許滿興，張玉蘭

( 1． 北京科技大學(xué)，北京100083; 2． 北京北科億力科技有限公司，北京100102)

摘要: 本文綜合介紹了我國跨入二十一世紀(jì)以來，球團(tuán)礦生產(chǎn)的發(fā)展?fàn)顩r。論述了大力發(fā)展球團(tuán)生產(chǎn)的價(jià)值和球團(tuán)礦生產(chǎn)面臨的問題和對(duì)策，并提出了發(fā)展我國球團(tuán)礦生產(chǎn)的五點(diǎn)展望。

關(guān)鍵詞: 球團(tuán)生產(chǎn)現(xiàn)狀; 品位和SiO₂含量; 粒度和表面質(zhì)量; 發(fā)展價(jià)值

1 前言

跨入二十一世紀(jì)以來，我國鋼鐵工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展的軌道，球團(tuán)礦作為高爐煉鐵的一種主要含鐵爐料發(fā)展的速度超過了高爐煉鐵年增長的速度。我國生鐵年產(chǎn)量由2001 年的15 554萬t 增長到2011 年62 969 萬t; 球團(tuán)礦年產(chǎn)量由2001 年的1 784 萬t 增長到2011 年20 410 萬t。

近幾年來，受礦價(jià)、成本和理念的影響，我國球團(tuán)礦的年產(chǎn)量降低了不少。

2 新世紀(jì)我國球團(tuán)礦生產(chǎn)的基本情況

2001 ～ 2015 年我國生鐵和球團(tuán)年產(chǎn)量增長情況列于表1［1］。

2001 ～ 2015 年我國球團(tuán)礦生產(chǎn)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)列于表2 ～ 4［2］。

2． 1 新世紀(jì)我國球團(tuán)礦生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)狀

由表1 ～ 表4 可見，我國球團(tuán)礦生產(chǎn)技術(shù)具有以下特征:

( 1) 跨入二十一以來，我國球團(tuán)礦的年產(chǎn)能提高很快，2011 年年產(chǎn)量達(dá)到了20 410 萬t，( 年增幅達(dá)到18%) ，球團(tuán)礦占爐料結(jié)構(gòu)比例已經(jīng)接近20%，但近幾年受燒結(jié)粉與鐵精粉的差價(jià)和成本理念的影響，球團(tuán)礦年產(chǎn)量一路下降，2015 年的年產(chǎn)量約為12 800 萬t，下降了7 600萬t。目前隨礦價(jià)進(jìn)入低價(jià)的新常態(tài)，我國球團(tuán)礦的產(chǎn)量預(yù)計(jì)會(huì)很快得到新的發(fā)展。

( 2) 我國球團(tuán)礦的質(zhì)量指標(biāo): 鏈篦機(jī)－ 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦的含鐵品位曾上升到高于64． 5%，隨著礦價(jià)的急劇上漲，2011 年又降低到低于63. 50%; 豎爐球團(tuán)一直處于62% ～ 63% 的水平，球團(tuán)礦SiO₂含量在2007 年前報(bào)表無數(shù)據(jù)，近幾年鏈篦機(jī)－ 回轉(zhuǎn)窯SiO₂含量不斷升高，

2014 高至6． 68%的程度，豎爐球團(tuán)SiO₂含量高于6. 20%。鏈篦機(jī)－ 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)達(dá)到95． 0%，豎爐球團(tuán)礦為90% ～ 91%。近幾年首鋼和鞍鋼的鏈篦機(jī)－ 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦的含鐵品位保持在65． 50%以上，接近巴西進(jìn)口球團(tuán)礦的水平; 武鋼程潮鏈篦機(jī)－ 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦的SiO₂含量低達(dá)3． 75%的優(yōu)良水平。邯鋼球團(tuán)廠成品球的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)達(dá)到97． 0%的水平。

( 3) 我國生產(chǎn)球團(tuán)礦的原材料消耗: 鋼鐵生產(chǎn)節(jié)省原材料，是資源循環(huán)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重要舉措。噸球精礦粉消耗回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦已基本穩(wěn)定在1 000 kg 之內(nèi); 豎爐球團(tuán)礦精礦粉消耗也由2001 年的1 060 kg，下降到接近1 000 kg 的水平。球團(tuán)礦生產(chǎn)的粘結(jié)劑用量，回轉(zhuǎn)窯噸球膨潤土用量已由2001 年的37． 43 kg逐年下降到2015 年19 kg 的水平，豎爐球團(tuán)膨潤土用量也已由2001 年的35． 05 kg 逐年下降到2015 年的21 kg。國外球團(tuán)生產(chǎn)膨潤土的用量為4 ～ 8 kg /t，因此我國球團(tuán)生產(chǎn)膨潤土用量還有一個(gè)較大的改善空間。我國首鋼和鞍鋼弓礦球團(tuán)礦生產(chǎn)的膨潤土用量近幾年下降到了10～ 11 kg /t 球，已經(jīng)接近國外先進(jìn)水平。揚(yáng)州泰富公司年產(chǎn)300 萬t 的鏈篦機(jī)－ 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線2015 年工業(yè)試驗(yàn)，采用北科大的國家發(fā)明專利產(chǎn)品富鐵復(fù)合粘結(jié)劑用量，噸球已降低到4． 57kg /t 的世界先進(jìn)水平。

( 4) 我國球團(tuán)礦生產(chǎn)的工序能耗，回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)由2001 年的65． 35 kg 標(biāo)煤/t 球下降到2015年的29． 03 kg 標(biāo)煤/t 球，豎爐工序能耗由2001年的42． 84 下降到2015 年的26． 63 kg 標(biāo)煤/t球。帶式焙燒機(jī)是球團(tuán)礦生產(chǎn)的一種裝備和生產(chǎn)新工藝，幾十年來我國僅鞍鋼和包鋼2 條生產(chǎn)線， 2010 年京唐鋼鐵公司建設(shè)和投產(chǎn)了一條年產(chǎn)400 萬t( 面積504 m² ) 的大型帶式焙燒機(jī)，經(jīng)過短短幾年的運(yùn)行，取得了良好的效果，其主要生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)列于表5。

2． 2 目前我國球團(tuán)礦突出的質(zhì)量問題

由表2 ～ 表5 及以上分析可見，我國目前球團(tuán)礦生產(chǎn)存在幾個(gè)突出的質(zhì)量問題。

( 1) 品位低、SiO₂含量高對(duì)高爐的嚴(yán)重影響近幾年我國球團(tuán)礦生產(chǎn)除了京唐公司，首鋼遷安公司等少數(shù)幾個(gè)球團(tuán)廠生產(chǎn)的球團(tuán)礦品位高于66%，SiO₂低于4% 以外，大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)出來的球團(tuán)礦，含鐵品位低于62%，SiO₂含量高于6%，有的甚至高達(dá)＞ 9% 的程度。球團(tuán)礦是高爐的精料，它在與高堿度燒結(jié)礦搭配的爐料結(jié)構(gòu)中需發(fā)揮高品位、低渣量的優(yōu)勢(shì)，理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐均證明^［3］，只有高品位、低SiO₂的球團(tuán)礦在高爐內(nèi)才能發(fā)揮低阻力損失改善透氣性的作用，球團(tuán)礦的SiO₂含量只要超過5%，在高爐內(nèi)的透氣性會(huì)顯著變差，起不到改善高爐透氣性的作用。球團(tuán)礦品位、SiO₂含量與其熔滴性能的關(guān)系列于表6。

由表6 可見，要發(fā)揮球團(tuán)礦在爐料結(jié)構(gòu)和高爐冶煉的作用，品位必需大于63． 5%，SiO₂含量必需小于4． 5%。

( 2) 粒度大，表面粗糙對(duì)焙燒和高爐燃料比的嚴(yán)重影響。近幾年來，我國多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的球團(tuán)礦粒度大，表面粗糙不圓，只有京唐公司和首鋼球團(tuán)廠等少數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的球團(tuán)礦粒度小而勻，表面也較光滑。筆者曾測(cè)定過我國東北某大型球團(tuán)廠的平均粒度大于18 mm，遷安地區(qū)某企業(yè)的球團(tuán)礦粒度平均大于22 mm。26 ～ 28mm 的粒級(jí)約占15% 以上，且表面粗糙有裂紋，筆者調(diào)研過多家民營企業(yè)豎爐生產(chǎn)的球團(tuán)礦，多數(shù)粒度大，表面顏色呈黃褐色，沒有燒熟，表面黃褐色的球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度低于1 500 N，入爐后灰塵量大，給煤氣凈化造成困難。德國魯奇公司曾做過測(cè)定，焙燒15 mm 粒徑的球團(tuán)要比焙燒9 mm 粒徑的能耗高33． 4%，且產(chǎn)量低?？s小粒度對(duì)降低高爐燃料比有直接作用，據(jù)統(tǒng)計(jì)^［4］，首鋼試驗(yàn)高爐入爐礦粒度由8 ～ 45mm 縮小為8 ～ 30mm，焦比降低8． 6%，日本入爐礦粒度由8 ～ 30mm 改為8 ～ 25mm，噸鐵降低焦比5～ 7kg /t; 法國索里梅福斯廠一座2 843 m3 高爐，通過11 個(gè)月的工業(yè)試驗(yàn)，入爐礦粒度大于25mm 的由23% 降低到17%，5 ～ 10mm 粒徑由30%上升到34%，平均粒度由15． 5 mm 降低到13 mm，渣鐵比305 kg，風(fēng)溫1 250 ℃，創(chuàng)造了439 kg 入爐焦比的世界紀(jì)錄^［5］?？梢娊档颓驁F(tuán)礦的粒級(jí)，對(duì)發(fā)揮球團(tuán)礦在高爐低燃料比煉鐵中具有很大的價(jià)值。

3 我國高爐煉鐵大力發(fā)展球團(tuán)礦的價(jià)值

3． 1 發(fā)展球團(tuán)礦生產(chǎn)是高爐煉鐵節(jié)能減排最重要的工藝技術(shù)

燒結(jié)礦和球團(tuán)礦是我國高爐煉鐵的主要原料，燒結(jié)礦與球團(tuán)礦相比，不論是它們自身生產(chǎn)的節(jié)能減排，還是對(duì)高爐煉鐵的節(jié)能減排，以及環(huán)境保護(hù)和加工成本，球團(tuán)礦比燒結(jié)礦都具有很大的優(yōu)勢(shì)。

球團(tuán)礦的工序能耗與燒結(jié)礦相比，有很大的優(yōu)勢(shì)，據(jù)近幾年的統(tǒng)計(jì)均在50% ～ 54% 之間，如表7 所示。

帶式焙燒球團(tuán)礦的能耗歷年比燒結(jié)礦低50%，2015 年為48． 77%，說明球團(tuán)礦生產(chǎn)在能源消耗上比燒結(jié)礦有很大的優(yōu)勢(shì)。

3． 2 球團(tuán)礦對(duì)改善高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的價(jià)值

球團(tuán)礦由于含鐵品位比燒結(jié)礦高出8 ～ 10個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)高爐煉鐵降低燃料比和提高產(chǎn)量是顯而易見的，目前歐洲和北美國家的高爐煉鐵主要爐料不是燒結(jié)礦，而是球團(tuán)礦，以球團(tuán)礦為主的高爐煉鐵入爐礦品位高、渣鐵比低，燃料比低，效率高，由表8 不難看出，以球團(tuán)礦作為高爐煉鐵主要原料的優(yōu)勢(shì)和球團(tuán)礦對(duì)高爐指標(biāo)改善的價(jià)值。

3． 3 發(fā)展球團(tuán)礦生產(chǎn)對(duì)改善高爐煉鐵的環(huán)境保護(hù)具有突出的積極作用

球團(tuán)礦作為高爐煉鐵的主要原料，對(duì)改善環(huán)境保護(hù)具有三個(gè)方面的積極作用:

( 1) 球團(tuán)礦生產(chǎn)比燒結(jié)礦節(jié)約能耗，工序能耗為燒結(jié)礦的50% 左右，而且?guī)奖簾龣C(jī)的能耗低于50%，這對(duì)高爐煉鐵而言，節(jié)能減排的數(shù)額巨大，對(duì)改善環(huán)保無疑也是一項(xiàng)巨大的貢獻(xiàn)。

( 2) 球團(tuán)礦用于高爐煉鐵，因?yàn)槠肺桓?、渣鐵比低，形成燃料比低，有利于高爐的節(jié)能減排，由表8 與我國高爐煉鐵的燃料比相比，噸鐵相差至少有幾十公斤的差別，這也是對(duì)改善環(huán)保的特大貢獻(xiàn)。

( 3) 球團(tuán)礦生產(chǎn)主要燃料為煤氣、煙氣的凈化要比燒結(jié)煙氣的凈化簡單得多，球團(tuán)礦煙氣凈化主要是脫硫，而燒結(jié)煙氣凈化除了脫硫外，還有難以脫除的氮氧化物( NOx) 和二噁英，這需要大量的投入。

3． 4 發(fā)展球團(tuán)礦生產(chǎn)有利于降低生鐵成本。

球團(tuán)礦生產(chǎn)工藝沒有像燒結(jié)那樣復(fù)雜的配料和原料堆場(chǎng)，不需要一混二混強(qiáng)化制粒，也不需要偏析布料和治理臺(tái)車漏風(fēng)工藝設(shè)備和操作，也不需要龐大的環(huán)冷系統(tǒng)，球團(tuán)礦的工藝設(shè)備簡單，不僅省去了大量建設(shè)投資，也降低了生產(chǎn)管理費(fèi)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)近幾年噸球的加工費(fèi)約為燒結(jié)加工費(fèi)的一半，因此發(fā)展球團(tuán)礦生產(chǎn)有利于降低煉鐵成本。

4 大力發(fā)展我國球團(tuán)礦生產(chǎn)的展望

我國鐵礦資源為經(jīng)過多道細(xì)磨選礦后的鐵精粉，適當(dāng)再經(jīng)細(xì)磨后作為生產(chǎn)高品位球團(tuán)礦是合適的，但近半個(gè)世紀(jì)以來我國受前蘇聯(lián)的影響，走錯(cuò)了礦物加工的路，一直以生產(chǎn)燒結(jié)礦為主。對(duì)此美國的鐵礦石資源以鐵燧巖為主的貧礦，需細(xì)磨到－ 500 目才能獲得66%以上的鐵精粉，美國高爐煉鐵是以80%的球團(tuán)礦為主，而不是以燒結(jié)礦為主。我國球團(tuán)礦生產(chǎn)2011 年曾一度達(dá)到20 410 萬t，近幾年由于鐵精粉與燒結(jié)粉的差價(jià)和球團(tuán)礦前述的兩大質(zhì)量問題，影響了其使用效果，再加上對(duì)球團(tuán)礦與燒結(jié)生產(chǎn)的利弊缺乏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析，造成球團(tuán)礦的年產(chǎn)量驟然下降，直到2015 年產(chǎn)量降至12 800 萬t的程度，這是不正常和不合理的狀態(tài)。但同時(shí)應(yīng)看到去年我國寶鋼湛江基地年產(chǎn)500 萬t 的球團(tuán)投產(chǎn); 揚(yáng)州泰富公司300 萬t 球團(tuán)投入正常生產(chǎn)，今年包鋼新建的我國第二條大型帶式焙燒機(jī)即將投入生產(chǎn)的大好局面。

從我國高爐煉鐵節(jié)能和環(huán)保兩大方面著眼，我國應(yīng)大力發(fā)展球團(tuán)礦生產(chǎn)，為此，筆者提出以下幾點(diǎn)展望:

( 1) 鋼鐵生產(chǎn)從節(jié)能、環(huán)保和低成本出發(fā)，對(duì)燒結(jié)和球團(tuán)生產(chǎn)作全面的經(jīng)濟(jì)分析，不能表觀噸礦的價(jià)格，要從北歐和北美國家高爐爐料結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)把握我國球團(tuán)礦生產(chǎn)的發(fā)展方向。

( 2) 大力提高我國造好球、燒好球的技術(shù)操作水平，全面提高球團(tuán)礦的質(zhì)量，恢復(fù)球團(tuán)礦在高爐煉鐵的作用聲譽(yù)，把目前我國豎爐和鏈篦機(jī)－ 回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)62%左右的品位提高到65%以上，把目前SiO₂含量高于5． 80%的(水平降低到低于4． 5%，向首鋼京唐公司那樣，生產(chǎn)高品位( ＞ 65%) 、低SiO₂( ＜ 4． 5%) 的高質(zhì)量球團(tuán)礦; 把目前造大球( ＞18 mm) ，表面質(zhì)量差的球團(tuán)質(zhì)量扭轉(zhuǎn)過來，將球團(tuán)礦的粒度控制在9 ～ 13 mm 的合理范圍。推廣北科大的富鐵復(fù)合粘結(jié)劑國家發(fā)明專利產(chǎn)品。把球團(tuán)生產(chǎn)的實(shí)際成本( 包括品位和SiO₂含量) 降低到最低水平。

( 3) 提高現(xiàn)有大型鏈篦機(jī)－ 回轉(zhuǎn)窯和大型豎爐的操作水平，解決回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈和大型豎爐氣流合理分布的問題，近幾年來，沙鋼年產(chǎn)240萬t 鏈篦機(jī)－ 回轉(zhuǎn)窯解決了結(jié)圈問題，建議通過調(diào)研加以推廣。

( 4) 關(guān)于球團(tuán)礦生產(chǎn)的資源配置問題，在鐵礦石價(jià)格進(jìn)入低價(jià)的新常態(tài)下，目前我國國產(chǎn)鐵精粉的價(jià)格已低于同品位的進(jìn)口礦價(jià)，巴西的SamarCo 公司和澳大利亞的Ceip 公司都有大量的磁鐵精粉可供應(yīng)我國市場(chǎng)，還有南美的智利、秘魯和北美的加拿大也都有一定量的磁鐵精粉可供我國球團(tuán)生產(chǎn)，因此我國的球團(tuán)礦生產(chǎn)資源應(yīng)該不是一個(gè)問題。

( 5) 優(yōu)先發(fā)展帶式焙燒機(jī)球團(tuán)礦，帶式焙燒機(jī)球團(tuán)有著良好的發(fā)展前景，首鋼京唐公司年產(chǎn)400 萬t 的帶式焙燒機(jī)建成投產(chǎn)近五年來，生產(chǎn)穩(wěn)定、質(zhì)量優(yōu)良，由表2 ～ 4 的數(shù)據(jù)對(duì)比可見，工序能耗等多項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于鏈篦機(jī)－ 回轉(zhuǎn)窯，且沒有結(jié)圈和氣流分布的卡殼問題，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值，建議我國發(fā)展球團(tuán)礦生產(chǎn)應(yīng)優(yōu)先發(fā)展帶式焙燒機(jī)，已停產(chǎn)的平燒也可技術(shù)改造為帶式焙燒機(jī)生產(chǎn)球團(tuán)礦。筆者相信，經(jīng)過廣大球團(tuán)礦工作者的努力，一個(gè)發(fā)展高質(zhì)量球團(tuán)礦生產(chǎn)的大好局面一定會(huì)出現(xiàn)在我國大地上。

參考文獻(xiàn)

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