国内外铁矿球团技术研究现状与发展趋势

国内外铁矿球团技术研究现状与发展趋势

【摘要】概述了近年来国内外球团技术的研究现状，主要介绍了熔剂性球团（含镁球团）和直接还原球团（金属化球团及含碳球团）的研究现状，并阐述了两种球团新技术的发展趋势。

【关键词】球团;熔剂性;含镁;金属化;含碳

1.前言

铁矿石是钢铁工业快速与可持续发展的最基本的物质条件。21世纪，随着世界粗钢产量的剧增，铁矿资源尤其是富铁矿大量消耗，贫、杂铁矿石的选用比例日益增加。这部分贫、杂铁矿石必须经过粉矿和经磨选后的细精矿才能供与烧结、球团等铁矿石造块工艺进行造块后用做高炉炉料。然而，细磨产生的铁精粉用于烧结造块工艺，会对烧结生产带来烧结矿强度差，含粉率高，FeO含量高，还原粉化指数高，产量受到制约及恶化生产环境等一系列严重问题，故在国外先进的钢铁厂中极少将细磨铁精粉用于烧结造块工艺。球团矿生产工艺则成为这种粒度较细铁精矿粉最合理、最有效的造块方式。细磨铁精矿其粒度很细，在配加少许粘结剂的情况下，易生产出具有一定强度、粒度规则、均匀的圆球，经高温焙烧后具有很高的强度。球团矿不仅能够实现优质、高产、低耗、低焦比、低生产成本及更好的经济效益，同时对高炉炼铁生产是十分有利的。因此，球团矿在高炉中的使用日益受到世界各钢铁厂的青睐。

为适应大型化高炉对炉料结构的要求，优良的球团矿用做炉料的比例日益增加，欧美一些国家的高炉甚至完全采用球团矿作为含铁炉料进行生产。目前，球团生产上从设备上主要分为效率低、适应性弱的竖炉;产能大、产品质量稳定的链篦机-回转窑以及带式焙烧机等大规模球团生产设备，我国主要以链篦机-回转窑球团生产工艺为主，带式焙烧机发展较慢;而国外则带式焙烧机和链篦机-回转窑球团生产工艺均有发展。随着球团矿需求的增加及生产设备大型化的发展趋势，国内外众多学者纷纷研究优化球团生产工艺，为球团工艺的发展做出了巨大贡献，如熔剂性球团、金属化球团及含碳球团等。

2.熔剂性球团

高炉冶炼对碱性熔剂的要求是：含碱性氧化物（CaO及MgO）要高，一般措施为直接向高炉投入的石灰石等碱性熔剂，强碱性或强酸性的熔剂来与矿石中的杂质组成低熔点炉渣，才能使杂质与金属分离，达到冶炼的目的，部分中性物质也能作为高炉添加熔剂以降低渣的熔点。碱性熔剂的主要化学成分为CaO及MgO等碱性物质。常用的有石灰石、白云石、石灰及消石灰。

研究表明，配加CaO会恶化还原膨胀，加入量过多球团在焙烧时形成过多液相，虽然会提高球团矿机械强度，当使球团变得致密，不利于还原时气体扩散，阻碍球团内部还原。而配加MgO则可避免上述不足，因此含镁球团技术得以长

远发展

高炉炼铁工艺对炉渣的化学成分有一定的要求，如碱度在11%左右，Al2O3含量约为14%，MgO含量则为10%～12%时，炉渣的性能最好，高炉的冶炼效果最佳。然而，球团原料中的MgO含量远为达到高炉需求的最佳值，故需在球团原料中加入含镁熔剂。

球团生产中添加含镁熔剂能够有效降低生球落下、抗压强度的作用，但能够提高生球爆裂温度;球团生产中添加含镁熔剂能够降低球团的还原膨胀，增加球团矿软化开始温度、软化结束温度和熔滴温度，提高了球团矿的间接还原率;国内外学者对球团添加含镁熔剂对预热球、焙烧球强度的影则响众说不一，大多数学者认为含镁熔剂会降低预热球、焙烧球强度，一部分学者则认为其会提高预热球、焙烧球强度的作用。

含镁球团具有很多酸性球团所不具有的优势，以被国内外许多球团厂用于实际生产中。如1982年，含镁球团首先在瑞典LKAB铁矿公司和荷兰霍戈文厂取得生产和使用;瑞典吕勒欧厂使用全橄榄石球团矿后，煤气利用率从50.5%升至51.8%，铁水中硅含量从0.62%降至0.54%以下，焦比下降14kg/t以上;英国雷德卡厂高炉使用30%橄榄石球团矿，风压下降，透气性改善。我国，鞍山钢铁公司于1990年在983m3高炉上用71.83%的高碱度烧结矿（碱度为 1.84），配加28.17%MgO质酸性球团（MgO/SiO2=0.33），利用系数提高了0.243t/（m3·d），焦比下降42.1Kg/t。

3.球团直接还原技术

高炉是目前最主要的炼铁工艺，但由于作为重要原料的高炉的焦煤资源日益短缺，且高炉生产过程中能耗较高，CO2及S化物的发放量大，不能满足生态环境的可持续性发展需求。近年来，非高炉炼铁及短流程炼铁技术逐步受到各国钢铁工作者的重视，直接还原技术得到学者们的关注。

3.1 金属化球团

金属化球团也称为预还原球团是新发展的直接还原技术，是球团在直接还原过程中以固态的形态，球团的铁完全还原成海绵铁。金属化球团新技术已在国外已得到较大发展，而我国金属化球团技术也有较大突破，自助研发出转底炉法和回转窑法生产金属化球团技术，并已投产。金属化球团生产方法根据燃料的不同可分为两大类：以煤气作为还原剂和载热体的气基法，以固体煤作为还原剂和热源的煤基法，国外主要采用气基法，约占90%左右。

气基法的典型代表是美国米德莱克斯（Midrex）公司所发明的Midrex法，采用竖炉球团工艺，是目前最完善、生产能力最大、使用最普遍的直接还原法，生球焙烧成氧化球团成品后再送入还原竖炉进行还原，最终产品金属化率达95%以上，多用作炼钢原料。该法生产的海绵铁占直接还原法生产海绵铁总量的60%以上。气基法需采用重整的天然气作还原剂，只能应用于天然气资源丰富的地区。

煤基法主要使用烟煤，烟煤与CO2反应生成CO（生产中称这种性能为煤的反应性），主要应用与回转窑球团工艺，其中最具有代表性的是SL/RN工艺。回转窑工艺可按不同生产工艺温度还原球团矿，生产海绵铁、粒铁及液态铁水，但以在较低温度下生产海绵铁最有意义。回转窑工艺可处理品位范围较宽的含铁原料，生球粒度视其还原性而定，一般可以5～16mm，金属化球团的金属化率可达到90%以上。煤基法回转窑生产金属化球团工艺缺点是生产率低，热效率低，因而应用范围不广泛，多适用于天然气资源匮乏地区。

3.2 含碳球团

含碳球团也为直接还原球团新工艺中的一种，其方法是在造球过程中时配入一部分煤粉或焦粉，使生球内部有足够多的还原剂与含铁原料充分接触，以利于还原反应进行。含碳球团能扩大铁氧化物与碳的接触面积和反应界面，减少还原气体在固相中的扩散距离，为球团矿的还原创造良好的动力学条件，使得每个球团成为一个独立的自还原体系，不需要外界的强烈还原气氛，可实现在1200～1 300℃温度下就能自行快速还原。同时，还原过程中产生的还原性气体从球团内排出，能够抑制气相中氧化性气氛对球团的氧化作用，使含碳球团在氧化性气氛中能够还原。因此，含碳球团成为钢铁厂粉尘进行造块的主要方法，同时也是钢铁厂处理含铁粉尘的有效手段之一，含碳球团是现代钢铁企业普遍追求的高炉降焦的最佳炼铁原料。

4.结论及展望

为适应大型化高炉对炉料结构的要求，铁品位高、还原性好，粒度均匀、成分稳定、冶金性能优良的球团矿用做炉料的比例日益增加，研发新的球团生产技术成为各国钢铁工作者追求的新目标。

高炉炉渣的化学成分有一定的要求，然而炉料中的MgO含量远为达到高炉需求的最佳值，故需在球团原料中加入含镁熔剂。含镁熔剂如白云石、菱镁石等加入高炉后，碳酸盐分解吸热，使得高炉焦比明显上升，则MgO需要加入到烧结矿和球团矿这两种熟料中再进入高炉。而因MgO反应性弱，会阻碍铁酸盐的生成，烧结矿的MgO含量一般控制在2.0%以下，因此提高球团MgO含量是将来生产的必然趋势。

近年来，非高炉炼铁及短流程炼铁技术逐步受到重视，意欲取代高成本、高能耗、高污染的高炉炼铁工艺。金属化球团成为钢铁工作者研究的热门话题。直接还原球团主要分为气基法和煤基法，我国煤炭资源丰富，适合煤基法，适合采用回转窑金属化球团工艺配加含碳球团的生产工艺来生产金属化球团。

参考文献

[1]谢路奔.含镁球团焙烧固结强化及其机理研究[D].长沙：中南大学，2013.