青钢高炉渣中适宜镁铝比的探讨与实践7Word下载.docx
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1.1MgO含量对炉渣熔点的影响
如下图1所示为Al2O3含量为15%时的SiO2-CaO-MgO-Al2O3四元渣系等温图。
其中黑色粗实线为青钢高炉常用二元碱度为1.1时，不同MgO含量所对应的炉渣成分。
实心黑点处为青钢生产中镁铝比为0.67时的炉渣成分，其熔点约为1440℃。
可以看出，随着渣中MgO含量的降低，炉渣成分沿黑色粗实线左移，熔点逐渐降低。
当MgO含量降低到0%时，其熔滴达到最低位1400℃，可见MgO含量对高炉渣的熔点影响并不大。
图1SiO2-CaO-MgO-Al2O3四元渣系等温图（Al2O3=15%）[1]
1.2MgO含量对炉渣粘度的影响
如图2所示为SiO2-CaO-MgO-Al2O3四元渣系等粘度图（温度=1500℃，Al2O3=15%），其中粗虚线为高炉常用碱度为1.1时，所对应的不同MgO含量时的炉渣成分。
由图可以看出，随着渣中MgO含量的降低，炉渣粘度逐渐增加，且呈加速增加的趋势。
图中黑色空心圆处为为青钢生产中镁铝比为0.67时的炉渣成分，其粘度约为2.9泊。
当炉渣沿着1.1碱度线向下移动时，渣中MgO含量逐渐降低，当降低到5%时，此时的镁铝比为0.33接近自然镁，对应炉渣的粘度增加到了约5泊，但仍然处于较低水平，对高炉冶炼不会造成本质上的影响。
图21500℃时MgO-CaO-Al2O3三元渣系等粘度图（SiO2=35%，粘度单位：
泊）[1]
（上图方框中SiO2含量由36%改为35%）
1.3温度对炉渣粘度的影响
图3表示了温度对不同Al2O3含量炉渣的粘度的影响。
由图可以看出，不同Al2O3含量下，其粘度值均随温度的增加而迅速降低，当温度高于1480℃以上时，Al2O3含量对炉渣粘度的影响几乎可以忽略不计，且均处于5泊以下。
图3Al2O3含量对炉渣粘度的影响（MgO:
10%,R=1.15）[2]
总上可知，高炉渣中氧化镁含量对于高炉渣熔点和流动性均有一定影响，但还不足以影响高炉的顺行。
同时，只要满足物理热在1480℃以上，即可大幅降低这种影响。
基于以上理论，我们在青钢新老区进行了以追求高炉适宜镁铝比为终极目标的降低氧化镁含量的多次工业实验。
2青钢高炉炉渣适宜镁铝比的探索
2.1老厂区500m3高炉降低渣中镁铝比生产实践
老厂区500m3高炉，受条件限制，全部使用外购二级焦，2010-2015年部分高炉生产数据如表1所示。
表12015年前青钢老区500m3高炉生产情况
时间
焦炭等级
富氧率/%
热风风温度/℃
炉渣铝含量/%
入炉品位/%
高炉煤比/kg·
t-1
块矿比例/%
镁铝比
2010年
二级
1.56
1070
17.1
56.5
124
20
0.71
2011年
1.46
1138
16.8
56.1
160
21
0.67
2012年
1.88
1121
16.5
55.8
170
19
0.65
2013年
2.03
1099
16.6
54.8
173
18
0.66
2014年
2.01
1100
55.6
0.63
2015年
2.00
1090
56.2
164
22
0.64
青钢老区高炉使用块矿比例约20%左右，渣中镁铝比曾长期维持在0.70左右，其间实验逐步降低MgO含量到0.65左右，高炉依然能够保持顺行。
但是当继续降低到0.60以下后，高炉顺行情况明显变差。
主要表现在：
当铁水硅含量较低时，高炉渣流动性开始阶段性变差，风压、风量呆板，实际出渣量经常性低于理论量，高炉操作难度增加，极易形成顽固悬料。
而恢复过程中经常性被迫集中加焦，直至高炉物理热大幅度提高，渣铁流动性改善，大量出渣后，炉况才得以恢复。
这样高炉反复数次，被迫恢复渣镁铝比为0.65。
青钢小高炉大量使用外购二级焦炭，利用不算太大的代价，适当提高镁铝比，提高了渣铁流动性，弥补了小高炉二级焦炭透气性和透液性的不足不容易处境渣铁的劣势，大大降低了高炉的操作难度，保持了高炉稳定顺行。
在炼铁工艺技术人员不断争论中，我们反复实践、探究，最终在实践中逐渐形成了认识的统一，即：
青钢小高炉一般渣铁物理热较低（<
1480℃）,在高炉渣低镁铝比（<
0.60）的情况下，炉渣流动性较差，理论渣经常性出不尽，造成高炉炉况难以驾驭，经常出现炉况失常。
另外，青钢小高炉，风温、富氧率低，块矿使用率较高，煤比较高，全部使用二级冶金焦，较低价格的原燃料，使得铁水成本处于行业较好水平，在当时的条件下不具备降低渣中镁铝比到0.6以下的条件，权衡得失，我们认为在当时的条件下渣中镁铝保持在0.65左右，是使得高炉操作可控、成本较低，保持长期顺行的保证。
2.2新区1800m3高炉适宜镁铝比探索
青钢董家口新区高炉投产以来，高炉降低镁铝比探索与实践经历了两个过程，开炉初期由于干熄焦未能投入，加之铁后工序产能较低，限制了高炉的强化冶炼，高炉富氧处于较低水平。
同时，由于投产之初焦炭质量较差，铁水物理热波动较大，高炉几次降低渣中镁铝比的实验都无功而返，被迫维持较高镁铝比来维持高炉渣的流动性，保证高炉的顺行。
表2青钢1#1800m3高炉部分生产数据（2016.1-2016.3）
焦炭M40/%
富氧/%
热风风温/℃
渣中铝含量/%
燃料比/kg·
渣镁铝比
2016.01
85.74
0.40
1113.89
12.62
56.82
101.67
515.87
7
2016.02
85.76
0.62
1119.45
13.24
56.42
98.70
503.60
10
2016.03
84.70
0.57
1138.23
13.06
58.24
107.38
505.36
0.69
进入2016年4月随着干熄焦的投入和铁后工序产能的释放，富氧量逐渐增加至3%，高炉尝试逐步降低渣中的镁铝比降至0.50左右。
同时，保持了高炉渣铁物理热的充沛（~1500℃），基本没有憋渣现象，顺行良好，部分生产数据如表3所示。
表3青钢1#1800m3高炉部分生产数据（2016.4-2016.6）
2016.04
85.52
1.24
1139.48
15.49
57.64
116.32
503.18
11
0.55
2016.05
85.03
2.88
1138.05
16.15
57.00
127.10
501.27
13
0.52
2016.06
86.34
3.16
1139.66
15.52
57.27
128.20
502.13
15
0.54
由上表可以看出，高炉渣中镁铝比降低后，尽管高炉生块矿比例使用在6月份达到了15%，而燃料比却仍维持在500kg/t左右，高炉渣铁物理热充沛，维持了长周期的稳定顺行。
随着高炉外部环境的改善，我们将尝试进一步降低炉渣中的镁含量，以期获得更加经济的镁铝比。
通过青钢新老厂区以及国内外高炉的生产实践，我们发现高炉渣中适宜的镁铝，不是每座高炉都一样。
不同原燃料条件，不同的操作条件，其合适的镁铝比也不同。
一些冶炼镍铁的小高炉，其渣中铝含量高达30%左右，由于其不控制铁水中的硫，可以高硅、高物理热操作，而炉缸不形成石墨碳堆积，维持较低的镁铝比，同样可以维持高炉的稳定顺行[3]。
但一般冶炼普通制钢铁的小高炉，外部条件较差，特别是富氧率低，块矿使用比例高，风温水平低，降低镁铝比一定要权衡条件是否条件成熟，慎重行事。
否则，控制不好，很容易导致渣铁出不尽，形成顽固性悬料，难以维持高炉的长期稳定顺行。
而对于原燃料质量稳定且较好，特别是焦炭能够达到一级或准一级冶金焦，富氧、风温水平较高，炉料结构中生料比例较低，渣铁物理热可以稳定维持在1480℃以上的大型高炉，可以尝试尽量降低炉渣中的镁铝比，以获取更为经济的技术指标，降低成本。
3青钢高炉进一步降低镁铝比亟待改进之处
青钢新区由于投产时间短，各项工作还处于起步和摸索阶段，导致烧结矿和焦炭质量波动较大，是限制高炉进一步降低镁铝比的最重要原因。
3.1烧结矿质量
图4为青钢新区与1#高炉配套的240m2烧结机4-6月份所生产烧结矿的碱度变化情况。
由图可以看出，在中值1.90的情况下，碱度最高达2.28，最低1.74，波动较大，而合格率仅为42.86%。
此种情况下，高炉需要一个比较有弹性的渣系做保障。
保持一定的炉渣镁铝比，对于稳定炉况有着重要作用，不适于大幅降低渣中镁铝比。
图4青钢2016年4-6月份烧结矿碱度情况
图5为青钢4-6月份烧结矿转鼓强度情况统计。
由图可以看出，烧结矿转鼓强度大部分在75%-78%范围内波动，合格率为75.82%，和先进的钢铁企业仍有不小差距。
进一步提高了烧结矿转鼓强度，使得>
76%的大于98%是维持高炉稳定、进一步降低高炉渣中镁铝比的重要保证。
图5青钢2016年4-6月份烧结矿转鼓强度情况
3.2焦炭质量
图6和图7分别为青钢1#高炉所用焦炭M40和M10的数据。
由图可以看出，青钢1#高炉所用焦炭的M40和M10均波动较大，尤其是M10维持在6.5-9%，处于较差水平，对炉况的稳定性影响较大。
同时，由于高炉没有全部使用干熄焦生产，对高炉的稳定顺行和进一步降低炉渣中的镁铝比有一定的影响。
图6青钢2016年4-6月份焦炭耐磨（M10）情况
图7青钢2016年4-6月份焦炭转鼓强度（M40）情况
3.3风温水平受设备影响大
目前高炉热风温度1140℃，主要原因是送风支管温度高，高炉不能够全风温操作，需要长期休风处理。
综上所述，青钢新厂区高炉具备了降低高炉渣中镁铝比的条件，但由于青钢目前处于投产初期，烧结矿和焦炭质量波动较大、质量较差，降低炉渣中镁铝比可以采取分步进行，目前先降低到0.5左右，后续随焦炭质量、烧结矿质量、风温水平的进一步提高，可以试验进一步降低。
4结语
（1）焦炭质量、富氧、风温高低、煤比水平、块矿比例等多种因素决定高炉炉渣适宜镁铝比的大小，不同条件下，其值也不同。
（2）中小高炉炉缸蓄热量低，风温、富氧比不上大高炉，焦炭大多为二、三级焦炭，透气性、透液性差，在冶炼条件没有大幅度改善的情况下，降低渣中镁铝比，要慎重行事。
（3）大型高炉焦炭质量好，物理热充足，长期顺行良好，可以逐步降低镁铝比甚至到自然镁。
（4）同等级别的高炉，冶炼条件越好，适宜的镁铝比数值越低；
反之，越高。
具体数值，需反复摸索。
（5）青钢原燃料条件下，老区500m3高炉适宜的镁铝为0.65左右，新区1800m3高炉目前适宜的镁铝比为0.5左右，后期随冶炼条件的改善，可继续降低。
5参考文献
[1]BJKeene,KCMills,MSusa.SlagAtlas[M].Dusseldorf,Germany:
VerlagStahleisen,1995.
[2]姜鑫.高炉炉料中合理利用含MgO原料的基础理论研究[D].东北大学，2008.
[3]杜长坤，杨静，赵贤哲，等.超高Al2O3含量高炉渣的黏度及脱硫行为[J].钢铁研究学报，2013,25（7）：
19-22.
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