高爐使用高比例球團(tuán)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(jié)構(gòu)，這樣能夠使得高爐達(dá)到穩(wěn)定、順行、低耗、長壽的效果，高爐全生命周期能夠達(dá)到低碳減排的目的，對(duì)于高比例球團(tuán)的使用是非常重要的。高爐使用高比例球團(tuán)礦技術(shù)是相對(duì)成熟的，高比例球團(tuán)礦冶煉的高爐能夠達(dá)到在生產(chǎn)方面的穩(wěn)定順行，并且在各項(xiàng)指標(biāo)上能夠比高比例燒結(jié)礦要優(yōu)越，操作思路能夠進(jìn)行復(fù)制，操作經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌虻玫接行茝V。

1 國外高比例球團(tuán)高爐生產(chǎn)的現(xiàn)狀

與燒結(jié)礦生產(chǎn)進(jìn)行比較，球團(tuán)生產(chǎn)一直都是在節(jié)能方面和排放方面更優(yōu)的原料，球團(tuán)礦被大家認(rèn)為有以下優(yōu)點(diǎn)：品位高、粒度均勻、強(qiáng)度好、冶金性能佳、適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)取０凑召Y源與生產(chǎn)條件上的差異，不同的國家和地區(qū)球團(tuán)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(qū)，高爐使用高比例球團(tuán)較多。

1.1 北美地區(qū)

在長時(shí)間的發(fā)展，因?yàn)殍F礦資源的稟賦，北美地區(qū)（美國、加拿大、墨西哥）的高爐基本上都是根據(jù)采用高比例球團(tuán)進(jìn)行生產(chǎn)的。2017年，全部25座高爐的球團(tuán)在傳統(tǒng)鐵料（燒結(jié)礦、球團(tuán)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(dāng)中有13座高爐是采用100%球團(tuán)礦，剩下高爐的球團(tuán)比例是由51%到99%不等，高爐平均燃料的比達(dá)到504kg/t。

1.2 歐洲

最近30年的不斷發(fā)展，在環(huán)保和資源雙驅(qū)動(dòng)的情況下，歐洲高爐的數(shù)量已經(jīng)越來越少，爐料結(jié)構(gòu)本來是以燒結(jié)礦為主，在逐步的發(fā)展成為向增加球團(tuán)礦比例。其中瑞典SSAB長的高爐，長時(shí)間進(jìn)行使用100%高質(zhì)量球團(tuán)，曾經(jīng)達(dá)到了超低渣量（155kg/t）與低燃料比(450～470kg/t)。荷蘭艾默伊登廠內(nèi)存在的兩座高爐，這兩座高爐中爐料球團(tuán)配比達(dá)到60%，高爐長時(shí)間高富氧（Max20%）、高產(chǎn)（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(jié)礦來作為主要的爐料結(jié)構(gòu)，但依然有三座高爐是采用較高比例的球團(tuán)礦（+塊礦），有一座使用70%球團(tuán)+30%塊礦，除此之外，兩座使用27%球團(tuán)+23%塊礦（燒結(jié)礦50%）。俄羅斯的下塔吉爾鋼鐵廠高爐入爐球團(tuán)比例達(dá)到了53%，高爐燃料比達(dá)到492.5kg/t,在這當(dāng)中：焦比達(dá)到361.9kg/t,煤比達(dá)到53.7kg/t,天然氣達(dá)到76.9kg/t。巴西某廠2座3284m3高爐的爐料結(jié)構(gòu)主要是：48%燒結(jié)礦、12%塊礦、40%球團(tuán)，能夠達(dá)到高爐煤比： 180kg/t。河鋼之前收購的塞爾維亞鋼廠高爐，曾經(jīng)使用的爐料結(jié)果達(dá)到了75%球團(tuán)，在2016年1月，曾經(jīng)開展了時(shí)間較短的100%球團(tuán)的高爐試驗(yàn)，這個(gè)試驗(yàn)已經(jīng)獲得成功?？偟膩碚f，現(xiàn)如今根據(jù)全球的實(shí)踐能夠得出，不能夠?qū)崿F(xiàn)在不同的爐料結(jié)構(gòu)以及高達(dá)100%球團(tuán)的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)高效運(yùn)行。

2 高爐使用高比例球團(tuán)的分析

2.1 高比例球團(tuán)使用的優(yōu)勢(shì)

球團(tuán)工藝與燒結(jié)工藝進(jìn)行比較，球團(tuán)的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)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(nèi)鏈箅機(jī)－回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)的工序能耗已經(jīng)降到了27.42kg/t，豎爐球團(tuán)的工序能耗已經(jīng)降到了31.76kg/t，2019年平均工序能耗大約是達(dá)到了28.75kg/t，而燒結(jié)工序所平均消耗的能耗是達(dá)到50.60kg/t，即球團(tuán)工序能耗與燒結(jié)工序相比，已經(jīng)降低超過40%。根據(jù)1kg標(biāo)準(zhǔn)煤熱值29260kJ來進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)碳完全燃燒產(chǎn)生的CO2的熱值達(dá)到了393.3kJ/mol計(jì)，這等于減少排放了CO2約20kg/t，而根據(jù)年產(chǎn)1000萬t規(guī)模球團(tuán)廠進(jìn)行有效估算，每年和同等規(guī)模燒結(jié)廠進(jìn)行比較，已經(jīng)有效的減排了CO2約20萬t以上。第二是根據(jù)在燃燒適用方面。燒結(jié)礦是根據(jù)液來進(jìn)行黏結(jié)，理想的料層透氣性是能夠作為燒結(jié)過程的一個(gè)關(guān)鍵所在，適當(dāng)比例的內(nèi)配碳（焦粉或無煙煤）是必要的；而球團(tuán)是進(jìn)行固相焙燒固結(jié)，在整個(gè)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(dá)到更高。因?yàn)榍驁F(tuán)礦比較合適進(jìn)行長時(shí)間長距離的運(yùn)輸，適合在礦區(qū)附近集中優(yōu)勢(shì)資源來進(jìn)行生產(chǎn)，達(dá)到成品球團(tuán)礦，這樣能夠有效的對(duì)礦粉運(yùn)輸產(chǎn)生的影響得到很好的解決，同時(shí)還能夠有效的使得原礦結(jié)晶水、物理水等在進(jìn)行運(yùn)輸?shù)倪^程中，所增加的一些無用成本達(dá)到降低。

2.2 高比例球團(tuán)使用的劣勢(shì)

在資源方面，從鐵礦石的國際供應(yīng)來看，適合生產(chǎn)的鐵粉供應(yīng)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(shù)礦是顆粒性的，更適合生產(chǎn)鐵粉；巴西和加拿大等其他鐵礦資源，雖然適合于生產(chǎn)，但受到諸如長途運(yùn)輸費(fèi)用和國內(nèi)使用等限制因素的嚴(yán)重影響。相比之下，國內(nèi)礦山的粗礦含量低、采礦深度低和排序困難，導(dǎo)致了高成本的礦粉生產(chǎn)，直接影響到采礦和鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效率和效益。

高爐冶煉方面，高比例球團(tuán)使用的瓶頸主要是成本問題。實(shí)際上，真正的問題是技術(shù)問題，成本問題只是一種表象。原因如下：①國產(chǎn)試驗(yàn)高球組的生產(chǎn)實(shí)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(shù)僅限于確保高爐鐵水生產(chǎn)，目前的主要制約因素也稱為成本因素，尚未進(jìn)行深入研究。②近年來，研究和開發(fā)方面的投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以抵消在這一期間的最低碳排放，特別是在結(jié)構(gòu)變化后對(duì)窯的整體性能進(jìn)行研究和優(yōu)化，研究改變爐型，研究調(diào)整高爐操作的下部，降低生產(chǎn)成本。

2.3 高比例球團(tuán)使用面臨的挑戰(zhàn)

按照上面的分析得知，根據(jù)需求、資源以及技術(shù)等現(xiàn)實(shí)條件開始進(jìn)行，中國高爐工藝還主要是作為鋼鐵消費(fèi)所需要的鐵素資源的重要途徑，但這個(gè)技術(shù)發(fā)展的方向，就需要根據(jù)綠色低碳路線才能夠有更好的發(fā)展。所以，高比例球團(tuán)在進(jìn)行使用和發(fā)展的過程中，是勢(shì)在必行的，其根本是需要讓思路以及理念進(jìn)行轉(zhuǎn)變，必須得迎接挑戰(zhàn)。首先，需要客服現(xiàn)如今國內(nèi)廣泛出現(xiàn)的一些“低成本”固有思維，現(xiàn)在的低成本已經(jīng)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(jìn)行統(tǒng)一考慮，對(duì)于根深蒂固的傳統(tǒng)思維進(jìn)行轉(zhuǎn)變就需要迎接較大的挑戰(zhàn)。其次，高比例球團(tuán)使用，在面臨資源挑戰(zhàn)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(jié)構(gòu)（比如煤比、天然氣、富氫、煤氣循環(huán)利用等），這些都是高比例球團(tuán)在進(jìn)行使用的過程中，以及低碳發(fā)展的時(shí)候需要共同進(jìn)行考慮的。再次，就是需要在技術(shù)方面面臨一定的挑戰(zhàn)，國內(nèi)高比例球團(tuán)冶煉，雖然能夠達(dá)到一定的低碳減排效果，但是技術(shù)不夠成熟，特別是低硅鐵礦精粉的高效采選技術(shù)和高質(zhì)量熔劑性球團(tuán)制備技術(shù)，以及與高比例球團(tuán)冶煉適合的高爐爐型設(shè)計(jì)等，都會(huì)在一定程度上阻礙了中國高比例球團(tuán)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)極限低碳技術(shù)進(jìn)行研究的路線是作為未來高度使用高比例球團(tuán)，實(shí)現(xiàn)提升競爭力和達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的效果的必要條件。

3 高爐使用高比例球團(tuán)的實(shí)踐

3.1 高爐冶煉

將團(tuán)球的比例進(jìn)行提升，會(huì)使得高爐的產(chǎn)量增加，同時(shí)也會(huì)使得燃料的比率達(dá)到下降。但主要是因?yàn)楦郀t采用了低雜質(zhì)的球類(例如鐵含量大于 65 %)造成的影響，會(huì)導(dǎo)致商用爐能夠進(jìn)入到爐膛中，從而使得爐膛的檢查量達(dá)到降低。因?yàn)榈V內(nèi)冶金的特點(diǎn)而使得高度運(yùn)轉(zhuǎn)變化沒有辦法進(jìn)行確認(rèn)。而在球團(tuán)的質(zhì)量降低，且整體冶金性能是比較差的時(shí)候，采用高比例的球團(tuán)，可能會(huì)使得高爐生產(chǎn)指標(biāo)出現(xiàn)惡化的情況。所以，根據(jù)具體的情況，要加強(qiáng)對(duì)專家組，擬一采礦質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格性的評(píng)價(jià)和估算，這樣有利于達(dá)到對(duì)高爐產(chǎn)量和降低燃料/燃料比率的目標(biāo)的有效提升。在團(tuán)球的比例進(jìn)行提升時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致高爐煤氣的使用量提升，但燃料的比例是不會(huì)變低的。主要是因?yàn)槿旱V的氧含量比礦石要高一些，使得氣體的CO2含量提升了。而對(duì)于鐵質(zhì)還原指數(shù)和高爐燃料比率定量還沒有得到明確。然而根據(jù)進(jìn)行初步研究得出，現(xiàn)有與減排檢測(cè)方式和高爐實(shí)際情況有著非常大的差距是各種鐵質(zhì)的減排指標(biāo)差距很大的主要因素。

3.2 高爐操作

在爐體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變的時(shí)候，就需要加強(qiáng)爐體操作的調(diào)整，這樣才能夠達(dá)到對(duì)爐體的合理分布的條件，要保證爐體能夠達(dá)到良好運(yùn)行的效果，并且消耗要低，要將效率提升上來。材料調(diào)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(jù)研究和實(shí)踐得出，對(duì)不同類型的模具進(jìn)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(shí)現(xiàn)，同時(shí)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(dāng)時(shí)有著較高的柔性慮，和礦石進(jìn)行混合的時(shí)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(jìn)行使用高比例球體質(zhì)量的過程中，需要加強(qiáng)對(duì)集成爐的粒度分布和性能的研究，這樣能夠達(dá)到保證材料的最佳順序。

組織方法國外大型球團(tuán)高爐操作通過實(shí)踐得知，根據(jù)應(yīng)用焦理想材料面分布+水平材料面能夠達(dá)到高樓的一種較好的穩(wěn)定和良好指標(biāo)的效果。這種材料在表面分布上能夠使得因?yàn)樾菹⒔嵌炔煌斐傻牟煌瑺t膛和焦炭分布極化得到有效消除。與此同時(shí)，這個(gè)方法能夠使得重要的氣流保持暢通，并達(dá)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(duì)邊緣大型焦炭塊的消耗進(jìn)行有效保護(hù)，使得邊緣冷卻熱損失量降低，有利于改善空氣的流通。同時(shí)，需要對(duì)諸如布料位置以及圈數(shù)還有批的重量等參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)最佳性能。這項(xiàng)工作需要進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化，不但適用于進(jìn)行高射率作業(yè)，是還可以應(yīng)用于常規(guī)原料的結(jié)構(gòu)。對(duì)高爐熱控缸的熱狀態(tài)進(jìn)行穩(wěn)定，是作為高爐適應(yīng)爐結(jié)構(gòu)變化與接受高球比的重要的基礎(chǔ)條件。我國在高爐熱工控制方面需要持續(xù)進(jìn)行改進(jìn)，根據(jù)采用普通的噴煤爐溫度調(diào)節(jié)的方式，需要應(yīng)用先進(jìn)的慕了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)先的對(duì)爐熱狀態(tài)趨勢(shì)進(jìn)行有效的判斷，和結(jié)合利用濕分、富氧等一些其他鼓風(fēng)參數(shù)，使得煤燃燒調(diào)節(jié)滯后的副作用實(shí)現(xiàn)有效消除，從而能夠讓爐溫控制達(dá)到更加準(zhǔn)確、有效。

4 結(jié)語

高爐使用高比例球團(tuán)冶煉，能夠降低污染物以及CO2排放總量，同時(shí)還提升了煉鐵裝備的效率，在保護(hù)鋼鐵企業(yè)環(huán)境的同時(shí)，推動(dòng)了企業(yè)的綠色制造步伐，創(chuàng)造更多的效率和效益。