铅锌杂质在高炉炼铁中的循环

铅锌杂质在高炉炼铁中的循环

肖峰

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摘要：铅锌杂质是导致高炉炉况失常、煤气流紊乱及铁水质量下降等诸多问题的主要原因之一。对高炉冶炼中含铅、锌杂质的矿物特征进行分析，重点论述高炉内含铅、锌杂质的分布规律，并对其在冶炼过程中的循环规律进行总结，以寻找减少铅、锌等杂质对高炉生产造成的危害为目的提出相应对策，主要包括：选择合适的原材料及合理配矿、改善高炉设置、优化排铅法、提高炉窑技术、强化环保监测等。

关键词：铅锌杂质；高炉炼铁；钢铁生产

高炉冶炼是钢铁生产中的一个关键环节，它直接关系到钢铁生产的效率和质量。由于钢铁原料来源、成分等比较复杂，因此冶炼原料中往往会含有铅、锌等杂质，从而对高炉的生产造成一定的影响。为了改善高炉冶炼的效率、安全性及钢铁产品的品质，必须对铅锌杂质进行全面地分析，掌握其循环过程和危害，以寻求减少其危害的有效途径。

一、高炉炼铁中铅锌杂质及矿物特性

在高炉冶炼中，铅、锌在熔炉中被还原、沉淀、附着于炉壁上，不但造成了生产安全隐患，而且对大型高炉造成了不良影响。在自然界中，大多数的铅、锌都是以硫化物形式存在的，而高炉冶炼中按铅、锌的矿石性质可以划分为铁精矿、球团矿、炼铁炉等。由于大部分含铅、锌的杂质都是以矿物和晶体为主要成分，因此通常是在以后的熔炼过程中减少对铅、锌量的影响。

二、铅、锌在炼铁过程中的循环过程和影响

（一）铅、锌的收支分析

铅、锌杂质会对高炉冶炼产生不利影响，不同炼钢厂或同一家钢厂在不同阶段，其入炉原料中的铅、锌杂质的来源及消耗情况存在差异。一般说来，我国的铁矿石中铅、锌含量比进口的矿石要高得多；在高炉中，烧结矿的贡献超过50%；其中，铅、锌等杂质主要由煤气净化装置排放，有些则滞留在炉中，如果积聚到一定程度，会对高炉造成很大的伤害，例如韶钢2号高炉曾出现年炉底排铅量超过百吨，严重影响了高炉的安全。表1为高炉铅、锌的收入情况，表2为高炉铅、锌的支出情况。其中，烧结矿在高炉中的铅、锌资源中占有75.19%和66.75%，而冶炼灰的锌、铅占有比例则分别为75.72%和98.50%。因此，在不考虑炉底排铅量的情况下，冶炼灰是高炉冶炼生产的主要铅、锌收入来源。

表1 高炉铅、锌收入情况

表2 高炉铅、锌支出情况

冶炼灰的烧结和再回收，使铅、锌的危害大大增加，而铅、锌的炉外循环使其进一步恶化。经计算，炉膛中的Zn循环量较入炉Zn大1个量级，从而加剧了锌的危害。因此，对高炉冶炼粉尘进行脱铅、脱锌处理，或降低冶炼粉尘的进入，对铅、锌的危害有很大的抑制作用。

（二）铅、锌对高炉的危害

1.铅危害

铅对高炉的危害主要体现在铅液渗入炉体、发生氧化膨胀方面。铅溶液渗透到炉身的耐火材料中，发生氧化、膨胀，形成内部应力，造成耐火材料的损伤，甚至是炉壳的破裂。铅液的密度比铁水大，流动性较差，不易溶解，在炉膛、炉底积聚大量的液体铅可导致炉前运行不正常，例如铁口、主沟等不易保养，堵塞撇渣器，造成跑铁事故等。铅蒸气排放到炉膛内，不仅对环境造成危害，而且容易引起工人的铅中毒。

2.锌危害

锌杂质会造成炉衬腐蚀：由于锌的渗透，在炉衬的缝隙和空隙中沉积，造成了炉衬的体积膨胀。锌杂质会引起高炉结瘤。由于锌蒸汽上升，凝结，氧化，在砖内形成高锌粉尘。当有条件时，可转化为炉瘤，炉瘤的滑落会对风口结构造成损害。

三、铅、锌在高炉炼铁中的影响

（一）铅对炼铁的影响

铅在冶炼过程中的作用主要有两个方面。一方面，铅水进入熔炉，在熔炉内发生氧化和膨胀，会对熔炉的结构造成一定的损伤。另一方面，铅对碳砖也有腐蚀作用，铅渗入碳砖中，碳砖被氧化膨胀后会产生裂缝，使其结构遭到破坏。当碳砖温度低于其熔点时不产生渗流，而铅的熔点很低，它的渗流面积大，破坏力大。虽然底部的排铅法可以在一定程度上减少铅对铁水的污染，但是大量的铅被排出，造成了很大的污染。

（二）锌对炼铁的影响

锌在炼铁过程中的作用有三个。一是当锌进入到耐火材料的空隙中后，由于氧化作用，导致其体积增大，产生内应力，破坏了内衬的结构，通过实验发现，在氧化过程中，锌会变成氧化锌，其体积膨胀率可以达到50%或更高。第二种情况是，锌会粘在炉子的表面，变成一个附着物。第三种情况是，锌会在炉料下面沉淀，导致物料的透气性降低，炉膛下降或产生悬渣等问题。

（三）碱性元素在炼铁中对铅、锌的影响

在高炉冶炼时，由于碱金属的渗入，对铅、锌的不良影响也是很大的。碱金属、铅锌等金属元素对高炉的结构产生了一定的影响。例如，随着化合物的增多，气体的利用率将下降，从而影响到铁的还原和有效地排出。在高炉内，由于锌的沉积，会产生大量的碳沉淀，从而渗入砖体内的裂纹，造成砖的损伤。另外，由于碱性物质在鼓风炉内的循环，会影响到焦炭的颗粒大小和密度，从而对还原过程产生不良的影响。

四、降低铅锌杂质危害的应对措施

（一）精选入炉原料，合理配制矿料

高炉炼铁企业和相关人员要重视对入炉原料的筛选，根据有关标准，合理配置高质量的矿石，以确保原材料的质量，使铅锌杂质的含量处于合理、规范的范围内。具体来说，应将入炉原料中的铅锌杂质比例控制在一定范围内，同时，相关人员还要严格控制入炉的细小颗粒的比例，以此提升高炉生产中的排铅率。此外，还应注意防止进入高炉的铁矿石水分过高，影响后期的冶炼效果。

（二）改进高炉设置，优化排铅工艺

为了有效减少铅锌杂质对人体造成的伤害，高炉炼铁人员要根据实际生产需求及高炉生产操作状态，完善高炉的相关设置，尤其要完善排铅孔设置。目前，大多数高炉的排铅孔设置于炉顶上部，这种设置方式存在一定的缺陷。为此，要结合企业的实际情况，提出一种新型的排铅孔布置方式，排铅孔布置方式具有较高的安全性。在实际工作中，工作人员可在高炉炉底冷却系统下开设排铅孔，进而利于铅液固化，并在增加铅液固化速率的同时，为铅液下渗设置屏障。

（三）提升筑炉技术，加强环境监控

改善筑炉工艺，加强对炉膛的监测是降低铅、锌等杂质对人体危害的一种有效方法。在实际操作中，可以采用超微孔碳砖、高耐蚀性的石墨炭砖，通过先进的技术，减小材料与炉体的缝隙，降低铅锌杂质对炉体的损伤。此外，要合理控制铁水流速及喷煤强度，确保生铁成分满足冶炼需求。同时，还要做好造渣工作，以保证铁液的流动性能良好，并实际情况实施冷却工艺优化，延长高炉寿命。在此基础上，操作人员要不断提高自身的操作水平及对高炉运行环境的监测能力，对炉渣、炉内中心气流及其他内容展开监测与分析，以细化高炉炼铁操作程序为前提，保持炉内物质与温度稳定，以此降低铅锌杂质对人体造成的伤害。

五、结语

铅、锌等杂质以极小的颗粒级和其他矿物为伴生体，对高炉的生产、安全和生产都有很大的影响。为了改善高炉冶炼质量，确保生产安全，提出了两种不同的循环方式：一是高炉内循环，二是通过外界环境实现循环。通过分析铅、锌等杂质对高炉造成的危害，明确高炉冶炼工人在高炉生产中应做到合理选用材料、合理配置选矿、不断优化高炉设置、加强对高炉内部环境的监测等。

参考文献

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