許滿興

(北京科技大學(xué)，北京 100083)

0 引言

近幾年來中國球團(tuán)礦生產(chǎn)有了一個良好的發(fā)展勢頭，如2019年5月至6月，首鋼京唐公司第2，第3條年產(chǎn)400萬t的帶式焙燒機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)相繼順利投產(chǎn)，河鋼樂亭鋼鐵公司兩條年產(chǎn)480萬t的帶式焙燒機(jī)建設(shè)快馬加鞭的在進(jìn)行，去年年底，福建三鋼年產(chǎn)240萬t的帶式球團(tuán)生產(chǎn)線投產(chǎn)，柳鋼搬遷工程廣西防城港400萬t帶式機(jī)球團(tuán)生產(chǎn)線的建設(shè)在加快進(jìn)行，四川山西等省多條中小型帶式焙燒機(jī)球團(tuán)在規(guī)劃籌建。唐山磁石礦冶科貿(mào)公司由平燒技改為帶式機(jī)球團(tuán)多條生產(chǎn)線項目在各地推進(jìn)中，一個調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)，提高球團(tuán)礦配比，正在成為高爐煉鐵的新動向，不僅要大力推進(jìn)中國球團(tuán)礦的發(fā)展而且重在大力發(fā)展高品質(zhì)球團(tuán)礦，實現(xiàn)以高品質(zhì)球團(tuán)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)，取代近幾十年來中國以高堿度燒結(jié)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)，以解決高爐煉鐵燃料比居高不下，近20年來徘徊在530～540 kg/t的卡脖子問題，開啟中國高爐煉鐵綠色發(fā)展高質(zhì)量智能發(fā)展的新篇章。

1 調(diào)整中國以燒結(jié)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)勢在必行

1.1 背景

中國高爐煉鐵的爐料結(jié)構(gòu)，自20世紀(jì)80年代初起就開始形成高堿度燒結(jié)礦為主搭配部分酸性爐料的結(jié)構(gòu)，取代了60年代到70年代100%的自熔性燒結(jié)礦的爐料結(jié)構(gòu)，這種爐料結(jié)構(gòu)在中國已實施了近40年的時間，近40年來鋼鐵工業(yè)發(fā)展的歷程證明了這種爐料結(jié)構(gòu)對改革開放40年鋼鐵工業(yè)的高速發(fā)展起了積極的作用，既有它的突出優(yōu)勢，也有它的弊端和問題。

1.2 以高堿度燒結(jié)礦為主搭配部分酸性爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

中國高爐煉鐵近40年來實施的爐料結(jié)構(gòu)，以高堿度燒結(jié)礦為主搭配部分酸性爐料(酸性球團(tuán)礦+塊礦)，這種爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于它既發(fā)揮了高堿度燒結(jié)礦優(yōu)良冶金性能的優(yōu)勢，同時又發(fā)揮了酸性爐料高品位和低渣量的優(yōu)勢。這種爐料結(jié)構(gòu)比100%自熔性燒結(jié)礦的爐料結(jié)構(gòu)明顯改善了爐料在高爐內(nèi)的行為，多年來對中國高爐冶煉指標(biāo)起了良好的積極作用。在2001～2010年，高爐的利用系數(shù)由上世紀(jì)70年代全國平均1.48 t/m3·d，提高到2.54 t/m3·d的水平，燃料比由上世紀(jì)70年代全國平均618.5 kg/t降低到533.7 kg/t的水平。2010年代比上世紀(jì)70年代全國高爐年平均利用系數(shù)提高了1.059 t/m3·d,燃料比平均降低了84.8 kg/t[1]?？梢姮F(xiàn)行以高堿度燒結(jié)礦為主搭配部分酸性爐料的爐料結(jié)構(gòu)，對中國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展起過極為重要的積極作用。

1.3 現(xiàn)行以高堿度燒結(jié)礦為主爐料結(jié)構(gòu)的短板和問題

現(xiàn)行以高堿度燒結(jié)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)，由于燒結(jié)礦的固結(jié)機(jī)理是渣相鏈接，其SiO2必須大于4.5%，2.0的堿度，CaO大于9.0%，再加上MgO和Al2O3含量，形成成品礦的含鐵品位多數(shù)在55%～56%的水平，僅有少數(shù)單位達(dá)到57%～58%的水平。2001～2018年全國燒結(jié)礦全鐵含量平均為55.53%，SiO2含量平均為5.695%.實際上酸性爐料高品位低渣量的優(yōu)勢沒有得到較好的發(fā)揮,多年來中國酸性球團(tuán)礦的含鐵品位均在62%～63%，SiO2含量均在6%左右的水平，造成近20年來全國入爐礦的含鐵品位平均為57.47%的水平。這種爐料結(jié)構(gòu)與國外的先進(jìn)指標(biāo)相比，顯然是入爐礦品位低，渣鐵比高；冶煉效果利用系數(shù)低，燃料比高的結(jié)果。近20年來，中國高爐煉鐵的燃料比一直徘徊在530～540 kg/t的水平。2000年～2018年全國高爐煉鐵的燃料比，平均為535.29 kg/t[1]。入爐礦品位低，渣鐵比高，成了中國高爐燃料比降不下來的“卡脖子”問題，這是現(xiàn)行高爐爐料結(jié)構(gòu)的最大短板和問題。

2 新時代球團(tuán)礦與燒結(jié)礦生產(chǎn)成本的對比分析

多年來國內(nèi)鋼鐵界普遍輿論，球團(tuán)礦比燒結(jié)礦價格高，形成中國鋼鐵企業(yè)的高爐料以燒結(jié)礦為主，球團(tuán)礦的配用比例多年來停留在低于20%的水平。2001～2018年中國球團(tuán)礦的年產(chǎn)量和占爐料的比例列于表1，對球團(tuán)礦生產(chǎn)成本和質(zhì)量的認(rèn)識一定程度上影響了中國球團(tuán)礦生產(chǎn)的發(fā)展。

表1 2001～2018年中國球團(tuán)礦年產(chǎn)量約占爐料的比例[2]

為了推進(jìn)高品質(zhì)球團(tuán)礦的發(fā)展，通過合理計算球團(tuán)礦和燒結(jié)礦的生產(chǎn)成本，正確認(rèn)識高品質(zhì)球團(tuán)礦的生產(chǎn)成本是必要的，為此選擇了2018年全國既有球團(tuán)礦成本核算也有燒結(jié)礦成本核算的、具有代表性的6家企業(yè)，對其球團(tuán)礦和燒結(jié)礦的生產(chǎn)成本做了對比分析，其結(jié)果列于附表2。

表2 國內(nèi)外幾種球團(tuán)礦SiO2含量與其冶金性能的關(guān)系

3 高品質(zhì)球團(tuán)礦的內(nèi)涵及其主要原料的開發(fā)途徑

3.1 高品質(zhì)球團(tuán)礦的內(nèi)涵

高品質(zhì)球團(tuán)礦是高爐煉鐵的精料，它不該是低品位，高SiO2含量的料，也不該是粒度大而不均勻的料，更不應(yīng)該是冶金性能差的料，高品質(zhì)球團(tuán)礦其內(nèi)涵應(yīng)包括以下三個方面[3]。

1)含鐵品位高，SiO2含量低。含鐵品位應(yīng)≥65%，SiO2含量≤4%，生產(chǎn)實踐和研究均證明，低品位高SiO2含量的球團(tuán)礦的冶金性能都比較差，國內(nèi)外幾種球團(tuán)礦的冶金性能與其SiO2含量的關(guān)系列于表2。

SiO2含量對球團(tuán)礦的冶金性能有決定性的影響，因此球團(tuán)礦的含鐵品位和SiO2含量是決定球團(tuán)礦品質(zhì)的關(guān)鍵性因素。已有的大量研究說明，球團(tuán)礦的化學(xué)成分對其質(zhì)量的影響除了品位和SiO2含量外，還有堿度、MgO含量和TiO2含量的影響。對球團(tuán)礦的質(zhì)量而言，在可能的條件下，應(yīng)爭取生產(chǎn)熔劑性球團(tuán)(CaO/SiO2=0.8～1.2)，MgO質(zhì)球團(tuán)(MgO=1.5±0.5%)和低于0.45%的TiO2的球團(tuán)礦。

2)小而勻的粒度：粒度是球團(tuán)礦的一項重要質(zhì)量指標(biāo)，粒度不僅影響焙燒階段的透氣性、干燥速度和產(chǎn)量，還影響能耗。德國的一項研究證明，焙燒8 mm直徑的球團(tuán)礦是焙燒16 mm直徑能源消耗的42.35%，焙燒過程球團(tuán)礦的最佳直徑為11 mm[2]。球團(tuán)礦的直徑不僅影響其產(chǎn)量和能耗，成品球團(tuán)礦的直徑還影響其入高爐后的煤氣分布、煤氣利用率和煉鐵的燃料比。小而勻的球團(tuán)礦(10～13 mm)入爐后有利于改善還原性、提高煤氣利用率、降低燃料比。瑞典SSAB3#和4#高爐，采用100%LKAB公司的小而勻的球團(tuán)礦冶煉，煤氣利用率達(dá)到56.5%的水平，實現(xiàn)了噸鐵450 kg燃料比的世界先進(jìn)水平。2018年中國全國高爐煤氣利用率平均為45.15%，寶鋼高爐的煤氣利用率為51.5%，高爐煤氣利用率的這一差距與爐料的粒度直接相關(guān)。

3)良好的高溫冶金性能：高品質(zhì)的球團(tuán)礦不僅要具有含鐵品位高、SiO2含量低、小而勻的粒度，還應(yīng)具有良好的高溫冶金性能。日本國早在上世紀(jì)八十年代初即提出和制定了平價球團(tuán)礦的高溫性能方法，并具體規(guī)定了球團(tuán)礦在進(jìn)入高爐爐身下部前的還原度要達(dá)到70%(≤1 000 ℃的溫度前)，還原膨脹指數(shù)應(yīng)低于16%，提出軟化開始和熔融開始溫度要高，軟熔區(qū)間要窄。日本新日鐵公司推薦球團(tuán)礦的開始熔融溫度(TS)>1 300 ℃,開始滴落溫度(Td)<1 470 ℃，熔滴區(qū)間(⊿T)≤170 ℃，最大壓差值(ΔPmax)<150 Pa，熔滴性能總特性值(S值)<166 KPa℃。經(jīng)過近幾十年的實踐證明，新日鐵公司所推薦的球團(tuán)礦高溫性能指標(biāo)具有重要推廣價值。球團(tuán)礦良好的高溫冶金性能才能確保其優(yōu)良的高爐冶煉效果。新日鐵公司同時提出提高球團(tuán)礦的堿度，降低SiO2含量、添加適量MgO是改善球團(tuán)礦高溫冶金性能的有效手段。

3.2 發(fā)展高品質(zhì)球團(tuán)礦主要原料鐵精粉的開發(fā)途徑

生產(chǎn)和發(fā)展高品質(zhì)球團(tuán)礦的一個重要問題是必須具備有高品質(zhì)的鐵精粉，而中國是一個貧鐵礦國家，冶金礦山生產(chǎn)的鐵精粉不僅鐵品位低而且二氧化硅含量高，要生產(chǎn)含鐵品位≥65%，SiO2含量≤4%并不容易，由此才造成目前中國生產(chǎn)的球團(tuán)礦含鐵品位大多數(shù)為62%～63%，二氧化硅含量高于6%的水平。中國要發(fā)展高品質(zhì)球團(tuán)礦這是必須要解決的問題。2000年至2002年，中國幾大礦山通過提鐵降硅的攻關(guān)，2003年幾大礦山的鐵精粉和SiO2含量均達(dá)到了生產(chǎn)高品質(zhì)球團(tuán)礦的高含鐵品位和低SiO2含量的要求，具體公關(guān)效果列于表3。

表3 中國鞍本和太鋼鐵精粉提鐵降硅的公關(guān)效果[4] %

但國內(nèi)鐵精粉的產(chǎn)量滿足不了大力發(fā)展高品質(zhì)球團(tuán)礦生產(chǎn)的需求，需要大量進(jìn)口高品質(zhì)的鐵精粉，而國外資源也處于短缺狀態(tài)。中國目前已有企業(yè)開發(fā)找到了解決的辦法，進(jìn)口品位為53%～60%品位，SiO2含量均在5%以上的燒結(jié)鐵礦粉，通過再磨再選可以實現(xiàn)品位≥67%, SiO2≤2%的鐵精粉，加工成本每噸不超過28元，而且已經(jīng)實現(xiàn)了年產(chǎn)1 000萬t的水平，通過以上討論，中國大力生產(chǎn)和發(fā)展高品質(zhì)球團(tuán)礦的原料問題可以得到解決。

4 大力推進(jìn)高品質(zhì)球團(tuán)礦生產(chǎn)對高爐煉鐵的價值

1)高品質(zhì)球團(tuán)礦品位高，SiO2低，用于高爐煉鐵噸鐵礦耗低，渣鐵比低，有利于節(jié)能減排，有利于提高高爐產(chǎn)量，降低燃料比消耗。鐵品位66%的球團(tuán)礦，每噸鐵用礦僅需要1 400 kg；而采用57%品位的燒結(jié)礦，冶煉一噸生鐵需要用燒結(jié)礦1 667 kg，冶煉一噸鐵高品位球團(tuán)礦比燒結(jié)礦減少267 kg礦。高品質(zhì)球團(tuán)礦冶煉一噸生鐵的渣量為168 kg，消耗燃料為460 kg/t，而用57%品位的燒結(jié)礦冶煉一噸生鐵渣量達(dá)到320 kg，燃料消耗為530 kg，同樣冶煉一噸生鐵可降低燃料比70 kg。

青海漢話大多是將[tala]置于時間名詞之后、動詞之前，表示動作行為的“終止”，或者行為動作達(dá)到的“界限”，蒙古語則是將[tala]接綴在動詞詞干上，同樣表示行為的“終止”或行為延續(xù)結(jié)束的“界限”。例如：

2)高品質(zhì)球團(tuán)礦因強(qiáng)度高，粒度小而勻，用于高爐冶煉有利于高爐煤氣流合理分布，提高爐料的還原性，有利于提高煤氣利用率，降低燃料比。瑞典SSAB高爐采用100%高品質(zhì)球團(tuán)礦冶煉，煤氣利用率高達(dá)56.5%，燃料比為450～452 kg/t，2018年中國高爐煤氣利用率為45.15%，寶鋼高爐煤氣利用率為51.5%，1%的煤氣利用率影響燃料比5 kg/t，這一差距與爐料的粒度和還原性直接相關(guān)。

3)高品質(zhì)球團(tuán)礦優(yōu)良的冶金性能有利于改善高爐上下部的透氣性，有利于爐況穩(wěn)定和改善高爐操作指標(biāo)，國內(nèi)外球團(tuán)礦質(zhì)量和爐料結(jié)構(gòu)與高爐操作指標(biāo)的關(guān)系對比列于表4。

由表2和表4的數(shù)據(jù)對比可見，球團(tuán)礦的質(zhì)量(主要是品位和SiO2含量)和爐料結(jié)構(gòu)是高爐操作指標(biāo)優(yōu)劣的決定性因素。發(fā)展高品質(zhì)球團(tuán)礦生產(chǎn)的目的，主要在于改變現(xiàn)行的以燒結(jié)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)，形成新時代以高品質(zhì)球團(tuán)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)，解決長期以來中國高爐煉鐵燃料比一直徘徊在530～540 kg/t的“卡脖子”問題，開創(chuàng)中國低燃料比高爐煉鐵的新局面。

表4 國內(nèi)外球團(tuán)礦質(zhì)量和爐料結(jié)構(gòu)與高爐操作指標(biāo)的關(guān)系對比

5 結(jié)語

由以上討論和分析可以得出以下幾點結(jié)論性意見：

1)以燒結(jié)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)，對改革開放以來鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展起了重要的積極作用。但其入爐礦品位低，渣鐵比高是中國高爐煉鐵燃料比近20年來一直徘徊在530～540 kg/t“卡脖子”的問題所在。

2)未來的以高品質(zhì)球團(tuán)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)，入爐礦品位高，渣鐵比低，用于高爐冶煉燃料比低，以其取代燒結(jié)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)勢在必行。

3)品位和SiO2含量是球團(tuán)礦質(zhì)量的基礎(chǔ)因素，高品位，低SiO2，小而勻的粒度和優(yōu)良冶金性能是高品質(zhì)球團(tuán)礦的主要內(nèi)涵。

4)中國的選礦技術(shù)，生產(chǎn)高品位，低SiO2的鐵精粉已成熟過關(guān)，對進(jìn)口普通鐵礦粉經(jīng)再磨再選，能生產(chǎn)出滿足生產(chǎn)高品質(zhì)球團(tuán)礦對鐵精粉的要求。

5)含鐵品位高，SiO2低的高品質(zhì)球團(tuán)礦是新時代中國高爐煉鐵實現(xiàn)綠色發(fā)展高質(zhì)量發(fā)展低燃料比的關(guān)鍵舉措。

6)小而勻粒度的高品質(zhì)球團(tuán)礦在高爐內(nèi)煤氣流分布均勻，還原性好，是高爐煉鐵提高煤氣利用率，降低燃料比的重要條件。

7)高品質(zhì)球團(tuán)礦，良好的冶金性能，在高爐內(nèi)上下部阻力損失小，透氣性好，是高爐煉鐵獲得順行高產(chǎn)低燃料比的關(guān)鍵因素。

附錄：新時代球團(tuán)礦與燒結(jié)礦生產(chǎn)成本的對比與分析表

續(xù)表