近兩年來,有關(guān)低品位礦高爐煉鐵新技術(shù)的爭議及其實(shí)踐,一直是國內(nèi)煉鐵界的熱點(diǎn)話題,已經(jīng)影響到我國燒結(jié)和高爐煉鐵的正常生產(chǎn)。筆者認(rèn)為,有必要通過理論辨析,以及生產(chǎn)主要指標(biāo)的對比和經(jīng)濟(jì)分析,回歸理性認(rèn)識(shí)。
堅(jiān)持“精料”還是改用“經(jīng)料”
爐料質(zhì)量是高爐煉鐵的基礎(chǔ),這是國內(nèi)外煉鐵工作者公認(rèn)的客觀真理。即使當(dāng)前鋼鐵行業(yè)處于困難時(shí)期,企業(yè)在千方百計(jì)降低成本,爐料質(zhì)量仍然是高爐煉鐵的基礎(chǔ)。品位是含鐵爐料質(zhì)量的核心,以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是1%的品位影響1.5%~2%的焦比和2.5%~3%的產(chǎn)量。這就是說,爐料的品位與焦比和產(chǎn)量的關(guān)系不是1比1的關(guān)系,焦比和產(chǎn)量的數(shù)值影響要高于品位的變化,降低品位占不了便宜,反而會(huì)吃虧,不利于降低成本。
含鐵爐料的品位不能平分,低品位礦和高品位礦其價(jià)值是不一樣的。由表1可見,鐵礦石的冶金價(jià)值不能按含鐵品位等分,品位不同,其冶金價(jià)值呈現(xiàn)階梯形,含鐵品位在50%以下的酸性礦基本上沒有冶金價(jià)值,含鐵品位在45%以下的酸性礦冶金價(jià)值是負(fù)值,品位在40%以下的酸性礦負(fù)值就更大。當(dāng)然,不能說含鐵品位低于45%的礦料沒有價(jià)值。例如鋼渣和煉鋼塵泥等,它們的品位不足20%,這些循環(huán)資源還是有價(jià)值的,因?yàn)樗鼈儾皇撬嵝缘V,含有較高的CaO和MgO,它們與低品位的酸性礦有質(zhì)的區(qū)別。
含鐵爐料的質(zhì)量,不僅要論品位,還要同時(shí)論脈石和有害元素的含量。酸性脈石SiO2和Al2O3是高爐渣量的源頭,入爐礦的SiO2每提高1%,渣鐵比將會(huì)增加50kg/t,100kg/t渣量將會(huì)影響焦比和產(chǎn)量各3%~3.5%。正因?yàn)槿绱耍谠u價(jià)鐵礦石的冶金價(jià)值時(shí),要加上堿性脈石(CaO+MgO)含量,減去酸性脈石(SiO2+Al2O3)含量,即要用鐵礦石品位綜合評價(jià)法的公式進(jìn)行計(jì)算:TFe(綜)=TFe×〔100+2R4(SiO2+Al2O3)-2(CaO+MgO)〕-1×100%。式中:R4為爐渣四元堿度,SiO2、Al2O3、CaO、MgO為鐵礦石的化學(xué)成分。
舉一實(shí)例計(jì)算如下,某企業(yè)購進(jìn)一種鐵礦粉(印尼粗粉),其化學(xué)成分列于表2,高爐的四元堿度為1.10,將其化學(xué)成分代入計(jì)算式得出這種礦粉的實(shí)際綜合品位。TFe(綜)=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%。
當(dāng)時(shí)含鐵品位為62.5%的大宗粉礦市場價(jià)為950元/噸,印尼粗粉價(jià)為590元/噸。
通過計(jì)算得出,印尼粗粉的實(shí)際品位剛達(dá)到40%,其冶金價(jià)值為314元/噸,企業(yè)以590元/噸的價(jià)格購進(jìn)實(shí)際上吃了大虧。這一計(jì)算說明,采購鐵礦石降成本,不能僅憑單一品位和價(jià)格,應(yīng)通過綜合品位計(jì)算分析其冶金價(jià)值,從而實(shí)現(xiàn)真正的低成本煉鐵。
當(dāng)前,走低品質(zhì)礦煉鐵之路,還是走堅(jiān)持“精料”方針高效煉鐵之路,是擺在各企業(yè)煉鐵工作者面前兩種不同的理念。
關(guān)于低成本煉鐵的不同思路、不同理念的爭論和做法,已經(jīng)集中到高爐選擇什么樣的爐料結(jié)構(gòu)和“吃”什么樣的料上,具體表現(xiàn)為:
在爐料結(jié)構(gòu)選擇上是提高燒結(jié)礦入爐比例、降低燒結(jié)礦堿度,還是堅(jiān)持以高堿度(R=1.9~2.3)燒結(jié)礦為主,提高酸性爐料(球團(tuán)礦和塊礦)的比例。這個(gè)問題的本質(zhì)在于還要不要堅(jiān)持合理爐料結(jié)構(gòu)的原則,即發(fā)揮高堿度燒結(jié)礦優(yōu)良冶金性能的優(yōu)勢和發(fā)揮酸性爐料高品位、低渣量的優(yōu)勢。筆者認(rèn)為,以低成本、低燃料比為中心,只要有利于發(fā)揮合理爐料結(jié)構(gòu)以上兩種優(yōu)勢的,都是值得選擇和肯定的;凡是違背合理爐料結(jié)構(gòu)以上兩種優(yōu)勢的,都是不宜選擇和須要優(yōu)化的。
高爐是吃“精料”還是吃“經(jīng)料”?關(guān)于這個(gè)問題,當(dāng)前爭論的本質(zhì)不在吃“精料”還是“經(jīng)料”,而在于如何正確貫徹新的高爐操作十字方針即“低耗、環(huán)保、優(yōu)質(zhì)、長壽、高效”。無論“精料”還是“經(jīng)料”,只要有利于降低成本,節(jié)能環(huán)保和高效的配礦、用礦方案,都是可以的。但實(shí)際上高爐單純“吃”“經(jīng)料”是難以達(dá)到要求的。
低品質(zhì)礦、高M(jìn)gO、高Al2O3燒結(jié)、大渣量、高燃料比的理念和做法是不科學(xué)、不合理的。由近3年我國大中高爐的生產(chǎn)實(shí)踐可以看出:劣質(zhì)礦和低品位礦往往難以保證高品質(zhì)經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)。在目前條件下,鋼鐵企業(yè)須要在保證高效的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低成本,做到“三優(yōu)化一不降低”,即優(yōu)化采購、優(yōu)化配礦、優(yōu)化用礦,降低采購成本,不降低入爐料的質(zhì)量,只有這樣才能實(shí)現(xiàn)高效益。
燒結(jié)煉鐵應(yīng)低MgO還是高M(jìn)gO
眾所周知,燒結(jié)生產(chǎn)追求的是低碳、高料層、高強(qiáng)度、低FeO、高還原性的“三高兩低”目標(biāo)。MgO在燒結(jié)過程中的行為,依據(jù)已有的研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明,其易與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。眾多研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明,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%。
國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn),增加MgO含量會(huì)給燒結(jié)礦質(zhì)量帶來不利影響,但有些企業(yè)認(rèn)為MgO有利于改善燒結(jié)礦的RDI指數(shù)。其實(shí)這不是MgO對燒結(jié)礦質(zhì)量起的作用,而是提高M(jìn)gO含量降低了燒結(jié)礦的還原性,貌似改善了RDI指數(shù),因此不能由此得出高M(jìn)gO有利于改善燒結(jié)礦RDI指數(shù)的結(jié)論。
一些煉鐵廠希望高爐爐渣要有比較高的MgO含量(MgO≥8%),原因在于高爐爐渣具有良好的流動(dòng)性和熱穩(wěn)定性,是高爐順行穩(wěn)定的重要因素,一定量的MgO含量有利于爐渣流動(dòng)性和熱穩(wěn)定性,因此總希望燒結(jié)礦的MgO含量高一些。但生產(chǎn)實(shí)踐證明,降低MgO含量,可以減少渣量,降低燃料比,從而降低生產(chǎn)成本。燒結(jié)礦增加1%MgO,噸鐵生產(chǎn)成本會(huì)提高82元/噸以上,因此降低燒結(jié)、煉鐵MgO含量,是低成本、低燃料比煉鐵的一大潛力。韓國浦項(xiàng)集團(tuán)就把燒結(jié)礦的MgO降低到0.78%,爐渣的MgO也達(dá)到了3.23%的水平。
為什么有煉鐵工作者不愿接受低MgO燒結(jié)、煉鐵的做法?已有的研究證明,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(shí),爐渣成分處于較穩(wěn)定的黃長石區(qū)域,爐渣成分波動(dòng)對熔化溫度的影響幅度很小,黏度值很低(≤0.8pas);當(dāng)溫度處于1400℃~1500℃時(shí),爐渣的熔化溫度和黏度值低且處于穩(wěn)定階段。然而,保持高爐爐渣的流動(dòng)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(shí),提高爐渣的MgO含量對改善爐渣的性能幾乎沒有積極作用。
燒結(jié)和爐渣的Al2O3含量如何掌控
燒結(jié)原料不能沒有Al2O3,因?yàn)橐欢ǖ匿X硅比是形成鐵酸鈣的必要條件(Al2O3/SiO2=0.1~0.4)。燒結(jié)原料適宜的Al2O3含量為1.2%~1.8%,2%是燒結(jié)礦Al2O3含量高限。當(dāng)高Al2O3>2%后,它會(huì)在玻璃相中析出,降低渣相的破裂韌性,影響燒結(jié)礦的冷強(qiáng)度和RDI指數(shù)。
Al2O3含量不僅影響燒結(jié)礦質(zhì)量,對高爐爐渣的黏度和脫硫能力也有直接影響,因此煉鐵工作者不希望礦中含有較高的高Al2O3。但是隨著鐵礦資源的開發(fā),優(yōu)質(zhì)赤鐵礦日益減少,含結(jié)晶水的褐鐵礦和高Al2O3礦比例越來越大。因此,燒結(jié)和煉鐵生產(chǎn)多配褐鐵礦和高鋁礦是必然的趨勢。雖然Al2O3和MgO都是高熔點(diǎn)物質(zhì),高含量必然形成大渣量、高燃料比,但Al2O3不能與MgO相提并論,因?yàn)闊Y(jié)和爐渣適當(dāng)提高一些Al2O3含量是符合鐵礦資源開發(fā)的變化趨勢的,關(guān)鍵在于分析和討論清楚并掌握一個(gè)合理值。
國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)研究院最新研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)MgO=7%,R2=1.18,Al2O3=13.59%~17.19%,爐渣溫度≥1400℃后,不論是熔化溫度還是黏度均處于比較穩(wěn)定的等黏度(黏度≤1.0pas)的區(qū)域,這說明把Al2O3的值提高到17%是具有可行性的。
在生產(chǎn)實(shí)踐中,福建三安鋼鐵公司和武鋼的高爐都曾經(jīng)歷高Al2O3冶煉的歷史,2004年~2005年三安鋼鐵爐渣Al2O3高達(dá)16.67%~18.09%(當(dāng)時(shí)其燒結(jié)礦的Al2O3為2.24%~2.5%),武鋼的6座大高爐爐渣Al2O3也曾高達(dá)17.01%~17.58%,其中6號(hào)高爐2004年全年平均值更是達(dá)到17.58%,然而高爐生產(chǎn)均保持了順行穩(wěn)定。可見,從理論和生產(chǎn)實(shí)踐角度來看,燒結(jié)礦的Al2O3含量≤2.5%,爐渣中Al2O3含量≤17%是可行的。
表1不同品位鐵礦石的冶金價(jià)值(酸性礦)


表2 印尼粗粉的化學(xué)成分