近兩年來(lái)，有關(guān)低品位礦高爐煉鐵新技術(shù)的爭(zhēng)議及其實(shí)踐，一直是國(guó)內(nèi)煉鐵界的熱點(diǎn)話題，已經(jīng)影響到我國(guó)燒結(jié)和高爐煉鐵的正常生產(chǎn)。筆者認(rèn)為，有必要通過(guò)理論辨析，以及生產(chǎn)主要指標(biāo)的對(duì)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(guó)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(shuō)，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(jiàn)，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(méi)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(shuō)含鐵品位低于45%的礦料沒(méi)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(píng)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(píng)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(gòu)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(chǎng)價(jià)為950元/噸，印尼粗粉價(jià)為590元/噸。
通過(guò)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(gòu)進(jìn)實(shí)際上吃了大虧。這一計(jì)算說(shuō)明，采購(gòu)鐵礦石降成本，不能僅憑單一品位和價(jià)格，應(yīng)通過(guò)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(zhēng)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(wèn)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(shì)和發(fā)揮酸性爐料高品位、低渣量的優(yōu)勢(shì)。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(shì)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(shì)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(wèn)題，當(dāng)前爭(zhēng)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(zhǎng)壽、高效”。無(wú)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(guó)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(gòu)、優(yōu)化配礦、優(yōu)化用礦，降低采購(gòu)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(guò)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(guó)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(lái)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(duì)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(guó)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(zhǎng)石區(qū)域，爐渣成分波動(dòng)對(duì)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(zhǎng)石溫度區(qū)。這就從爐渣理論上告訴我們，在正常條件下，沒(méi)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(duì)改善爐渣的性能幾乎沒(méi)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(méi)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(duì)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(kāi)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(lái)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(shì)。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(kāi)發(fā)的變化趨勢(shì)的，關(guān)鍵在于分析和討論清楚并掌握一個(gè)合理值。
國(guó)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(shuō)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(jiàn)，從理論和生產(chǎn)實(shí)踐角度來(lái)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
