謝紹瑋，王小平
(榆中鋼鐵有限責(zé)任公司，甘肅 榆中 730000)
摘 要: 面臨鋼鐵行業(yè)嚴(yán)重過剩環(huán)境下的市場激烈競爭，鋼鐵企業(yè)不得不在高爐冶煉技術(shù)方面不斷創(chuàng)新和突破，以應(yīng)對生存和發(fā)展的挑戰(zhàn)。榆鋼公司借鑒國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，逐步降低白云石使用比例直至停配，為西部大型高爐的低 MgO 煉鐵技術(shù)進(jìn)行了有益的嘗試。
關(guān)鍵詞: 氧化鎂; 燒結(jié); 煉鐵
1 引言
在傳統(tǒng)的煉鐵工藝中，為滿足高爐生產(chǎn)實(shí)踐中渣系對氧化鎂含量的要求，在燒結(jié)配料中配加輕燒白云石或在高爐配料中配加白云石等，以滿足高爐渣物理和化學(xué)性能，保證高爐運(yùn)行的長期穩(wěn)定順行，贏得良好的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益。
榆鋼公司在面對鋼鐵行業(yè)嚴(yán)峻的競爭形勢下，為爭取進(jìn)一步降低鐵水成本，在 2800m3 高爐進(jìn)行了降低氧化鎂的攻關(guān)試驗。
2 低氧化鎂冶煉的理論和實(shí)踐依據(jù)
2．1 存在的爭議
在燒結(jié)礦中配加含鎂物料時，有利方面是 MgO易與 Fe3O4 結(jié)合生成鎂磁鐵礦( MgO·Fe3O4 ) ，從而阻礙 Fe3O4 氧化為 Fe2O3 ，降低鐵酸鈣 ( CaO ·Fe2O3 ) 相的生成量，影響成品燒結(jié)礦的強(qiáng)度和還原性。同時由于氧化鎂的存在，減少了硅酸二鈣與難還原鈣鐵橄欖石、鐵橄欖石生成機(jī)會，利于燒結(jié)生產(chǎn)過程［1］。
不利方面是氧化鎂加入阻礙了鐵酸鈣的生成，如果氧化鎂加入過多，在燒結(jié)過程中形成以鎂硅鈣石等多種以玻璃質(zhì)為基體的低熔點(diǎn)物相，各種物相結(jié)晶膨脹系數(shù)差異加大，致使燒結(jié)礦冷卻時產(chǎn)生應(yīng)力集中而粉化。氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高后，燒結(jié)礦礦物組成中的 CaO·MgO·SiO2 和硅酸鹽玻璃質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加，硅酸鹽玻璃質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加對燒結(jié)礦強(qiáng)度有相當(dāng)不利的影響［2］。
2．2 燒結(jié)方面
從燒結(jié)礦生產(chǎn)機(jī)理上分析，低硅高堿度燒結(jié)礦中黏結(jié)相以鐵酸鈣為主，低 MgO 易于鐵酸鈣的形成，有助于礦物結(jié)構(gòu)均勻化，燒結(jié)礦強(qiáng)度提高，還原性改善，燃料消耗降低，從而使燒結(jié)礦的各項指標(biāo)得到優(yōu)化。在 SiO2 為 4．40% 時，將 MgO 降低到1．30%，強(qiáng)度可以達(dá)到基準(zhǔn)的水平，燒結(jié)礦粒度組成和成品率均有改善［3］。MgO 含量與燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)間試驗趨勢見圖 1。
經(jīng)試驗驗證，在燒結(jié)礦生產(chǎn)中 MgO 含量增加1%，成品礦的強(qiáng)度將下降 3%，900 ℃還原性將降低5% ［1］ ; 隨燒結(jié)礦 MgO 含量降低，燒結(jié)礦 RI 和 RDI基本沒有變化，只有在 MgO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至 1．4%時，燒結(jié)礦 RI 有所提高，而 EDI 明顯下降; 隨燒結(jié)礦 MgO 含量降低，燒結(jié)礦 TFe 品位升高，配料中MgO 每降低 0．2%，燒結(jié)礦 TFe 品位升高 0．102%;隨燒結(jié)礦 MgO 含量降低，燒結(jié)灰石配加量增加0．67%，白云石配比降低 0．945%，也即熔劑配比減少 0．275%，相應(yīng)燒結(jié)礦熔劑降低 3．02 kg/t ［4］ 。
2．3 煉鐵方面
根據(jù) SiO2 含量為 35%時的 CaO－SiO2－Al2O3 －MgO 四元渣系等黏度圖( 圖 2) ，圖中橢圓形粗實(shí)線區(qū)域是高爐冶煉適宜的爐渣成分區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)，R 2 為 1．1 時，隨著 Al2O3 含量提高，黏度增加; 但如果增加適當(dāng)?shù)?MgO，則仍可保持爐渣具有良好的流動性。因此通過提高 MgO 可以有效解決 Al2O3 含量提高后爐渣流動性和脫硫能力差的問題。MgO含量只要達(dá)到 7%以上，終渣即可具有優(yōu)良的流動性和良好的脫硫能力［5］ 。
當(dāng)爐渣 R2 在 1．0～1．2、CaO 含量在 35%～45%、SiO2 含量在 40%～50%、MgO 含量在 4% ～12%范圍內(nèi)，高 Al2O3 為 15%時，爐渣成分處于較穩(wěn)定的黃長石區(qū)域，爐渣成分波動對熔化溫度的影響幅度很小，黏度值很低( ≤0．8 pas) ; 當(dāng)溫度處于 1 400～1 500 ℃時，爐渣的熔化溫度和黏度值低且處于穩(wěn)定階段，保持高爐爐渣的流動性和穩(wěn)定性; 當(dāng)高 Al2O3 = 15%、二元堿度在 1．0～1．25 的范圍內(nèi)，并不需要 8%以上的 MgO 含量，4%～6%的 MgO 含量的爐渣結(jié)構(gòu)同樣處于低熔化溫度和低黏度的鎂黃長石溫度區(qū)。這就從爐渣理論上告訴我們，在正常條件下，沒有必要提高燒結(jié)礦和爐渣的 MgO 含量。當(dāng)爐渣高Al2O3 ≤15%時，提高爐渣的 MgO 含量對改善爐渣的性能幾乎沒有積極作用。同時，由于爐渣中 MgO 含量降低，致使?fàn)t渣三元堿度降低，有利于高爐排堿［4］ 。
經(jīng)試驗驗證，隨燒結(jié)礦 MgO 含量降低，高爐入爐品位升高，MgO 每降低 0． 2%，入爐品位升高0．087%; 高爐冶煉礦比降低，MgO 每降低 0．2%，高爐冶煉礦比降低 2．4 kg/ t; 由于入爐品位升高，礦比降低，相應(yīng)高爐冶煉的利用系數(shù)提高，而焦比降低［4］，從而降低生產(chǎn)成本，當(dāng)燒結(jié)礦 MgO 每增加1%，噸鐵生產(chǎn)成本會提高 82 元/t 以上［1］。
3 低 MgO 實(shí)踐
3．1 具備的條件
⑴進(jìn)行了組織機(jī)構(gòu)改革，實(shí)現(xiàn)鐵燒焦一體化生產(chǎn)組織模式。煉鐵廠內(nèi)組織燒結(jié)、煉鐵管理技術(shù)人員進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
⑵形成鐵燒兩工序試驗的系統(tǒng)方案，協(xié)調(diào)開展，整體推進(jìn)。
⑶因配加進(jìn)口礦少、周邊資源 Al2O3 較低，Al2O3含量控制在 10%～13%，具有較好的物質(zhì)基礎(chǔ)。
⑷燒結(jié)礦 MgO 含量在 2．5%左右，爐渣 MgO 含量控制 8．5% ～10．5%。經(jīng)分析，理論上爐渣中 MgO含量控制 6．5%～7．5%，完全可以滿足高爐爐渣脫硫及排堿要求。
⑸堿負(fù)荷 7．0 kg/t 以內(nèi)，其中鉀負(fù)荷 3．0 kg/t，鋅負(fù)荷 1．2 kg/t。
⑹燒結(jié)礦主要成分見表 1。
⑺具有低 MgO 冶煉的成功經(jīng)驗。有浦項制鐵、京唐公司、包鋼公司等進(jìn)行了成功研究和實(shí)踐。
3．2 燒結(jié)方面
⑴試驗方案啟動后燒結(jié)礦中輕燒白云石配加調(diào)整過程見表 2。
⑵停配輕燒白云石后，燒結(jié)礦主要成分見表 3。
⑶試驗后，燒結(jié)礦生產(chǎn)情況主要統(tǒng)計見表 4。
雖然燒結(jié)礦中增配了大量油泥、除塵灰、周邊低品粉礦、硫酸渣等低價雜料替代精礦，但試驗仍有較為明顯的結(jié)果。
3．3 煉鐵方面
⑴試驗過程爐渣情況見表 5。
⑵成本影響分析。在燒結(jié)礦停配輕燒白云石后，在保證燒結(jié)礦質(zhì)量、強(qiáng)度不變的條件下，減少白云石支出、配加低價物料、提高成品等綜合原料成本降低 68．12 元/t。
4 結(jié)語
⑴停配輕燒白云石等含鎂物質(zhì)，理論上完全可行，實(shí)踐中依靠采購原料自帶 MgO 組織生產(chǎn)，對高爐爐渣性能負(fù)面影響不大，并具有可觀效益。
⑵燒結(jié)過程停配輕燒白云石等含鎂物質(zhì)后，燒結(jié)礦的強(qiáng)度有所改善，返礦率降低明顯。
⑶ 燒結(jié)礦停配輕燒白云石等含鎂物質(zhì)后，在保證燒結(jié)礦強(qiáng)度不變的條件下，可積極消化油泥、瓦斯灰等回收物料，降低固廢對環(huán)境帶來的風(fēng)險。
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