锌在高炉生产中的危害机理分析及其防治

罗茂春

（山钢股份莱芜分公司炼铁厂，山东 莱芜 271104）

在高炉的正常生产过程中，如果原料当中含有微量元素锌以及铁元素共存的情况下，在使用过程中不断的富集就会在高炉的内壁结瘤，产生悬料等情况，直接造成消耗升高以及炉况不顺等比较严重的影响，还可能会造成高炉的爆炸所带来的一系列灾难。随着我国社会科技的不断发展，目前高炉炼铁最主要目的就是为了能够降低生铁的成本，最常用的方法就是在燃烧原料中配加一定的炼钢污泥以及高炉灰尘等一些含有铁元素的杂料，如此一来虽然对于降低生铁的成本有一定的作用。产生此情况的原因主要是因为锌元素会在高炉中不断的富集，积少成多最终形成足以危害到高炉的结瘤或者是悬料。

因此对于在高炉炼铁的生产过程中要对锌元素的含量把控到位，要严格的管理与控制高炉中的锌，只有将锌元素控制在安全范围内才能够在真正意义上实现高炉的安全管理和稳定生产的要求。

1 锌在高炉中的存在形式

1.1 高炉中锌的来源以及高炉内部锌的循环富集原理

锌是一种金属元素，锌单质表现为一种白色常温下固态的金属，熔沸点分别为419℃以及907℃。在化学中因为锌单质较为活泼具有一定的还原性，因在大自然中常常是以氧化锌（ZnO红锌矿）以及硫化锌（ZnS闪锌矿）这两种化合物的形态存在，当然在特殊的自然环境下也会以碳酸盐或者是硅酸盐的形式存在。锌在高炉下部以汽态形式分散于高炉煤气之中并随之上升，一部分渗入高炉炉衬的气孔之中，一部分被高炉生产所加的炉料吸收，还有一部分随高炉煤气从上升管炉顶逸出炉外，进入煤气管道的除尘系统。

1.1.1 高炉内壁上的小循环锌的富集

在高炉生产过程中添加含锌原料后，在高温和氧气以及原料中存在的CO、C、Fe等比锌更活泼的元素共同作用下锌元素会发生反应生成固态的氧化锌（ZnO）。当氧化锌生成之后向高炉的下部流动，高炉下部的温度一般为1000摄氏度以上，当液体氧化锌在此温度的作用下又会被还原形成锌单质，并且在此温度下锌单质无法以固态或者液态的形式存在，而是形成锌蒸汽分散于炉内各个部分，当锌蒸汽随着煤气上升的过程中，在温度降低的炉壁上部因为锌蒸汽较为活泼，因此与空气中的氧气发生化学反应又恢复成氧化锌，并且随着温度的逐渐降低，氧化锌形成小颗粒。一部分氧化锌小颗粒随着煤气从炉顶排出到高炉的外部，但还有一部分氧化锌小颗粒会附着在处于下降的炉料上，并随着炉料在此进入高温区域，重复着上述的有关氧化与还原等化学反应，周而复始，无限循环，最终在高炉内部形成了锌的循环与富集。

1.1.2 在高炉系统以及烧结中有关锌的循环

在高炉内部高温区间锌在高温的作用下汽化成锌单质的蒸汽，跟随着煤气的上升而上升，但高炉上部温度会随着往上逐渐降低，因此会冷却并于空气氧气发生反应，再次被氧化成氧化锌ZnO，一部分附着在炉料上再次进行反应，另一部分会随着荒煤气而被排除到炉外。

对于这一部分被排出到炉外的氧化锌会随着煤气进入煤气清洗系统当中，并在管道内壁或者除尘灰当中吸附沉积。

1.2 锌含量过高带来的危害

1.2.1 对原燃料的冶金性能有着较大的影响

当高炉内部的锌蒸汽因为温度的降低形成氧化锌之后，会对高炉内部原料冶金性能造成很大的影响。主要有两方面的影响首先是因为锌的汽化体积会膨胀到数百倍，因此会对高炉内部的焦炭和铁矿石的热应力造成很大的影响，从而破坏掉原有的热态强度，原有的化学反应平衡遭到破坏，并且向左移动，也就是反应强度降低和生成物更少，焦炭的反应性增加。其次就是锌蒸汽会在管道口上堆积堵塞，尤其是对于堵塞焦炭和铁矿石的孔隙，会对高炉料柱的透气性影响较大，高炉内的压差升高，影响高炉内生铁的还原反应和产生的渣铁的滴落和排放，比较严重的会造成生产效率降低，或者是炉顶压力异常，过大甚至会产生爆炸的可能。

1.2.2 不利于高炉的稳定高效的生产

如果在高炉内部锌有很大的富集程度，并且在内壁上有着严重的粘连性，就会导致压量的关系非常的紧张，风量难以向里面吹入，严重影响高炉的冶炼行程，恶化炉况的透气性就会容易产生崩悬料以及用炉况难行的现象。如此一来不仅会对高炉的使用寿命有着非常大的影响，还会对高炉内部的产量以及焦比量有着很大的影响。

2 对于高炉锌的相关控制策略

2.1 对原材料的质量有严格的把关

对于高炉内部使用的含铁原料在运输进场以及送入炉内首先应当将各个有害元素控制好，这是解决有害元素所带来危害最为切实有效的办法。

针对于此首先应当在对于原材料的购进方面就要严格的按照规定标准进行采购，尤其是在对于原材料中在锌含量要进行严格的把控，这样才能够在高炉使用中对锌元素有切实的降低作用。如果是对于不同的高炉铁料，因为含有的元素不同，这时候应当对配比根据实际元素含量进行一定的优化，通过这种方法来稳定炉料，最终实现限制锌的含量。

2.2 对高炉及时定期处理铁渣

对于上诉所提到的因为高炉使用的原料当中在所难免的会存在锌铁元素，虽然通过对原料的把控能够降低锌元素的入炉量但却只是降低而非杜绝，因此高炉内依然回收到锌元素富集等一系列相关的影响。

针对于此就需要对高炉的铁口以及出铁沟进行定期及时的清理与维护，只有将炉内形成的炉渣和生铁及时通过铁口排出，将出铁均匀率使用把控在较高的范围，就可以将含锌物质及时的排出，减少锌在炉内的停留时间来减少锌的还原量。

3 结语

高炉中锌含量过高会带来一系列严重的危害，但对于这些危害能够通过对高炉原料调整得到有效的控制。并且通过定期对高炉进行清渣工作，既能够降低因为锌结渣所带来的一系列相关的影响，还能够提高高炉的使用寿命与使用效率，真正的符合我国可持续发展战略的发展理念。