我国球团技术发展面临的问题及建议对策

刘福来 (首钢球团厂)

【摘  要】本文通过对我国氧化球团生产工艺和现状进行的初步调研，指出我国球团工业进一步发展面临的问题；探讨了解决问题的建议性对策，提出链篦机-回转窑-环冷机工艺开发新的铁精矿资源和追求综合经济效益的途径。

【关键词】球团  发展  对策  研究

1.前言

我国球团工业生产起步并不晚，1958年中南大学（原中南矿冶学院）等高等院校开始球团试验，1959年鞍钢采用隧道窑进行球团工业试验，随后投入生产，与美国只相差四、五年。我国的第一座8m²球团竖炉于1968年在济南钢铁厂建成投产，之后多座竖炉和带式焙烧机相继建成投产。

尽管以气、油为燃料的竖炉和带式焙烧机，为高炉生产的发展起到了一定的作用，但因我国缺少重油、天然气等高发热值的燃料，因此能源曾是限制我国球团工业快速发展的原因之一。

链篦机-回转窑最早用于水泥工业。美国爱里斯-哈默斯公司通过试验证明可以用这种设备生产铁矿球团，并于1960年在亨博尔特球团厂建成了世界上第一套生产铁矿球团的链篦机-回转窑，并获得迅速发展。我国链篦机—回转窑氧化球团的开发较晚，1978年在沈阳立新铁矿建成1.8m×20.5m链篦机-∮2.5m×24m回转窑试验装置；1982年在承德钢铁厂建成2.4m×23.75m链篦机-∮3.5m×30m回转窑球团车间，一直到二十一世纪，氧化球团生产技术才得到迅猛发展。但伴随着我国精矿资源的贫乏和短缺，开发新的精矿资源和追求综合经济效益是我国球团行业面临的新问题。

2.我国球团矿生产现状

2.1 基本概况

据不完全统计，2008年我国氧化球团实际年产达到8000万t。其中竖炉4000万吨，装机配置一般为8-10m²、最大16m²、最小4m²；带式焙烧机310万吨，为包钢162m²和鞍钢321.6m²带式焙烧机；回转窑3700万吨，装机配置100-240万t居多，最大为武钢500万t，最小为30万t。

二十一世纪，随着我国钢铁工业结构调整的深入和整体装备水平的提高，氧化球团生产技术也有了很大的进展，特别是链篦机-回转窑球团生产的迅速发展和技术装备水平的提高，为我国炼铁原料工业摆脱低水平、重复建设开创了新的局面，其意义十分深远。

2.2 我国球团工业发展面临的问题

我国球团工业正处于快速发展阶段，按球团矿平均使用量20%估测，2010年需求量将达到2亿t，缺口量1.2亿t。虽然球团矿将有着广阔的生产应用和较大的市场需求空间，但必须面对发展中的一些突出问题。

2.2.1 随着精矿资源的贫乏和短缺，开发新的精矿资源是我国球团工业面临的首要问题

就铁矿粉资源而言，从世界范围来看，天然富矿愈来愈短缺，而世界对钢铁的需求量日益增加，这就必须尽最大努力提取贫矿中的铁分。采矿的工业品位标准界限不断往下调整，同时选矿的品位则还要提高。我国铁矿储量居世界第五位，其中含铁50%以上的富矿却仅占探明储量的40%左右，绝大部分为含有有害杂质(P、S、Pb、Zn、As)的贫矿。这类矿石必须细磨精选后造块，才能入炉冶炼，给烧结造块带来很多困难，而球团工艺正是解决细磨精矿造块的一种有效途径。

当前，我国带式焙烧机工艺因受能源、耐热件制作、建设周期等的限制，长期未得到发展，而竖炉与回转窑氧化球团工艺的生产规模基本柏仲，在一定程度上两者形成争夺磁精矿资源的态势。尽管竖炉工艺因环保、产能等原因在今后发展中将必然受到限制，但淘汰或改建尚需时日。然而随着我国球团矿缺口数量的增加，尤其是伴随磁铁精矿资源的紧缺，链篦机—回转窑氧化球团生产工艺发展必须面临的首要问题就是开发利用新的精矿资源。

根据世界铁精矿资源的调查，目前国外赤铁精矿资源丰富，而我国回转窑工艺对赤铁精矿的利用还没有较成熟的生产技术。虽然我国链篦机-回转窑-环冷机工艺的生产企业，有的赤铁矿粉的最高使用比例已经达到60%左右，但在有效控制回转窑结圈、降低能耗、稳定产品质量等方面遇到一些棘手的问题，为此国内一些拟建以赤铁矿粉为主要原料的氧化球团矿企业中，因惧怕回转窑结圈，而改建为带式焙烧机工艺。

2.2.2 有效降低能源消耗，提高综合经济效益是我国球团工业必须面对的问题

由图1可以看出，在同为链篦机-回转窑-环冷机氧化球团生产工艺和原料均为磁铁精矿粉的条件下，我国燃耗先进水平与世界较先进的水平相比，仍然高达一倍以上。由此，随着我国球团工业的深入发展，能源紧缺的局面将进一步严峻，也制约着氧化球团制造成本的降低和综合经济效益的提高。

3.对策研究

世界球团生产技术在迅速发展。焙烧设备从初期简单的竖炉发展到现代化的带式焙烧机和链篦机-回转窑，处理的矿石种类由磁铁矿、赤铁矿发展到针、镜、褐铁矿，已适用于各种铁矿石焙烧。生产氧化球团的带式焙烧机和链篦机-回转窑两者各具特点，竟相发展。而我国经过多年的氧化球团生产实践，与带式焙烧机工艺相比，链篦机-回转窑工艺从设计、安装、设备制作、操控等综合能力已经得到成熟和规模化发展。同时因我国缺少重油、天然气等高发热值的燃料，链篦机-回转窑工艺应该更适合我国的国情。那么是否因精矿资源的限制，而要再去发展带式焙烧机工艺呢？笔者认为不是铁精矿资源制约着链篦机-回转窑工艺的进一步深入发展，而是我国对于铁精矿资源利用的研究远远落后于西方国家，甚至是对于赤铁矿资源的利用，还没有比较成熟的技术，国内球团行业大多满足于现有的稳定生产，不愿去冒研究的风险，而研究院所由于资金的限制和不具备工业试验的条件，导致研究不能深入进行。下面就链篦机-回转窑氧化球团生产工艺如何有效利用赤铁精矿资源和节能提出建议性对策，与业界人士共同探讨。

3.1 内配煤技术的借鉴

3.1.1 世界内配煤技术发展概况

造球原料配加固体燃料在世界球团工业发展的初期阶段，沿用了烧结的生产方法，在原料中配加固体燃料，有的取得了成功，有的遭到了失败。那时期石油价格低廉，各球团厂认为没必要在造球原料中配加固体燃料。直到70年代发生石油危机期间能源价格大幅度上涨，才迫使人们真正重视在球团原料中配加固体燃科生产球团矿的方法。

这一工艺方法也有近2O年的发展过程，1963年英国报刊首先报道了把煤粉和焦粉加入赤铁矿制备球团矿的研究成果。该成果在技术上是可行的，而且全部燃料和电能消耗低于普通赤铁矿球团生产的燃耗和电耗，但并没引起人们的重视。

美国的奥布里和肯特于1967年曾报道在赤铁矿中加煤粉代替磁铁矿的研究成果。后来瑞典试验人员用同样的方法也取得了成功，球团矿增产15t而对球团矿质量无重大影响。1972年荷兰霍戈文钢铁公司开始进行在球团原料中添加焦粉生产球团矿的研究工作 ，l977年末在生产中开始加入焦粉，l983年加入焦粉的固定碳含量接近1%，使焙烧时天然气的能耗从725MJ/t减少到330MJ/t。生产出的酸性球团矿的抗压强度为275O-2940N/P、耐磨指数较好。1977年郝特在一篇论文中报道，把不同反应性的煤按不同用量加入到五种不同的铁矿粉中，对生球的性能无明显影响。在固定碳添加量为0.5%的情况下，由赤铁矿生产的球团矿抗压强度有所增加，在固定碳的添加量为1.5%的情况下，其抗压强度仍然台格，并提高了生产率。

加拿大的锡德贝克诺明斯球团厂，从1975年开始进行在造球原料中添加固体燃料的研究。在该厂开工后的一年，首次进行了掺入焦粉的工业试验，酸性球团矿掺入的固体燃料低于1.2%。

3.1.2 我国内配煤技术研究过程需要注意的问题

传统的球团矿是由铁精矿添加膨润土制成生球，再经焙烧而成。70年代的世界能源危机促进了球团生产节能技术的发展，我国各球团厂若根据自己的条件，有选择地吸取国外球团生产节能经验及研究成果，就能使我国球团生产能耗水平达到或接近世界先进水平。

在造球之前，把一定数量的固体燃料加入到精矿中，这种方法在国外许多球团厂达到了工业实用阶段，不仅是节能的有效技术之一，也是解决赤铁矿焙烧过程中不发生氧化放热弥补链篦机温度偏低的一种有效途径。但根据国外研究和使用经验表明，添加固体燃料的混合料其成球性会受到一定影响，在造球过程中混合料必须保持极其精确的湿度，延长造球时间；同时需要添加挥发分低的固体燃料，利于抗压强度的提高。

3.2 降低焙烧温度的技术

氧化球团生产中，在原料为赤铁矿时，焙烧温度需要达到1300-1350℃，才能消除晶格缺陷，增加颗粒接触面积，增加球团矿致密化程度，球团矿才能获得牢固的固结和高的抗压强度。显而易见，在链篦机-回转窑氧化球团生产工艺中，焙烧温度的提高势必对回转窑窑况的稳定产生不利影响，那么是否有既能满足产品质量稳定又能使焙烧温度降低的有效途径呢？

从开发利用新的精矿资源，提高巴西赤铁矿粉配加比例的研究角度出发，首钢球团厂于2004年开始着手此项工作的技术研究工作，并首先添加含硼物质进行降低焙烧温度的研究。

研究工作始于2004年年初，选用丹东硼镁铁精矿粉作为降低焙烧温度的添加物，并于4月份进行了工业试验研究。硼镁铁精矿是硼铁精矿磁选分离的副产品，主要成分为FeO、MgO和B₂O₃。其中B₂O₃含量7%左右。B₂O₃是一种低熔点物质，600℃时就开始熔融，有液相出现，融体将颗粒包裹，在表面张力的作用下，矿石颗粒互相靠拢，结果使体积收缩，孔隙率减少，更加致密；同时B₂O₃中B³⁺可以进入正硅酸盐晶格，阻止2CaO·SiO₂在冷却过程中晶形转变，因此可以提高强度、减少粉化。经过首钢球团厂的工业试验表明，氧化球团生产中添加含硼物质不仅利于成品球团矿抗压强度的提高，而且在一定程度上可降低焙烧温度。为此，添加含硼物质的深入研究，不失为降低焙烧温度、有效提高赤铁矿配加比例的一种捷径。

3.3 高温设备的密封技术

通过与国外先进的燃耗指标进行对比分析，我国的燃耗水平还存在相当大的差距，造成的突出原因就是系统辐射热高和高温设备密封效果非常差，最终造成大量的能源浪费，而当前国内对于三大主机的密封和降低表层辐射温度的研究仍然没有引起足够的重视。如国外早已成熟的环冷机水封技术在我国没有得到广泛借鉴，基本沿用传统的沙封，只有珠海粤裕丰钢铁有限公司等极少数企业采用了该技术。同时，我国对于有效降低三大主机辐射温度的研究至今没有新的进展，如回转窑表皮温度的最好水平仍然高达240℃左右，尽管一些耐火材料生产厂家的研究取得了初步效果，但仍然没有发挥明显的作用。因此，吸收借鉴国外成熟的密封技术和降低高温焙烧设备的辐射温度，在我国链篦机-回转窑-环冷机氧化球团生产中具有较大的节能降耗潜力。

4.结语

4.1 随着精矿资源的贫乏和短缺，开发新的精矿资源是我国球团工业面临的首要问题。

4.2 有效降低能源消耗，提高综合经济效益是我国球团工业必须面对的问题。

4.3 内配煤不仅是节能的有效技术之一，也是解决赤铁矿焙烧过程中不发生氧化放热弥补链篦机温度偏低的一种有效途径。值得我国球团行业借鉴和进一步深入研究。

4.4 添加含硼等低熔点物质降低焙烧温度的深入研究，应与有效提高赤铁矿配加比例同步开展。

4.5 广泛借鉴国外早已成熟的环冷机水封替代沙封等技术，在氧化球团生产中具有较大的节能降耗潜力。

本文章摘自《2009全国烧结、球团、炼铁技术及生产年会》