锌是高炉中的有害元素之一，它在高炉中的循环富集会给高炉生产带来很大的危害。过浓会严重影响热力系统、气流分布、高炉消耗等。在一定条件下，还会造成炉内结瘤，严重影响正常生产。为了解湘钢高炉锌负荷及其平衡对炉内结瘤的影响，通过现场取样对湘钢3、4号高炉锌负荷及锌平衡进行了计算和分析，并对结瘤情况进行了取样分析。
一、测试方法和数据采集
对湘钢原燃料3BF和4BF分别取样，每座高炉取6组样品。第一天，从熔炉中取出原料和燃料样品，包括烧结矿、球团矿、澳大利亚矿(3BF)、南非矿(4BF)、焦炭和煤粉。第二天取相应的高炉产品样品，包括铁水、高炉渣、煤气灰、粉尘。
根据高炉日报提供的数据，计算取样期间生铁产量、渣量、原料量、燃料量(烧结矿、球团矿、澳大利亚、南非、焦炭、煤粉)和高炉渣量。煤气灰和除尘灰按月平均计算。
分析来自肿瘤部位的肿瘤样品的化学成分。
二。湘钢3BF和4BF锌的平衡
(3BF和4BF锌负荷计算分析
高炉锌负荷是指每生产一吨铁，原料和燃料带入的锌总量。一般高炉锌负荷越高，对高炉生产的潜在危害越大。
锌负荷的计算公式如下:
xzn =σXi
式中，Xzn为锌负荷，kg/t；Xi是每种原料和燃料投入高炉的锌量。本研究的原料包括烧结矿、球团矿、进口球团矿、澳大利亚矿、南非矿、焦炭、焦碳和煤粉。
表1和表2分别统计了湘钢3BF和4BF在生产期间的高炉原燃料锌负荷，以及用上述公式计算的六组锌负荷。其中，前三组3BF的样品未添加进口球团矿，后三组样品添加了4BF的进口球团矿，进口球团矿替换为南非矿。
表1 3BF炉料锌负荷和总锌负荷
从表1和表2的数据可以看出，3BF的锌负荷在0.61-0.93kg/t之间波动，其平均值为0.7167kg/t；4BF锌负荷在0.59 ~ 1.01kg/t之间波动，平均值为0.7332 kg/t
从图1可以看出，在这两座高炉入炉的原燃料中，烧结矿代锌量最高，为0.5720kg/t，占锌负荷的79.80%，其次是球团矿，占4BF锌负荷的9.85%。4BF烧结矿代锌量为0.5732kg/t，占锌负荷的78.18%。可以看出，这两座高炉中绝大多数的锌来自烧结矿，其次是球团矿，4BF焦炭替代的锌也不容忽视，占比较大。
表3统计了国内外部分高炉的锌负荷。从表3可以看出，湘钢高炉锌负荷明显高于国外先进高炉，也高于《高炉炼铁工艺设计规范》中入炉锌负荷控制在0.15kg/t以下的标准。但与国内其他钢铁企业(宝钢除外)高炉相比，炉内锌负荷基本处于同一水平，锌负荷远高于规范提出的标准。
表3国内外高炉锌负荷
高炉中的锌主要随铁水、高炉渣、煤气灰、粉尘灰等排出。试验中，对铁水、高炉渣、煤气灰和粉尘灰中的锌样品进行了测试，测试后的计算结果见表4。其中，除尘灰按当月统计的平均值计算。两座高炉锌消耗的变化如图2所示。高炉锌总支出的计算公式为:
yzn =σyi
式中Yzn为锌的总消耗，kg/t；Yi是高炉各种产品带走的锌量。在本研究中，高炉产物包括铁水、高炉渣、煤气灰和除尘灰等。，kg/t，计算结果见表4。
从表4和图2可以看出:
1.对于3BF，锌的总消耗在0.18 ~ 0.24kg/t之间波动，平均值为0.2047kg/t，其中铁水、高炉渣、煤气灰和粉尘灰中锌的平均消耗分别为0.0612、0.0587、0.0571和0.0278kg/t，占锌的平均总消耗。
2.对于4BF，锌的总支出在0.14-0.69kg/t之间波动，其波动幅度较大，与取样期间高炉炉况不理想有关。锌的平均消耗为0.3110kg/t，其中铁水、高炉渣、煤气灰和粉尘灰中锌的平均消耗分别为0.1593、0.0651和0.000。分别占锌平均总支出的51.23%、20.92%、6.85%和20.99%。可见4BF锌支出以铁水为主，高炉炉渣和除尘灰为辅。
表4两座高炉锌消耗的分布
高炉锌平衡是指高炉总锌负荷与总锌排放量之差。锌的平衡计算公式如下:
Zzn = Xzn - Yzn
式中，Zzn为锌平衡值，kg/t；Xzn为总锌负荷，kg/t；Yzn为总锌消耗，kg/t。
根据表1和表2的统计和计算结果，湘钢3BF和4BF的锌平衡如图3所示。
从图3可以看出，3BF和4BF中锌的平衡量分别为0.5120kg/t和0.4222kg/t，说明每生产一吨铁水，3BF和4BF中锌的富集量分别为0.5120kg和0.422kg，锌收支的相对误差分别为71.44%和57.58%。在高炉内，一部分无法排出的锌可能凝结粘附在煤气上升管、炉喉、炉体上砖衬和大钟内表面，被氧化成锌小结，而另一部分锌则沉积在炉上砖衬的缝隙或壁面上，氧化体积扩大损坏炉衬或造成结瘤，这与3BF结瘤严重、休风频繁相吻合。在取样期间，4BF的炉况也不稳定。
三。锌诱导结瘤的分析
(a)锌在高炉中的移动
进入高炉的锌是一种微量元素，来自高炉的原料和燃料，以ZnO和ZnS的形式进入高炉。因为高炉上下的热力学条件差别很大，而且锌的还原温度和液体沸点都很低，所以很容易气化。因此，锌在高炉下部还原气化后，随气体上升到高炉上部的低温区，在下落的炉料上氧化冷凝，然后与高温区的炉料还原气化形成循环。气化后，部分锌在高炉上部凝结成粉尘，被煤气带走，部分锌进入渣铁排出炉外，其余在炉内循环富集。
(2)湘钢工业炉锌富集分析
根据湘钢3BF和4BF锌平衡分析，锌的富集比较大，入炉锌不能有效排出。现场生产情况是，2005年以来，1BF、2BF、3BF的热工制度极难控制，焦炭负荷变化频繁。通过休风降料位检查，发现三座高炉上部有结瘤现象。在高炉结瘤处理过程中，对ZBF炉体上部环形结瘤的不同部位进行了取样分析，分析结果如图4所示。
从图4中各肿瘤成分的变化趋势可以看出，在6个肿瘤样品中，除6号样品中锌含量相对较低外，其余5个样品中锌含量相对较高，6个样品中锌的质量分数分别为49.56%、15.04%、27.97%、55.78%、58.72%和8.88%，其中5号样品同时， 3号和6号肿瘤样品中SiO2和Al2O3的含量比其他样品高几倍到十几倍，每个肿瘤样品中SiO2和Al2O3的比例几乎为1: 1。 这说明在肿瘤形成过程中，进入高炉的粉矿在蒸汽和气流的作用下粘附在凝结的锌上，在炉喉500 ~ 600℃烧结，参与了肿瘤的形成。
碱金属方面，6个样品中(Na2O+K2O)的质量分数在0.40%-3.92%之间，相对较小。由此可见，高炉结块不是钾、钠等碱金属常规循环富集造成的。
从以上分析不难发现，湘钢高炉结瘤问题一方面在于原燃料锌负荷高；另一方面，高炉排锌效果不理想，排出的锌不到进锌量的50%。进入高炉的锌大部分仍存在于高炉中，在炉内不断富集，循环富集的结果必然导致高炉结瘤，给正常生产带来不利影响。
另外，根据文献研究，每年进入高炉的锌的临界值为0.3t/m3，如果超过这个值，就会导致炉块的形成。本文根据上述锌平衡，湘钢3BF和4BF年锌摄入量分别约为0.589t/m3和0.377t/m3，均高于炉内锌的临界值。因此，可以确定锌是炉喉和上部结瘤的主要原因。
四。结论
(1)湘钢3BF和4BF平均锌负荷分别为0.7167 kg/t和0.7332kg/t，其中烧结矿锌占锌负荷的78%以上，是锌负荷的主要来源。
(2)湘钢3BF和4BF锌总支出分别为0.2047kg/t和0.3110kg/t，其中3BF锌主要花在铁水、高炉渣和煤气灰上，占锌总支出的86.47%，4BF锌主要花在铁水上，占锌总支出的51.22%。
(3)湘钢3BF和4BF锌平衡量分别为0.5120kg/t和0.4222kg/t，绝对误差较大，表明湘钢高炉排锌效果较差。
(4)通过对炉喉处的结核取样分析，样品中锌的质量分数为8.88% ~ 58.72%，半数样品中锌的质量分数达到或超过50%，是结核中最重要的部分。两座高炉的年锌摄入量比锌的临界值高0.3t/m3，说明锌是湘钢高炉结渣的主要原因。
