国内低燃料比高炉炼铁技术生产实践

国内低燃料比高炉炼铁技术生产实践近两年来，有关低品位矿高炉炼铁新技术的争议及其实践，一直是国内炼铁界的热点话题，已经影响到中国烧结和高炉炼铁的正常生产。有必要通过理论辨析，以及生产主要指标的对比和经济分析，回归理性认识。坚持“精料”还是改用“经料”炉料质量是高炉炼铁的基础，这是国内外炼铁工作者公认的客观真理。即使当前钢铁行业处于困难时期，企业在千方百计降低成本，炉料质量仍然是高炉炼铁的基础。品位是含铁炉料质量的核心，以往的经验数据是1%的品位影响1.5%~2%的焦比和2.5%~3%的产量。这就是说，炉料的品位与焦比和产量的关系不是1比1的关系，焦比和产量的数值影响要高于品位的变化，降低品位占不了便宜，反而会吃亏，不利于降低成本。含铁炉料的品位不能平分，低品位矿和高品位矿其价值是不一样的。铁矿石的冶金价值不能按含铁品位等分，品位不同，其冶金价值呈现阶梯形，含铁品位在50%以下的酸性矿基本上没有冶金价值，含铁品位在45%以下的酸性矿冶金价值是负值，品位在40%以下的酸性矿负值就更大。当然，不能说含铁品位低于45%的矿料没有价值。例如钢渣和炼钢尘泥等，它们的品位不足20%，这些循环资源还是有价值的，因为它们不是酸性矿，含有较高的CaO和MgO，它们与低品位的酸性矿有质的区别。含铁炉料的质量，不仅要论品位，还要同时论脉石和有害元素的含量。酸性脉石SiO2和Al2O3是高炉渣量的源头，入炉矿的SiO2每提高1%，渣铁比将会增加50kg/t，100kg/t渣量将会影响焦比和产量各3%~3.5%。正因为如此，在评价铁矿石的冶金价值时，要加上碱性脉石（CaO+MgO）含量，减去酸性脉石（SiO2+Al2O3）含量，即要用铁矿石品位综合评价法的公式进行计算：TFe（综）＝TFe×〔100+2R4（SiO2+Al2O3）-2（CaO+MgO）〕-1×100%。式中：R4为炉渣四元碱度，SiO2、Al2O3、CaO、MgO为铁矿石的化学成分。举一实例计算如下，某企业购进一种铁矿粉（印尼粗粉），其化学成分列于表2，高炉的四元碱度为1.10，将其化学成分代入计算式得出这种矿粉的实际综合品位。TFe（综）＝48/0.93×〔100+2R4（SiO2+Al2O3）/0.93-2（CaO+MgO）/0.93〕-1×100%＝51.61×〔100+29.428-2.172〕-1×100%＝51.61/127.256×100%＝40.56%。当时含铁品位为62.5%的大宗粉矿市场价为950元/吨，印尼粗粉价为590元/吨。通过计算得出，印尼粗粉的实际品位刚达到40%，其冶金价值为314元/吨，企业以590元/吨的价格购进实际上吃了大亏。这一计算说明，采购铁矿石降成本，不能仅凭单一品位和价格，应通过综合品位计算分析其冶金价值，从而实现真正的低成本炼铁。当前，走低品质矿炼铁之路，还是走坚持“精料”方针高效炼铁之路，是摆在各企业炼铁工作者面前两种不同的理念。关于低成本炼铁的不同思路、不同理念的争论和做法，已经集中到高炉选择什么样的炉料结构和“吃”什么样的料上，具体表现为：在炉料结构选择上是提高烧结矿入炉比例、降低烧结矿碱度，还是坚持以高碱度（R＝1.9~2.3）烧结矿为主，提高酸性炉料（球团矿和块矿）的比例。这个问题的本质在于还要不要坚持合理炉料结构的原则，即发挥高碱度烧结矿优良冶金性能的优势和发挥酸性炉料高品位、低渣量的优势。以低成本、低燃料比为中心，只要有利于发挥合理炉料结构以上两种优势的，都是值得选择和肯定的；凡是违背合理炉料结构以上两种优势的，都是不宜选择和须要优化的。高炉是吃“精料”还是吃“经料”？关于这个问题，当前争论的本质不在吃“精料”还是“经料”，而在于如何正确贯彻新的高炉操作十字方针即“低耗、环保、优质、长寿、高效”。无论“精料”还是“经料”，只要有利于降低成本，节能环保和高效的配矿、用矿方案，都是可以的。但实际上高炉单纯“吃”“经料”是难以达到要求的。低品质矿、高MgO、高Al2O3烧结、大渣量、高燃料比的理念和做法是不科学、不合理的。由近3年中国大中高炉的生产实践可以看出：劣质矿和低品位矿往往难以保证高品质经济性生产。在目前条件下，钢铁企业须要在保证高效的同时实现低成本，做到“三优化一不降低”，即优化采购、优化配矿、优化用矿，降低采购成本，不降低入炉料的质量，只有这样才能实现高效益。烧结炼铁应低MgO还是高MgO众所周知，烧结生产追求的是低碳、高料层、高强度、低FeO、高还原性的“三高两低”目标。MgO在烧结过程中的行为，依据已有的研究和生产实践表明，其易与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。众多研究和生产实践证明，MgO含量增加1%，成品矿的强度将下降3%，900℃还原性将降低5%。国内外研究发现，增加MgO含量会给烧结矿质量带来不利影响，但有些企业认为MgO有利于改善烧结矿的RDI指数。其实这不是MgO对烧结矿质量起的作用，而是提高MgO含量降低了烧结矿的还原性，貌似改善了RDI指数，因此不能由此得出高MgO有利于改善烧结矿RDI指数的结论。一些炼铁厂希望高炉炉渣要有比较高的MgO含量（MgO≥8%），原因在于高炉炉渣具有良好的流动性和热稳定性，是高炉顺行稳定的重要因素，一定量的MgO含量有利于炉渣流动性和热稳定性，因此总希望烧结矿的MgO含量高一些。但生产实践证明，降低MgO含量，可以减少渣量，降低燃料比，从而降低生产成本。烧结矿增加1%MgO，吨铁生产成本会提高82元/吨以上，因此降低烧结、炼铁MgO含量，是低成本、低燃料比炼铁的一大潜力。韩国浦项集团就把烧结矿的MgO降低到0.78%，炉渣的MgO也达到了3.23%的水平。为什么有炼铁工作者不愿接受低MgO烧结、炼铁的做法？已有的研究证明，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（≤0.8pas）；当温度处于1400℃~1500℃时，炉渣的熔化温度和黏度值低且处于稳定阶段。然而，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。烧结和炉渣的Al2O3含量如何掌控烧结原料不能没有Al2O3，因为一定的铝硅比是形成铁酸钙的必要条件（Al2O3/SiO2＝0.1~0.4）。烧结原料适宜的Al2O3含量为1.2%~1.8%，2%是烧结矿Al2O3含量高限。当高Al2O3＞2%后，它会在玻璃相中析出，降低渣相的破裂韧性，影响烧结矿的冷强度和RDI指数。Al2O3含量不仅影响烧结矿质量，对高炉炉渣的黏度和脱硫能力也有直接影响，因此炼铁工作者不希望矿中含有较高的高Al2O3。但是随着铁矿资源的开发，优质赤铁矿日益减少，含结晶水的褐铁矿和高Al2O3矿比例越来越大。因此，烧结和炼铁生产多配褐铁矿和高铝矿是必然的趋势。虽然Al2O3和MgO都是高熔点物质，高含量必然形成大渣量、高燃料比，但Al2O3不能与MgO相提并论，因为烧结和炉渣适当提高一些Al2O3含量是符合铁矿资源开发的变化趋势的，关键在于分析和讨论清楚并掌握一个合理值。国内某钢铁企业研究院最新研究发现，当MgO＝7%，R2＝1.18，Al2O3＝13.59%~17.19%，炉渣温度≥1400℃后，不论是熔化温度还是黏度均处于比较稳定的等黏度（黏度≤1.0pas）的区域，这说明把Al2O3的值提高到17%是具有可行性的。在生产实践中，福建三安钢铁公司和武钢的高炉都曾经历高Al2O3冶炼的历史，2004年~2005年三安钢铁炉渣Al2O3高达16.67%~18.09%（当时其烧结矿的Al2O3为2.24%~2.5%），武钢的6座大高炉炉渣Al2O3也曾高达17.01%~17.58%，其中6号高炉2004年全年平均值更是达到17.58%，然而高炉生产均保持了顺行稳定。可见，从理论和生产实践角度来看，烧结矿的Al2O3含量≤2.5%，炉渣中Al2O3含量≤17%是可行的。