東北大學沈峰滿教授團隊根據(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技術(shù)一等獎。“該技術(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先水平。”中國工程院原副院長干勇院士評價道。

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，世界上沒有相關資料。

沈峰滿教授團隊自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)，運用冶金物理化學基礎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。

沈峰滿教授表示，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。

2008年起，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)，必須承擔失敗的風險。為了減少企業(yè)的心理負擔，沈峰滿帶領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。

沈峰滿教授告訴記者，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)展空間和廣闊的應用前景。

冶金科學技術(shù)獎勵委員會召開，決定對85個項目授予2018年中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會、中國金屬學會冶金科學技術(shù)獎，由東北大學、上海梅山鋼鐵股份有限公司等四個單位共同完成的“現(xiàn)代高爐最佳鎂鋁比冶煉技術(shù)的開發(fā)與應用”項目榮獲2018年冶金科學技術(shù)獎一等獎。項目系統(tǒng)地研究了MgO對燒結(jié)-球團-高爐冶煉的影響規(guī)律及作用機理，并進行了深入的理論分析與現(xiàn)場應用實施。

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。對于高爐爐渣Al2O3含量升高帶來的爐渣流動性、脫硫能力等冶金性能下降的問題，通常采用在燒結(jié)工藝添加MgO的方法加以改善。由于添加MgO還具有改善燒結(jié)礦低溫還原粉化的功效，因此導致國內(nèi)普遍存在爐渣鎂鋁比（MgO/Al2O3）越高越好的認識誤區(qū)，使得我國爐渣的鎂鋁比處于偏高的不適當范圍。

2015年，我國1000 m3以下高爐渣的平均鎂鋁比約為0.68，1000～3000 m3高爐渣的平均鎂鋁比約為0.60，3000 m3以上高爐渣的平均鎂鋁比約為0.55～0.57。較高的鎂鋁比不僅增大了渣量、能耗及鎂資源的消耗，同時也影響燒結(jié)生產(chǎn)及燒結(jié)礦的質(zhì)量。因此，研究燒結(jié)-高爐各環(huán)節(jié)適宜的MgO含量和高爐渣中適宜的MgO/Al2O3比例顯得十分必要。

MgO如何添加才能做到優(yōu)化？

MgO的添加一般通過燒結(jié)礦或球團礦，需要進行現(xiàn)代高爐原燃料條件下燒結(jié)-球團-高爐添加MgO協(xié)同優(yōu)化的研究與冶煉技術(shù)的開發(fā)，旨在探討現(xiàn)代高爐最佳鎂鋁比的冶煉技術(shù)，確定燒結(jié)礦的最佳MgO含量、球團礦的最佳MgO含量、及高爐渣最佳的MgO/Al2O3操作參數(shù)等。

本項目通過現(xiàn)場分析與生產(chǎn)實踐解決了長期以來一直困擾煉鐵界的四個技術(shù)問題，即當前的煉鐵條件下是否必須添加MgO？在確保爐渣流動性的前提下，MgO添加量越多越好嗎？對不同Al2O3含量爐渣的最佳鎂鋁比如何控制？適宜的MgO添加方式是什么？。

該項目開發(fā)及取得的研發(fā)成果，改善了高爐渣及燒結(jié)礦、球團礦冶金性能，減少了煉鐵工序的熔劑消耗量，有利于降低高爐渣量、降低燃料比、提高產(chǎn)量。其主要創(chuàng)新點如下：

(1)建立科學合理利用MgO理論體系。研究立足基礎理論，系統(tǒng)論述了高爐冶煉適宜的鎂鋁比問題，為高爐煉鐵鎂鋁比問題確立理論依據(jù)。課題從冶金物理化學基礎理論出發(fā)，通過實驗室研究與工業(yè)試驗，確定了爐渣適宜的鎂鋁比，并將此問題上升至理論高度，形成理論體系，指導現(xiàn)場生產(chǎn)。

(2)對不同Al2O3含量的爐渣中的適宜鎂鋁比進行分段控制。

a)當渣中Al2O3＜14%時，MgO可根據(jù)生產(chǎn)要求添加；

b)Al2O3=15～17%時，適宜的鎂鋁比控制在0.40～0.50，但需注意爐溫的影響；

c)當渣中Al2O3＞18%時，適宜的鎂鋁比控制在0.45～0.55。

(3)制備優(yōu)質(zhì)含MgO球團，實現(xiàn)MgO高效、優(yōu)質(zhì)利用。根據(jù)基礎研究開發(fā)了優(yōu)質(zhì)具有活性的MgO基添加劑，實現(xiàn)MgO在煉鐵生產(chǎn)中的高效利用。不僅克服了以往球團礦中添加MgO的負作用，且可以降低球團膨潤土用量，實現(xiàn)了球團粘結(jié)劑與添加劑的有機統(tǒng)一。

(4)協(xié)同優(yōu)化，統(tǒng)籌兼顧，實現(xiàn)MgO功效最大化。采用全系統(tǒng)、全視角的方法將MgO在燒結(jié)-球團-高爐冶煉各工序中的作用有機聯(lián)動，兼顧燒結(jié)、球團、高爐不同工序?qū)gO熔劑的需求，科學地提出了合理添加使用MgO的問題，從而提出了最佳鎂鋁比操作的理念，實現(xiàn)MgO功效最大化。

項目采用了理論與實際相結(jié)合的方法，分析了MgO在整個煉鐵工序中的利與弊，形成了“現(xiàn)代高爐最佳鎂鋁比冶煉技術(shù)”，填補了我國煉鐵界缺乏高Al2O3原料操作技術(shù)及適宜MgO添加技術(shù)的空白，促進了煉鐵技術(shù)的進步，引導了煉鐵行業(yè)的發(fā)展與技術(shù)升級。

目前本技術(shù)已經(jīng)在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)股份有限公司推廣使用，并取得了很好的技術(shù)指標，經(jīng)濟與社會效益顯著，具有前景廣闊的推廣應用價值。

2018年1月22日，中國金屬學會在北京組織召開了由上海梅山鋼鐵股份有限公司和東北大學完成的“現(xiàn)代高爐最佳鎂鋁比冶煉技術(shù)的開發(fā)與應用”科技成果評價會。

項目評價委員會聽取了項目組的研制報告、用戶使用報告、經(jīng)濟效益報告及科技查新報告，并審查了全部評價文件資料，經(jīng)質(zhì)詢、討論，項目評價委員會認為該項成果總體達到國際先進水平，其中對MgO在煉鐵工藝中的作用機理研究方面達到國際領先水平。

該項目開發(fā)及取得的研發(fā)成果，改善了高爐渣及燒結(jié)礦、球團礦冶金性能，減少了煉鐵工序的熔劑消耗量，有利于降低高爐渣量、降低燃料比、提高產(chǎn)量。其主要創(chuàng)新點如下：

（1）首次采用系統(tǒng)全視角的方法將MgO在燒結(jié)-高爐冶煉各工序中的作用聯(lián)系起來，兼顧燒結(jié)、球團、高爐不同工序?qū)gO熔劑的需求，科學地提出了合理添加使用MgO的問題。課題在統(tǒng)籌研究了MgO在燒結(jié)礦、球團礦、風口噴吹及爐渣的適宜含量的基礎上，提出了最佳鎂鋁比操作的理念。

（2）在保證燒結(jié)礦具有良好低溫還原粉化性能的基礎上，確定適宜的燒結(jié)礦MgO含量，以此提高燒結(jié)生產(chǎn)效率，并獲得了強度高、還原性好、高溫軟熔性能好、且低溫還原粉化指標穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦。同時統(tǒng)籌兼顧了爐渣與球團對MgO的需求，獲得了高溫強度高、軟熔性能好的含MgO球團礦。以改善高爐渣的流動性、熱容量、脫硫能力等對MgO的需求為前提，按需求分配使用MgO，使MgO的正影響最大化，負影響最小化，從而做到MgO在全煉鐵流程中的功效最大化。

（3）根據(jù)Al2O3含量不同，分段確定最佳鎂鋁比操作指標。a）當渣中Al2O3<14%時，MgO根據(jù)燒結(jié)礦的低溫還原粉化指標要求添加；b）Al2O3=15%～17%時，鎂鋁比應控制在0.40～0.50；c）當渣中Al2O3>18%時，鎂鋁比應控制在0.45～0.55。

該項目取得發(fā)明專利13件，已在梅鋼4號（3200m3）、5號（4070m3）高爐及其燒結(jié)工序上應用，鎂鋁比降至0.43，渣量降低11.48 kg/tHM，燃料比降至492.5 kg/tHM（降低1.5 kg/tHM）。不僅降低了煉鐵成本，還有利于減少CO2和廢棄物排放，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。建議進一步推廣應用。