La planta siderúrgica de Yongyang Special Steel Group estudió el impacto de diferentes contenidos de MgO en el rendimiento de la sinterización e implementó un método práctico para reducir la relación Mg/Al en la escoria del alto horno. Esto dio como resultado una operación estable a largo plazo y la optimización del rendimiento de los altos hornos de tamaño mediano y grande bajo la relación Mg/Al mínima teórica de 0,37-0,46. El nivel de control de la relación Mg/Al en la escoria del alto horno se encuentra entre los más altos de la industria para altos hornos de la misma clase. Al reducir los costos de producción de hierro, esto ha mejorado la competitividad de la empresa y ha generado importantes beneficios económicos.

　　1. Introducción

　　Con la disminución gradual de la proporción de recursos de mineral de hierro de alta calidad utilizados a nivel nacional y la creciente presión del mercado, la reducción del costo del arrabio se ha convertido en una tarea fundamental en la producción de hierro. La adición de mineral de hierro con alto contenido de alúmina es un medio importante para reducir el costo del arrabio. Sin embargo, con el uso de mineral de hierro con alto contenido de Al2O3 en los altos hornos, el contenido de Al2O3 en la escoria del alto horno ha aumentado gradualmente. La escoria con alto contenido de Al2O3 ha generado dificultades en la operación del alto horno e incluso ha causado problemas operativos en algunos altos hornos. Por lo tanto, se ha convertido en práctica común para algunos operadores de altos hornos mejorar el nivel de control de la escoria (MgO) y reducir la viscosidad de la escoria para resolver el problema de la fundición de escoria con alto contenido de Al2O3. Con la adición de MgO a la escoria, el nivel de control de la relación magnesio-aluminio varía de una planta a otra, llegando en algunos casos a 0,6 o incluso por encima de 0,7, lo que provoca un desperdicio innecesario. Esto hace que la discusión sobre la relación magnesio-aluminio (MgO/Al2O3%) adecuada para la escoria del alto horno sea cada vez más relevante. Muchos investigadores han realizado valiosas investigaciones sobre la evolución histórica del efecto del MgO en la mejora de la viscosidad de la escoria y la relación magnesio-aluminio (relación Mg/Al). La planta siderúrgica de Yongyang Special Steel Group ha optimizado y implementado gradualmente esta tecnología en la producción, logrando una operación estable a largo plazo y la optimización del rendimiento de su alto horno en condiciones de baja relación Mg/Al de 0,37-0,45, reduciendo así los costos del arrabio. 2. Práctica industrial de la fundición con baja relación Mg/Al en la planta siderúrgica de Yongyang Special Steel Group:

　　La primera fase del proyecto de reubicación de la planta siderúrgica de Yongyang Special Steel Group entró en funcionamiento en octubre de 2017. Su principal equipo de producción consta de un alto horno de 1260 m³ y una máquina de sinterización de 180 m². A principios de 2022, la empresa estableció un laboratorio de pretratamiento de mineral de hierro, y la planta siderúrgica, en colaboración con el centro tecnológico de la empresa, llevó a cabo una serie de estudios de investigación.

　　2.1 Investigación sobre el impacto de la reducción del contenido de MgO en el sinter sobre sus propiedades metalúrgicas:

　　En las Tablas 1 y 2 se presenta un resumen de algunos datos experimentales de sinter con diferentes contenidos de MgO.

　　Tabla 1 Resumen de la composición, las propiedades reductoras y la resistencia a la abrasión del sinter en algunos experimentos

　　Tabla 2. Resumen de los datos de rendimiento metalúrgico de los estudios de laboratorio de algunos minerales sinterizados:

　　Los datos experimentales anteriores muestran que la reducción del contenido de óxido de magnesio en el mineral sinterizado aumenta la tasa de pulverización durante la reducción a baja temperatura, con un impacto mínimo por debajo del 2,0%, pero la resistencia a la sinterización no se ve afectada significativamente.

　　2.2 Principales medidas para lograr la fundición con baja relación magnesio-aluminio:

　　2.2.1 Investigación sobre la composición real de la escoria del alto horno:

　　Basándose en la investigación del profesor Shen Fengman sobre la teoría y la práctica de la relación magnesio-aluminio adecuada en la fundición de mineral de hierro con alto contenido de Al2O3 en el alto horno, y aplicando el análisis de la teoría del diagrama de fases, combinado con la investigación experimental de laboratorio y la práctica en campo, se extrajeron las siguientes conclusiones del sistema teórico de optimización sinérgica y maximización de la eficiencia para una relación magnesio-aluminio adecuada:

　　Se establece cuantitativamente una política de control refinado en tres etapas para la relación magnesio-aluminio adecuada: ① Cuando el contenido de Al2O3 en la escoria es del 14%, la relación magnesio-aluminio de la escoria no está limitada y puede ajustarse según las condiciones de la materia prima y el combustible. Se añade MgO en función de factores como el coste de producción; ② Cuando el contenido de Al2O3 en la escoria es del 15% al ​​17%, la relación magnesio-aluminio adecuada (relación Mg/Al) es de 0,40 a 0,50, pero debe considerarse la sensibilidad a la temperatura de la escoria; ③ Cuando el contenido de Al2O3 en la escoria es del 18%, la relación Mg/Al adecuada es de 0,45 a 0,55.

　　Basándose en el análisis del diagrama de fases de la Figura 1, para la escoria con un contenido de (Al2O3) del 15% al ​​17%, también se puede concluir que la relación Mg/Al que satisface una viscosidad de la escoria de 0,3 a 0,4 Pa•s es de 0,35 a 0,8. Por lo tanto, para minimizar los costes de producción y el consumo de energía del proceso, garantizando al mismo tiempo el funcionamiento normal del alto horno, la relación Mg/Al adecuada debe ser de 0,4 a 0,5.

　　El diagrama de fases se aplica a la composición de la escoria (SiO2), (CaO) y (Al2O3) del alto horno de la planta siderúrgica de Yongyang Special Steel Group dentro de este rango. Como se muestra en la Figura 1, dentro de un cierto rango, reducir el contenido de (MgO) y aumentar adecuadamente la basicidad R2 permite mantener una viscosidad constante; por lo tanto, teóricamente, reducir la relación magnesio-aluminio de la escoria es factible.

　　Basándose en la investigación teórica, la planta siderúrgica llevó a cabo pruebas a escala industrial. Los indicadores específicos se muestran en la siguiente figura:

　　Niveles de control reales de la basicidad y la relación magnesio-aluminio de la escoria del alto horno en la planta siderúrgica de Yongyang Special Steel Group desde abril de 2021:

　　Figura 2. Composición de la escoria del alto horno en la planta siderúrgica de Yongyang Special Steel (abril de 2021 a agosto de 2022)

　　Como se muestra en la Figura 2, el proceso de producción de hierro de Yongyang Special Steel Group mantuvo una relación magnesio-aluminio de 0,37-0,50, consistentemente en un nivel bajo con una tendencia a la disminución gradual. El valor más bajo fue de 0,37 el 16 de abril de 2022. La Figura 4 muestra el nivel diario típico de la composición de la escoria del alto horno, que se mantuvo entre 0,44 y 0,46. Durante este período, el funcionamiento del horno se mantuvo estable y sin problemas.

　　2.2.2 Medidas clave para la gestión de materias primas: Adherencia a una política de materias primas de alta calidad para garantizar condiciones estables de las mismas:

　　Para abordar el deterioro de la permeabilidad causado por la escoria con alto contenido de alúmina, la empresa se centró en las materias primas, gestionándolas diligentemente según los principios de "alta calidad, estabilidad, uniformidad, limpieza, madurez y pequeñas cantidades". A nivel de empresa, la gestión de las materias primas, combinada con las "Normas para la adquisición de materiales para la producción de hierro y las condiciones de aceptación", garantizó un suministro estable de materias primas. La planta de producción de hierro ha establecido el "Reglamento de gestión de materias primas", conformando un sistema de gestión de tres niveles: planta, taller y equipo. Cada nivel cuenta con una persona responsable y tareas específicas, y la gestión se extiende desde los procesos inferiores hasta los superiores. Esto garantiza que cualquier problema de calidad que surja en la recepción de materias primas o durante la producción se detecte y se aborde de inmediato, evitando que las fluctuaciones en la disponibilidad de materias primas afecten al alto horno.

　　2.2.3 Ajustes en los procedimientos operativos:

　　Ajustes en el sistema de soplado: El área de las toberas se redujo gradualmente de las 22 toberas de 115 mm de diámetro al comienzo del funcionamiento del horno a 5 toberas de 115 mm, siendo el resto toberas de 110 mm. La velocidad de soplado estándar es superior a 260 m/s, y la velocidad de soplado real es superior a 280 m/s. La energía cinética del soplado es de 12000 kg·m/s, lo que garantiza un funcionamiento activo del hogar. Para mejorar la temperatura física del aire caliente de la escoria y el hierro, la temperatura se aumenta gradualmente y se estabiliza por encima de 1240 ℃.

　　La matriz de carga se optimiza gradualmente, siguiendo el principio de estabilizar el centro y considerando los bordes. La matriz de carga utilizada habitualmente es la siguiente:

　　Tabla 3. Matriz de carga típica para altos hornos:

　　Durante el mantenimiento o los períodos prolongados de bajo ritmo de soplado debido a factores externos, se debe retirar el anillo exterior de mineral para despejar los bordes, lo que facilita la estabilidad del horno y una rápida recuperación.

　　2.2.4. Control operativo reforzado para los capataces de altos hornos:

　　Una disminución en la relación magnesio-aluminio empeora la fluidez de la escoria, especialmente en condiciones de baja temperatura. Una temperatura adecuada en el crisol es la principal garantía para mantener una fluidez óptima de la escoria. Operacionalmente, aumentar adecuadamente la basicidad binaria garantiza la eficacia de la desulfuración y reduce la temperatura del hierro. Sin embargo, la temperatura no debe ser excesivamente alta, ya que esto generaría pérdidas. El rango óptimo de control de la temperatura es de 1485-1500 °C. Esto reduce el margen de operación del alto horno; por lo tanto, se han implementado requisitos unificados para los tres turnos y se han formulado directrices operativas detalladas de acuerdo con principios de operación estandarizados. Las directrices operativas típicas son las siguientes:

　　Tabla 4: Directrices operativas de altos hornos de uso común

　　2.2.5 Fortalecimiento de la organización del sangrado de arrabio:

　　La calidad del sangrado de arrabio en el alto horno es crucial para garantizar su buen funcionamiento. La profundidad de sangrado debe mantenerse entre 3,2 y 3,4 m, el intervalo de sangrado debe reducirse de 15 minutos a menos de 10 minutos, y el diámetro de la broca debe cambiarse de 45 mm a 38 mm para garantizar la eliminación completa y oportuna de la escoria y el arrabio. En la fundición con baja relación magnesio-aluminio, el insuficiente poder calorífico de la escoria y el arrabio puede provocar fluctuaciones en la temperatura del horno y dificultades en su extracción. En estos casos, se puede implementar un sangrado simultáneo en el horno para garantizar la eliminación completa de la escoria y el arrabio.

　　Gracias a las medidas de control mencionadas, la planta siderúrgica de Yongyang Special Steel Group ha logrado una fundición con baja relación magnesio-aluminio a largo plazo y ha mejorado sus indicadores técnicos. Los principales indicadores del último año se resumen a continuación:

　　Tabla 5. Resumen de los indicadores del alto horno durante el último año:

　　3. Cálculo del beneficio económico:

　　Beneficios en la sinterización: La reducción de la cantidad de magnesio añadido a la escoria del alto horno se logra utilizando menos polvo de dolomita cruda como fundente en la sinterización. Manteniendo la misma basicidad, se puede aumentar la proporción de cal viva en la mezcla de sinterización. Esto aumenta la producción de sinter, reduciendo así los costos de procesamiento. Además, la reducción de la cantidad de fundente crudo disminuye el consumo de combustible en la sinterización, lo que resulta en una mejora de la calidad del sinter. En el alto horno: Reducir el magnesio en la escoria del alto horno equivale a reducir la cantidad de escoria. En comparación con el nivel de control estándar de la industria del 15,5% (Al2O3) en la escoria del alto horno, reducir el MgO de la escoria del alto horno del 9% al 7% reduce el óxido de magnesio sinterizado en un 0,5%, aumentando correspondientemente la calidad en más del 0,5%. La calidad general de la carga del alto horno equivale a un aumento de aproximadamente el 0,35%, reduciendo la relación de combustible en aproximadamente 3,7 kg por tonelada de hierro. Basándose en los precios actuales del combustible, el beneficio por tonelada de hierro es de aproximadamente 9,6 yuanes/tonelada (sin impuestos). Un alto horno de 1260 m³ genera aproximadamente 15 millones de yuanes en beneficios anuales, lo cual es considerable, y esto no incluye los beneficios de la sinterización. Además, la reducción de la relación de combustible del alto horno y del consumo de combustible en la sinterización se alinea con la tendencia actual hacia la producción de hierro con bajas emisiones de carbono.

　　4. Conclusiones:

　　4.1 La reducción del óxido de magnesio sinterizado influye significativamente en la tasa de pulverización por reducción a baja temperatura del sinter.

　　4.2 Lograr un proceso de fundición a largo plazo con una relación magnesio-aluminio en la escoria del alto horno dentro del rango de 0,37-0,45 mediante medidas integrales es totalmente factible. Estas medidas incluyen el ajuste a nivel inferior, el ajuste a nivel superior y los sistemas de extracción de hierro y formación de escoria. Es particularmente importante aumentar adecuadamente la basicidad de la escoria y fortalecer la gestión de las materias primas y el control operativo.

　　4.3 La adopción de una operación con baja relación magnesio-aluminio en la producción de alto horno puede reducir significativamente los costos de producción de hierro, alineándose con la tendencia de producción de hierro con bajas emisiones de carbono y generando beneficios económicos sustanciales.

　　5. Direcciones futuras: Reducir aún más el nivel de control de la relación magnesio-aluminio, acercándose gradualmente al mínimo teórico.

　　Referencias

　　[1] Shen Fengman, Jiang Xin, Gao Qiangjian, Zheng Haiyan. Fundamentos teóricos para la relación adecuada de magnesio-aluminio en la escoria de alto horno [J]. Siderurgia, 2019, 02, : 5-8.