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提高球团矿使用占比助力行业节能减排

2021/11/18 23:54:01 来源:www.022cr19bxg.com 点击次数:

我国虽然铁矿石储量巨大,但平均品位较低(35%左右),需要经过选矿富集,经选矿后可以获得含铁65%以上的精矿。据了解,这类富选铁精粉粒度细,很适合生产球团矿,但受选矿成本高、进口矿冲击等因素影响,矿山开采规模不大。目前,球团矿在高炉熟料中的占比大致在15%左右。采用高品位优质球团矿炼铁,对于降低高炉燃料消耗、节能减排和绿色钢铁工业发展大有裨益。因此,应逐步提升球团矿在高炉熟料中的占比。

球团工艺与烧结工艺一样,都是钢铁冶炼行业中作为加工铁矿石的一种工艺。球团矿就是把细磨铁精粉或其他含铁粉料添加少量添加剂混合后,在加水湿润的条件下,通过造球机滚动成球,再经过干燥焙烧,固结成为具有一定强度和冶金性能的球形含铁原料。

由于对炼铁用铁矿石品位的要求日益提高,大量开发利用贫铁矿资源后,选矿工艺提供了大量小于0.074毫米(-200目)的细磨精矿粉,这样的细磨精矿粉用于烧结不仅工艺困难,烧结生产指标恶化,而且浪费能源。为使这种精矿粉经济合理地进行造块,球团工艺应运而生。20世纪50年代,铁矿粉造块应用球团工艺在钢铁工业生产中已成规模。近几十年,球团矿生产发展迅猛。

球团矿靠滚动成形,粒度均匀,经过高温焙烧固结,具有很高的机械强度,不仅满足高炉冶炼过程的要求,而且可以经受长途运输和长期存储,具有商品性。它的一个特点是对原料矿中的二氧化硅含量没有严格要求,可以使用品位很高的铁精粉,从而有可能使高炉的渣量降到很低的水平(甚至200千克/吨)。我国有大量的磁铁精粉,故更应发展这种造块方法,给高炉提供优质球团矿,与高碱度烧结矿搭配形成合理的炉料结构,为提高高炉生产经济技术指标创造条件。

球团矿具有四大优势

球团矿的种类很多,根据固结机理的不同,可分为高温固结型(包括氧化焙烧球团、金属化球团等)和常温固结型(一般称为冷固球团)两类。目前球团生产以酸性氧化球团矿为主。

同样是用于高炉冶炼的炉料,球团矿与烧结矿的区别在于:

一是随着矿产资源的不断开采,富矿短缺,必须不断扩大贫矿资源的利用,而选矿技术的进步可经济地选出高品位细磨铁精矿。但过于精细矿不利于烧结,透气性差,影响烧结矿产量和质量的提高,而用球团法处理很适宜,原因是过细精矿易于成球。粒度越细,成球性越好,球团强度越高。

二是烧结矿是形状不规则的多孔质块矿,而球团矿是规则的,一般是直径在10毫米~25毫米的球形矿。球团矿较烧结矿粒度均匀,微气孔多,还原性好,强度高且易于贮存,有利于强化高炉生产。

三是适于球团法处理的原料已从磁铁矿扩展到赤铁矿、褐铁矿以及各种含铁粉尘、化工硫酸渣等。球团方法也适用于有色金属的回收。总之,球团矿有利于开展资源综合利用,推动钢铁制造业绿色发展。

四是球团工艺不像烧结工艺要靠液相固结,且在混合料中必须有燃料,为烧结过程提供热源。球团矿主要依靠矿粉颗粒的高温再结晶固结,不需要产生液相,热量由焙烧炉内的燃料燃烧提供。在我国钢铁工业以长流程为主的背景下,提高球团矿在高炉熟料结构中的比例将有利于行业碳减排。

球团矿的3种主要生产工艺

铁矿粉的球团过程包括生球成形和球团矿的焙烧固结两个主要作业。其中,焙烧固结是目前生产球团矿普遍采用的方法,通过焙烧使球团矿具有足够的机械强度和良好的冶金性能。

目前,合理的氧化球团焙烧方法有3种,即带式焙烧机焙烧球团、链箅机-回转窑焙烧球团、竖炉焙烧球团。

带式焙烧机焙烧。带式焙烧机基本上与带式烧结机相似,然而两者生产过程完全不同。一般球团带式焙烧机的整个长度可依次分为干燥、预热、燃料点火、焙烧、均热和冷却6个区域。

链箅机-回转炉焙烧。其是由链箅机、回转窑和冷却机组合而成的焙烧工艺。生球的干燥、脱水和预热过程在链箅机完成,高温焙烧在回转窑内进行,而冷却则在冷却机上完成。

竖炉焙烧。焙烧球团矿的竖炉是一种按逆流原则工作的热交换设备。生球装入竖炉以均匀的速度连续下降,燃烧室生成的热气体从喷火口进入炉内,热气流自下而上与自上而下的生球进行热交换。生球经干燥、预热后,进入焙烧区进行固相反应而固结,球团在炉子下部冷却,然后排出,整个过程在竖炉内一次完成。

资料显示,目前国内3种焙烧方式占球团矿生产总量的比例大致是带式焙烧占5.4%、链箅机-回转窑焙烧占58.6%、竖炉焙烧占36%。

大力发展先进球团技术

笔者分析了20余年行业内重点钢铁企业球团矿产量、球团矿烧结矿产量比例等情况。从图1可以看出,行业重点钢铁企业球团矿产出量从1998年至2011年的12年间一直处于增长阶段,直到2011年达到峰值。之后从2011年到2019年则一直处于波动状态。从图2可以看出,自2011年达到峰值之后,行业重点钢铁企业球团矿与烧结矿产出量之比开始下降。从图3可以看出,自2011年之后,球团矿产量的变化与生铁产量的变化出现明显的不同步现象。

图4为2011年之后近10年时间球烧比(球团矿与烧结矿产量之比)与进口铁矿石价格指数变动情况。结合这一时期****政策、市场行情、铁矿石贸易分析,球团矿配加比例在环保政策比较宽泛时期与铁矿粉价格有一定的对应关系。铁矿石价格升高,与造球精粉价格差距缩小后,球团矿使用量增加。而铁矿石价格降低,尤其是进口矿粉价格很低,与国内铁精粉成本差距较大时,使得造球成本比烧结矿生产相比升高较多,则企业为降低成本,会选择减少球团矿的使用。2011年前后,球团矿产出量达到峰值时,铁矿石价格也较高。

几十年来,球团矿无论是生产技术水平还是产出量都有很大提升,但当前球团矿在高炉炉料中的配比仍有待进一步提升。下一步,我国仍需大力发展先进球团技术,如调整球团生产工艺设备(推广链箅机-回转窑和带式焙烧机,淘汰竖炉)、降低膨润土消耗、提高球团矿品位、降低工序能耗、球团烟气处理等;同时,补充完善行业生产技术经济指标统计体系,使球团矿生产技术统计更加丰富、科学、合理。

笔者认为,在供给侧结构性改革、钢铁产量产能受限等背景下,球团矿使用比例和铁矿粉价格对应关系将发生变化。尤其是受环保限产等因素影响,烧结矿的弊端逐渐显露,球团矿使用比例或呈上升趋势。钢铁企业也意识到,须制备优质球团矿,提高高炉炉料球团矿的配比,降低高炉对烧结矿的依赖,因此,应逐步提升球团矿的生产能力和产量,或增加商品球团矿的采购量。