谢绍玮，王小平

(榆中钢铁有限责任公司，甘肃 榆中 730000)

摘 要: 面临钢铁行业严重过剩环境下的市场激烈竞争，钢铁企业不得不在高炉冶炼技术方面不断创新和突破，以应对生存和发展的挑战。榆钢公司借鉴国内外先进技术，逐步降低白云石使用比例直至停配，为西部大型高炉的低 MgO 炼铁技术进行了有益的尝试。

关键词: 氧化镁; 烧结; 炼铁

1 引言

在传统的炼铁工艺中，为满足高炉生产实践中渣系对氧化镁含量的要求，在烧结配料中配加轻烧白云石或在高炉配料中配加白云石等，以满足高炉渣物理和化学性能，保证高炉运行的长期稳定顺行，赢得良好的技术指标和经济效益。

榆钢公司在面对钢铁行业严峻的竞争形势下，为争取进一步降低铁水成本，在 2800m³ 高炉进行了降低氧化镁的攻关试验。

2 低氧化镁冶炼的理论和实践依据

2．1 存在的争议

在烧结矿中配加含镁物料时，有利方面是 MgO易与 Fe₃O₄ 结合生成镁磁铁矿( MgO·Fe₃O₄ ) ，从而阻碍 Fe₃O₄ 氧化为 Fe₂O₃ ，降低铁酸钙 ( CaO ·Fe₂O₃ ) 相的生成量，影响成品烧结矿的强度和还原性。同时由于氧化镁的存在，减少了硅酸二钙与难还原钙铁橄榄石、铁橄榄石生成机会，利于烧结生产过程^［1］。

不利方面是氧化镁加入阻碍了铁酸钙的生成，如果氧化镁加入过多，在烧结过程中形成以镁硅钙石等多种以玻璃质为基体的低熔点物相，各种物相结晶膨胀系数差异加大，致使烧结矿冷却时产生应力集中而粉化。氧化镁质量分数提高后，烧结矿矿物组成中的 CaO·MgO·SiO₂ 和硅酸盐玻璃质质量分数明显增加，硅酸盐玻璃质质量分数的增加对烧结矿强度有相当不利的影响^［2］。

2．2 烧结方面

从烧结矿生产机理上分析，低硅高碱度烧结矿中黏结相以铁酸钙为主，低 MgO 易于铁酸钙的形成，有助于矿物结构均匀化，烧结矿强度提高，还原性改善，燃料消耗降低，从而使烧结矿的各项指标得到优化。在 SiO₂ 为 4．40% 时，将 MgO 降低到1．30%，强度可以达到基准的水平，烧结矿粒度组成和成品率均有改善^［3］。MgO 含量与烧结机利用系数间试验趋势见图 1。

经试验验证，在烧结矿生产中 MgO 含量增加1%，成品矿的强度将下降 3%，900 ℃还原性将降低5% ^［1］ ; 随烧结矿 MgO 含量降低，烧结矿 RI 和 RDI基本没有变化，只有在 MgO 的质量分数降至 1．4%时，烧结矿 RI 有所提高，而 EDI 明显下降; 随烧结矿 MgO 含量降低，烧结矿 TFe 品位升高，配料中MgO 每降低 0．2%，烧结矿 TFe 品位升高 0．102%;随烧结矿 MgO 含量降低，烧结灰石配加量增加0．67%，白云石配比降低 0．945%，也即熔剂配比减少 0．275%，相应烧结矿熔剂降低 3．02 kg/t ^［4］ 。

2．3 炼铁方面

根据 SiO₂ 含量为 35%时的 CaO－SiO₂－Al₂O₃ －MgO 四元渣系等黏度图( 图 2) ，图中椭圆形粗实线区域是高炉冶炼适宜的炉渣成分区域。在此区域内，R 2 为 1．1 时，随着 Al₂O₃ 含量提高，黏度增加; 但如果增加适当的 MgO，则仍可保持炉渣具有良好的流动性。因此通过提高 MgO 可以有效解决 Al₂O₃ 含量提高后炉渣流动性和脱硫能力差的问题。MgO含量只要达到 7%以上，终渣即可具有优良的流动性和良好的脱硫能力^［5］ 。

当炉渣 R2 在 1．0～1．2、CaO 含量在 35%～45%、SiO₂ 含量在 40%～50%、MgO 含量在 4% ～12%范围内，高 Al₂O₃ 为 15%时，炉渣成分处于较稳定的黄长石区域，炉渣成分波动对熔化温度的影响幅度很小，黏度值很低( ≤0．8 pas) ; 当温度处于 1 400～1 500 ℃时，炉渣的熔化温度和黏度值低且处于稳定阶段，保持高炉炉渣的流动性和稳定性; 当高 Al₂O₃ = 15%、二元碱度在 1．0～1．25 的范围内，并不需要 8%以上的 MgO 含量，4%～6%的 MgO 含量的炉渣结构同样处于低熔化温度和低黏度的镁黄长石温度区。这就从炉渣理论上告诉我们，在正常条件下，没有必要提高烧结矿和炉渣的 MgO 含量。当炉渣高Al₂O₃ ≤15%时，提高炉渣的 MgO 含量对改善炉渣的性能几乎没有积极作用。同时，由于炉渣中 MgO 含量降低，致使炉渣三元碱度降低，有利于高炉排碱^［4］ 。

经试验验证，随烧结矿 MgO 含量降低，高炉入炉品位升高，MgO 每降低 0． 2%，入炉品位升高0．087%; 高炉冶炼矿比降低，MgO 每降低 0．2%，高炉冶炼矿比降低 2．4 kg/ t; 由于入炉品位升高，矿比降低，相应高炉冶炼的利用系数提高，而焦比降低^［4］，从而降低生产成本，当烧结矿 MgO 每增加1%，吨铁生产成本会提高 82 元/t 以上^［1］。

3 低 MgO 实践

3．1 具备的条件

⑴进行了组织机构改革，实现铁烧焦一体化生产组织模式。炼铁厂内组织烧结、炼铁管理技术人员进行了系统研究。

⑵形成铁烧两工序试验的系统方案，协调开展，整体推进。

⑶因配加进口矿少、周边资源 Al₂O₃ 较低，Al₂O₃含量控制在 10%～13%，具有较好的物质基础。

⑷烧结矿 MgO 含量在 2．5%左右，炉渣 MgO 含量控制 8．5% ～10．5%。经分析，理论上炉渣中 MgO含量控制 6．5%～7．5%，完全可以满足高炉炉渣脱硫及排碱要求。

⑸碱负荷 7．0 kg/t 以内，其中钾负荷 3．0 kg/t，锌负荷 1．2 kg/t。

⑹烧结矿主要成分见表 1。

⑺具有低 MgO 冶炼的成功经验。有浦项制铁、京唐公司、包钢公司等进行了成功研究和实践。

3．2 烧结方面

⑴试验方案启动后烧结矿中轻烧白云石配加调整过程见表 2。

⑵停配轻烧白云石后，烧结矿主要成分见表 3。

⑶试验后，烧结矿生产情况主要统计见表 4。

虽然烧结矿中增配了大量油泥、除尘灰、周边低品粉矿、硫酸渣等低价杂料替代精矿，但试验仍有较为明显的结果。

3．3 炼铁方面

⑴试验过程炉渣情况见表 5。

⑵成本影响分析。在烧结矿停配轻烧白云石后，在保证烧结矿质量、强度不变的条件下，减少白云石支出、配加低价物料、提高成品等综合原料成本降低 68．12 元/t。

4 结语

⑴停配轻烧白云石等含镁物质，理论上完全可行，实践中依靠采购原料自带 MgO 组织生产，对高炉炉渣性能负面影响不大，并具有可观效益。

⑵烧结过程停配轻烧白云石等含镁物质后，烧结矿的强度有所改善，返矿率降低明显。

⑶ 烧结矿停配轻烧白云石等含镁物质后，在保证烧结矿强度不变的条件下，可积极消化油泥、瓦斯灰等回收物料，降低固废对环境带来的风险。

参考文献:

［1］ 徐满兴．低成本、低燃料比炼铁、求解“三大争议”［N］．中国冶金报，2013( 12) ．

［2］ 聂绍昌．新钢配加镁质灰提镁烧结的研究与生产实践［J］．江西冶金，2009( 4) ．

［3］ 杨冬峰．高铁低硅低镁烧结矿试验研究［J］．世界钢铁，2011( 6) ．

［4］ 戴晓天．包钢烧结矿降 MgO 的试验研究［N］．包头钢铁学院学报，2003( 6) ．

［5］ 邬虎林．包钢 4150m³ 高炉降低 MgO 研究［J］．炼铁，2016( 10) ．