東北大學(xué)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(biāo)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。“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(lǐng)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(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(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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dān)失敗的風(fēng)險。為了減少企業(yè)的心理負擔(dān)，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(yīng)用前景。

冶金科學(xué)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(xué)會冶金科學(xué)技術(shù)獎，由東北大學(xué)、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(yīng)用”項目榮獲2018年冶金科學(xué)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(yīng)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(dǎo)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(dāng)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(dāng)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(xué)合理利用MgO理論體系。研究立足基礎(chǔ)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(xué)基礎(chǔ)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(dǎo)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(dāng)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(dāng)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(chǔ)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(xué)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(dǎo)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(biāo)，經(jīng)濟與社會效益顯著，具有前景廣闊的推廣應(yīng)用價值。

2018年1月22日，中國金屬學(xué)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(xué)完成的“現(xiàn)代高爐最佳鎂鋁比冶煉技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)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(lǐng)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(xué)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(fēng)口噴吹及爐渣的適宜含量的基礎(chǔ)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(chǔ)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(biāo)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(biāo)。a）當(dāng)渣中Al2O3<14%時，MgO根據(jù)燒結(jié)礦的低溫還原粉化指標(biāo)要求添加；b）Al2O3=15%～17%時，鎂鋁比應(yīng)控制在0.40～0.50；c）當(dāng)渣中Al2O3>18%時，鎂鋁比應(yīng)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(yīng)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(yīng)用。