提高高炉炉料中球团矿配比.docx

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提高高炉炉料中球团矿配比

提高高炉炉料中球团矿配比、促进节能减排

王维兴中钢金属学会

1.优化炼铁炉料结构的原则：

高炉炼铁炉料是由烧结矿、球团矿和块矿组成，各高炉要根据不同的生产条件，决定各种炉料的配比，实现优化炼铁生产和低成本。

世界各国、各钢铁企业没有一个标准的炼铁炉料结构；都要根据各企业的具体情况制定适宜的炉料结构；同时还要根据外界情况的变化，进行及时调整。

2017年中钢协会员单位高炉的炉料中平均有13%左右的球团矿，78%烧结矿，9%块矿。

1.1要根据各企业具体生产条件下，实现科学高炉炼铁操作（满足炼铁学基本原理），完成环境友好、低成本生产的目的。

1.2实现低成本炼铁的方法：

优化配矿、优化高炉操作、设备维护完好、生产效率高。

1.3实现高产低耗就要高炉入炉矿含铁品位高，有优质的炉料，包括高质量烧结矿要实现高碱度（1.8~2.2倍）；但炼铁炉渣碱度要求在1.0~1.1倍，炉料就需要配低碱度的球团矿（或块矿）。

1.4高炉生产长期稳定顺行是关键，实现低燃料比，要求原燃料质量要好（入炉铁品位要高、冶金性能好、低MgO和Al2O3、低渣量、焦炭质量好、含有害杂质少等），成分稳定，粒度均匀等。

1.5实现资源合理利用，充分利用本地矿产资源，合理回收利用企业内含铁尘泥等。

建议将含有害杂质高的烧结机头灰、高炉布袋灰，加石灰混合，造球，干燥，给转炉生产用，切断炼铁系统有害杂质的循环富集。

1.6球团工艺相比烧结工艺的优越性

1）产品冶金性能

一般来说，烧结矿综合冶金性能优于球团矿，因此，高炉炼铁炉料中以高碱度烧结矿（在1.8~2.2倍）为主。

但是，炼铁炉渣碱度要求在1.0左右，必须搭配一部分酸性球团矿，这样结构炉料的冶金性能才最优，使高炉生产正常进行。

球团矿的缺点是膨胀率高，易粉化。

目前，北美和欧洲一些高炉使用100%自熔性球团矿，冶金性能完全能满足高炉炼铁的要求，也取得了较好的高炉生产指标。

2）生产运行费用

球团工序能耗是烧结的2/3，环保治理费用低，铁品位比烧结高5~9个百分点（原料品位、碱度相同条件下），炼铁生产效益高10元/t。

3）环保

球团工艺主废气源比烧结工艺低一半，环保治理投资低，容易达到国标，工厂清洁生产。

4）投资中国经验，球团投资比烧结高30%~50%；大型化后，会降低。

2.球团生产技术

球团生产工艺主要有三种：

竖炉球团；带式焙烧机球团；链蓖机回转窑球团。

2.1三种球团生产工艺比较：

竖炉生产能耗高，产品质量不稳定，是属于要淘汰的设备（国家已提出要淘汰8m2以下的竖炉）；带式焙烧机球团是生产球团的技术发展方向，可使用赤铁矿，能耗低，产品质量好、稳定，但需要有天然气，生产规模大、投资高；目前，我国生产球团矿是以链蓖机回转窑球团工艺为主。

三种球团生产工艺比较见下表：

项目

竖炉

链蓖机回转窑

带式焙烧机

规模万t/a

40

40

40

主机台数

1

1

1

作业率

略低

中

略高

原料

磁铁矿

磁、赤铁矿适应能力强

磁、赤铁矿适应能力强

燃

料

种类

煤气

煤、油、煤气

油、煤气

单耗GJ/t

1

0.6

0.8

设

备

重量t

2000

2200

2500

价格

低

中

高

电

能

单耗KWh/t

装机容量KW

35

40

45

低

中

高

质量

抗压强度＜2000N/个

球，质量不稳定均匀

抗压强度＞2000N/个球

质量稳定均匀

抗压强度＞2000N/个球

质量稳定

加工费

基准

—10元

＋0

环保

污染源多，难治理

污染源少，易治理

污染源较少，较易治理

投资

基准

基准

120%基准

2.2目前，我国竖炉球团产量占球团总产量的35.97%；带式焙烧机球团产量占总产量的5.39%；链蓖机回转窑球团产量占球团总产量的58.63%。

2.3.球团矿的品种：

氧化球团矿：

酸性球团矿（碱度在0.3~0.8区间的球团矿质量是最不好的）是当前我国生产球团矿的主体。

中性球团矿（碱度在1.0左右）供使用100%球团矿高炉冶炼用。

碱性球团矿

含镁球团矿（烧结生产不添加白云石，可提高烧结矿质量，对高炉生产有利）

含钒钛球团矿，可对高炉冶炼有护炉作用。

含炭球团矿（冷压工艺生产的，在高温下易粉化）

金属化球团矿（是直接还原铁），可用于电炉冶炼的原料。

3.努力提高高炉球团矿配比，是炼铁技术发展的大方向：

3.1提高炼铁炉料球团矿配比，可有效地促进炼铁入炉矿含铁品位的提高。

据统计，2017年重点钢铁企业球团矿含铁品位为63.60%，烧结矿含铁品位为55.79%；球团矿含铁品位比烧结矿高7.81%。

高炉多用球团矿可有效地提高入炉矿含铁品位。

3.2.炼铁提高入炉铁品位，促进降低燃料比、增加产量。

炼铁学理论是，入炉矿含铁品位提高1%，高炉燃料比下降1.5%，生铁产量增长2.5%，减少渣量1.5%。

如果炼铁100%使用球团矿，要比使用烧结矿，燃料比下降11.52%，生铁产量增长19.2%。

这个效益是十分可观的。

3.3.提高炼铁炉料球团矿配比，促进炼铁系统节能减排。

据统计，2017年7月重点钢铁企业球团工序能耗为25.41kgce/t,烧结工序能耗为48.52kgce/t;球团工序能耗比烧结低23.11kgce/t。

如果用一顿球团矿代替一顿烧结矿炼铁，就会使炼铁系统降低23.11kgce/t的能耗。

3.4.提高炼铁炉料球团矿配比，会降低污染物排放，降低对烧结烟气治理费用。

烧结生产会产生大量的SO2、NOX、二噁英、粉尘等有害物质。

2012年国家公布了对烧结烟气综合治理的标准（GB28662-2012《钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准》），指标基本上与国际先进水平接轨了。

这会加大钢铁企业对环保治理的成本（约50元/吨烧），企业要付出较大的代价（环保投资和运行费）。

如用球团代替烧结，既可以减少或没有污染物排放，大大减少了污染物治理费用。

球团生产废气源量排放比烧结生产烟气量低一半，球团生产废气中含有二噁英、CO2和SO2，NXO等比烧结生产少（详见表3），环保治理简单容易，工厂清洁。

生产球团用天然气，不用煤炭，减少排放CO2和SO2，NXO少，相应降低了环保治理费用。

表3炼铁系统吨产品废气污染物排放因子情况单位：

kg/t产品

污染物

烧结工序

球团工序

炼铁工序

颗粒物

0.07~0.85

0.014~0.15

0.0054~0.20

二氧化硫

0.22~0.97

0.011~0.21

0.009~0.34

氮氧化物

0.31~1.03

0.15~0.55

0.0008~0.17

二噁英

0.15~16

F

0.0004~0.0082

CO

8.78~37

0.01~0.41

目前，一些地区政府已提出要降低本地区的污染物排放总量，希望钢铁企业停止烧结生产（欧美已这么去做了）；我国也将面临这个问题。

3.5中国铁矿资源是贫、杂、难选。

为提高我国铁矿使用效率，必须要进行细磨、加强选矿。

这样，我国的铁矿粉是细粒度的居多，有一半铁精粉是适合于去生产球团矿。

但是，历史原因（上世纪50年代，我国全面学习苏联，大量建设烧结机），使我国炼铁的炉料结构一直是以烧结矿为主。

这种局面一直没有得到根本的改善。

现在，我们应尽快转变观念，加强对球团生产的基础理论研究，促进球团生产的发展，促进钢铁工业的节能减排。

太钢的精矿粉-320网目在90%，是适应生产球团矿，但他们选择生产烧结矿，是技术路线的错误。

目前，我国球团质量与国际先进水平相比，存在较多差距：

球团含铁品位低（约低5%）含SiO2高，配加皂土多，抗压强度低（生球质量不好），工序能耗高等。

国外已淘汰了竖炉生产球团工艺，大量使用带式焙烧机工艺生产球团矿（适应使用各种类型铁矿、球团质量优越、能耗低），但燃料用天然气的居多。

3.6球团矿有还原膨胀和粉化问题，对高炉生产有较大影响。

使用高比例球团矿，在高炉操作上要有所调整，特别是布料规律，控制煤气流分布等。

4.要开展的工作：

组织科研、大学、企业开展自熔性球团生产的技术攻关、机理研究。

这方面我国缺乏理论和实践的支撑；

大型高炉使用高比例球团矿的生产经验不足，要开展系列研究等。

要大力推广一批烧结、球团生产先进技术，关键共性技术，促进炼铁系统的节能减排，清洁生产。

5.我国球团生产情况：

5.1球团矿产量：

目前，我国球团生产能力在2.5亿吨/年，2011年达到2.04亿吨，2017年为1.7亿吨，富余0.8亿吨的生产能力；每年约进口2000万吨的高质量球团矿。

5.2球团矿生产成本比烧结矿贵

据统计，使用进口铁精粉生产球团矿，比使用国产矿要贵（国产铁精矿采购成本570.73元/吨，进口铁精矿采购成本592.72元/吨，进口矿比国产矿贵21.99元/吨），影响了高炉使用球团矿的积极性。

太钢、本钢、沙钢、唐钢、鞍钢等企业的球团矿价格比烧结矿高，如下面表述：

2017年使用国产铁精粉生产球团矿、烧结矿的生产成本（元/吨，）如下：

球团矿烧结矿球团矿生产成本比烧结矿贵单位：

元/吨

太钢686.61517.57169.04

本钢548.62526.6521.83

唐钢655.83605.5350.30

柳钢834.79834.790

马钢705.40628.7272.68

沙钢724.22635.7488.48

南京725.59675.2650.33

鞍钢752.36614.98137.38

宝武集团831.73744.0187.72

各企业之间数据相差较大，是生产具体情况不同；企业之间的铁矿含铁品位、矿种配比、生产技术，操作技术、设备状况等差异大；使用国产矿与进口矿有较大差别，要做具体分析，才能得出科学的判断。

5.3据统计，多年来，全国有100多座高炉球团矿配比在20%以上，部分高炉球团矿配比见下面情况：

高炉炼铁炉料结构，%

烧结球团块矿入炉铁渣比

品位kg/t

2017年

宝钢4号4747m357251860.04257

宝钢湛江1号5050m37851759.30277.7

鞍钢2号3200m370.6327.521.8558.64338

本钢1号4350m371.4928.50057.29

本钢6号2600m372.1427.86057.88

兴澄1号1280m350.1246.324.058.77397

酒钢1号450m369.5927.163.1155.61

太钢3号1800m370.1829.82059.78300

略阳1号415m364.2635.270.5856.29362

2016年烧结球团块矿入炉铁品位渣比

湛江1号79.16.914.059.33

鞍钢320073.2323.872.9058.56332

宝钢八一67.5129.862.6356.78336

北营新2号320081.9118.0057.89350

西林126055.040.203.8058.54387

酒钢7号2500m369.5626.793.6553.62450.5

太钢5号4350m366.2632.161.5859.64304

武钢8号4117m366.7422.3710.8957.56351.7

首迁3号4073m361.8029.859.1258.79315

2015年烧结球团块矿入炉铁品位渣比kg/t

宝钢1号4997m372.1314,6713.1959.41296

宝钢3号4350m365.4621.6312.9059.52280.5

宝钢4号4747m367.4318.8513.7159.56284.4

武钢8号4117m365.9424.589.4757.56351.7

马钢A号4000m371.6917.2911.0258.08318.5

沙钢5800m372.0213.9014.0558.82296

太钢5号4350m36931059.64304

太钢6号4350m369.330.7059.36306

首迁3号4073m361.429.88.858.79315

京唐1号5500m365.2629.235.3159.99285.2

京唐2号66.1428.655.2159.96288

鲅鱼圈1号74.4119.735.8658.57357

本钢435068.5225.845.6458.18304

包钢7号73.2715.2311.4858.89329

安阳77.4110.3512.2358.18329

唐山320075.708.2516.5058.63336

兴澄320074.5312.3013.1858.63302

韶钢320080.23.416.457.81288

酒钢320062.0837.91053.62450.5

酒钢榆林320080.4615.202.6055.05405.6

莱钢320083.4410.126.44

上述情况表明，使用球团比例较高的高炉，均可实现高入炉矿品位，渣比较低。

5.4国外部分高炉炉料结构情况：

高炉烧结球团块矿燃料比渣比

韩国浦项4350m376.14.719.2493291

韩国浦项5600m376.44.919.7492291

韩国光阳4600m379.84.715.5506.6

韩国光阳55003m79.66.513.9495

瑞典钢铁公司0.5099.5036kg/t146

加拿大多法斯科100194

德国不莱梅4852205

芬兰罗塔鲁基73.726.3203

比利时希德玛871330259

说明国外高炉的入炉铁品位高，渣比低，会给高炉带来好的效益。

6.科学评价高炉使用球团矿效果

案例：

瑞典高炉炼铁入炉铁品位67%，100%球团矿，吨矿比1300kg，渣铁比低于160kg，燃料比450kg；我国高炉入炉铁品位57%，吨铁用矿1680kg/t,与瑞典相比，就相差380kg，相当于吨铁用矿相差350元左右。

2013年我国重点钢铁企业高炉燃料比为537.26kg/t，比瑞典高87.26kg/t，炼铁成本高84元/吨。

7.生产中性球团矿的意义

高炉多配酸性球团后，遇到炉渣碱度不好调整的问题。

欧美高配比球团的高炉是使用100%中性球团进行生产，取得了较好的效果。

我们应向他们学习。

在努力提高球团矿配比的同时，要开发生产中性球团的技术。

过去，首钢迁钢曾进行过生产中性球团矿的生产。

我国应加强这方面的研究，进行技术储备。

目前，湛江钢铁厂已成功生产出中性球团矿，为高炉多用球团矿提供了好条件。

在钢铁生产节能减排的压力下，我国球团矿的生产得到突飞猛进（已有2.5亿吨/年的生产能力）。

随着球团矿入炉比例的继续增加，发展熔剂性球团的条件日趋成熟，我国熔剂性球团的大发展势在必然。

宣化正扑铁业有限公司已有多年生产溶剂性球团的生产实践。

该厂生产溶剂性球团矿的工艺控制为：

增加MgO含量（<3%），保持焙烧时球团料柱的透气性，加入非磁性含铁物质，控制氧化速度；两次造球，增加阻粘层；稳定物料配比。

配加宣龙赤铁矿，替代膨润土，改善球团冶金性能，降低成本，防止粘结。

该厂2013年5月份的生产指标：

100%熔剂性球团矿冶炼，二元碱度（R2）为0.9倍，入炉铁品位为55.09%；焦炭为二级焦；风温水平为1003℃；生产14#～18#铸造生铁，吨铁焦比为574kg/t（全焦冶炼）。

若将铸造铁折算为炼钢铁，[Si]=0.5（与同行业具有可比性），则焦比为524kg/t。

如果将球团品位提高到62%，风温达到1150℃，用一级冶金焦冶炼，焦比将降到409kg/t。

2017年竖炉、链篦机-回转窑和带式焙烧机球团生产技术经济指标如下：

利用系数t/m2.h

抗压强度N/P

转鼓指数%

膨润土量kg/t

矿粉用量kg/t

工序能耗kgce/t

煤气用量m3/t

电耗kwh/t

TFe

%

FeO

%

SiO2

%

竖炉

7.275

2288

91.78

21.97

995.9

30.49

200.3

35.20

62.11

1.15

6.53

链篦机-回转窑

0.742

2529

95.43

19.1

989.9

26.19

185.08

31.19

61.83

1.28

5.96

带式焙烧机

0.788

27.65

95.35

15.80

1019.7

22.23

206.37

33.34

64.63

0.55

4.33

上述数据说明，带式焙烧机生产球团矿的质量（含铁品位和SiO2

高、工序能耗低）是优于竖炉和链篦机-回转窑。

8.我国球团生产发展趋势

高炉炼铁技术发展方向是要提高球团矿配比，由目前13%左右提高到30%左右，是可能的。

需要在提高球团矿产量的同时，提高球团矿质量，促进高炉节能减排。

要推动带式焙烧机生产工艺的发展，设备向大型化发展，生产高质量球团矿。

首钢京唐二期工程计划将高炉炉料中球团比例提高到50%以上甚至100%，相应建设一条800-900万t/a的带式焙烧机生产线。

由首钢设计院设计的包钢500万t/a的带式焙烧机生产线已投产运行了,2017年球团矿产量354万吨。

生产指标：

台时产量426.43t/m2d，作业率94.84%，返矿率5.7%，膨润土消耗23.49kg/t,转鼓指数96.24%，利用系数0.683t/m2.d。

河钢集团宣钢搬迁工程，拟在京唐港建设2×500万吨/年两条带式焙烧机生产线，分两期建设。

9.国内外高品质商品球团的需求现状及远景展望

目前，我国每年进口高质量球团矿约2000万吨万吨，就是市场需求；

目前，重点企业高炉炼铁炉料结构中球团矿配比在13%左右，合理值应为20%左右，2017年一些企业高炉球团矿配比已达到30%以上，全国有100多座高炉球团矿配比在20%以上。

说明我国高炉炼铁使用球团矿的比例有较大潜力。

京唐公司，武钢，鞍钢等企业“十三五"炼铁发展规划中计划将炉料结构中球团矿配比提高到50%左右。

中国钢铁工业协会和中国金属学会共同编制的2011~2020年《中国钢铁工业科学与技术发展指南》中，球团技术发展目标：

A开发新型链篦机-回转窑、带式焙烧机（＞300万吨/年）等新装备、新技术；

B新建球团设备能力应大于200万吨/年，应实现多品种（高炉用、直接还原用、溶剂性）优质（高品位、高强度、低膨胀、高还原性）球团矿的生产，快速提升精料技术水平，实现更合理的高炉炉料结构；在细精矿来源越来越多的情况下，进一步提高球团矿在高炉炉料结构中的比例（全国平均达到30%以上，有条件的应达到50%）。

日本学者成田贵一的研究提出：

高炉综合炉料的最大压差值与高碱度烧结矿与配入酸性球团矿的比例相关，当酸性球团矿配入比例达到25%~50%时，△Pm处于最低值，说明优化高炉操作指标，发展球团生产尚有一个很大的空间。

我国在大力推广短流程电炉生产工艺（节能环保好），电炉生产使用直接还原铁的需求量很大。

生产直接还原铁是需要大量金属化球团。

电炉使用直接还原铁炼钢，比用废钢好，即能耗又环保；直接还原铁含有害杂质少，对冶炼高级钢种很有利。

但我国直接还原铁产量很少。

2015年我国用于直接还原铁的球团矿有5.28万吨，2016年为4.84万吨。

因此，我国要大力发展金属化球团的生产。

2017年世界钢产量为16.74亿吨，世界电炉钢比在28%左右，美国在60%，马来西亚、印度尼西亚的电炉钢比例均为100%韩国为39%，日本为2.5%。

2017年全世界生产直接还原铁产量7277万吨，远远满足不了电炉生产的需求。

目前，日本、韩国和台湾中钢高炉使用球团矿配比在5%~10%，而且呈下降趋势。

主要是世界球团矿价格比烧结矿贵，严重影响高炉使用球团矿的积极性。

10.我国球团生产技术发展趋势：

贯彻精料方针，提倡生产高品位（TFe≥65%）低硅（SiO2≤4%）和高镁（MgO≥1.5%）的优质球团。

提倡大力发展MgO质酸性球团和熔剂性球团，改善球团矿的冶金性能，为高炉降低燃料比创造条件。