永鋼降低高爐爐渣MgO/Al2O3的實踐分析

陳鵬飛  李挺  張艷

(江蘇永鋼集團制造管理部配礦中心，張家港  215628)

摘  要：近年來，各鋼企紛紛從內(nèi)部著手挖掘潛力，實現(xiàn)降本增效。不少煉鐵廠已經(jīng)實現(xiàn)了高爐爐渣低MgO/Al2O3運行，減少燒結(jié)配礦過程鎂質(zhì)熔劑的用量，從而實現(xiàn)降本。永鋼也就此展開了理論研究和生產(chǎn)實踐，并成功將爐渣低MgO/Al2O3成功應(yīng)用到高爐實際生產(chǎn)中。

關(guān)鍵詞：爐渣低MgO/Al2O3 降成本 燒結(jié)礦質(zhì)量 高爐順行

Practice analysis of reducing blast furnace slag MgO/Al2O3 in Yonggang

ChenPengFei , LiTing,ZhangYan

(Manufacturing management department ore distribution center of Jiangsu Yonggang Group Co, Ltd, Zhangjiagang Jiangsu 215628)

Abstract: In recent years, with the development and maturity of blast furnace smelting technology, many iron smelting plants have realized low MgO/Al2O3 operation of blast furnace slag, reducing the amount of magnesium flux in the sintering and blending process, thus achieving cost reduction. The technical staff of yonggang also carried out theoretical and practical research, and successfully applied low MgO/Al2O3 slag to the actual production of blast furnace.

Keywords: slag low MgO/Al2O3  cost reduction and efficiency  sinter quality  the blast furnace anterograde

1 綜述

1.1國內(nèi)外高爐爐渣MgO/Al2O3的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

在近代高爐冶煉發(fā)展進程中，國內(nèi)外許多煉鐵工作者都對高爐爐渣中MgO/Al2O3進行了大量理論和生產(chǎn)實踐的研究。楊潤德[1]通過試驗認為在Al2O3<15%時，MgO/Al2O3適宜的范圍為0.45~0.55，Al2O3>16%時。武鋼的6號高爐[2]，在爐渣中Al2O3=17%的條件下，將MgO/Al2O3降低到0.6的水平。表1、表2分別為國內(nèi)外部分鋼鐵企業(yè)不同級別爐容高爐爐渣MgO/Al2O3數(shù)據(jù)統(tǒng)計。從數(shù)據(jù)上看，目前國內(nèi)高爐MgO/Al2O3的先進水平可以達到0.46的水平，而國外的高爐甚至可以達到0.4以下的水平。

表1  2018年國內(nèi)部分鋼企高爐爐渣MgO/Al₂O₃水平

Tab 1 MgO/Al₂O₃ level of blast furnace slag in some domestic steel enterprises in 2018

表2 國外部分鋼企高爐爐渣MgO/Al₂O₃水平

Tab 2 MgO/Al₂O₃ level of blast furnace slag in some foreign steel enterprises

1.2 永鋼高爐爐渣MgO/Al2O3的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

永鋼高爐爐渣中Al2O3含量一般維持在15%~16%，高爐技術(shù)人員通常認為MgO/Al2O3應(yīng)控制在0.65以上是保證高爐穩(wěn)定順行的有利條件。表3為2018年永鋼各高爐爐渣及燒結(jié)礦成分數(shù)據(jù)，1000m3以下的高爐爐渣MgO/Al2O3大多維持在0.65~0.70，三座1080m3高爐爐渣MgO/Al2O3水平0.61~0.62，均與國內(nèi)外先進水平有著較大的差距。

為使爐渣MgO/Al2O3滿足高爐冶煉需求，技術(shù)人員一般通過在燒結(jié)配入一定比例的白云石粉提高MgO含量。2018年永鋼燒結(jié)礦中的MgO一般維持在2.5%左右，也明顯高于國內(nèi)多數(shù)企業(yè)的實際水平。燒結(jié)礦中MgO含量升高不僅意味著燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的下降，更會導致其品位下降，從而影響高爐綜合入爐品位，增加高爐燃料消耗，最終導致鐵水成本上升。

表3  永鋼2018年高爐爐渣MgO/Al₂O₃水平

Tab 3 Blast furnace slag MgO/Al₂O₃ level in 2018 at yonggang

2 永鋼降低高爐爐渣鎂鋁比的實踐分析

2.1 降低燒結(jié)礦MgO含量對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響

以300m2帶燒為例，統(tǒng)計2018年1~12月份數(shù)據(jù)，分別在燒結(jié)礦堿度R=1.80、1.85、1.90時，MgO=2.20、2.30、2.40、2.50、2.60時，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓的變化趨勢，數(shù)據(jù)見下表。

表4 300m²帶燒燒結(jié)礦不同堿度及MgO含量時燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓數(shù)據(jù)

Tab 4 Sintering drum data at different alkalinity and MgO content of sintering sinter in 300m² zone

如下圖，在燒結(jié)礦堿度R=1.80、1.85、1.90時，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓隨燒結(jié)礦MgO含量呈現(xiàn)比較明顯的規(guī)律性。隨著燒結(jié)礦MgO含量的升高，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓整體呈現(xiàn)下降趨勢，但在MgO=2.4%時，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓均出現(xiàn)上升的拐點，隨后又呈現(xiàn)下降趨勢。R=1.85、1.90時，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓的最高點均出現(xiàn)在MgO=2.20%的時候。

現(xiàn)有的一些研究結(jié)論表明[3]，Mg2+離子會與磁鐵礦形成鎂尖晶石[(Fe，Mg)O·Fe2O3]，阻礙鐵酸鈣的形成，因此MgO含量提高對燒結(jié)礦強度會造成不利的影響。但MgO在燒結(jié)生產(chǎn)過程中又會形成鎂橄欖石（熔點1890℃）、鈣鎂橄欖石（熔點1454℃）、鎂薔薇輝石（熔點1570℃）等一系列高熔點礦物，在一定程度上又會提高燒結(jié)礦強度。因此實際數(shù)據(jù)中出現(xiàn)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓整體隨MgO含量提高而下降，但在MgO=2.4%時又出現(xiàn)上升拐點的現(xiàn)象。但總體而言，燒結(jié)礦應(yīng)在滿足高爐造渣要求的前提下，降低MgO含量將有利于提高燒結(jié)礦質(zhì)量。

2.2 降低高爐爐渣MgO/Al2O3對高爐冶煉的影響

以永鋼現(xiàn)階段高爐降低MgO/Al2O3的時間數(shù)據(jù)進行分析，表5是2018年、2019年高爐的爐渣成分。

表5 2018年、2019年高爐爐渣數(shù)據(jù)

Tab 5 Blast furnace slag data for 2018 and 2019

從數(shù)據(jù)上看，2018年4月份以后，高爐爐渣中Al2O3含量逐步呈現(xiàn)上升趨勢，總體維持在15%~16%的水平。

根據(jù)永鋼技術(shù)人員的操作經(jīng)驗，通常認為MgO/Al2O3應(yīng)當維持在0.65以上的水平才能保證高爐順行，因此2018年1~10月份爐渣MgO/Al2O3均在0.65左右，個別高爐甚至做到了0.7以上。

2018年11月份開始，煉鐵廠開始嘗試降低高爐渣MgO/Al2O3，12月份以后高爐渣鎂鋁比基本上維持在0.6以下，2019年2月份、3月份維持在0.57的水平。

高爐實行爐渣低MgO/Al2O3操作之后，各高爐爐況整體保持穩(wěn)定順行，如表6數(shù)據(jù)，除9#高爐因爐況波動平均Si相對偏高，其余各高爐基本維持在0.34-0.42的水平。

表6 2019年1-3月份各高爐平均Si數(shù)據(jù)  單位：%

Tab 6 Average Si data of all blast furnaces from January to March 2019 unit: %

圖4為2019年1-3月份各高爐物理熱變化趨勢，各高爐物理熱均維持在1480℃以上的水平，爐缸熱量充足。其中1000m3級以下的高爐物理熱整體低于1000m3級高爐的物理熱水平。從高爐物理熱數(shù)據(jù)看，高爐在低Si、低MgO/Al2O3的條件下仍能維持爐缸活躍，證明低MgO/Al2O3冶煉在永鋼高爐是可行的。

2.3 降低高爐爐渣鎂鋁比對鐵水成本的影響

降低爐渣鎂鋁比主要是減少燒結(jié)配礦時鎂質(zhì)熔劑的用量，從而提高燒結(jié)礦的品位，進一步提高高爐的綜合入爐品位，降低高爐渣量的帶入，在一定程度上提高鐵水產(chǎn)量并降低高爐燃耗。實際生產(chǎn)中混勻料批次不同以及高爐爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整對燒結(jié)品位、高爐綜合入爐品位的影響較大，因此本文設(shè)定混勻料、高爐爐料不變，以4月份的原輔料價格測算，理論分析降低高爐渣MgO/Al2O3對煉鐵成本的影響。

設(shè)定燒結(jié)礦堿度R=1.85，MgO含量由2.5%下降到2.3%，燒結(jié)礦的成分如表7所示，燒結(jié)礦MgO下降0.2%，燒結(jié)礦品位提高0.15%。

表7 燒結(jié)礦成分

Fig 7 Sinter composition

設(shè)定高爐爐料結(jié)構(gòu)為79%燒結(jié)礦+8%球團礦+13%塊礦，高爐爐渣堿度R=1.22，則成本對比如下表。高爐綜合入爐品位提高0.11%，礦耗下降3kg/t，爐渣Mg/Al2O3下降0.04，燃料比下降1.09kg/t，鐵水成本下降4.33元/t。即爐渣鎂鋁比每下降0.01，鐵水成本可下降1.08元/t。

表8 鐵水成本對比

Fig 8 Comparison of the cost of molten iron

3 結(jié)論

（1）燒結(jié)礦MgO含量升高對轉(zhuǎn)鼓有不利影響，實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，在燒結(jié)礦堿度相同的條件下，隨著MgO含量提高，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)整體呈現(xiàn)下降趨勢。主要是由于Mg2+離子會與磁鐵礦形成鎂尖晶石[(Fe，Mg)O·Fe2O3]，阻礙鐵酸鈣的形成。因此，在滿足高爐造渣要求的前提下，應(yīng)盡量降低燒結(jié)礦中MgO的含量。

（2）永鋼各高爐爐渣MgO/Al2O3從0.65下降到0.57，高爐爐況整體運行較好，高爐在低硅冶煉的條件下鐵水物理熱仍能維持1480℃~1500℃的水平，證明爐渣低MgO/Al2O3在永鋼具有可行性。

（3）設(shè)定混勻礦、高爐爐料結(jié)構(gòu)相同，在爐渣堿度R=1.22的條件下，爐渣MgO/Al2O3降低0.04，根據(jù)計算，高爐綜合入爐品位提高0.11%，，燃料比下降1.09kg/t，鐵水成本下降4.33元/t，即高爐爐渣MgO/Al2O3每下降0.01，鐵水成本可下降1.08元/t。

參考文獻

[1] 楊潤德，候曉川，李賀.高爐渣合理堿度和鎂鋁比的理論研究[J].礦冶工程，2014(34):402-405.

[2] 許滿興,張?zhí)靻?鐵礦石優(yōu)化配礦[M].冶金工業(yè)出版社.2018.

[3] 范曉慧.鐵礦燒結(jié)優(yōu)化配礦原理與技術(shù)[M].冶金工業(yè)出版社.2013.