硫化物等先转化为复杂的氧化物，然后在高于10000C的 高温区被CO还原为气态锌,锌蒸气在炉壳内到处钻，包括耐材的孔隙都能 钻进去，进入炉缸炉底的锌蒸气冷凝成金属锌板等，至使内衬抬高进而造 成炉底板上翘、冷却壁、风口大套等损坏。 • 锌蒸气在炉内氧化--还原循环。 • 3) ZnO颗粒沉积在高炉炉墙上,可与炉衬和炉料反应，形成低熔点化合物， 在炉身下部甚至中上部形成炉瘤，富集严重时，炉墙结厚，堵塞煤气通道， 高炉顺行破坏，有的甚至在上升管、下降管中结瘤(历史上高炉上升管下部 设置排锌装置) • 4) Zn除在炉内循环富集外同时有：a.部分锌进入铁水和炉渣中排出炉外， b.部分锌由炉顶的高炉除尘灰或除尘泥带出高炉，c.铁口除尘灰中也含Zn。 与冶炼条件和炉况密切相关，各占多少比例尚待进一步研究。 • 5)有的学者研究证明：当富集的锌液滴落到风口上遇到铁氧化物时，在 9850C左右会发生急剧放热反应，这一放热反应极易造成铜体的熔化。这 也可能是众多高炉遇锌害炉况失常期间大量烧损风口的原因。
高炉高锌负荷的危害 和应对措施
2019.3.
目录
1. 目前我国高炉入炉锌负荷现状 2.入炉原料和燃料中锌的存在形式 3.锌的三种形式的循环富集 4 锌在高炉内的行为 5.锌对高炉的危害 6. 应对锌害的措施
1. 目前我国高炉入炉锌负荷现状
• 中华人民共和国国家规范中对高炉入炉原料和燃料有害杂质量的控制值： 单位：kg/t.fe
Fe% 1# 2# 3# 4# 0.89 0.78 1.67 .29 44.18
Zn% 96.02 94.68 96.68 2.67
1250高炉炉缸破损调查的断面图
照片2 砖缝中锌片及成份
炉体抬高达130mm—150 mm­­；炉底封板上翘，风口大套普遍上翘，风口法兰大面积崩裂； 第五段铸铁冷却壁在冷面出现横向断纹,尚未贯穿
杂质名称//国家标准编号 K2O+Na2O Zn Pb As S CL¯ GB50427-2008 ≤3.0 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.1 ≤4.0 ≤0.6 GB50427-2015 ≤3.0 ≤0.15 ≤0.15 ≤0.1 ≤4.0 ≤0.6
国内部分高炉入炉锌负荷
高炉
年份 2008 2009 2010 2011
炉内碳砖样升温锌挥发出来后，变成碳的棵粒和碎块
• Zn对炉缸耐材的侵蚀是严重的,与过去的调查和报 导有所不同,且与比K,Na相比有先入为主的能力。 • Zn的长期超标入炉,对高炉顺行和寿命都带来严重 影响,4.6年两次炉况失常,带来大量风口及中套损 坏、上翘。中套更换达2.5倍,惊人。 • Zn蒸气能钻入砖衬的任一部位,体积变化带来炉底 板上翘,冷却壁裂纹,大套法兰崩裂等。 • 铁水、炉渣虽长期捡验出有Zn,但与从炉顶排出量, 炉内积存量的比例有待深入实践与探索。