高爐使用高比例球團的分析與研究

宋雅賢

（唐鋼青龍爐料有限公司，河北 唐山 063000）

改善高爐原燃料結構，這樣能夠使得高爐達到穩定、順行、低耗、長壽的效果，高爐全生命周期能夠達到低碳減排的目的，對于高比例球團的使用是非常重要的。高爐使用高比例球團礦技術是相對成熟的，高比例球團礦冶煉的高爐能夠達到在生產方面的穩定順行，并且在各項指標上能夠比高比例燒結礦要優越，操作思路能夠進行復制，操作經驗能夠得到有效推廣。

1 國外高比例球團高爐生產的現狀

與燒結礦生產進行比較，球團生產一直都是在節能方面和排放方面更優的原料，球團礦被大家認為有以下優點：品位高、粒度均勻、強度好、冶金性能佳、適合遠距離運輸等。按照資源與生產條件上的差異，不同的國家和地區球團在高爐中的比例也是存在著較大的差異，主要是在北美或是歐洲的一些地區，高爐使用高比例球團較多。

1.1 北美地區

在長時間的發展，因為鐵礦資源的稟賦，北美地區（美國、加拿大、墨西哥）的高爐基本上都是根據采用高比例球團進行生產的。2017年，全部25座高爐的球團在傳統鐵料（燒結礦、球團礦、塊礦，其中不包含廢鋼/直接還原鐵和冷壓塊）中占的比重是93%，當中有13座高爐是采用100%球團礦，剩下高爐的球團比例是由51%到99%不等，高爐平均燃料的比達到504kg/t。

1.2 歐洲

最近30年的不斷發展，在環保和資源雙驅動的情況下，歐洲高爐的數量已經越來越少，爐料結構本來是以燒結礦為主，在逐步的發展成為向增加球團礦比例。其中瑞典SSAB長的高爐，長時間進行使用100%高質量球團，曾經達到了超低渣量（155kg/t）與低燃料比(450～470kg/t)。荷蘭艾默伊登廠內存在的兩座高爐，這兩座高爐中爐料球團配比達到60%，高爐長時間高富氧（Max20%）、高產（3.0t/m3wvd）、高煤比（Max250kg/t）。

1.3 其他

日本的許多高爐大多都是采用燒結礦來作為主要的爐料結構，但依然有三座高爐是采用較高比例的球團礦（+塊礦），有一座使用70%球團+30%塊礦，除此之外，兩座使用27%球團+23%塊礦（燒結礦50%）。俄羅斯的下塔吉爾鋼鐵廠高爐入爐球團比例達到了53%，高爐燃料比達到492.5kg/t,在這當中：焦比達到361.9kg/t,煤比達到53.7kg/t,天然氣達到76.9kg/t。巴西某廠2座3284m3高爐的爐料結構主要是：48%燒結礦、12%塊礦、40%球團，能夠達到高爐煤比： 180kg/t。河鋼之前收購的塞爾維亞鋼廠高爐，曾經使用的爐料結果達到了75%球團，在2016年1月，曾經開展了時間較短的100%球團的高爐試驗，這個試驗已經獲得成功。總的來說，現如今根據全球的實踐能夠得出，不能夠實現在不同的爐料結構以及高達100%球團的情況下，能夠實現高效運行。

2 高爐使用高比例球團的分析

2.1 高比例球團使用的優勢

球團工藝與燒結工藝進行比較，球團的優勢在于節能、低碳和廢氣排放方面都是比較突出的。第一工序是在能耗方面。在最近幾年的國內鏈箅機－回轉窯球團的工序能耗已經降到了27.42kg/t，豎爐球團的工序能耗已經降到了31.76kg/t，2019年平均工序能耗大約是達到了28.75kg/t，而燒結工序所平均消耗的能耗是達到50.60kg/t，即球團工序能耗與燒結工序相比，已經降低超過40%。根據1kg標準煤熱值29260kJ來進行計算，根據碳完全燃燒產生的CO2的熱值達到了393.3kJ/mol計，這等于減少排放了CO2約20kg/t，而根據年產1000萬t規模球團廠進行有效估算，每年和同等規模燒結廠進行比較，已經有效的減排了CO2約20萬t以上。第二是根據在燃燒適用方面。燒結礦是根據液來進行黏結，理想的料層透氣性是能夠作為燒結過程的一個關鍵所在，適當比例的內配碳（焦粉或無煙煤）是必要的；而球團是進行固相焙燒固結，在整個過程里是可以不必要使用焦或煤，使得減排控制所需要的清潔燃料種類，可選性達到更高。因為球團礦比較合適進行長時間長距離的運輸，適合在礦區附近集中優勢資源來進行生產，達到成品球團礦，這樣能夠有效的對礦粉運輸產生的影響得到很好的解決，同時還能夠有效的使得原礦結晶水、物理水等在進行運輸的過程中，所增加的一些無用成本達到降低。

2.2 高比例球團使用的劣勢

在資源方面，從鐵礦石的國際供應來看，適合生產的鐵粉供應更加有限，特別是在中國，鐵粉主要來自澳大利亞(60%至70%)，而澳大利亞的大多數礦是顆粒性的，更適合生產鐵粉；巴西和加拿大等其他鐵礦資源，雖然適合于生產，但受到諸如長途運輸費用和國內使用等限制因素的嚴重影響。相比之下，國內礦山的粗礦含量低、采礦深度低和排序困難，導致了高成本的礦粉生產，直接影響到采礦和鋼鐵企業的經濟效率和效益。

高爐冶煉方面，高比例球團使用的瓶頸主要是成本問題。實際上，真正的問題是技術問題，成本問題只是一種表象。原因如下：①國產試驗高球組的生產實踐大多是不得已而為之的措施，如杭州和ba steel，是在礦石短缺的情況下的短期行為，高球組的使用技術僅限于確保高爐鐵水生產，目前的主要制約因素也稱為成本因素，尚未進行深入研究。②近年來，研究和開發方面的投資遠遠不足以抵消在這一期間的最低碳排放，特別是在結構變化后對窯的整體性能進行研究和優化，研究改變爐型，研究調整高爐操作的下部，降低生產成本。

2.3 高比例球團使用面臨的挑戰

按照上面的分析得知，根據需求、資源以及技術等現實條件開始進行，中國高爐工藝還主要是作為鋼鐵消費所需要的鐵素資源的重要途徑，但這個技術發展的方向，就需要根據綠色低碳路線才能夠有更好的發展。所以，高比例球團在進行使用和發展的過程中，是勢在必行的，其根本是需要讓思路以及理念進行轉變，必須得迎接挑戰。首先，需要客服現如今國內廣泛出現的一些“低成本”固有思維，現在的低成本已經形成了一種高消耗，所以，需要重視低成本，低消耗以及低排放進行統一考慮，對于根深蒂固的傳統思維進行轉變就需要迎接較大的挑戰。其次，高比例球團使用，在面臨資源挑戰的過程中，這些資源不但是指鐵礦資源，還包括了一些能源資源以及合理燃料結構（比如煤比、天然氣、富氫、煤氣循環利用等），這些都是高比例球團在進行使用的過程中，以及低碳發展的時候需要共同進行考慮的。再次，就是需要在技術方面面臨一定的挑戰，國內高比例球團冶煉，雖然能夠達到一定的低碳減排效果，但是技術不夠成熟，特別是低硅鐵礦精粉的高效采選技術和高質量熔劑性球團制備技術，以及與高比例球團冶煉適合的高爐爐型設計等，都會在一定程度上阻礙了中國高比例球團技術的發展，對極限低碳技術進行研究的路線是作為未來高度使用高比例球團，實現提升競爭力和達到可持續發展的效果的必要條件。

3 高爐使用高比例球團的實踐

3.1 高爐冶煉

將團球的比例進行提升，會使得高爐的產量增加，同時也會使得燃料的比率達到下降。但主要是因為高爐采用了低雜質的球類(例如鐵含量大于 65 %)造成的影響，會導致商用爐能夠進入到爐膛中，從而使得爐膛的檢查量達到降低。因為礦內冶金的特點而使得高度運轉變化沒有辦法進行確認。而在球團的質量降低，且整體冶金性能是比較差的時候，采用高比例的球團，可能會使得高爐生產指標出現惡化的情況。所以，根據具體的情況，要加強對專家組，擬一采礦質量進行嚴格性的評價和估算，這樣有利于達到對高爐產量和降低燃料/燃料比率的目標的有效提升。在團球的比例進行提升時，也會導致高爐煤氣的使用量提升，但燃料的比例是不會變低的。主要是因為群礦的氧含量比礦石要高一些，使得氣體的CO2含量提升了。而對于鐵質還原指數和高爐燃料比率定量還沒有得到明確。然而根據進行初步研究得出，現有與減排檢測方式和高爐實際情況有著非常大的差距是各種鐵質的減排指標差距很大的主要因素。

3.2 高爐操作

在爐體結構出現改變的時候，就需要加強爐體操作的調整，這樣才能夠達到對爐體的合理分布的條件，要保證爐體能夠達到良好運行的效果，并且消耗要低，要將效率提升上來。材料調理組和礦石的粒度組成它們是大相徑庭，而金屬性能也是比較大相徑庭。根據研究和實踐得出，對不同類型的模具進行混合使用，不但能夠使得材料層的一致徑向孔隙率得到有效實現，同時還能夠使得鐵的整體金屬性能得到很好的提升。比如，塊狀礦的柔性合并率是比較低的，而當時有著較高的柔性慮，和礦石進行混合的時候，柔性合并的綜合性能與礦石的柔性合并性能更為接近。所以，在進行使用高比例球體質量的過程中，需要加強對集成爐的粒度分布和性能的研究，這樣能夠達到保證材料的最佳順序。

組織方法國外大型球團高爐操作通過實踐得知，根據應用焦理想材料面分布+水平材料面能夠達到高樓的一種較好的穩定和良好指標的效果。這種材料在表面分布上能夠使得因為休息角度不同而造成的不同爐膛和焦炭分布極化得到有效消除。與此同時，這個方法能夠使得重要的氣流保持暢通，并達到了徑向氣體流的一致分布，這樣就能夠使得鐵徑向還原的均勻性能夠得到有效保證。本組織原理主要是重視建立邊緣膠凝布，通過對邊緣大型焦炭塊的消耗進行有效保護，使得邊緣冷卻熱損失量降低，有利于改善空氣的流通。同時，需要對諸如布料位置以及圈數還有批的重量等參數進行合理優化，從而實現最佳性能。這項工作需要進行持續的優化，不但適用于進行高射率作業，是還可以應用于常規原料的結構。對高爐熱控缸的熱狀態進行穩定，是作為高爐適應爐結構變化與接受高球比的重要的基礎條件。我國在高爐熱工控制方面需要持續進行改進，根據采用普通的噴煤爐溫度調節的方式，需要應用先進的慕了監測系統進行預先的對爐熱狀態趨勢進行有效的判斷，和結合利用濕分、富氧等一些其他鼓風參數，使得煤燃燒調節滯后的副作用實現有效消除，從而能夠讓爐溫控制達到更加準確、有效。

4 結語

高爐使用高比例球團冶煉，能夠降低污染物以及CO2排放總量，同時還提升了煉鐵裝備的效率，在保護鋼鐵企業環境的同時，推動了企業的綠色制造步伐，創造更多的效率和效益。