[01685799]效益最大化的含MgO熔剂在高炉炼铁工艺中科学应用的集成技术

1、课题来源与背景、目的、意义 进入21世纪以来,随着我国外矿用量的不断增加,高炉炉渣中Al2O3含量随之增加。对于高炉炉渣Al2O3含量升高带来的炉渣流动性、脱硫能力等冶金性能下降的问题,通常采用在烧结工艺添加MgO的方法加以改善,加之添加MgO还可以改善烧结矿低温还原粉化,因此导致国内普遍存在炉渣镁铝比（MgO/Al2O3）越高越好的认识误区,使得我国炉渣的镁铝比偏高,不仅增大了渣量、能耗及镁资源的消耗,同时也影响烧结生产及烧结矿的质量。而国外高炉渣镁铝比相对较低,孰是孰非,有必要进行深入的理论分析和实际使用MgO技术开发的研究,从机理上论证高炉渣的适宜镁铝比。 基于此,本课题组从2002年起开始关注和研究烧结-球团-炼铁工艺过程中合理使用含MgO熔剂的理论与实际应用等技术问题,并逐渐形成高炉渣低镁铝比操作的理念。从2005年开始陆续发表论文和专利探讨关于烧结、球团、高炉等工序中MgO的作用和影响,如：2005年1月提交的硕士学位论文《MgO对烧结工艺及烧结矿冶金性能影响的研究》（指导教师：沈峰满;研究生：姜鑫）;2005年3月在日本仙台召开的国际钢铁工艺与环境保护会议上,沈峰满发表了学术论文“A New Process of Proper MgO Addition in Blast Furnace Operation”,并做了大会特邀报告;2005年6月在《鞍钢技术》杂志上了发表了论文“高Al2O3含量渣系高炉冶炼工艺探讨”等论文,开启了“效益最大化的含MgO熔剂在高炉炼铁工艺中科学应用的集成技术”的系统研究工作。而后在包括自然科学基金等多方支持下,经多年不懈的努力,发表了相关学术论文百余篇、申请相关发明专利6项、并多次在学术会议上做报告,使得炼铁界科技工作者们对含MgO熔剂的使用有了全新的认知,逐渐地接受了高炉冶炼工艺中低镁铝比的操作理念,多数大型钢铁企业近年来烧结矿中MgO含量降低至1.5%以下,炉渣镁铝比降低至0.47以下,在整个高炉炼铁领域内获得了显著的经济效益。 2、主要论点与论据 首次采用系统、全视角的方法将MgO在烧结-球团-高炉冶炼各工序中的作用联系起来,科学地提出了合理添加使用MgO的问题,从而提出了低镁铝比操作的理念。主要包括： 1)在确保烧结矿低温还原粉化指标的基础上,通过降低烧结矿中含MgO熔剂的添加量,实现提高烧结矿冶金性能、烧结生产效率以及降低烧结过程固体燃耗的目的。根据相图及热力学、动力学原理,分析归纳高MgO烧结矿强度差的主要原因有：高MgO烧结矿液相生成能力差、铁酸镁自身强度低于铁酸钙、MgO在铁氧化物中的扩散速度低于CaO。此外,降低烧结矿MgO含量,还可以降低高炉内软熔带的厚度,降低高炉料柱压差,有利于提高高炉炼铁的生产效率。 2)球团试验结果表明,球团矿内存在足够数量的MgO在还原时能抑制Fe2O3还原成Fe3O4。而且,Mg2+半径小于Fe2+和Ca2+,使Mg2+能均匀分布在浮土体内,不致于引起局部膨胀应力,从而使高MgO球团矿还原后的组织结构及孔隙分布比低MgO球团矿更加均匀。因此,生产含MgO球团可以降低球团的低温还原粉化率和还原膨胀率,同时提高球团矿的软熔滴落温度,有利于改善高炉料柱透气性。 3)通过使用性能优良的烧结矿和球团矿,并采用合理的炉料结构,改善高炉透气性,提高高炉炼铁产量,降低冶炼工艺的能耗。 4)风口喷吹含MgO熔剂的煤粉。由于含MgO熔剂的粒度、比重与煤粉不同,在高速气流中运行相互撞击,有助于煤粉的进一步细化,增加其比表面积,从而提高煤粉的燃烧率。因此,风口喷吹含MgO熔剂的煤粉,不仅可以确保高炉渣合理的MgO含量,改善炉渣的流动性和脱硫能力,还具有提高煤粉在风口前燃烧率的功效。 3、创见与创新 1)兼顾烧结、球团、高炉不同工序对MgO熔剂的需求,首次提出了合理分配使用MgO熔剂的新理念。 2)以改善高炉渣的流动性、热容量、脱硫能力等对MgO的需求为前提,同时最大限度地改善烧结矿、球团矿的冶金性能,按需求分配使用MgO,使MgO的正影响最大化,负影响最小化。 3)根据大量的实验室研究和现场生产数据,形成了“低MgO烧结矿+含MgO球团矿+辅助风口喷吹含MgO矿物”的一整套合理分配使用MgO的操作体系。 4、社会经济效益 2013年,国内某钢铁公司的烧结矿和炉渣中MgO含量平均为1.91%和9.12%。采用了“效益最大化的含MgO熔剂在高炉炼铁工艺中科学应用的集成技术”后,2014年烧结矿和炉渣中MgO平均含量降低至1.58%和7.32%,2015年烧结矿和炉渣中MgO平均含量进一步降低至1.39%和6.53%。炉渣中MgO/Al2O3由2013年的0.61降低至2015年的0.42,同时辅以原料结构的优化技术,使得高炉渣比由328.26kg/tHM降低至313.40kg/tHM,取得了良好的技术经济指标,2014-2015年炼铁工序获得经济效益3750万元。 5、存在的问题 本集成技术在应用过程中存在的主要问题是：风口喷吹含MgO煤粉时,如何有效地控制煤粉中MgO熔剂均匀分布的问题。解决方案是：寻求适宜有效的细磨方法,控制细磨粒度,使MgO在喷吹煤粉中达到均匀分布。