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Al2O3是高爐煉鐵爐渣的重要成分之一，隨著Al2O3含量的不斷升高，爐渣流動性差、脫硫能力下降等問題日漸突顯，對高爐冶煉造成極大危害。針對這一問題，國際上普遍采用的應(yīng)對方式是在燒結(jié)工藝中添加MgO。然而，如何添加，添加多少最合適，卻是一道世界難題。
東北大學(xué)教授沈峰滿團隊根據(jù)高爐爐渣中Al2O3含量的不同，研發(fā)了分段確定鎂鋁比(MgO/ Al2O3)最佳操作指標的定量方式，掌控了高爐爐渣中鎂鋁的黃金分割點，確立了不同條件下鎂鋁比的適宜值，推進了我國高爐冶煉的精細化。2018年，該成果獲得冶金科學(xué)技術(shù)一等獎?！霸摷夹g(shù)總體達到了國際先進水平，特別是對MgO在煉鐵工藝中的作用機理研究方面達到國際領(lǐng)先水平?！敝袊こ淘涸痹洪L干勇評價道。
運用相圖基本原理
破解世界難題
21世紀初，隨著我國進口鐵礦用量的不斷增加，高爐爐渣中Al2O3含量隨之增加，導(dǎo)致爐渣粘度上升、脫硫能力下降，冶金性能變差。針對這種新問題，我國企業(yè)普遍采取的應(yīng)對方式是添加MgO。由于在燒結(jié)礦中添加MgO還具有改善燒結(jié)礦低溫還原粉化的功效，因此人們普遍認為爐渣鎂鋁比越高越好，使得鎂鋁比處于偏高的不合理范圍，雖然保證了冶煉效果，但也造成了MgO資源浪費、能源浪費和環(huán)境污染等一系列問題。如何解決這種浪費，世界上沒有相關(guān)資料。
沈峰滿團隊自2005年起，開始從事高爐煉鐵過程中最佳鎂鋁比冶煉技術(shù)的研究工作。團隊從降低生產(chǎn)成本、降低能耗、減少廢棄物與溫室氣體CO2的排放、同時兼顧MgO效益最大化等多視角出發(fā)，運用冶金物理化學(xué)基礎(chǔ)理論和相圖基本原理，通過實驗室研究與工業(yè)試驗相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地論述了高爐冶煉過程適宜的鎂鋁比問題，為高爐冶煉過程中鎂鋁比問題確立理論依據(jù)。
經(jīng)過大量研究與實踐，團隊逐步確定了不同條件下的適宜鎂鋁比：當爐渣中Al2O3<14%時，可根據(jù)生產(chǎn)要求添加MgO;Al2O3=15%～17%時，適宜鎂鋁比為0.40～0.50;當爐渣中Al2O3>18%時，適宜鎂鋁比為0.45～0.55。這為實現(xiàn)高爐煉鐵工藝低成本、低能耗、低排放的現(xiàn)代高爐綠色冶煉模式的形成，奠定了堅實的基礎(chǔ)。
沈峰滿表示，現(xiàn)代高爐爐渣適宜鎂鋁比冶煉技術(shù)解決了長期以來一直困擾煉鐵界的四個技術(shù)問題：一是當前的煉鐵條件下必須添加MgO;二是在確保爐渣流動性的前提下，MgO添加量不是越多越好;三是要對不同Al2O3含量的爐渣采取不同的鎂鋁比，并給出了適宜鎂鋁比定量控制的理論依據(jù);四是要采取適宜的MgO添加方式，使得MgO的正影響最大化、負影響最小化。
推廣應(yīng)用產(chǎn)生
巨大經(jīng)濟社會效益
2008年起，該團隊先后與上海梅山鋼鐵股份有限公司、安陽鋼鐵股份有限公司、內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司等企業(yè)共同開發(fā)研究適宜鎂鋁比的冶煉技術(shù)。
采用新冶煉技術(shù)，必須承擔失敗的風(fēng)險。為了減少企業(yè)的心理負擔，沈峰滿帶領(lǐng)團隊成員多次深入企業(yè)一線，與工人師傅一起工作，現(xiàn)場解決問題。
經(jīng)過不懈努力，各個鋼廠捷報頻傳。在梅鋼、安鋼等全國4000m3級以上高爐的實踐應(yīng)用中，鎂鋁比約為0.42~0.43，居于與寶鋼高爐并列的第一集團;在包鋼的高爐上，鎂鋁比也由0.66降低至0.48，也取得了顯著的效果。
沈峰滿告訴筆者，適宜鎂鋁比技術(shù)對煉鐵行業(yè)技術(shù)進步已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的影響和推動。僅以梅鋼集團為例，由于采用該項技術(shù)，爐渣鎂鋁比已從2013年的年平均0.51降至2017年的年平均0.43，使得年產(chǎn)720萬噸的梅鋼每年獲得經(jīng)濟效益8100余萬元，同時減少了CO2的排放量，取得了顯著的經(jīng)濟與社會效益。
中國是世界第一鋼鐵大國，目前，雖然部分高爐爐渣的鎂鋁比已降低至0.5以下，但仍有許多高爐爐渣鎂鋁比在0.5甚至0.6以上。繼續(xù)推廣現(xiàn)代高爐爐渣適宜鎂鋁比冶煉技術(shù)，尚存在很大的發(fā)展空間和廣闊的應(yīng)用前景。
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