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2025-09-16
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鋼鐵冶金2025年07月03日
隨著我國(guó)鋼鐵行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化的需求和綠色低碳高質(zhì)量的要求，球團(tuán)礦作為高爐的優(yōu)質(zhì)原料越來越受到業(yè)界的青睞，促使了球團(tuán)業(yè)的快速發(fā)展。
1 球團(tuán)礦的優(yōu)點(diǎn)
目前國(guó)內(nèi)外高爐使用三種球團(tuán)礦，分別是酸性球團(tuán)礦（R<0.5），熔劑性球團(tuán)礦(添加熔劑)和鎂質(zhì)球團(tuán)礦（添加含鎂熔劑）。球團(tuán)礦有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)球團(tuán)礦粒度均勻，強(qiáng)度高、粉末少。氣孔率高達(dá)30%左右，滾動(dòng)性好，比同成分的燒結(jié)礦軟化溫度窄，有利于改善高爐成渣帶透氣性、有利于高爐布料和煤氣成分均勻合理。
(2)球團(tuán)礦堆比重大，在同樣冶煉強(qiáng)度條件下，可相對(duì)延長(zhǎng)在爐內(nèi)的停留時(shí)間，粒度較小，含FeO低，主要以易還原的Fe2O3形態(tài)存在，具有很好的還原性能。
(3)球團(tuán)礦含鐵品位高，一般在60%以上，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)成分穩(wěn)定，有利于改善高爐內(nèi)煤氣熱能和化學(xué)能的利用，促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行和降低焦比。
(4)球團(tuán)礦易于儲(chǔ)存，在一定時(shí)期不易風(fēng)化破碎，特別適合礦山規(guī)模化生產(chǎn)和存儲(chǔ)。
2 球團(tuán)礦技術(shù)和裝備的發(fā)展歷程
球團(tuán)礦技術(shù)始于1919年，由瑞典開發(fā)。目前球團(tuán)礦生產(chǎn)有三種技術(shù)：豎爐技術(shù)、鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯技術(shù)、帶式焙燒機(jī)技術(shù)。三種技術(shù)由配料系統(tǒng)、烘干系統(tǒng)、潤(rùn)磨系統(tǒng)、造球系統(tǒng)、篩分布料系統(tǒng)、焙燒系統(tǒng)組成，主要的區(qū)別是焙燒的設(shè)備和方式不一樣。目前球團(tuán)礦生產(chǎn)技術(shù)以鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯技術(shù)為主。
2.1 豎爐技術(shù)
豎爐技術(shù)主要是指從爐體上部裝入的合格生球在豎爐內(nèi)下降過程中，被爐外的燃燒室產(chǎn)生的熱氣體接觸進(jìn)行熱焙燒，由齒輥卸料器卸到冷卻裝置冷卻得到球團(tuán)礦。
2006年以前，豎爐球團(tuán)在我國(guó)占主導(dǎo)地位。當(dāng)時(shí)豎爐球團(tuán)的發(fā)展為我國(guó)高堿度燒結(jié)礦搭配酸性球團(tuán)礦入爐的合理爐料結(jié)構(gòu)作出了貢獻(xiàn)。后因?yàn)樨Q爐單機(jī)生產(chǎn)能力小，生產(chǎn)率低，膨潤(rùn)土用量大，球團(tuán)礦品位降低多，質(zhì)量不均勻，抗壓強(qiáng)度低等問題，越來越不適應(yīng)高爐的大型化發(fā)展。
2.2鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯技術(shù)
隨著我國(guó)高爐的大型化，豎爐球團(tuán)礦的質(zhì)量滿足不了大高爐的使用，由于鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)礦的質(zhì)量好、抗壓強(qiáng)度高能完全滿足大高爐對(duì)原料的要求，加之返粉率低，環(huán)境清潔，余熱重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，得到鋼廠和礦山的青睞，從2004年開始，鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯氧化球團(tuán)礦生產(chǎn)線在鋼鐵廠和礦山陸續(xù)被建成了。
鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯技術(shù)主要是指把合格的生球(>6mm,<16mm)布到鏈篦機(jī)上進(jìn)行干燥、預(yù)熱后，在回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行氧化固結(jié)焙燒，通過環(huán)冷機(jī)冷卻得到球團(tuán)礦。
我國(guó)用鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯技術(shù)是在首鋼球團(tuán)廠2000年截窯改造后開始的，成功開發(fā)了鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)氧化球團(tuán)礦技術(shù)，填補(bǔ)了中國(guó)大型球團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)的空白。
由于鏈篦機(jī)的工作環(huán)境惡劣，冷熱交替，對(duì)其耐熱件的熱疲勞性要求高。2009年以前，一些規(guī)模大、配加紅礦量大的球團(tuán)生產(chǎn)線鏈篦機(jī)的耐熱件是進(jìn)口的，有的整機(jī)引進(jìn)。隨著2009年我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、單條生產(chǎn)能力最大的寶鋼湛江紅礦球團(tuán)鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線投產(chǎn)運(yùn)行后，開啟了我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化、裝備完全國(guó)產(chǎn)化的時(shí)代。
2.3 帶式焙燒機(jī)技術(shù)
帶式焙燒技術(shù)主要是指合格生球在帶式焙燒機(jī)上完成干燥、預(yù)熱、焙燒、均熱、冷卻全工序，與鏈-回-環(huán)三大主機(jī)相比熱損耗更低、熱利用率更高單機(jī)生產(chǎn)能力大、原料適應(yīng)能力強(qiáng)，無結(jié)圈等優(yōu)點(diǎn)。帶式焙燒機(jī)結(jié)構(gòu)圖見圖2。
2.5 球團(tuán)技術(shù)和裝備海外市場(chǎng)的應(yīng)用
隨著我國(guó)球團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新和裝備制造能力的提升，從技術(shù)、裝備成套引進(jìn)、核心耐熱件的外購(gòu)，到如今擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套設(shè)備和耐熱件的開發(fā)，我國(guó)球團(tuán)技術(shù)、裝備和關(guān)鍵零部件已經(jīng)從以前的“請(qǐng)進(jìn)來”到現(xiàn)在的“走出去”，從備品備件的出口，到現(xiàn)在按中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和加工制造的整條球團(tuán)生產(chǎn)線設(shè)備的出口。根據(jù)市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，目前海外球團(tuán)生產(chǎn)線的備品備件和新建球團(tuán)項(xiàng)目的設(shè)備中國(guó)制造高達(dá)70%，遍及印度、印度尼西亞、越南、伊朗、沙特、土耳其、洪都拉斯、巴西、玻利維亞、委內(nèi)瑞拉等地，特別是最近五年，印度和伊朗的鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)項(xiàng)目80%由中國(guó)企業(yè)如江蘇宏大等承包建設(shè)，為我國(guó)開拓海外市場(chǎng)做出了貢獻(xiàn)。
3 節(jié)能綠色低碳
球團(tuán)生產(chǎn)工序能耗約為燒結(jié)生產(chǎn)工序的50%，鋼協(xié)2020年統(tǒng)計(jì)，鋼協(xié)會(huì)員單位的燒結(jié)工序能耗平均48.08kgce/t, 球團(tuán)工序能耗平均24.35kgce/t，生產(chǎn)球團(tuán)礦能耗低。
由于球團(tuán)工藝焙燒供熱方式與燒結(jié)不同，燃燒后形成的SO2、NOX和CO2排放量相較于燒結(jié)工藝少很多。此外，球團(tuán)礦產(chǎn)生的粉塵量相較于燒結(jié)礦減少很多，球團(tuán)工藝對(duì)環(huán)境更加友好。燒結(jié)工序和球團(tuán)工序的排放對(duì)比見下圖：
4 大比例球團(tuán)礦入爐是當(dāng)今高爐爐料結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向和需求
與世界其他國(guó)家相比，我國(guó)的高爐爐料結(jié)構(gòu)以燒結(jié)礦為主，球團(tuán)礦配比低，而北美、歐洲高爐以高比例球團(tuán)為主，個(gè)別高爐入爐比例達(dá)到100%。比如：瑞典瑞鋼高爐球團(tuán)比97.2%，加拿大多法斯科100%全球團(tuán)冶煉；美鋼聯(lián)14#高爐球團(tuán)比80%等等。據(jù)中鋼協(xié)2020年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)中鋼協(xié)會(huì)員單位煉鐵的燃料比 529.11kg/t,比歐美高爐燃料比平均高出70kg，原因是爐料的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量區(qū)別。我國(guó)高爐爐料以燒結(jié)礦為主，燒結(jié)礦鐵品位在57%左右，而球團(tuán)礦的鐵品位在62%以上，燒結(jié)礦用的多會(huì)帶來高爐出渣量大和能耗高的弊端。
據(jù)了解，首鋼伊鋼2018年起率先實(shí)現(xiàn)了全年100%球團(tuán)冶煉，成為國(guó)內(nèi)第一家100%球團(tuán)入爐進(jìn)行高爐冶鐵的生產(chǎn)企業(yè)。2019年，首鋼曹妃甸京唐公司成功開發(fā)了帶式焙燒機(jī)生產(chǎn)高鐵低硅堿性球團(tuán)礦（TFe≥66.2%、SiO2≤2.2%）,其3座5500m3高爐球團(tuán)入爐比≥55%,高爐渣量≤215kg/t,燃料比≤483kg/t，節(jié)能降耗效果明顯，這說明，大比例球團(tuán)礦入爐的冶煉技術(shù)在我國(guó)是可行的。
2021年初，有關(guān)單位起草編制了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《高爐大比例球團(tuán)冶煉技術(shù)規(guī)范》，為后續(xù)其他鋼鐵企業(yè)高爐大比例球團(tuán)冶煉技術(shù)提供規(guī)范，有標(biāo)準(zhǔn)可依，少走彎路。
5 大型帶式焙燒球團(tuán)是發(fā)展趨勢(shì)
5.1 規(guī)模化、集約化方向發(fā)展是趨勢(shì)
隨著國(guó)家對(duì)于礦產(chǎn)資源產(chǎn)能結(jié)構(gòu)的調(diào)整，國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)資源的開發(fā)與利用正朝著規(guī)模化、集約化的方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)豎爐、120萬噸/年以下的中小鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)產(chǎn)能及產(chǎn)量將進(jìn)一步縮減，大規(guī)模的帶式焙燒機(jī)等節(jié)能環(huán)保型球團(tuán)工藝的產(chǎn)能則將進(jìn)一步得到提升。
5.2 帶式焙燒技術(shù)更適合生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)
熔劑性球團(tuán)礦也稱堿性球團(tuán)礦是相對(duì)酸性球團(tuán)礦而言的，在造球過程中，直接在含鐵物料中加入CaO、MgO等煉鐵助熔劑，使其含有一定的堿度（CaO/Si02),從而改善球團(tuán)礦的冶金性能。所以比普通的酸性球團(tuán)礦的冶金性能好。
因?yàn)閹奖簾夹g(shù)的球團(tuán)是鋪到臺(tái)車上的，在臺(tái)車上相對(duì)靜止，不存在球團(tuán)間或球團(tuán)與設(shè)備間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。而鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯工藝生球在窯內(nèi)滾動(dòng)，如果生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)的鐵精礦SiO2含量過高，在一定球團(tuán)堿度下，總液相量增多，液相量過多不僅會(huì)增加回轉(zhuǎn)窯和環(huán)冷機(jī)的溫度控制難度，同時(shí)產(chǎn)生過多的低熔點(diǎn)化合物和粉末會(huì)造成回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，使環(huán)冷機(jī)內(nèi)的球團(tuán)相互粘結(jié)，惡化球?qū)油笟庑裕鋮s效果差。而帶式焙燒技術(shù)可有效避免鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯技術(shù)生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)時(shí)可能發(fā)生的球團(tuán)粘結(jié)和窯體結(jié)圈現(xiàn)象。
對(duì)于帶式機(jī)生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)工藝，對(duì)鐵精礦SiO2含量的要求沒有鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)工藝的嚴(yán)苛。因此，帶式焙燒機(jī)工藝在生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用帶式焙燒工藝制備熔劑性球團(tuán)是球團(tuán)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近三年國(guó)內(nèi)帶式焙燒機(jī)球團(tuán)項(xiàng)目有：河鋼樂亭、福建三明、昆明鋼鐵、防城港、馬鋼股份、中天鋼鐵、攀鋼西昌基地、玉昆鋼鐵等，單條生產(chǎn)線建設(shè)規(guī)模均在 200-480萬噸之間。預(yù)計(jì)在10年內(nèi)，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的豎爐球團(tuán)將被全部拆除，帶式機(jī)球團(tuán)的產(chǎn)能將有望趕超鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)的產(chǎn)能。
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