中國氧化球團豎爐發展歷程回顧與總結—暨矩形球團豎爐大型化技術研究

              中國氧化球團豎爐發展歷程回顧與總結
                                                    ——暨矩形球團豎爐大型化技術研究
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一、概  述
    中國*座8m²球團矩形豎爐于1968年在濟南鋼鐵廠建成投產。至20世紀70年代初期，又有承德、杭州、安陽，萊蕪、唐山等鋼鐵廠的多座8m²矩形豎爐相繼投產。當時，豎爐球團是一門新興的技術，在工藝流程確定、設備設計選型、技術操作管理等方面都存在著許多經驗不足的地方，爐子日產量僅維持在250～300t水平。為了進一步提高豎爐產量，各廠提出了多種改進方案。通過一邊生產、一邊改造、一邊總結，濟鋼提出的“爐內短路”方案取得了成功。“爐內短路”的實質也就是初期的“風帽—導風墻”，由子它消除了爐子中心的生料層，氣流分布趨于合理，爐內過程得以均勻和加快，爐子日產量迅速提高到400～500t水平。經過不斷改進，“爐內短路”演變成現代的“干燥床—導風墻”。當時，豎爐球團都采用消石灰作粘結劑，制省的生球強度差，爆裂溫度低，在干燥床上粉碎現象嚴重，成為限制豎爐產量進一步提高的主要因素。70年代末期，杭鋼首先使用鈉基膨潤土代替消石灰作為球團粘結劑，使生球強度及爆裂溫度大大提高，干燥效果明顯改善，加快了排料速度，使豎爐日產量翻了一番達到800～1000t水平。自20世紀80年代起，中國的豎爐球團礦生產走上了穩定發展的道路。
2000年，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司在唐山建設了唐山地區*座標準化10㎡矩形豎爐，原設計年產量為45萬噸，產量當年年產量就突破了50萬噸，*高產量可達到年產55萬噸水平，平均日產量在1500噸以上。該公司設計承建的矩形豎爐已從8㎡發展到10㎡、12㎡、14㎡、16㎡等標準化矩形豎爐，年產量從已40萬噸提高到到80萬噸，2012年該公司20㎡矩形豎爐也全面設計成功。
       近二十多年來，中國豎爐球團礦生產取得了巨大發展，工藝和設備已基本定型，操作和管理也日趨完善。總結這幾方面的經驗，對進一步提高豎爐球團的生產技術水平有很大意義。
    二、中國豎爐球團生產的經驗
   （一）加強對原料的準備處理
    1.提高精礦粉的細度
    中國豎爐球團使用的含鐵原料主要為磁鐵精礦粉。由于絕大多數的磁鐵精礦粉粒度較粗(粒度小于0.074mm的含量一般只占50%～70%),造球性能較差。提高精礦粉的細度，多年來在球團廠一直不易解決。例如，南鋼球團車間把原氧化球團焙燒設備(鏈箅機一回轉窯)改為豎爐，焙燒酸性球團礦，利用原有的潤磨機處理鐵精礦粉(混合料)取得了良好效果。南鋼使用的精礦粉粒度較粗，品種也較雜；粒度小于0.074mm的平均含量只占41%,盡管在生產中膨潤土配入量高達5%,成球性能仍然很差。經過潤磨機處理后，粒度小于0.074mm的含量達到68%,大大改善了混合料的造球性能，在膨潤土用量降到2%以下的情況下,ф5.5m造球機的產量達50t/h以上，生球質量也大幅度提高：平均抗壓在2N/單球以上，落下強度平均超過10次/單球。1998年8m²豎爐的產量達40.9萬t，居全國先進水平，成品球的質量也達到國家一級品要求。精礦粉經過潤磨機處理后，不僅提高了細度。而且還改變了顆粒形狀，增加了表面積及表面活性，有利于造球作業，更重要的是減少了膨潤土的用量，提高了球團礦品位。必須指出，使用潤磨機后，電能消耗有所增加，但隨著產量的提高，實際電耗并沒增加多少。南鋼1998年電耗為41.34kw·h/t,居全國中游水平。如果算上因膨潤土用量減少而引起的球團礦鐵品位提高給煉鐵生產帶來的好處，則經濟效益就更顯著了。因此，對粒度小于0.074mm含量小于60%的精礦粉，都應該使用潤磨機(或類似的研磨設備)進行處理。
    2.增加精礦粉(或混合料)干燥設施
    由于受選礦廠脫水設備能力的限制，入廠的精礦粉含水量一般都高出造球時需要的適宜水分量的1%～3%。水分過大的精礦粉在造球時雖然成球速度較快但強度較差，在運輸及生產過程中易產生粉末。因此，必須控制精礦粉(或混合料)的水分，使其稍低于造球時適宜水分的0.5%～1.0%，然后再加水造球。對于控制精礦水分問題，各廠已有了足夠的重視。早在20世紀70年代初，杭鋼豎爐為了克服因精礦水分過大，無法造球的困難，采用一臺ф2.2m×12m的轉筒式干燥機干燥混合料，效果明顯。在以后的新建豎爐或舊豎爐改造過程中，一般都增設了精礦(或混合料)干燥設施，均取得了良好效果。常用的干燥設備為轉筒式干燥機。目前制造廠雖有定型設備系列，但多為水泥行業設計，因被處理的物料密度不同，球團廠在選用時必須注意驗算其傳動功率。
    3.增加膨潤土計量設備
    目前球團廠配料操作中，精礦已實現了自動計量，而膨潤土因其用量少，計量操作困難，仍用人工配料，往往因操作失誤而影響到球團礦品位的波動。為了控制膨潤土用量，增加配料的準確性，必須增加小流量計量設備。實踐證明：沖極流量計是一種合適的膨潤土計量設備，其優點是體積小、精度高，價格低于同規格的膠帶秤。
    4.采用高效混合設備
    混合是球團生產工藝中重要的一環，是決定球團礦質量的關鍵措施之一。目前，多數豎爐廠家采用圓筒混合(或干燥)機進行(或代替)混合，效果不很理想。新建豎爐采用國外引進或仿制的強力混合機，混合效果有所提高。根據本鋼16m²豎爐使用情況測定：一段強力混合機的效果相當于二段圓筒混合機的混合效果；該混合料造成球后，入爐的粉末量由3.84%降到2.51%,豎爐的各項指標均有較大提高。但是強力混合機在使用過程中也存在一些問題：一是耗電較高；二是耙齒磨損大，檢修頻繁，需增加一臺備用。建議在舊廠改造中，可在圓筒混合(或干燥)機后增加一段多輪式膠帶混合機。這樣，一方面可提高混合效果，另一方面還可以粉碎在前段混合過程中產生的小球。潤磨機及其他研磨機兼有混勻作用，若采用此類設備處理混合料，可以代替混合設備使用。
   （二）強化造球過程，減少入爐生球粉末
    1.選擇大型造球機
    ф5.0m、ф5.5m、ф6.0m圓盤造球機結構先進、功能齊全、單位面積產量高，是各種規格豎爐在新設計時的首選設備，同時考慮一定的備用系數。
    2.提高料流的松散度
    為了提高料流在布料時的松散度，混合料在給入造球機前應用松料裝置打散。
    3.提高混合料溫度
    在沒有混合料干燥措施時，可以用熱水造球提高生球的產量和質量。本鋼豎爐生產經驗證明：當熱水溫度為70～80℃時，ф5.5m造球盤產量提高了5～7t/(臺·h),達到30～35t/(臺·h);生球落下強度平均提高3次/單球，達到7～8次/單球；生球中粒度為10～15mm者含量由80%提高到93%.
    4.篩除生球中的粉末
    為了保證爐子的透氣性，不因粉末入爐而引起結塊現象，必須篩除生球中6～8mm的粉末。由于在實際生產中大于20mm的超粒球所占比例不大，為簡化工藝流程，生球篩分機可不設篩粒功能。常用的生球篩分設備為輥式篩分機，輥皮材質為陶瓷，耐磨損，但易在制造或生產過程中碎裂，現逐漸改為聚氨酯橡膠輥皮。
    生球返料通常經破碎后再返回到造球機前礦槽。
   （三）布料設備改進
    豎爐布料設備實質上是一條在爐頂做往復直線運動的膠帶機。8～10m²豎爐布料機，爐內沒有軌道，該部分為懸臂結構。大多數布料機的膠帶傳動裝置固定在車體架上，隨車體一起移動。實踐證明，這種布料機易產生布料偏析。當車體前進或后退時，給到布料車膠帶上的生球量是變化的，車體越往后退，膠帶上的生料量就越多。這樣布到爐內的料面不是水平而是傾斜的，影響了爐子的正常操作。為了糾正這個偏析，布料機不得不間斷操作：在料層薄的區域多停留一會。其結果也加大了布料工的勞動強度。為了徹底克服布料偏析，提高自動化水平，新設計的布料機應把膠帶傳動裝置固定在地面上。
    按布料機行走機構傳動方式分類，布料機有鋼繩傳動及齒輪傳動兩種。不管采用何種傳動方式，都要求布料機車體部分重量輕，換向時產生的慣性小，便于控制及操作。
    當布料機行程超過6.4m(即12m²豎爐的爐口長度)時，因布料機前部懸臂過長而引起拉桿高度增加，導致生球落差加大，生球破碎率也增加。在這種情況下，不再采用懸臂結構，可在爐內鋪設軌道。為了不影響操作及檢修，爐內軌道可沿著布料機防塵罩兩側壁板架設.
   （四）排料設備改進
    1.齒輥破碎機組
    齒輥破碎機組由7～11根獨立工作的齒輥組成，輥間距為80～100mm,因此齒輥機組不能控制排料，其作用主要有兩個：一是活動料柱；二是破碎大塊。齒輥在爐內承受整個爐內料柱的重量，同時還承受高溫含塵氣流的沖刷，工作條件惡劣。除了在輥體表面堆焊硬質合金以外，軸中間還需通水冷卻。鑒于齒輥轉矩大、轉速低的工作特點，宜采用液壓傳動。按其傳動油缸形式又分為兩種：一種是活塞油缸(又分單缸及雙缸兩種)。由于活塞油缸結構簡單、維修方便、備件容易解決，得到了廣泛的應用；另一種為擺動油缸，其優點是結構先進，操作方便，缺點是油缸加工精度高，成本高，備件不易解決，在多塵環境中使用易磨損。經過多年實踐，齒輥軸端密封形式以油脂盤根密封為*好。在使用過程中應定期加注高溫潤滑脂。
    2.電振給料機
    豎爐排礦漏斗下面的電振給料機是控制豎爐排料的惟一設備。電振給料機的給料量可調，其操作開關由爐頂布料工掌握，在嚴格遵循“干球入爐”原則下，根據干燥床工作情況而開停。由于電振給料機所處的環境為高溫、多塵場合，設計該設備需要特殊考慮。
   （五）冷卻設備選擇
    球團礦在爐內雖然得到了部分冷卻，但是不充分，受爐子工藝條件限制，球團礦單位冷卻風量僅為600～1000m³/t,此時球團礦溫度尚有400～600℃左右。若用膠帶機運輸，必須增加爐外冷卻。目前，各廠使用的爐外冷卻設備大致有以下幾種：
    (1)用鏈板機或箕斗卷揚機拉出后，卸在地上，讓其自然冷卻；
    (2)用鏈板機拉出后，接鋼網帶運輸機，在運輸過程中自然冷卻；
    (3)用豎式冷卻器冷卻；
    (4)用輕型鼓風帶冷卻機冷卻。
    上述幾種冷卻方式，各廠可因地制宜地采用。
   （六）豎爐爐頂除塵改進
    由于豎爐是正壓操作，大量含塵廢氣從爐口冒出不僅污染了環境，而且對操作人員也很不安全，必須將爐口封閉，對廢氣進行除塵處理。電除塵器是理想的除塵設備，其排放廢氣中的粉塵濃度低于100mg/m³,符合國家排放標準。一些早期投產的豎爐目前仍采用旋風除塵器，排放廢氣中的粉塵濃度遠未達標，應盡快改為電除塵器。
    試驗結果表明，電除塵灰物理性能接近精礦粉，可以配入混合料重新使用。但必須注意運輸前要加水潤濕，防止二次揚塵。
   （七）上熟球設施
    豎爐開爐前必須要用熟球裝滿爐子，平時調節爐況(如處理塌料事故)也需用部分熟球，把熟球運到爐頂的設施稱為“上熟球設施”。常見的上熟球設施有下面幾種：
    (1)利用鏟車或傾斜式輕便膠帶機把熟球直接給到上豎爐的生球膠帶機上，經布料機進入爐內；
    (2)設專門的運熟球膠帶機系統，從成品礦槽運到爐頂，經布料機進入爐內；
    (3)設上熟球卷揚機，把熟球運到爐頂，經布料機進入爐內。
    注意事項：熟球不能通過生球篩分機，以免磨損篩子輥皮。
   （八）豎爐爐體改進
    1.中國球團豎爐的基本特點
    中國球團豎爐有以下幾個特點：
    (1)正壓操作，要求爐子各部氣密性好，
    (2)多用冶金廠提供的低質高爐煤氣為燃料，能源利用合理；
    (3)采用“干燥床一導風墻”技術，氣流分布合理，風機壓力低于國外同類型豎爐的一半以上。
    2.燃燒室
    從理論上講，豎爐燃燒室是產生熱廢氣的空間。只要所產生的熱廢氣滿足豎爐焙燒要求(如溫度、壓力、氧含量等)即可，與燃燒室的形狀、位置無關。當然，*經濟、*合理的配置形式是燃燒室緊貼在爐膛兩側。其形狀可以是矩形，也可以是圓形(又可分臥式、立式兩種；而臥式圓形燃燒室又分為與爐膛平行的及與爐膛垂直的兩種)。關鍵是結構合理，滿足正壓操作要求。燃燒室形狀決定了燒嘴數目，矩形燃燒室一側的燒嘴數量不宜太少，以3～5個為宜，太多則操作不方便，太少則影響氣氛的均勻性。而臥式圓形燃燒室一側的燒嘴數量為2～4個。
    3.干燥帶
    干燥作業是豎爐焙燒的關鍵。“干球入爐”是豎爐操作的一條重要原則，是保證爐子順行，不結塊、高產優質的前提。影響干燥過程的因素主要有氣流溫度及氣流速度。目前，多數豎爐爐頂干燥溫度偏低，氣流速度偏小，影響了爐子能力的發揮。在保證有一定的焙燒時間條件下，縮短預熱焙燒帶的高度有利于提高干燥氣流溫度，適當加大冷卻風流量有利于提高干燥氣流速度。在新設計豎爐時，可以適當加大干燥床面積，降低干燥床料層厚度，也有利于加快干燥過程。干燥床總面積與焙燒帶截面積之比在1.8～2.0左右。生球在干燥床上停留時間約10～12min.
    干燥床傾角不宜太大，一般在41°～42°左右。在操作中可以根據具體生產情況隨時調整干燥床傾角。干燥床水梁一般選用無縫鋼管，冷卻方式可以是水冷，也可以是汽化冷卻。由于汽化冷卻管道占空間較大，會增加爐子上部高度，從國內生產實踐來看，選水冷較合適。
    干燥箅子有單排的，也有多排組合型的，材質均為鑄鋼。箅子縫有直排的，也有橫排的，以不堵塞箅孔為宜。為了提高箅子的抗氧化能力，材質*好選用低合金鑄鋼。
    4.預熱焙燒帶
    從干燥床下沿水梁中心線到火道口出口中心線之間的距離稱預熱焙燒帶。其高度應滿足球團在該帶的*低焙燒時間要求，一般停留時間在50～60min。焙燒帶的*窄處直線段的截面積等手該豎爐的公稱面積的1/2。我國8～16m²豎爐焙燒帶單側寬度為1.5～2.1m.
    5.火道口形狀
    模型演示表明：從燃燒室火道口噴出的熱廢氣在爐膛內的流向是呈向上拋物線形狀。這樣在火道出口處的同一水平面上，氣流的溫度及氣氛是不均勻的，會影響焙燒質量。若噴火口向下傾斜一個角度(為防止球團堵塞火道，傾斜的水平夾角要大于30°),氣體流向軌跡——拋物線也向下傾斜一個角度，同一水平面上氣流的均勻性就大大改善。
    噴火口呈格孔狀，噴出速度在10～15m/s范圍內。
    6.導風墻及均熱帶
    導風墻是架在豎爐上部中心的一堵格狀空心墻，其作用是保證有足夠的冷卻風(又稱墻外風）通過焙燒帶，補充燃燒室廢氣中氧量的不足，從而使豎爐用高爐煤氣焙燒成為可能；其余上升的冷卻風通過導風墻直接引導到爐口干燥床下，參與干燥，不對焙燒帶產生干擾。由于導風墻的存在，使爐內的各工藝過程(干燥、預熱焙燒、均熱、冷卻)更為明顯、更趨于平衡，為豎爐的高產優質提供了條件。不同的原料(含FeO量不同),不同的燃料(燃燒室廢氣中含氧量不同)要求有不同數量的墻外風通過焙燒帶，導風墻的參數(高度及寬度)也不相同。
    從火道口中心線至導風墻下沿之間的距離稱均熱帶，其作用是使球團礦氧化更充分，質量更均勻。為防止卡大塊物料，均熱帶靠爐膛一側的爐墻應保持垂直。
    導風墻及其水梁（由兩排無縫鋼管組合梁構成）壽命低(一般只有1a左右）是目前豎爐存在的一個主要問題。分析其原因，主要是結構不合理：
    (1)導風墻壁較薄，只有半塊磚厚(116mm).這是當初老式的8m2豎爐改造。既要增加導風墻而又不過多減少焙燒帶截面積，不得已而為之。新設計豎爐的導風墻壁應適當加厚，至少保持一塊磚厚(232mm);
    (2)水梁截面剛度不夠。導風墻水梁為平行兩排，中間的連接構件的強度很關鍵。在1000℃左右的高溫下，如果不通水冷卻，任何耐熱鋼構件都將被燒壞，失去了聯系的兩排水梁在兩側爐料的側壓力下，很快失去穩定性。建議把連接板改為通水冷卻的鋼管，水梁的整體剛度就大大增加，水梁壽命提高了，導風墻整體壽命也隨之提高。這種結構的導風墻壽命可以保持3～4年。
    7.冷卻帶
    從冷卻風進口到導風墻水梁下沿的距離稱為冷卻帶。從爐內各帶的平衡角度考慮，鼓入爐內的冷風量是有限的，一般在800m³/t左右，排礦溫度為500℃左右，冷卻帶計算高度為3～3.5m,停留時間2～3h。冷風口也同樣應向下傾斜一個角度，兩側的冷風口*好錯開布置。
   （九）豎爐操作的主要原則
    1.干球入爐，爐底消除結塊事故所謂“干球入爐”,就是布料工仔細觀察干燥床上生球干燥情況。當干燥床下半部(至少是至1/3處)生球已充分干燥（這時生球呈灰白色）時，方可啟動排料電振的開關，開始排料。由于干燥過程的限制，在實際生產中排料操作是不連續的。貫徹“干球入爐”原則后，豎爐操作中的頑癥———“爐內結塊”現象，被徹底消除。隨著生產管理水平的提高，過去所謂的“礦粉焙燒溫度區間大于200℃才能建豎爐”的禁區不復存在。
    2.控制焙燒帶溫度，實現高產優質
    由手磁鐵礦球團在氧化焙燒過程中放出大量的熱量，因此燃燒室溫度通常要低于焙燒帶氣氛溫度。根據原料種類不同，這個差值在150～250℃左右，這個溫度在原料、燃料條件不變時，幾乎是恒定的。由于焙燒帶中心溫度無法用熱電偶測得，大多數豎爐操作者把燃燒室溫度作為豎爐操作的一個重要參數來進行控制。但是生產實踐證明，單純根據燃燒室溫度高低來進行操作，容易造成球團質量波動。這里引入一個“ 焙燒帶溫度”（又稱側墻火道口溫度）的概念，它更能準確地反映爐子的焙燒情況。這是因為燃燒室溫度是煤氣燃燒后在燃燒室這個空間內的溫度體現，它只與燃料種類、空煤氣流量比例及燃燒室的結構有關；而焙燒帶溫度除了上述因素以外還與球團礦原料種類、料流變化、氣流在料層內的分布等因素有關，必須指出，在實際生產中，由于受熱電偶插入深度的限制，焙燒帶溫度顯示的不是真正的料層中的氣體溫度，而是邊緣料層中的氣體溫度，兩者有一定誤差。往往有這樣情況：在一段時間內焙燒帶溫度高于燃燒室溫度，而在另一段時間內，焙燒帶溫度低于燃燒室溫度；若前者焙燒出來的球團礦質量合格，那么后者的情況就明顯欠燒，質量有所下降。以上事實說明：單純由燃燒室溫度來控制豎爐操作是不全面，而控制焙燒帶溫度并結合控制燃燒室溫度是豎爐操作的正確措施。
    三、中國豎爐球團礦生產存在的問題及發展方向
   （一）存在問題
    (1)隨著豎爐生產技術的發展，操作管理水平的提高，球團豎爐的產量達到了新的水平，一座8m²豎爐年產40萬t球團礦已不是一件難事；
    (2)球團礦質量良好，基本滿足本廠高爐的冶煉要求；
    (3)各廠豎爐主要指標相差很大，除原料原因外，在操作管理方面還存在不少薄弱環節。
    1.膨潤土用量大大超標
    按照慣例，生產酸性球團礦時，膨潤土添加量在2%以下，也就是每噸球團礦膨潤土的*大消耗量為20kg左右，而1998年全國豎爐的膨潤土平均消耗量高達40kg/t,這是一個很大的浪費！由于膨潤土配入量的增加，直接導致鐵品位下降，引起高爐“減鐵增焦”的嚴重后果。膨潤土超標的原因為:(1)精礦質量差（粒度粗、水分高）,為了提高生球的產量和質量，大量加入膨潤土;(2)膨潤土質量差;(3)膨潤土配料設備不精確、誤差大；
    (4)混合設備效果差。多數豎爐廠家采用圓筒混合(或干燥)機進行混合，膨潤土用量都較高；而南鋼采用潤磨機處理混合料，除了有良好的研磨作用外，混合料得到了充分的混合，從而降低了膨潤土的用量(年平均耗量僅為17.7kg/t).此外尋找高效且廉價的有機粘結劑或復合粘結劑也是今后努力的方向。
    2.少數豎爐球團礦中FeO含量超標
    全國大部分豎爐球團礦中FeO含量小于2%，而個別豎爐產品中FeO含量卻高達2%～4%,這是不應該的。分析其原因大致有兩種情況：一種是焙燒溫度不夠，氧化不充分，球團礦強度不高；另一種是燃燒室廢氣中含氧量過低，或逋過焙燒帶的墻外冷卻風偏少也造成氧化不充分。
   3.豎爐球團礦的鐵品位偏低
   進口球團礦的鐵品位一般都在65%以上，而我國豎爐球團的鐵品位大多在60%左右，*高也不過64.30%,*低值在56.16%，差距很大。分析其原因歸根結底在于精礦粉性能太差、鐵品位低、SiO₂含量高、粒度粗、水分大，導致膨潤土配比高，也是造成球團礦鐵品位低的原因。
   （二）發展方向
    經過三十多年的努力，中國的豎爐球團礦生產技術已達到了世界先進水平，但從發展的眼光來看，仍有許多工作要做：
   (1)大力發展大型球團豎爐。經過多年來的不斷努力，中國*大的16m²球團豎爐的年產量已經超過了原設計水平，預計可達70萬t以上，產品質量及消耗指標也保持在國內先進水平，當年國家下達的大型豎爐的科研攻關任務已圓滿完成。今后有條件的企業在建設中可以優先選擇16m²豎爐。在建設規模相同條件下，建設一座16m²豎爐比建設兩座8m²豎爐基建投資節省30%左右；
   (2)研究開發新型高效、廉價的粘結劑,取代或部分取代膨潤土,力求把各廠豎爐的粘結劑用量降到20kg/t以下；
   (3)研究開發用煤作燃料的球團豎爐，為在礦山建設豎爐創造條件；
   (4)改善原料條件，提高精礦粉鐵品位，降低SiO₂含量。開發研制潤(研)磨機系列，解決普遍存在的豎爐原料粒度偏粗的問題，提高豎爐的產、質量；
   (5)研制導風墻及其水梁的新材質，新結構，保證其使用壽命在’ 年以上；
   (6)加強數學模型研究，建立導風墻有關參數與其各影響因素間的定量經驗公式，更好地為設計、生產服務。
四、近年國內外煉鐵球團礦發展現狀及趨勢
(一)、 增加球團礦用量是國內外煉鐵高爐爐料結構發展趨勢
1、國外高爐爐料結構現狀及發展趨勢
從世界先進的高爐煉鐵爐料結構看，球團礦的比例不斷增加，一般已增加到30－50％。
當今世界*先進的高爐煉鐵在西歐，西歐高爐煉鐵球團礦用量已發展到30－70%。*典型的阿姆斯特丹、霍戈文公司艾莫依登廠的爐料結構是50%球團礦+50%燒結礦。高爐冶煉焦比為234kg/t，噴煤212kg/t，利用系數平均為2.8t/m3.d，*高達3.1t/m3.d。
日本高爐傳統上采用燒結礦為主、不用或較少使用球團礦的爐料結構。據*新報道，日本鋼鐵工業巨頭神戶制鋼3＃高爐采用“全球團礦”原料方案。該公司原來高爐爐料的組成為80％燒結礦和20％的塊礦。1999年6月關閉了燒結廠后，神戶制鋼發現，使用燒結礦的成本是高的。2000年上半年爐料結構演變成49％燒結礦、25％塊礦和26％的球團礦。現在，已不用燒結礦，高爐的爐料結構為73％球團和27％的塊礦。日本其它鋼鐵廠的球團礦用量也有所增加。韓國（浦項為主）為了增加球團礦的用量和保證供應，在巴西合資興建了400萬t/a的球團廠。
2、近年國內煉鐵球團礦發展現狀及趨勢
精料和合理的爐料結構一直是國內煉鐵界努力探索的課題。球團礦作為良好的高爐爐料，不僅有品位高、強度好、易還原、粒度均勻等優點，而且酸性球團礦與高堿度燒結礦搭配，可以構成高爐合理的爐料結構，使得高爐達到增產節焦、提高經濟效益的目的，因而近年來國內煉鐵球團礦產量和用量大幅增加，不僅中小型高爐普遍使用，大型高爐如馬鋼2500M3高爐、昆鋼2000 M3高爐、寶鋼、攀鋼等也加大了球團礦的配料比例。大力發展球團礦已成為有關權威機構、學術會議及生產廠家關注的焦點和共識，國內目前已形成一股球團礦“熱”。
2、1、近年來我國球團礦生產及使用情況
2、1．1近幾年我國球團礦生產量增加迅速
1999年1197萬t/a；2001年1769萬t/a，1999～2001年增長24%。目前國內球團礦的年產能大約在2500萬噸左右，預計“十五”末將可達到5000萬t/a。
2、1、2．2001年部分鋼鐵企業球團礦配比
寶鋼8%、首鋼9.13%、鞍鋼27%、馬鋼20.13% 、濟鋼20%以上、宣鋼20.21%。
2、1、3．馬鋼使用情況：馬鋼球團礦配比，從1998年的0增加到2001年的20%，爐料結構從85%燒結礦+15%塊礦，調整到74～77%燒結礦+20～24%球團礦(豎爐)+2～3%塊礦，馬鋼認為：配用球團礦起到了改善高爐冶煉過程、提高高爐利用系數、降低冶煉消耗的作用，隨著球團礦用量增加，入爐品位的逐步提高，2500m3高爐利用系數由1.87t/m3.d提高到2.400t/m3.d; 入爐焦比由431kg/t降低到353kg/t,煤比由87kg/t升到128.6kg/t；渣量由363 kg/t降低到328kg/t。
2、1、4．武鋼使用情況：武鋼煉鐵廠5#高爐在本年7月份為了進一步改善技術經濟指標，滿足公司對生鐵產量、質量的更高要求，進行了加大球團礦用量的冶煉探索，當球團礦的配比由19%增加至23%時生產實踐表明，技術經濟指標提高明顯。高爐利用系數由2.245t/m3.d提高到2.437t/m3.d; 焦比由379.6kg/t降低到368kg/t, 均刷新了歷史記錄，生鐵成本下降了13.944元/t 。8月初球團礦使用量已增加到25%以上，其它高爐使用量也有不同程度的增加。
2、2、國內鋼鐵企業正在興建的球團廠
2、2、1．首鋼球團礦情況，首鋼現有一條100萬t/a回轉窯生產線，實際生產能力可達120萬t/a，一條30萬t/a豎爐球團礦生產線, 首鋼目前已開始了遷安球團廠二期（200萬t/a）的建設。到時首鋼礦業公司將形成350萬t/a以上的球團礦生產能力，球團礦將占高爐爐料用量的35%以上。
2、2、2．鞍鋼球團礦情況，鞍鋼現有一條引進200萬t/a帶式焙燒機生產線, 鞍鋼弓長嶺礦正在建設240萬t/a（實際規模25萬t/a）的鏈篦機-回轉窯球團礦生產廠，第二條240萬噸／年生產線明年底投產，到時鞍鋼將具備700萬t/a以上球團礦的生產能力，在高爐煉鐵中球團礦的用量也將達到30%以上。鞍鋼1990年高堿度燒結礦配加酸性球團礦的工業試驗表明，大型高爐采用75%-70%的堿度為1.85左右的燒結礦與25%-30%的酸性球團礦是合理的爐料結構。
2、2、3．武鋼程潮鐵礦正在新建120萬t/a球團廠，建成后武鋼將有200萬t/a的球團礦生產能力，自產球團礦占高爐爐料量的12.5%。
2、2、4．柳鋼120萬t/a鏈篦機生產線已開始建設。
2、3、國內鋼鐵企業擬建及規劃建設球團廠情況
2、3、1．擬建的有：
昆鋼200萬t/a球團廠；邯邢礦山局120萬t/a球團廠；邯鋼200萬t/a球團廠，廣西北海市500萬t/a商品球團廠。
2、3、2．規劃建設的有：
馬鋼100～120萬t/a球團廠；南京鋼廠200萬t/a球團廠；山東石臼所港400萬t/a球團廠；本溪200萬t/a球團廠；張家港200萬t/a球團廠；沙鋼200萬t/a球團廠；寶鋼正在進行燒結改造還是新建球團廠的比較。
2、4、國內權威機構*專家和學術會議關于發展球團礦的評述
2、4、1．國內權威機構的要求
2、4、1、1 由原冶金部規劃發展司、中國金屬學會和冶金科技發展中心共同編制了《2010-2015年冶金科技發展指南》。《指南》指出“要從選礦、燒結、球團、煉焦各方面采取措施，提高高爐精料水平，特別是要進一步提高入爐礦品位。在大量噴煤，降低焦比的情況下，高爐料柱透氣性惡化，為了保持爐況順行，必須大幅度提高入爐品位，降低渣量。要大力發展球團生產，建立商品球團生產基地，提高熟料中球團的配比。球團礦配比要從目前不足20%提高到30～40%。
2、4、1、2國家計委和經貿委2000年9月1日公布的《當前國家重點鼓勵發展的產業和技術》7號令中指出的“要發展氧化球團的生產，提高球團礦的使用比例，以改善高爐爐料結構”。
2、4、2．發展球團礦，成為近幾年全國煉鐵生產技術工作會議、鋼鐵原料持續發展會議的討論熱點，實踐已經證明增加高爐球團礦使用量，對實現精料方針，優化高爐用料結構，提高經濟效益是十分有益的。
2、4、2、1球團礦具有規則的形狀、均勻的粒度、高的強度（抗壓和抗磨），能進一步改善高爐的透氣性和爐內煤氣的均勻分布;球團礦FeO含量低，有較好的還原性（充分焙燒后，有發達的微孔）更有利于高爐內還原反應的進行。因此，球團礦在我國高爐操作者的心目中稱之為“順氣丸”，其冶金性能好，非其它熟料所能比。
2、4、2、2國內大量的理論研究和生產實踐表明，高堿度燒結礦與酸性爐料搭配有一個合適的配比。大型高爐采用75% ~70%堿度為1.85左右的燒結礦與25% ~ 30%的酸性球團礦是合理的爐料結構。當酸性球團配入比例為25% ~ 30%時，其在爐內軟熔區間的*大壓差值*小，也就是按此比例搭配效果*佳。
2、4、2、3在上述合適的范圍內，在高爐正常運行情況下，球團礦入爐配比的高低是由其質量決定的。高質量的球團礦應具有的指標為：TFe≥65%;  FeO≤1.0%;  SiO2≤3.0%;  S≤0.04%;  球團礦粒度8—16mm占95%以上；轉鼓指數（ISO）≥96%，抗壓強度≥2500N/個球。目前，我國冶金企業生產的球團礦，特別是豎爐球團礦與高質量球團礦及進口球團礦相比，普遍存在著相當的差距。
2、4、3．發展球團礦具有顯著的經濟和社會效應。
2、4、3、1發展球團礦是我國今后煉鐵系統節能降耗的重要途徑。增加球團礦使用量不僅是滿足高爐爐料結構合理化的需要，也是節能和環境保護的重要措施。生產每噸球團礦的能耗大約只是燒結礦的一半，對煉鐵系統節能降耗是十分必要的。
2、4、3、2發展球團礦是減少大中城市污染的有郊途徑。一些發達國家的鋼鐵企業從六十年代逐步將高污染工序遷往偏遠地區，首鋼正將燒結廠、焦化廠遷移至所屬的礦山所在地。我國鋼鐵企業基本建在大、中城市，球團礦可以遠距離運輸，在礦山、港口發展球團礦，可以避免污染城市，而且節省運輸力。
有關專家預測，近幾年我國煉鐵球團礦必將有較大的發展，從而必將促進煉鐵的技術進步。
總之，增加球團礦用量是世界高爐爐料技術的發展趨勢。我國大型高爐的合理爐料結構是高堿度燒結礦加25－30％的酸性球團。目前，我國許多高爐的爐料結構與合理爐料結構有很大差距，因此，我國《冶金發展指南（2002－2005年）》以及國家計委和經貿委公布的“當前國家重點鼓勵發展的產業和技術” 7號令中指出：“要發展氧化球團的生產，提高球團礦的使用比例，以改善高爐爐料結構”。近幾年來，象首鋼、鞍鋼、馬鋼等許多鋼鐵公司充分認識到這一點，加大了球團使用比例和球團廠的建設力度。
縱觀國內外先進高爐煉鐵經驗，在原料供應可能的情況下，合理的爐料結構發展趨勢是：
a）高爐少吃或不吃生料；   b）增加高爐球團礦的用量；
c）減少燒結礦的用量（即提高燒結礦的品位，應當相應提高燒結礦的堿度，否則燒結礦的強度、冶金性能將會有較大的下降。而堿度提高后為了滿足高爐渣堿度的平衡，必將減少燒結礦的用量）、
（二）、我國球團礦生產發展的現狀和建議
球團礦具有強度好、粒度均勻、形狀規則、含鐵品位高、還原性好等優點，在高爐冶煉中可起到增產節焦、改善煉鐵技術經濟指標、降低生鐵成本、提高經濟效益的作用。為適應鋼鐵工業快速發展、高爐精料技術和合理爐料結構的要求，近年來，球團礦作為優質原料得到青睞和高度重視，一些鋼鐵廠正在積極籌建或擴大球團礦產能。
球團礦是含鐵爐料發展*快的原料。據統計，在世界爐料的新增產能中，球團礦產能明顯提高。目前，我國年產球團礦5000萬噸左右，占高爐爐料比例13％左右，球團礦使用比例未達到高爐綜合爐料優化的比例。我國有37家企業63座豎爐生產球團礦(絕大多數為8m2豎爐，*小4m2，*大16m2)，總容積566．5 m2，產量3170萬噸左右。
  目前，我國豎爐球團工藝占65％左右，為中小型企業球團礦生產的主體工藝，這符合我國資源和企業規模偏小特點。中小企業及地方骨干企業規模多為100～300萬噸，建2～3座豎爐即可滿足高爐合理爐料結構的要求，此外建豎爐具有投資省、周期短、見效快等特點，還可充分利用自產富余的高爐煤氣。
    目前，我國球團礦生產能力及產量尚未達到滿足市場需求的水平，為滿足高爐生產合理爐料結構的原料要求，不得不從國外進口球團礦。近年來，盡管進口球團礦價格上揚，但進口球團礦量呈快速增長的態勢，2002年進口1103萬噸，2003年進口1635萬噸，2004年進口2029萬噸，2005年進口2355萬噸。
  合理球團礦比例是高爐節能降耗的有效辦法。據有關資料表明，生產球團礦工序能耗比燒結工序能耗指標低得多，燒結工序能耗60kg標準煤／t左右為較先進的技術指標，球團工序能耗僅為30kg標準煤／t左右，還有降低的可能。球團工序能耗約為燒結工序能耗的1／2～2／3，降低鋼鐵噸鋼工序能耗作用非常顯著。這對我國倡導的鋼鐵工業科學發展觀有著非常重要的現實意義。
對我國球團生產發展的幾點建議：
  (1)生產球團礦的原料主要為自產或進口鐵精礦，進口鐵精礦經濟上是否合理需要考慮國際市場上球團礦價格的變化等風險，球團礦價格受運輸費用和國際油價的影響，應落實好鐵精礦的產地、質量、價格、供應量、運輸可靠性等，以保證原料供應的穩定性。
  (2)生產球團礦對原料和工藝都有特定的要求，對球團廠的建設必須進行慎重的研究。球團焙燒有豎爐、帶式焙燒機和鏈箅機—回轉窯三種工藝，各有優缺點，應根據原燃料條件、產品質量、生產規模、裝備水平和投資等因素綜合考慮，并充分考慮到球團大型化的要求。
  (3)進口鐵精礦品位要求TFe≥68％，細磨精粉粒度-200目≥85％，精礦水分應控制在8.0％～8.5％有利于造球。在工藝設備方面，應增加潤磨設備，新建球團廠應設原料混勻料場，保證精礦成分穩定；設置強力混合機，使鐵精礦與膨潤土充分混合，有利于造球。加強對粘合劑的研究，使用優質膨潤土。目前，國外球團礦膨潤土的添加量≤l％。按照每增加1％的膨潤土，球團礦品位降低O.6％的經驗數據，如果球團礦膨潤土的使用量降到1.5％～2.0％，則將對高爐產生巨大的經濟效益。改善膨潤土質量，研究開發、選用優質膨潤土是降低其用量的重要途徑之一。
  (4)進行球團余熱回收利用，有利于節能降耗，提高球團礦質量。
  (5)加強熔劑性球團礦、冷固結含碳球團礦、含鈦護爐球團礦、直接還原和熔融還原等預還原球團礦品種的研究開發工作。
  (6)重視球團環境保護問題和提高自動控制水平。近年來，國家對粉塵污染、SO2和CO2排放等提出了更為嚴格的環保要求。
五、近年國內大型氧化球團豎爐與還原焙燒豎爐的技術創新與發展
目前球團礦生產的主要工藝方法主要有有帶式焙燒法、鏈箅機一回轉窯法、豎爐法三種。以前由于帶式焙燒機和鏈箅機一回轉窯建設投資和制造要求相對較高，一般都適宜于生產規模較大的鋼鐵企業或礦山，而對于生產規模適中的中小型企業來講，則采用豎爐法生產球團礦。
但目前隨著豎爐大型化技術的突破，豎爐法球團生產將會是主要的球團生產方式，國內大型鋼鐵廠已經逐步認識到大型豎爐技術應用與普及的時代已經來臨。隨著高爐精料技術的發展，具有較好綜合指標的球團礦將會得到更多的使用。作為一種多快好省的球團礦生產方法一球團豎爐將仍有其應有的地位。如何揚長避短，吸取其他球團生產方法和工藝中的優點，將設備向大型化生產方向發展，不斷提高球團礦質量的穩定性，總結好各種鐵精粉原料使用的工藝改進經驗，球團豎爐會進一步發揮其獨特的優點。豎爐的明顯低投資、節能性和球團質量能滿足生產要求的特點決定其在一定時期內仍有很大的發展潛力。大型化豎爐的出現和能滿足生產要求的球團質量會給豎爐法球團生產提供進一步的發展天地。
隨著濟鋼、南鋼等大型鋼鐵公司14㎡、16㎡矩形球團豎爐的成功應用，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司吸取了國內許多單位多年來在豎爐球團生產中所積累的寶貴經驗，并結合了當前球團礦生產的具體客觀條件，始終致力于該領域的技術研發與應用，該公司在此技術基礎上又繼續研發應用了一系列新技術，并對爐型結構進行了再創新，在氧化球團矩形豎爐大型化基礎上成功設計應用了多項還原焙燒技術，使該項技術具有氧化和還原兩種功能，在鎳鐵還原焙燒技術上取得了一些具有自主知產權的新技術、新發明。實踐表明，該類豎爐在氧化球團焙燒生產上利用系數已達到9．0 t／(m2．h)，球團礦產、質量大幅度提高，已成為國內球團礦單爐產量*大的氧化球團豎爐。大型多功能矩形球團豎爐的設計成功，為適合中國國情的豎爐向大型化、多功能化、高效化發展做出了貢獻，為“十二五’’期間全面普及單爐年產球團礦100萬t的豎爐設計奠定了基礎。
豎爐是*早用來進行鐵礦球團生產的工藝設備，目前國內已建有近200座年生產能力35萬t～70萬t球團礦的各種球團豎爐，豎爐生產的球團礦仍占國內總球團礦產量的80％以上。為高爐煉鐵生產的節能降耗作出了巨大的貢獻。
豎爐法生產球團具有結構簡單、制造材質無特殊要求、基建投資少、熱效率高、操作維修方便等特點。盡管過去豎爐也有單爐生產能力小、對原料適應性差等缺點而使其在應用和發展上受到了一定限制，但在中國近30多年來的豎爐法球團生產過程中，通過持續改革和對生產工藝、設備的完善，以及不斷改進生產操作方法，業已形成具有典型中國特色的豎爐球團技術，并已超過國外同類豎爐的生產技術水平。正因為如此，國內豎爐法球團的生產近年來仍能得到較大的發展。這除了跟中國有為數較多的中小型鋼鐵企業和礦山這一現狀外，還同國內豎爐近年來單爐年生產能力已超過70萬t，豎爐向大型化方向發展并已逐步成熟這一原因有關。實際上出現100萬t／a生產能力的豎爐已為期不遠，豎爐使用高比例赤鐵精粉甚至褐鐵精粉生產球團礦都已有成功的經驗。近年來建設的許多豎爐在生產工藝流程的完善程度上，工藝設備和自動化控制裝備的先進程度上都已經達到了相當水平。在國內豎爐技術不斷得到快速發展的同時，豎爐法球團生產的缺點也在不斷克服，工藝不斷地得到完善，有些方面已取得了關鍵性的進展。
唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司近年開發的具有自己知識產權的GDL-3型高效復合內燃式氧化球團豎爐，更在豎爐技術上有了關鍵性的改進，為今后豎爐技術的進一步發展提供了更大的技術空間。 GDL-3型豎爐針對工程的一次性投資、設備的大型化發展、能源消耗以及豎爐原料的適應度、產品質量、豎爐工藝操作的簡單穩定和手段靈活多變性等方面都實現了重要改進，使GDL-3型豎爐比以前任何一種豎爐具有更多而無法比擬的優勢。GDL-3型豎爐的設計發明人旨在通過該技術的推廣使用，使豎爐技術不斷地進行改進完善，為我國的豎爐技術能夠在今后的球團礦生產中發揮更大的作用作一積極嘗試，同時也為適應中國國情的豎爐向更大型化、高效化發展奠定基礎。
新型GDL-3型高效復合內燃式氧化球團豎爐工藝設計介紹：
1、工藝流程介紹
（1）配料系統
設計應用了適用各種鐵精礦原料和二次資源(包括除塵灰、氧化鐵皮和污泥等)的預混合配料技術，通過新型結構的圓盤給料機和配套的電子皮帶秤在配料室進行預配料并完成添加膨潤土的精配料操作，膨潤土配加應用了由真空輸送裝置新技術，整個配料系統采用計算機來自動控制配料量，配料系統設計精度±0．5％。
(2)混料烘干潤磨系統
鐵精礦原料、二次資源和膨潤土配料后的混合料用新型強力多級圓筒烘干機進行混勻、烘干，采用紅外水分儀對烘干后混合料水分的在線檢測結果來判斷和控制烘干效果，從而完成對混合料的混勻、烘干和提高料溫的任務。設計應用的大型新型潤磨機潤磨、混勻、加熱，使物料顆粒變細、比表面積和表面活性能增加，為下一工藝環節提供粒度和水分合適、物化性能均勻的物料，以保證造球過程中物料的成球性好、生球強度高、膨潤土用量低及成品率高。
(3)造球、篩分系統
根據大型豎爐對生球質量的要求，新設計的Ø7．5 m圓盤造球機采用了新型回轉支承結構，同時設計采用了入爐生球多級再造篩分工藝，增加生球顆粒間的密實度，可使生球中含粉物料全部篩下，達到入爐料粒度更均勻的目的，同時生球在圓輥篩上作多級滾動運動中也進一步提高了生球強度，保證了生球粒度潔凈、均勻、穩定。
（5）布料及烘干床的技術革新：
設計應用梭式有軌勻量電動布料車均勻布料，消除了豎爐布料“跳、擺、推料”現象，使布料更均勻，保證了大型豎爐布料均勻，爐內的透氣性好及熱交換效率高。傳統布料車只有單方向直線運行，烘干床兩側布料不均時使生球的烘干效果、烘干時間、預熱時間產生差異，使導風墻水梁兩側煅燒帶溫度出現煅燒不均現象，新型布料車具有左右調整布料量的新功能，有效解決了傳統豎爐布料車布料時不可以調整烘干床兩側布料量的缺陷。
傳統矩形豎爐由于爐內換熱后的高溫空氣溫度較高，將其直接用于生球烘干溫度明顯偏高。生球在布到干燥床的上部時，由于干燥床下部的熱廢氣溫度較高，熱交換非常劇烈，生球在脫除物理水的過程中極易產生爆裂現象，導致爐內粉末增加，降低爐內透氣性，*終影響焙燒的均勻性，產生部分未燒透、抗壓強度低的球團礦。另外，受到干燥床面積及熱氣流流量的限制，豎爐的生產能力也受到了限制。
新型豎爐在烘干床下設計增加了可調節的低壓常溫空氣混風管，既可直接控制烘干床下的空氣溫度，又加大了烘干風量，提高了生球烘干效果，使整個烘干床面上可得到對生球烘干工藝過程較為理想的床面氣流溫度分布。
(6)新型豎爐爐體結構技術的應用
新型豎爐在爐型設計上改變傳統的準矩形結構，設計改變了豎爐內部形狀，將豎爐內部形狀由四周直角形改為四周圓弧形過渡，以消除矩形豎爐爐內掛料及死角處氣流分配不合理的現象；增加了豎爐內部有效高度高，改變了傳統豎爐的干燥帶、預熱帶、均熱帶的結構，有效容積同時增大，能滿足豎爐大型化后各帶物化反應所需時間；
(7)新型焙燒方式的技術應用
焙燒方式采用了高氧位低壓焙燒技術，新設計的燃燒室和氣流分配室，燃燒介質可為為高爐煤氣、轉爐煤氣、焦爐煤氣、發生爐煤氣、高溫風等，燃燒室采用正壓操作，可以采用混合煤氣，通過提高熱值，配加富氧空氣，增加分配室氧氣濃度，營造強氧化氣氛，保證球團礦在強氧化性氣氛中進行低壓焙燒，使燃燒廢氣含氧達到8％以上，達到了高效生產的目的。
煅燒帶設計開發豎爐雙層火道焙燒新技術，該技術能增加球團礦焙燒的均勻性和提高焙燒效率；采用了多級可調式新型配風冷卻方式，增加了二次冷卻技術及余熱利用技術，能實現高效的氣固熱交換；排料方式設計為雙層雙流臥式排料技術，由四個排料點組成，該技術能保證豎爐爐料均勻下降，排料設置密封閥，有利于氣流的合理分布，同時又能有效抑制下行風、爐下漏風現象。
新型豎爐生產技術經濟指標相對傳統豎爐有了突破性進展：利用系數達到了9．0 t／(m2•h)；成品球團礦TFe≥64．2％，Fe0<0．8％，抗壓強度達到3050N／個，轉鼓指數( 6．3 mm)達到91．75％。
該技術的成功應用，為單爐實現100萬t／a的球團廠設計創造了有利條件。
 
                                                     北方爐窯協會                                
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