在环保要求日渐严格的形势下，如何在确保生产稳定顺行的情况下，更加有效地提高资源利用率，是钢铁行业急需关注的问题。研究人员针对国内高炉炉渣镁铝偏高的局面，通过相图分析和与国外典型炉渣的镁铝比（MgO/Al2O3）进行对比，分析了国内高镁铝比的原因所在，并提出了在实现高炉冶炼稳定顺行的前提下，既满足炉渣的黏度要求又合理使用资源、最大限度节约资源，降低工序能耗和成本的适宜镁铝比操作的理论依据。

　　MgO的作用

　　随着高炉原料中高Al2O3矿比例的不断提高，高炉渣中的Al2O3含量也不断攀升，炉渣中Al2O3含量达到16%或更高，导致高炉冶炼过程中普遍出现炉渣黏稠的现象，增加了炉前操作难度。为了使高炉冶炼在高Al2O3条件下依然能稳定顺行，通常采用炉渣中添加一定的MgO，以改善炉渣的流动性，确保高炉操作的稳定顺行。

　　另外，由于MgO具有抑制烧结矿低温还原粉化的功效，一般采用在烧结过程添加诸如白云石、菱镁石等含MgO的矿物，一是为了确保炉渣中MgO的来源，二也是为了改善烧结矿自身的冶金性能。

　　国内外高炉炉渣镁铝比的现状

　　根据今年全国220座高炉的生产数据，从高炉炉渣的年平均镁铝比数据统计可知，国内220座高炉的镁铝比平均值为0.65；观察高炉炉渣镁铝比占比的分布情况可知，镁铝比约为0.60的占30%、0.65的占25%、0.70的占20%，镁铝比大于0.6的占90%以上。

　　相比之下，国外典型高炉渣的镁铝比却比较低（见表）。分析国外典型的高炉渣主要成分及镁铝比可以发现，印度高炉炉渣中Al2O3含量高达20%以上，远高于我国炉渣Al2O3含量。尽管如此，印度的Durgapur钢厂3号和4号高炉炉渣的镁铝比仅为0.45和0.42，印度的Bokaro钢厂的2号高炉的镁铝比为0.49，均低于0.5。韩国高炉炉渣中的Al2O3含量一般为15%~16%，与我国多数铁厂的炉渣Al2O3含量相当，但韩国的铁厂高炉炉渣的镁铝比更低，光阳铁厂高炉炉渣的平均镁铝比为0.32，而浦项高炉炉渣的平均镁铝比仅为0.22。

　　适宜镁铝比的探讨

　　与国外相比，我国高炉炉渣的镁铝比明显偏高，其原因在于：其一是由于作为改善炉渣中Al2O3含量升高的良策就是采用添加MgO改善炉渣冶金性能；二是由于MgO可改善烧结矿冶金性能，降低烧结矿低温还原粉化率(RDI-3.15)，因此，导致很多人认为炉渣的镁铝比越高越好，使得我国钢铁厂平均镁铝比相对较高。

　　应该说，尽管烧结矿含有一定量的MgO是有益的，但MgO含量过高反而使得烧结机的生产效率下降、烧结矿的机械强度下降、烧结配碳量上升，烧结工序能耗增加。因此，单从烧结的角度进行考虑，MgO的添加量并非越多越好。

　　另外，从高炉冶炼工序考虑，若无限制地提高炉渣中的MgO，不但增加了炼铁工序产生废弃物的排放量、渣比和高炉炼铁工序能耗，也造成镁资源的浪费，同时，还有可能使炉渣熔点大幅度上升（可参照CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元渣系相图），将造成炉渣在高炉炉缸内不能完全熔化的现象，反而加剧排渣的困难。因此，炉渣中MgO的添加量是应该受到限制的。关于炉渣MgO含量上限的问题，在考虑炉渣黏度的同时应考虑炉渣中添加MgO后的熔点变化（见图）。

　　分析不同Al2O3含量炉渣镁铝比与熔点的关系可知：若渣中Al2O3含量为10%时，MgO含量增加不会使炉渣熔点有较大的变化，可保证炉渣熔点低于1420℃。

　　表中给出了瑞典SSAB高炉炉渣的平均成分。从数据可以看出：渣中MgO含量为17.5%。瑞典SSAB高炉之所以在炉渣MgO高达17%以上依然能使得高炉冶炼稳定顺行，关键在于SSAB的高炉渣中Al2O3含量较低，仅为13%。此时，渣的熔点约为1375℃，从而使得炉渣熔点满足高炉冶炼的要求。从图中可以看出，若炉渣中Al2O3高于15%，为了使炉渣熔点不高于1420℃，则要求炉渣中MgO含量或镁铝比要有一定的限制。若为Al2O3为15%，则镁铝比不能高于1.0（或MgO小于15%）；若渣中Al2O3为20%，则镁铝比不能高于0.62（或MgO小于12.4%）；若渣中Al2O3含量更高的话，则MgO的上限值就更低些。

　　由此可见，为了确保高炉条件下炉渣熔点满足高炉冶炼的要求，MgO含量上限应根据渣中Al2O3含量的多少分为两大类：其一，若低Al2O3炉渣操作（Al2O3≤14%），渣中MgO上限可以不受限制；其二，若高Al2O3炉渣操作，则MgO含量的上限应受制约，而且Al2O3含量越高，MgO含量的上限就越低。

　　但是，从节约资源和降低工序能耗的角度出发，在MgO满足冶炼要求的前提下，应最大限度地降低炉渣中的MgO含量，即最大限度地降低镁铝比，使得高炉炼铁更加符合节能减排和可持续发展战略的要求。

　　综上可见，高炉冶炼存在适宜镁铝比问题。根据相图理论分析并参照国外较低镁铝比操作的现状，适宜的镁铝比应依据高炉冶炼的具体情况而定，对于国内多数高炉炉渣Al2O3含量为15%～16%的情况，建议镁铝比为0.4左右较适宜。而且在降低镁铝比减少渣中MgO含量的同时应提高炉渣的二元碱度，一是为了确保炉渣的脱硫能力；二是对于高Al2O3含量炉渣，在减少MgO的同时，提高二元碱度，才能维持炉渣黏度不变。例如，对于碱度R=1.14、Al2O3为15%的炉渣，若添加10%的MgO（MgO%/Al2O3%=0.67），1500℃条件下炉渣的黏度约为3泊，如果将MgO含量降至5%（MgO%/Al2O3%=0.33），并且要继续维持炉渣黏度为3泊，则必须提高二元碱度至1.28。

　　适宜镁铝比的效益分析

　　由上述分析可知，在满足改善高Al2O3炉渣黏度以及有效抑制烧结矿低温还原粉化的前提下，应最大限度降低炉渣中的镁铝比以及烧结矿的MgO含量。以国内某钢铁厂为例，该厂炉渣含Al2O3月平均15.5%、MgO月平均8.2%、MgO/Al2O3约0.53，若将镁铝比下调至0.30，则使渣中MgO由8.2%降至4.6%，按300kg/tHM渣量计算。但减少MgO含量单项计算，吨铁就可减少渣量10.6kg/tHM，有利于实现节约资源及降低能耗的目的，降低了工序能耗也有助于减少CO2气体的排放。因此，采取适宜的低镁铝比操作具有十分可观的经济效益和社会效益。