高炉的发展趋势及链蓖机—回转窑工艺技术有关问题

高炉的发展趋势及链蓖机—回转窑工艺技术有关问题

高炉炉料结构发展趋势及链蓖机—回转窑工艺

技术有关问题

1. 增加球团矿用量是国内外炼铁高炉炉料结构发展趋势

1.1. 国外高炉炉料结构现状及发展趋势

从世界先进的高炉炼铁炉料结构看，球团矿的比例不断增加，一般已

增加到30－50％。

当今世界最先进的高炉炼铁在西欧，西欧高炉炼铁球团矿用量已发展

到30－70%。最典型的阿姆斯特丹、霍戈文公司艾莫依登厂的炉料结构是50%球团矿+50%烧结矿。高炉冶炼焦比为234kg/t，喷煤212kg/t，利用系数平均为2.8t/m³·d，最高达3.1t/m³·d。

日本高炉传统上采用烧结矿为主、不用或较少使用球团矿的炉料结构。据最新报道，日本钢铁工业巨头神户制钢3＃高炉采用“全球团矿”原料方案。该公司原来高炉炉料的组成为80％烧结矿和20％的块矿。1999年6月关闭了烧结厂后，神户制钢发现，使用烧结矿的成本是高的。2000年上半年炉料结构演变成49％烧结矿、25％块矿和26％的球团矿。现在，已不用烧结矿，高炉的炉料结构为73％球团和27％的块矿。日本其它钢铁厂的球团矿用量也有所增加。韩国(浦项为主)为了增加球团矿的用量和保证供应，在巴西合资兴建了400万t/a的球团厂。

1.2. 近年国内炼铁球团矿发展现状及趋势

精料和合理的炉料结构一直是国内炼铁界努力探索的课题。球团矿作

为良好的高炉炉料，不仅具有品位高、强度好、易还原、粒度均匀等优点，而且酸性球团矿与高碱度烧结矿搭配，可以构成高炉合理的炉料结构，使得高炉达到增产节焦、提高经济效益的目的，因而近年来国内炼铁球团矿产量和用量大幅增加，不仅中小型高炉普遍使用，大型高炉如马钢2500M³高炉、昆钢2000M³高炉、宝钢、攀钢等也加大了球团矿的配料比例。大力发展球团矿已成为有关权威机构、学术会议以及生产厂家关注的焦点和共识，国内目前已形成一股球团矿“热”。

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1.2.1. 近年来我国球团矿生产及使用情况

1.2.1.1. 近几年我国球团矿生产量增加迅速

1999年1197万t/a；2001年1769万t/a，1999～2001年增长24%。目前国内球团矿的年产能大约在2500万吨左右，预计“十五”末将可达到5000万t/a。

1.2.1.2. 2001年部分钢铁企业球团矿配比

(1)宝钢8%、首钢9.13%、鞍钢27%、马钢20.13%、济钢20%以上、宣钢20.21%。

(a)马钢使用情况：马钢球团矿配比，从1998年的0增加到2001年

的20%，炉料结构从85%烧结矿+15%块矿，调整到74～77%烧结矿+20～24%球团矿(竖炉)+2～3%块矿，马钢认为：配用球团矿起到了改善高炉冶炼过程、提高高炉利用系数、降低冶炼消耗的作用，随着球团矿用量增加，入炉品位的逐步提高，2500m³高炉利用系数由1.87t/m³·d提高到

2.400t/m³·d；入炉焦比由431kg/t降低到353kg/t，煤比由87kg/t升到

128.6kg/t；渣量由363kg/t降低到328kg/t。

(b)武钢使用情况：武钢炼铁厂5#高炉在本年7月份为了进一步改善

技术经济指标，满足公司对生铁产量、质量的更高要求，进行了加大球团矿用量的冶炼探索，当球团矿的配比由19%增加至23%时生产实践表明，技术经济指标提高明显。高炉利用系数由2.245t/m³·d提高到

2.437t/m³·d；焦比由379.6kg/t降低到368kg/t，均刷新了历史记录，生铁成本下降了13.944元/t。武钢5#高炉8月初球团矿使用量已增加到25%以上，其它高炉使用量也有不同程度的增加。

1.2.1.3. 国内钢铁企业正在兴建的球团厂

(1)首钢球团矿情况，首钢现有一条100万t/a回转窑生产线，实际生产能力可达120万t/a，一条30万t/a竖炉球团矿生产线，首钢目前已开始了迁安球团厂二期(200万t/a)的建设。到时首钢矿业公司将形成350万t/a以上的球团矿生产能力，球团矿将占高炉炉料用量的35%以上。

(2)鞍钢球团矿情况，鞍钢现有一条引进200万t/a带式焙烧机生产线，鞍钢弓长岭矿正在建设240万t/a(实际规模25万t/a)的链篦机-回转窑球团矿生产厂，第二条240万吨／年生产线明年底投产，到时鞍钢将具备700万t/a以上球团矿的生产能力，在高炉炼铁中球团矿的用量也将达到30%以上。鞍钢1990年高碱度烧结矿配加酸性球团矿的工业试验表明，大型高炉采用75%-70%的碱度为1.85左右的烧结矿与25%-30%的酸性球团矿是合

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理的炉料结构。

(3)武钢程潮铁矿正在新建120万t/a球团厂，建成后武钢将有200万t/a的球团矿生产能力，自产球团矿占高炉炉料量的12.5%。

(4)柳钢120万t/a链篦机生产线已开始建设。

1.3. 国内钢铁企业拟建及规划建设球团厂情况

(1)拟建的有：

昆钢200万t/a球团厂；邯邢矿山局120万t/a球团厂；邯钢200万t/a球团厂，广西北海市500万t/a商品球团厂。

(2)规划建设的有：

马钢100～120万t/a球团厂；南京钢厂200万t/a球团厂；山东石臼所港400万t/a球团厂；本溪200万t/a球团厂；张家港200万t/a球团厂；沙钢200万t/a球团厂；宝钢正在进行烧结改造还是新建球团厂的比较。

1.4. 国内权威机构知名专家和学术会议关于发展球团矿的评述

1.4.1. 国内权威机构的要求

(1)1999年7月由原冶金部规划发展司、中国金属学会和冶金科技发展中心共同编制了《2000-2005年冶金科技发展指南》。《指南》指出“要从选矿、烧结、球团、炼焦各方面采取措施，提高高炉精料水平，特别是要进一步提高入炉矿品位。在大量喷煤，降低焦比的情况下，高炉料柱透气性恶化，为了保持炉况顺行，必须大幅度提高入炉品位，降低渣量。要大力发展球团生产，建立商品球团生产基地，提高熟料中球团的配比。球团矿配比要从目前不足10%提高到20～30%。

(2)国家计委和经贸委2000年9月1日公布的《当前国家重点鼓励发展的产业和技术》7号令中指出的“要发展氧化球团的生产，提高球团矿的使用比例，以改善高炉炉料结构”。

(3)发展球团矿，成为2000年、2002年全国炼铁生产技术工作会议、

2002年钢铁原料持续发展会议的讨论热点，实践已经证明增加高炉球团矿使用量，对实现精料方针，优化高炉用料结构，提高经济效益是十分有益的。

(4)球团矿具有规则的形状、均匀的粒度、高的强度(抗压和抗磨)，能

进一步改善高炉的透气性和炉内煤气的均匀分布；球团矿FeO含量低，有较好的还原性(充分焙烧后，有发达的微孔)更有利于高炉内还原反应的进行。因此，球团矿在我国高炉操作者的心目中称之为“顺气丸”，其冶金性能好，非其它熟料所能比。

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(5)国内大量的理论研究和生产实践表明，高碱度烧结矿与酸性炉料搭配有一个合适的配比。大型高炉采用75%~70%碱度为1.85左右的烧结矿与25%~30%的酸性球团矿是合理的炉料结构。当酸性球团配入比例为25%~30%时，其在炉内软熔区间的最大压差值最小，也就是按此比例搭配效果最佳。

(6)在上述合适的范围内，在高炉正常运行情况下，球团矿入炉配比的高低是由其质量决定的。高质量的球团矿应具有的指标为：TFe≥65%；FeO≤1.0%；SiO2≤3.0%；S≤0.04%；球团矿粒度8—16mm占95%以上；转鼓指数(ISO)≥96%，抗压强度≥2500N/个球。目前，我国冶金企业生产的球团矿，特别是竖炉球团矿与高质量球团矿及进口球团矿相比，普遍存在着相当的差距。

1.4.2. 发展球团矿具有显著的经济和社会效应

(1)发展球团矿是我国今后炼铁系统节能降耗的重要途径。增加球团矿使用量不仅是满足高炉炉料结构合理化的需要，也是节能和环境保护的重要措施。生产每吨球团矿的能耗大约只是烧结矿的一半，对炼铁系统节能降耗是十分必要的。

(2)发展球团矿是减少大中城市污染的有郊途径。一些发达国家的钢铁企业从六十年代逐步将高污染工序迁往偏远地区，首钢正将烧结厂、焦化厂迁移至所属的矿山所在地。我国钢铁企业基本建在大、中城市，球团矿可以远距离运输，在矿山、港口发展球团矿，可以避免污染城市，而且节省运输力。

有关专家预测，近几年我国炼铁球团矿必将有较大的发展，从而必将促进炼铁的技术进步。

总之，增加球团矿用量是世界高炉炉料技术的发展趋势。我国大型高炉的合理炉料结构是高碱度烧结矿加25－30％的酸性球团。目前，我国许多高炉的炉料结构与合理炉料结构有很大差距，因此，我国《冶金发展指南(2002－2005年)》以及国家计委和经贸委公布的“当前国家重点鼓励发展的产业和技术”7号令中指出：“要发展氧化球团的生产，提高球团矿的使用比例，以改善高炉炉料结构”。近几年来，象首钢、鞍钢、马钢等许多钢铁公司充分认识到这一点，加大了球团使用比例和球团厂的建设力度。

纵观国内外先进高炉炼铁经验，在原料供应可能的情况下，合理的炉料结构发展趋势是：

(1)高炉少吃或不吃生料；

(2)增加高炉球团矿的用量；

(3)减少烧结矿的用量(即提高烧结矿的品位，应当相应提高烧结矿的碱度，否则烧结矿的强度、冶金性能将会有较大的下降。而碱度提高后为了

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满足高炉渣碱度的平衡，必将减少烧结矿的用量)

2. 链蓖机—回转窑工艺是先进成熟的球团生产工艺之一

链蓖机—回转窑工艺最早用于水泥工业。1960年美国爱里斯－哈默斯公司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蓖机—回转窑。目前该工艺已经发展成先进成熟的生产工艺之一。据统计这种工艺生产设备共计50台套左右(附表)，目前世界上约有一半的球团产量是使用此工艺生产的。这种工艺焙烧设备简单，焙烧均匀，单台规模最大为400万吨／年，80年代后建设的以200万吨／年以上居多。采用的燃料既有用油的和用煤气的，也有用煤的。用这种工艺生产出来的球团矿质量好，抗压强度≥2500KN／个，FeO≤1.5％，粒度均匀。

3. 以赤铁矿(或混合矿)作原料采用链蓖机—回转窑工艺生产球团

矿的工厂

链蓖机—回转窑球团工艺可以使用磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、镜铁矿或者混合矿。如：

1、日本神户球团厂，使用赤铁矿和褐铁矿作原料(附件2)

2、美国蒂尔登(Tilden)球团厂、使亨博尔特(Humbolt)球团厂、皮奥尼尔(Pioneer)球团厂用赤铁矿、镜铁矿、假象赤铁矿作原料(附件3)

3、巴林GIIC球团厂使用85－90％赤铁矿、10－15％磁铁矿。

4、加拿大塞普特艾利斯(Sept－Tles)球团厂使用土状红矿作原料。

5、墨西哥冯迪多拉(Fundidola)球团厂使用赤铁矿作原料。

6、柳钢拟建的球团厂计划采用进口赤铁矿80％、磁铁矿20％生产球团，中南大学的试验研究结果表明，用链蓖机—回转窑工艺完全可以生产出优质球团矿。(附件)

4. 直接烧煤系统的应用

4.1. 国内外直接烧煤系统

世界上链蓖机—回转窑工艺所使用的燃料是因地制宜、因时制宜。所使用的燃料有天然气、焦炉煤气、重油，也有用煤。七十年代末八十年代初，世界能源紧张，为了减少油气用量，美国矿山局和A－C公司等开发了链蓖机－回转窑粉煤直接燃烧技术，用于以赤铁矿或磁铁矿作原料的球

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团矿生产，取得了成功经验。实践表明，直接用煤作为回转窑的燃料，技术上是可行的、经济上是合理的，对球团质量无影响，焙烧工艺也易掌握。美国有近5000万吨／年的生产能力的链蓖机－回转窑机组采用了烧煤系统。其中就包括用赤铁矿生产球团的蒂尔登(Tilden)1、2号；恩派尔1、2、3、4号；明塔克1、2、3号、纳雄耐尔1、2号、埃弗赖斯1、2号及巴特勒厂等。日本神户制钢球团厂在消化A－C公司技术的基础上，也有较丰富的直接用煤作为回转窑燃料的经验。我国正在生产的首钢矿业公司球团厂、正在建设的恶武钢矿业公司程潮铁矿球团厂、鞍钢弓长岭矿球团厂均是采用直接烧煤技术。

4.2. 直接烧煤系统的技术关键

理论和实践表明，采用链蓖机—回转窑工艺以赤铁矿作原料同以磁铁矿作原料都可以生产出高质量的球团矿。相比之下，用赤铁矿时，球团的预热温度要求高50℃左右。采用喷煤技术完全可以满足这个要求。

通过长期的实践，人们已经总结出了链蓖机－回转窑粉煤直接燃烧技术四个关键：

(1)选择适合的煤种。要求一定细度，挥发分＞17％，灰熔点＞1400℃，发热值≥25MJ／kg，灰分＜14％，含硫量＜0.5％。这样的煤在山西、内蒙均有生产。

(2)控制煤粉的粒度与火焰状况；

(3)控制给煤量；

(4)采用合适的烧嘴。

4.3. 结圈问题

回转窑生产的另一个问题是如何减少和消灭结圈。目前，普遍认为结圈的原因是

1)煤的灰分高灰熔点低；

2)球团碎粉在焙烧带内高温下熔融而粘结到窑壁上，逐渐增多而结成一个环圈。

这个问题已经有较为成熟的解决办法。

1)选择合适煤种；

2)确保链蓖机预热球有足够的强度，特别是耐磨性指标，减少入窑后碎粉的产生。

3)一旦结圈，采取急冷法、调节火焰烧圈法和机械打圈法。

目前国内外采用链蓖机—回转窑工艺生产厂都较有效地处理这个问题，

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很少甚至不存在结圈问题。

5. 我国300万吨／年链蓖机—回转窑工艺系统的设计和设备制造

问题

目前国内除了首钢迁安球团厂100万t/a链篦机—回转窑球团由国

内设计，制造取得成功以外，正在施工的还有武钢程潮铁矿球团厂(120万t/a)和柳钢球团(采用进口原料120万t/a)。同时，首钢迁安球团厂二期(200万t/a)和鞍钢弓长岭球团厂(240万t/a)也正在设计和实施之中。300万t/a规模的链篦机—回转窑系统主要设备规格只是比目前正在实施的240万吨／年的略大一点，无论从设计和制造角度讲都没有大的区别。从设计角度讲，鞍山院、长沙院等均积累了工厂设计和主要设备的设计的丰富的经验，而且获得了多项技术成果。

从制造能力角度讲，链篦机—回转窑系统设备制造的关键在链蓖

机、回转窑、环冷机三大主体设备。

(1)大型回转窑的制造

经调查和类似的设备制造实践证明，我国的天津重型机器厂、沈

阳重型机器厂、齐齐哈尔重型机器厂(原名一重)、洛阳矿山机器厂等国内著名大型机械厂，都具备制造回转窑的能力。特别是大型齿圈、整体的滚圈和筒体的制造都有一定的制造经验。采用回转窑设备有一个筒体和整体大型滚圈(~φ7.0m)的运输问题。由于新建大型球团厂厂址位于长江沿岸的鄂州港或黄石港附近，可以借助船运使这一难题能得以解决。

(2)大型耐高温链篦机的制造

制造大型耐高温链篦机的关键技术是篦条的材质(成份和热处理

等)。目前国内一些厂家已具备了制造这种设备的能力，并将会进一步提高。

(3)大型环冷机国内许多厂都有能力制造。

6. 结论

综上所述，增加球团矿用量是当今高炉炉料结构的发展趋势，尤

其对我国钢铁系统，可降低成本提高效益，更具有重大的现实意义。以煤作燃料、用赤铁矿作原料采用链蓖机－回转窑的工艺技术使先进成熟的。如能同磁铁精矿搭配使用，将更有利于降低能耗，提高效益。

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7. 附件1：日本神户制钢球团工艺

7.1. KOBELCO-PelletizingProcess

神户制钢球团工艺能给世界各地球团领

域的各种用户提供有益的的帮助。

本工艺由神户制钢开发并提供，所有用

户对神户制钢的工厂设计、建设、高质量的

产品、出色的生产效率和低运行及维护费用

表示满意。

本工艺的突出特点：

(1) 球团质量高、工艺灵活

(2) 生产成本低

(3) 诀窍(KNOW-HOW)多

(4) 可给直接还原工艺生产最好的球团

7.1.1. Superior Quality Pellet Swith High Flexibility 球团质

量高、工艺灵活

神户制钢球团工艺能生产质量优越、性能各样的球团，其原因是使用了回转窑工艺使球团加热均匀、工厂生产和质量控制的诀窍(KNOW-HOW)和先进的工艺控制系统。

本工艺可以使用多种矿石，如磁铁矿、赤铁矿，干料湿料均可。

同时，本工艺利用原料混合诀窍可同时使用多种矿石。由于其燃烧器的突出燃烧性能，神户制钢球团工艺还可以使用各种燃料，如重油／轻油、天然气、焦炉煤气，特别是煤。(神户制钢一直在其球团厂使用煤)

另外，神户制钢球团工艺可使用各种添加剂，如石灰石、白云石、膨润土、消石灰、有机粘结剂，甚至仅仅用水，以改善球团质量和造球性能。碳添加剂如煤、焦末还可用来提高产量。

7.1.2. LOWRUNNINGCOST生产成本低

在神户制钢球团工艺中，加热处理工序(球团硬化阶段)分成链蓖机、回

转窑、环冷机三段，每一段执行特定工艺功能。这增加了工厂的效率，降

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低备件消耗，使维护费用低。

同时，神户制钢球团工艺节能(燃料和电力)，因为余热利用率高，工艺气体通过料层的压降小。

7.1.3. RICHKNOW-HOW 诀窍多

神户制钢将球团厂纳入钢铁系统统一管理，以便为高炉生产各种球团。通过生产实践，神户制钢积累了各种操作、维护、质量控制、球团厂管理方面的诀窍。

同时，神户制钢在委内瑞拉的直接还原厂使用直接还原球团，因此，神户制钢积累了使用高炉球团和直接还原球团的用户诀窍。

8. 附件2 TILDENMINE蒂尔登矿

蒂尔登矿的开采始于1973年，首先在蒂尔登露天采场进行剥岩作业。1974年首次输出铁矿石产品。那时，我们能够用赤铁矿每年生产球团矿400万吨。1979年进行了扩建，矿山生产能力翻番达到800万吨／年。

1989年，矿山开发了磁铁矿采场，添置了磁选设备加工矿石，增加了处理磁铁矿的生产能力。我们目前正在开采赤铁矿。

所用的流程为：(1)矿石开采；(2)破碎和磨矿；(3)选矿；(4)造球；(5)球团高温焙烧和硬化；(6)向钢铁厂用户输送球团产品。采场矿石品位35％而球团品位约为65％。

经脱水和干燥后，得到精矿成品――其品位约为65％，输送至球团厂的矿仓准备生产球团。工艺的下一步在球团厂进行。采用圆筒造球机。铁精矿与膨润土混合，然后在圆筒造球机中滚成弹球大小的球。蒂尔登有14台圆筒造球机，每台直径3.7m长10m。

造球机来的生球送往链蓖机。在生球通过链蓖机的过程中，温度始于600华氏度到链蓖机末端增加至1000度。在这个工艺过程中，球团在进入回转窑前被干燥和预热。

有两条窑，每条窑的直径为7.6m，长48.7m。球团在窑内通过超过2200度的高温焙烧而得以硬化。这道工艺要用大量能源，因此要设计特定的热回收系统保存能量。

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Annual capacity: 7.8 million tons.年生产能力 780万吨 (The following gnumbers are approximate.)下列数据为近似数 Work Force: 780 employees.职工总数 780 Annual Payroll:$62million.年工资 6200万美元 Annual Local Services& Supplies:$107millionannually.每年当地提供的劳务和产品 1.07亿美元 Michigan and Local Taxes Paid:$3million in 2000. 2000年密执安州和地方税收 300万美元 Total Annual Local Economic Impact:$169 million.合计每年对地方经济的影响为 1.69亿美元 The Tilden Mining Company L.C. is owned by:.蒂尔登矿业公司股东： The Cleveland-Cliffs Iron Company--85%. Cleveland-Cliffs铁矿公司 85% Stelco Inc.--15%. Stelco公司 15% The Tilden Mine is managed by The Cleveland-Cliffs Iron Company.蒂尔登矿由 Cleveland-Cliffs铁矿公司管理

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