高爐爐料結構的選擇王維興中鋼金屬學會1.煉鐵爐料結構要滿足高爐煉鐵的需求高爐煉鐵操作的方針：高效、優質、低耗、長壽、環保。高效是要高產、低成本、設備作業率高、勞動生產率高；優質是產品合格率高，能滿足客戶需求，能按計劃組織生產；低耗是原燃料消耗低（低燃料比、低礦、溶劑消耗低）、低電耗、各能源介質消耗低、備品備件消耗低等；長壽是高爐壽命大于15年，熱風爐壽命大于25年；環保是能滿足國家對鋼鐵工業（包括各工序）的各項環保要求。2.為什么鐵礦石要造塊我國鐵礦石含鐵品位低（2018年重點企業品位26.32%）、雜（品種多：褐鐵礦、鏡鐵礦、菱鐵礦、釩鈦磁鐵礦、含稀土鐵礦等）、難選（要細磨、精選）。2018年我國鐵礦石經過選礦后的鐵精粉品位在62.63%，尾礦品位含鐵10.66%，使我國鐵礦石成本高，與國外競爭力差。高爐煉鐵需要高品位礦石，鐵礦石直接加入高爐，煉鐵效率低、燃料比高；通過造塊（燒結或球團）鐵礦石的比表面積最大，接觸煤氣多，實現間接還原多，促燃料比降低。所以，高爐煉鐵是以精料為基礎。《鋼鐵產業發展政策》規定：“企業應積極采用精料入爐、富氧噴吹、大型高爐......先進工藝技術和裝備。〃精料是基礎。提高入爐鐵礦石含鐵品位和熟料率是精料的主要內容，精料是改善高爐操作指標的重要保證。近年來，隨著國外礦使用的增多，以及國內選礦技術的提高，入爐礦石含鐵品位不斷提高。但是高品位的優質含鐵原料越來越少，提高品位不僅增加成本，而且難度越來越大，2013年入爐含鐵原料品位見表3。結合資源狀況和高爐生產的實際情況，煉鐵規范修編適當調整了入爐品位的要求。表3 2013年度1000m3以上高爐入爐品位爐容級別（m34000300020001000*TFe58.79%58.00%57.45%56.15%注：*表示已扣除使用的特殊礦石。如果個別國內鐵礦石選礦后仍達不到規定品位，應經過專題論證，企業的經濟效益合適，方可降低入爐品位。3優化煉鐵爐料結構的原則：世界各國、各企業沒有一個標準的煉鐵爐料結構；都要根據各企業的具體情況（資源條件，礦石質量、鐵礦石價格、市場供應、造塊成本、煉鐵成本、環保要求、生產技術等）制定適宜的爐料結構；同時還要根據外界情況的變化，進行及時調整。如歐美國家，本國鐵礦石粒度細，價格低，適宜生產球團礦；瑞典1300m3高爐煉鐵入爐鐵品位67%,100%球團礦冶煉，噸鐵礦耗1300kg,渣鐵比低于160kg，燃料比450kg。煉鐵成本比我國低50元/噸左右。一些鋼鐵企業無無球團設備,進口生產球團礦的精礦粉貴他們的爐料結構中球團比就低,如寶鋼、梅山等企業；

包鋼、鞍鋼、太鋼、杭鋼、濟鋼等企業有自產球團礦，他們的爐料結構中球團礦比例就高。表1北美部分高爐指標企業容積系數自熔球團比酸性球團燒結礦塊礦含鐵廢料焦比小焦比煤比噴天然氣富氧量m3/min加拿大伊利湖廠24182.40145000119376330100314鋼鐵公司阿什蘭廠19562.312861860廢鋼6259341907137212安米怕恩斯港廠C24612.6121168380017336340100284安米印第安娜港廠419182.8475105901100390250101253安米印第安娜港廠741632.212733223043530931085458費爾菲爾德廠23132.5013520廢鋼4412338437474234美國鋼鐵公司加里廠615062.112441840廢鋼1181413294711947216美國鋼鐵公司蒙瓦利廠116202.311502800011637813068192評論：美國高爐爐料用球團礦比例高（個別用高堿度燒結礦），系數均在2.1以上，使用廢鋼，噴吹天然氣，焦比普遍低于400kg/1,值得我們學習。日本和韓國需要進口礦石，要優先考慮價格；多年來，日本高爐球團比低，詳見表2；但他們燃料比低，高爐利用系數不高。表2日本高爐指標指標單位200820092010201120122013礦石比Kg/t160616161615161216151618其中：燒結比Kg/t115211941180118811721152球團比Kg/t135105121119126134鐵礦石比Kg/t319317314305317332熟料比%80.180.480.681.180.478.5利用系數t/m3d2.011.731.951.901.901.94焦比Kg/t370397317353342343煤比Kg/t125107134151163169燃料比Kg/t495504505504505512多年來日本煉鐵使用球團礦比例在12%左右，主要是要調整爐渣堿度（要使用高堿度燒結礦）他們的燃料比在500kg/t左右，系數不高，追求生產成本低、環保好。值得我們學習。要根據各企業具體生產條件下（有無球團設備、采購爐料價格、管理水平等），實現高爐煉鐵操作的優化方針。實現低成本煉鐵：優化配礦、優化高爐操作、設備維護完好、生產效率高。實現高產低耗就要高爐入爐礦含鐵品位高（希望入爐鐵品位＞58%）,高質量燒結礦要實現高堿度（1.8~2.2倍）；但煉鐵爐渣堿度要求在1.0~1.1倍，爐料就要配低堿度的球團礦（或塊礦）。高爐生產穩定順行，實現低燃料比，要求原燃料質量要好（冶金性能好、低MgO和AI2O3、低渣量、焦炭質量好、含有害雜質少等）。實現資源合理利用，充分利用本地礦產資源，合理回收利用企業內含鐵塵泥等。努力提高高爐球團礦配比，是我國煉鐵技術發展的大方向：4.1提高煉鐵爐料球團礦配比，促進煉鐵入爐礦含鐵品位的提高。據統計，2017年重點鋼鐵企業球團礦含鐵品位為63.60%，燒結礦含鐵品位為55.79%；球團礦含鐵品位比燒結礦高7.81%。高爐多用球團礦可有效地提高入爐礦含鐵品位。煉鐵提高鐵礦品位，促進降低燃料比、增加產量。煉鐵學理論是，入爐礦含鐵品位提高1%，高爐燃料比下降1.5%，生鐵產量增長2.5%。如果煉鐵100%使用球團礦，要比使用燒結礦，燃料比下降11.52%，生鐵產量增長19.2%。這個效益是十分可觀的。提高煉鐵爐料球團礦配比，促進煉鐵系統節能減排。據統計，2018年重點鋼鐵企業球團工序能耗為25.36kgce/t,燒結工序能耗為48.60kgce/t;球團工序能耗比燒結低23.24kgce/t。如果用一頓球團礦代替一頓燒結礦煉鐵，就會使煉鐵系統降低23.24kgce/t的能耗。提高煉鐵爐料球團礦配比，會降低污染物排放，降低對燒結煙氣治理費用。燒結生產會產生大量的S02、NOX二噁英、粉塵等有害物質。2012年國家公布了對燒結煙氣綜合治理的標準（GB28662-2012《鋼鐵燒結、球團工業大氣污染物排放標準》）,指標基本上與國家先進水平接軌了。這會加大鋼鐵企業對環保治理的成本（約50元/噸燒），企業要付出較大的代價。如用球團代替燒結，既可以減少或沒有污染物排放，大大減少了污染物治理費用。表3 煉鐵系統噸產品廢氣污染物排放因子情況 單位:kg/t產品污染物燒結工序球團工序煉鐵工序顆粒物0.07?0.850.014~0.150.0054~0.20二氧化硫0.22?0.970.011~0.210.009~0.34氮氧化物0.31?1.030.15~0.550.0008?0.17二噁英0.15?16F ().0004?0.0082CO8.78?370.01~0.41表3說明，燒結工序比球團污染物排放高。要減少污染物排放，就需要減少燒結的生產。目前，一些地區政府已提出要降低本地區的污染物排放總量（國家已提出要求對一些地區污染物總量控制），希望鋼鐵企業停止燒結生產（歐美已這么去做了）；我國也將面臨這個問題。中國鐵礦資源是貧、雜、難選。為提高我國鐵礦使用效率，必須要進行細磨、加強選礦。這樣，我國的鐵礦粉是細粒度的居多，有一半鐵精粉是適合于去生產球團礦。但是，歷史原因（上世紀50年代，我國全面學習蘇聯，大量建設燒結機），使我國煉鐵的爐料結構一直是以燒結礦為主。這種局面一直沒有得到根本的改善。現在，我們應盡快轉變觀念，加強對球團生產的基礎理論研究，促進球團生產的發展，促進鋼鐵工業的節能減排。太鋼的精礦粉-320網目在90%，是適應生產球團礦，但他們選擇生產燒結礦，是技術路線的錯誤。目前，我國球團質量與國際先進水平相比，存在較多差距：球團含鐵品位低（約低5%）含SiO2高，配加皂土多，抗壓強度低（生球質量不好），工序能耗高等。國外已淘汰了豎爐生產球團工藝，大量使用帶式焙燒機工藝生產球團礦（適應使用各種類型鐵礦、球團質量優越、能耗低），但燃料用天然氣的設備居多。球團礦生產成本比燒結礦貴

元/噸據統計，使用進口鐵精粉生產球團礦，比使用國產礦要貴（國產鐵精礦采購成本570.73元/噸，進口鐵精礦采購成本592.72元/噸，進口礦比國產礦貴21.99元元/噸太鋼686.61517.57169.04本鋼548.62526.6521.83唐鋼655.83605.5350.30柳鋼834.79834.790馬鋼705.40628.7272.68沙鋼724.22635.7488.48南京725.59675.2650.33鞍鋼752.36614.98137.38寶武集團831.73744.0187.722017年使用國產鐵精粉生產球團礦、燒結礦的生產成本（元/噸，）如下：球團礦燒結礦球團礦生產成本比燒結礦貴單位各企業之間數據相差較大，是生產具體情況不同；企業之間的鐵礦含鐵品位、礦種配比、生產技術，操作技術、設備狀況等差異大；使用國產礦與進口礦有較大差別，要做具體分析，才能得出科學的判斷。我國高爐煉鐵爐料結構，%2017年高爐燒結比球團比塊礦比入爐品位渣比寶鋼4號4747m357251860.04257寶鋼湛江1號5050m37851759.30277.7鞍鋼2號3200m370.6327.521.8558.64338本鋼1號4350m371.4928.50057.29本鋼6號2600m372.1427.86057.88興澄1號1280m350.1246.324.058.77397酒鋼1號450m369.5927.163.1155.61太鋼3號1800m370.1829.82059.78300略陽1號415m364.2635.270.5856.293622016年燒結球團塊礦入爐鐵品位渣比湛江1號5050m379.16.914.059.33306鞍鋼320073.2323.872.9058.56332寶鋼八一67.5129.862.6356.78336

北營新2號320081.9118.0057.89350西林126055.040.203.8058.54387酒鋼7號2500m369.5626.793.6553.62450.5太鋼5號4350m366.2632.161.5859.64304武鋼8號4117m366.7422.3710.8957.56351.7首遷3號4073m361.8029.859.1258.79315寶鋼1號72.1314,6713.1959.41296寶鋼3號65.4621.6312.9059.52280.5寶鋼4號67.4318.8513.7159.56284.4武鋼8號65.9424.589.4757.56351.7馬鋼A71.6917.2911.0258.08318.5沙鋼580072.0213.9014.0558.82296太鋼5號6931059.64304太鋼6號69.330.7059.36306首遷400061.429.88.858.79315京唐1號65.2629.235.3159.99285.2京唐2號66.1428.655.2159.96288鲅魚圈1號74.4119.735.8658.57357本鋼435068.5225.845.6458.18304包鋼7號73.2715.2311.4858.89329安陽77.4110.3512.2358.18329唐山320075.708.2516.5058.63336興澄320074.5312.3013.1858.63302韶鋼320080.23.416.457.81288酒鋼320062.0837.91053.62450.5酒鋼榆林320080.4615.202.955.05405.6萊鋼320083.4410.126.44燃料比渣比韓國浦項435076.14.719.2493291韓國浦項560076.44.919.7492291韓國光陽460079.84.715.5506.6韓國光陽550079.66.513.9495燒結球團塊礦入爐鐵品位渣t比kg/瑞典鋼鐵公司0.5099.5036kg/t1462015年加拿大多法斯科100194德國不萊梅482015年加拿大多法斯科100194德國不萊梅4852205比利時希德瑪871330259我國已大力發展球團礦生產，首鋼京唐和包鋼均建設了大型球團生產設備。2018年，我國重點企業生產球團礦1.18億噸，比上年增加6.27%。目前，重點企業高爐煉鐵爐料結構中球團礦配比在13%左右，合理值應為20%左右，2017年一些企業高爐球團礦配比已達到30%以上，全國有100多座高爐球團礦配比在20%以上。說明我國高爐煉鐵使用球團礦的比例有較大潛力。京唐公司，武鋼，鞍鋼等企業“十三五"煉鐵發展規劃中計劃將爐料結構中球團礦配比提高到50%左右。中國鋼鐵工業協會和中國金屬學會共同編制的2011~2020年《中國鋼鐵工業科學與技術發展指南》中，球團技術發展目標：A開發新型鏈篦機-回轉窯、帶式焙燒機（＞300萬噸/年）等新裝備、新技術；B新建球團設備能力應大于200萬噸/年，應實現多品種（高爐用、直接還原用、溶劑性）優質（高品位、高強度、低膨脹、高還原性）球團礦的生產，快速提升精料技術水平，實現更合理的高爐爐料結構；在細精礦來源越來越多的情況下，進一步提高球團礦在高爐爐料結構中的比例（全國平均達到30%以上，有條件的應達到50%）。日本學者成田貴一的研究提出：高爐綜合爐料的最大壓差值與高堿度燒結礦與配入酸性球團礦的比例相關，當酸性球團礦配入比例達到25%~50%時，APm處于最低值，說明優化高爐操作指標，發展球團生產尚有一個很大的空間。我國在大力推廣短流程電爐生產工藝（節能環保好），電爐生產使用直接還原鐵的需求量很大。生產直接還原鐵是需要大量金屬化球團。電爐使用直接還原鐵煉鋼，比用廢鋼好，即能耗又環保；直接還原鐵含有害雜質少，對冶煉高級鋼種很有利。但我國直接還原鐵產量很少。2015年我國用于直接還原鐵的球團礦有5.28萬噸，2016年為4.84萬噸。因此，我國要大力發展金屬化球團的生產。2017年世界鋼產量為16.74億噸，世界電爐鋼比在28%左右，美國在60%，馬來西亞、印度尼西亞的電爐鋼比例均為100%韓國為39%，日本為2.5%。2017年全世界生產直接還原鐵產量7277萬噸，遠遠滿足不了電爐生產的需求。目前，日本、韓國和臺灣中鋼高爐使用球團礦配比在5%~10%，而且呈下降趨勢。主要是世界球團礦價格比燒結礦貴，嚴重影響高爐使用球團礦的積極性。生產球團礦的技術裝備質量要求:生產球團礦需要的鐵礦粉的物理化學性質應符合下列要求：）鐵精礦中TFe含量宜大于66.5%,波動允許偏差為土0.5%；SiO2含量應小于4.5%，波動允許偏差為土0.2%。）鐵精礦的水分含量應小于10％。）鐵精礦的比表面積根據礦石性質和造球工藝的不同，圓盤造球工藝宜為1800~2000cm2/g，圓筒造球工藝應為2000~2200cm2/g。4）鐵礦粉的準備和加工應符合下列規定：（1）。當采用多種鐵礦粉生產球團礦時，應設鐵礦粉的混勻設施。但鐵精礦的種類不宜超過三種。當采用兩種及以上鐵精礦時，宜設預配料工藝。（2）。鐵礦粉入廠后應有5~7天的儲量。如采用進口鐵礦粉則儲量應有35天以上，并應設專用料場。（3）。當鐵精礦含水量高于造球水分時應設干燥系統；干燥后鐵精礦的水分應低于生球水分的5%?10%；當后續設有高壓輥磨機時，鐵精礦干燥后的水分宜為8%。（4） 。鐵精礦干燥宜采用圓筒干燥機，并應采用順流式配置方式。進入干燥收塵系統的煙氣溫度應高于露點溫度。（5） 。干燥機能力的配備可根據原料條件不同采用全干或半干兩種方式，同時應設有旁路系統。未經干燥的鐵精礦貯運設施應設有防粘和防堵設施。（6） .當鐵精礦的細度不能滿足造球要求時應設再磨工藝。再磨工藝的類型應根據鐵礦粉原始粒度的粗細和性能來選擇。對大、中型球團工程，宜采用濕球磨工藝、高壓輥磨工藝或這兩種工藝的組合；對小型球團廠可采用潤磨或其他磨礦工藝。再磨工藝中應設篩除鐵塊和雜物的處理設施。（7） .采用濕磨工藝時，再磨礦細度宜達到比表面積1500~1800cm2/g。（8） .高壓輥磨機的規格、型號應由制造商經過試驗后確定。生產球團礦需要的粘結劑和添加劑要求選用膨潤土作粘結劑時，應對其造球性能的優劣進行比較，應選用造球性能好的膨潤土，且應經模擬工業性試驗證實。應優先采用納基膨潤土，其次是活化鈣基膨潤土。在滿足生球質量的前提下，應減少膨潤土用量。在使用國產膨潤土作粘結劑時，其用量宜小于或等于干基混合料量的1.2％。有機粘結劑和復合粘結劑的使用應根據其來源、價格和性能、效果等因素綜合評價后確定。粘結劑的進廠方式和貯存應符合下列條件：）外部運輸距離短時，宜采用密封罐車進廠，然后用氣力輸送的方式送入配料倉儲存，儲存時間宜為2~3天。）運輸距離較遠時，宜采用袋裝方式入廠，并應設膨潤土儲存間，儲存量宜滿足15天的用量。生產熔劑性球團礦和含鎂球團礦時，宜配加石灰石、白云石等添加劑，其中-325目的含量宜等于或大于90%。該物料的細磨設施不宜設在球團廠內，但應在配料室設有一定容量的貯倉。并應采用密封罐車進廠，然后用氣力輸送的方式送入貯倉，儲存時間應滿足生產的需要。生產球團礦所需燃料的要求帶式焙燒和鏈箅機-回轉窯焙燒采用天然氣、焦爐煤氣或具有較高熱值的煤氣時，燃氣的熱值應不低于16MJ/m3，到達焙燒區的壓力應不低于5000Pa。用于回轉窯焙燒和精礦干燥的煙煤及生球內配用煤的質量應符合表4的要求：表4用于回轉窯焙燒和精礦干燥的煙煤及生球內配用煤的質量要求煤種發熱值揮發分灰分灰熔點含硫量細度結圈指數Rp沉積指數Dp煙煤$29MJ/kg>20%<14%>1400°CW0.5%R90：10%~15%W150W300無煙煤高低低—低-325目:$90%——3.3燃料貯運和加工應符合下列規定:采用氣體燃料時，應設燃氣輸送管網系統、燃氣站和燃燒系統等設施。采用燃油作燃料時，應設燃油貯存和燃燒系統等設施。供油系統應滿足燃油完全燃燒所要求的粘度和凈度，并應保持穩定的油量和油壓。所有噴嘴應安裝殘油吹刷裝置。采用煤作燃料時，應設煤的貯運、破碎和磨煤系統等設施。運輸距離較長時，堆存時間以1個月的用量為宜；運輸距離較短時，堆存量以7~10天的用量為宜。磨粉宜采用中速磨。球團礦的質量要求成品球團礦的質量滿足高爐煉鐵和直接還原鐵生產用的要求。新建的大、中型球團工程生產的球團礦質量應符合表5的要求。表5成品球團礦的質量要求項 目高爐用球團礦直接還原用球團礦化學成分TFe(%)$65土0.3$65土0.3RW0.3或$0.8$0.8S.P(%)以低為宜SW0.03PW0.03粒度組成8?18mm(%)三90三95-5mm(%)W3.0W3.0物理性能轉鼓強度(+6.3mm) (%)三95三95耐磨指數:(-0.5mm)(%)W4.5W4.5抗壓強度（N/個球）三2500三3000冶金性能還原度(RI)(%)三65三65還原膨脹指數（％）W15.0W15.0還原后抗壓強度（N/個球）三450三4504.1用作商品的球團礦宜設篩分系統篩除小于5mm的粉料。篩后成品含粉率宜小于1%。對帶式焙燒工藝，應設有篩分設施，且其設置不宜遠離焙燒廠房。除篩除小于5mm的粉料外，還應從成品中篩出8~16mm的成品，并應從中分出一部分用作鋪邊鋪底料。對鏈箅機-回轉窯球團礦生產工藝，當其冷卻后的產品含粉率能滿足煉鐵生產時，可不設成品篩分。篩分設備應采用振動篩，篩分前后均應設計量裝置。4.4.返回造球系統的篩下粉料應經再磨達到合格的粒度。在鋼鐵廠內球團礦的篩下粉料宜作為燒結廠的原料。大、中型鐵礦球團工程，成品球團礦的輸出宜設自動取樣裝置。鐵礦球團生產應設有成品堆場及貯運設施。但應滿足球團廠定修期內對球團礦的需求。成品堆放、貯運的能力應根據內、外部的實際條件確定。案例1：萊鋼I880m3（實際2280m3）有28個風口。為了能吹透爐缸中心，實現爐缸活躍，通過多次調整，其風口布局是21X0120mm,7X130mm,使用風量4100m3/min,送風的風口面積0.3302m2，風速240~260m/s，鼓風動能