在高爐生產(chǎn)中，鋅為有害無素，可對高爐冶煉行程構(gòu)成很多不良影響與危害，所以我們總希望入爐料中鋅的含量越少越好。高爐冶煉過程中鋅的來源:一是國內(nèi)鐵礦石均不同程度地含有鋅礦物，南方地區(qū)鐵礦石多為鉛鋅共生礦。二是兩個循環(huán)既爐內(nèi)循環(huán)富集和爐外循環(huán)富集,三是燒結(jié)配料中加入的含鋅雜料如煉鋼污泥等,四是部分高爐在入爐料中配加的含鋅金屬料如渡鋅廢鋼等.

一 鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集

鋅為低熔點有色重金屬，其熔點420℃，沸點907℃，液態(tài)鋅流動性好，易揮發(fā)，離子半徑較小，能浸入和充滿微細空間，有較大的表面張力系數(shù)，降溫時易凝聚在一起，在局部空間內(nèi)呈現(xiàn)較高濃度，其硫化物具有熱不穩(wěn)定性。鐵礦石中的鋅，在燒結(jié)過程中約有10％左右被脫除，其余多以ZnO狀態(tài)存在，少量為亞鐵酸鹽化合物，隨燒結(jié)礦進入高爐。因其熔點較高(ZnS熔點為1650℃，ZnO溶點為2000℃)，在高爐內(nèi)很難直接被熔化。

高爐冶煉條件下，Zn0在950℃以上的高溫區(qū)，被C或H2直接還原，直接消耗炭素,也有部分被CO間接還原。而ZnS則在400～500℃時就開始分解并以已還原出來的鐵作催化劑被還原，原料中所有Zn的還原過程，直到爐腹的高溫區(qū)才能完成，鋅的反應(yīng)方式很多教科書中都有,這里不再列出。

高爐下部還原出來的鋅,，呈汽態(tài)，具有很強的揮發(fā)性。在隨煤氣上升的過程中，一部分滲入爐襯的氣孔中，一部分被后加的爐料吸收，一部分隨煤氣從爐頂溢出爐外。隨著溫度的降低、鋅又從汽態(tài)凝聚為液態(tài)或結(jié)晶為固態(tài)，并重新被氧化成氧化鋅(ZnO)。高爐上部含鋅爐料在下降過程中吸收汽態(tài)鋅后，更多的鋅在高爐下部重被還原，再次進入煤氣中，使其在煤氣中的濃度升高。這種循環(huán)往復(fù)，構(gòu)成了鋅在高爐內(nèi)的循環(huán)富集，它可使鋅在高爐內(nèi)達到很高濃度，甚至處于飽和狀態(tài)。

二 鋅的爐外循環(huán)富集

隨煤氣溢出爐外的鋅蒸汽、隨溫度降低冷析成微細的顆粒，沉降在除塵器內(nèi)，混入爐塵既重灰中。或經(jīng)干除塵過濾,沉降在除塵灰既輕灰中,實踐表明,輕灰中的鋅含量要遠高于重灰中的鋅含量,這是由鋅蒸汽冷析后成極細的顆料特性決定的.除塵灰再用于燒結(jié)配料，則在高爐與燒結(jié)廠之間形成循環(huán)，稱為鋅的爐外循環(huán)。鋅的爐外循環(huán)，提高了燒結(jié)礦鋅含量，加劇了爐內(nèi)循環(huán)富集。

三 鋅對高爐生產(chǎn)的影響及危害

鋅的爐內(nèi)爐外兩個循環(huán)富集,構(gòu)成了對高爐生產(chǎn)極大的危脅,鋅對高爐冶煉行程的影響及危害主要表現(xiàn)在對高爐順行的影響,對高爐本體爐襯爐皮的破壞及對煤氣處理系統(tǒng)的破壞.

1 對高爐冶煉的影響

高爐內(nèi)被還原出來的鋅在隨煤氣上升過程中，在低溫區(qū)冷凝成細小顆?；蛟俦谎趸蒢nO，沉積于爐料孔隙中，使?fàn)t料透氣性變差，破壞煤氣分布,使煤氣分布紊亂,爐料下降因難，造成高爐塌料,滑料,甚至懸料。其次,高溫區(qū)還原出來的鋅,雖然有一大部分會隨煤氣上升,但還是有一部分會進入渣鐵液,或滲入爐襯爐墻的耐火材料中,并逐步形成爐瘤,破壞高爐順行.另外,還原出來的鋅還往往以渣皮的形式附著在冷卻壁上,這種以鋅為粘結(jié)物形成的渣皮極不穩(wěn)定,容易引起頻繁的脫落,使?fàn)t溫波動.

2 鋅對爐襯的破壞作用

鋅在耐火磚爐襯中沉積引起體積膨脹，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成材料破壞。由于耐火材料具有較高氣孔率，爐內(nèi)較高的壓力的煤氣，易于滲入耐火磚爐襯的氣孔內(nèi)，尤其是鋅蒸汽，在高溫下有較大的穿滲能力，更容易浸入耐火材料的內(nèi)部，甚至達到金屬爐殼附近，最易發(fā)生鋅在爐襯內(nèi)部的沉積。

一般而言，在爐襯高度方向上：爐腰及以下部位沉積的多為金屬鋅，爐身上部和爐喉為氧化鋅，中間區(qū)域兩者兼有；在高爐爐襯徑向方向上：爐身以上，氧化鋅多沉積在耐火磚襯的前半部分(靠近熱面)：而鋅的沉積從上到下，隨爐襯內(nèi)高溫區(qū)外移而變化。在鋅(氧化鋅)沉積最多的地方也往往產(chǎn)生大量的煙炭沉積。

鋅氧化體積膨脹系數(shù)遠大于粘土磚，且煙炭沉積也有明顯的體積膨脹。鋅、氧化鋅和煙炭浸入并沉積于爐襯的氣孔和初始的裂縫中，體積膨脹產(chǎn)生擴張力，使氣孔壁破壞和裂縫加長。在溫度降低時，使磚襯不能回縮，當(dāng)溫度再次升高時，裂縫擴展。裂縫在交替收縮、擴展中不斷加寬加長，使?fàn)t襯發(fā)生膨脹而遭到破壞。

鋅在碳磚爐缸中的沉積容易產(chǎn)生孔洞狀浸蝕，嚴(yán)重時將導(dǎo)致爐缸穿漏事故。此外，因爐襯的膨脹作用于爐殼，使?fàn)t殼鋼板變形和開裂。鋅與鐵反應(yīng)生成鋅鐵合金，又使?fàn)t殼強度降低并導(dǎo)致裂縫，并且這種裂縫還不易焊補。

鋅在高爐高度方向上的鋟蝕分述如下:

在高爐上部,鋅的危害主要是爐墻上的爐瘤和爐墻結(jié)厚,在隨煤氣上升的鋅中,有一部分會沉積在爐身上部磚襯縫隙中,這部分沉積物還會不斷凝聚鋅和其它粉塵顆粒并與爐料和爐襯反應(yīng),發(fā)生膨脹,形成爐瘤和爐墻結(jié)厚

在高爐中部和中上部,鋅的危害主要表現(xiàn)為對料柱空隙的堵塞,鋅對料柱空隙的堵塞導(dǎo)致煤氣通道變小,影響爐況順行.

在風(fēng)口處,鋅的富集會造成風(fēng)口上翹和變形,嚴(yán)重的甚至造成大套斷裂,冷卻壁進出水管變形.其機理是在鉀鈉等鋟蝕能力強的堿金屬對磚襯的交界處和其它薄弱環(huán)節(jié)進行侵蝕以后,大量的鋅會隨之進入并在其中聚積生長,越積越多,對磚襯進行破壞,導(dǎo)致風(fēng)口上翹和變形.而且,有實驗表明,爐頂壓力越高,鋅隨煤氣的外排量越少,而在風(fēng)口處的聚積就越多.

鋅還會對爐缸爐底進行侵蝕,武鋼高爐研究其鋟蝕的路徑為:含有堿金屬和鋅蒸汽的煤氣首先由風(fēng)口附近的縫隙滲入,然后在800-1030度的溫度區(qū)間侵蝕高鋁磚,形成初始環(huán)縫,隨著鋟蝕反應(yīng)持續(xù)進行,環(huán)縫向下延伸,一直到爐缸和爐底爐襯.同時武鋼研究表明,鋅對爐底爐缸的侵蝕作用要比堿金屬大.

3 鋅瘤

高爐結(jié)瘤，一般發(fā)生在有熔融物出現(xiàn)的部位，而在高鋅礦冶煉中，高爐上部結(jié)瘤情況卻有所不同。如廣鋼、三明及柳鋼等冶煉含鋅礦時，結(jié)瘤多出現(xiàn)在爐身上部塊狀帶，爐喉及煤氣上升管等不可能出現(xiàn)液相的區(qū)域。

究其原因，主要在于：鋅在爐身循環(huán)富集，上升煤氣中鋅蒸氣壓在爐內(nèi)條件下達到飽和；當(dāng)溫度下降時，鋅飽和蒸氣壓下降，鋅大量從煤氣中析出。析出的鋅，一部分沉積在爐料表面形成爐內(nèi)循環(huán)富集，另一部分吸附于溫度較低的爐壁、爐喉鋼磚及煤氣上升(或下降)管內(nèi)壁上。這種吸附的積累便形成爐瘤。

實踐表明,在上升管部位的爐瘤，質(zhì)基較松散，易除去，而在爐喉部位的瘤則質(zhì)基堅硬，比重為5.4g／cm3，敲擊呈金屬聲響，極難除去。

爐頂溫度較高時，煤氣中的鋅常在溫度較低的上升管中析出，吸附、沉積，最終形成煤氣上升管瘤，上升管結(jié)瘤發(fā)展很快，一旦形成，便迅速長大，最終導(dǎo)致管道堵塞。這是因為當(dāng)上升管結(jié)瘤形成時，造成管道有效通道因鋅的沉積而減少，流經(jīng)該處的煤氣流速變大，此后煤氣流速又因通道變大而降速。大顆粒粉塵便在通道結(jié)瘤處沉積使瘤長大，從而堵塞管道。這種爐瘤質(zhì)基較為松散，在堵塞部位(溫度明顯低于別處)開孔、敲瘤、排灰，較易處理，堵塞物中鋅含量常高達5％以上。有鋼鐵廠取樣分析顯示，鋅瘤呈清晰的非均勻?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，其形成、長厚為不連續(xù)非均勻過程，高爐冶煉中爐頂溫度、壓力等的大幅度、長時間波動，間歇地提供了爐瘤迅速長大的機會。鋅瘤以10～lOOmm(大多為10～50mm)為一個層狀單元，每個層狀單元又由許多薄層組成，每一薄層厚度約為0．03～0.20mm。若將每結(jié)厚50～lOOmm稱為一個結(jié)瘤層周期，則此周期大致與高爐計劃休風(fēng)檢修周期相對應(yīng)。

4 對其它設(shè)備的破壞

隨煤氣逸出的鋅不信易堵在上升管中形成鋅瘤,還易在干式除塵的入口堵塞,使壓差升高,同時,含鋅高的除塵灰,遇空氣自燃,往往大面積燒壞除塵布袋.不僅造成極大的經(jīng)濟損失,而且影響高爐生產(chǎn).另外,隨煤氣上升的鋅或氧化鋅,還常常會在爐頂煤氣密封罩上聚積,影響布料溜槽的正常運行.

四高爐鋅害的防治措施

高爐鋅害的防治，應(yīng)從入爐鋅量、爐體結(jié)構(gòu)及操作三方面入手，綜合進行。

1 高爐冶煉中，防治高爐鋅害的根本措施是減少入爐原燃料的含鋅量。實踐表明，含鋅小于0.1％的鐵礦石，在高爐中均可順利冶煉。對高鋅鐵礦石，在條件具備的情況下，應(yīng)采用配礦方法或其他爐外處理方法(如浮選法和氯化焙燒法等)，將入爐礦的含鋅量降到允許含量：

2 在爐體方面，提高爐襯磚的密度，采用氣孔度低、密度高、強度好、抗鋅性能強的耐火材料砌筑高爐爐襯，如高密度粘土磚、高密度碳磚、石棉纖維泥漿、石棉水渣填料等。

3 改進爐襯結(jié)構(gòu)，適應(yīng)爐襯膨脹，避免應(yīng)力集中造成材料的破壞：

1)如減薄爐身磚襯厚度，減小爐襯徑向膨脹，降低對冷卻設(shè)備和爐殼的推力

2)爐身部位采用鑲磚式立冷壁代替插入式扁水箱，使磚襯冷卻均勻、磚襯圓周方向不出現(xiàn)過大的應(yīng)力集中，避免相互擠壓性破壞；

3)適當(dāng)增大磚襯與冷卻壁(或爐殼)間填料層厚度、爐身砌磚頂面與爐喉鋼磚下沿間距離，以吸收磚襯溫度升高后在徑向和豎向所產(chǎn)生的體積膨脹，并填充抗鋅性強填料，防止鋅的滲入；

4)爐缸及以下部位的砌磚采用多層同心圓的砌筑方法，提高層磚在不同溫度下的自由膨脹性能，避免滲鋅后內(nèi)外膨脹量相差較大，造成應(yīng)力集中使磚襯出現(xiàn)環(huán)狀破壞。

4 采用強度和韌性較好的鋼板制做爐殼，適當(dāng)增加爐殼鋼板的厚度：在開孔較多的部位采用補強等辦法，提高爐殼強度。捉高爐缸部位爐皮折點位置，以適應(yīng)爐底磚襯豎向膨脹的要求；保證爐殼焊縫質(zhì)量，保持較好的焊縫強度和氣密性，防范煤氣外漏，減弱煤氣和鋅向磚襯中的遷移和沉積。

5 操作及護爐，保持爐況穩(wěn)定、順行，減少爐溫波動，消除或減少結(jié)瘤層形成的周期條件。

6 提高鐵礦石的軟熔溫度有助于提高低溫下鋅的還原程度，減少鋅循環(huán)區(qū)的鋅量，增加鋅從爐頂?shù)呐懦隽?，從而有利于爐況順行和焦比降低。

7 燒結(jié)脫鋅,氯化燒結(jié)脫鋅率可達80％，但氯氣處理和設(shè)備腐蝕等問題難以解決。一般燒結(jié)也可部分脫鋅脫鋅率隨燒結(jié)堿度和配炭量增加而提高,所以適當(dāng)提高燒結(jié)礦堿度和增加配炭量都可促進燒結(jié)過程脫鋅.