我國球團礦技術和裝備的發展
2022-08-18
顧玲
冶金工業信息標準研究院
隨著我國鋼鐵行業結構調整優化的需求和綠色低碳高質量的要求，球團礦作為高爐的優質原料越來越受到業界的青睞，促使了球團業的快速發展。
1 球團礦的優點
目前國內外高爐使用三種球團礦，分別是酸性球團礦（R<0.5），熔劑性球團礦(添加熔劑)和鎂質球團礦（添加含鎂熔劑）。球團礦有如下優點：
(1)球團礦粒度均勻，強度高、粉末少。氣孔率高達30%左右，滾動性好，比同成分的燒結礦軟化溫度窄，有利于改善高爐成渣帶透氣性、有利于高爐布料和煤氣成分均勻合理。
(2)球團礦堆比重大，在同樣冶煉強度條件下，可相對延長在爐內的停留時間，粒度較小，含FeO低，主要以易還原的Fe2O3形態存在，具有很好的還原性能。
(3)球團礦含鐵品位高，一般在60%以上，熱穩定性好，化學成分穩定，有利于改善高爐內煤氣熱能和化學能的利用，促進高爐穩定順行和降低焦比。
(4)球團礦易于儲存，在一定時期不易風化破碎，特別適合礦山規模化生產和存儲。
2 球團礦技術和裝備的發展歷程
球團礦技術始于1919年，由瑞典開發。目前球團礦生產有三種技術：豎爐技術、鏈篦機-回轉窯技術、帶式焙燒機技術。三種技術由配料系統、烘干系統、潤磨系統、造球系統、篩分布料系統、焙燒系統組成，主要的區別是焙燒的設備和方式不一樣。目前球團礦生產技術以鏈篦機-回轉窯技術為主。
2.1 豎爐技術
豎爐技術主要是指從爐體上部裝入的合格生球在豎爐內下降過程中，被爐外的燃燒室產生的熱氣體接觸進行熱焙燒，由齒輥卸料器卸到冷卻裝置冷卻得到球團礦 。
2006年以前，豎爐球團在我國占主導地位。當時豎爐球團的發展為我國高堿度燒結礦搭配酸性球團礦入爐的合理爐料結構作出了貢獻。后因為豎爐單機生產能力小，生產率低，膨潤土用量大，球團礦品位降低多，質量不均勻，抗壓強度低等問題，越來越不適應高爐的大型化發展。
2.2鏈篦機-回轉窯技術
隨著我國高爐的大型化，豎爐球團礦的質量滿足不了大高爐的使用，由于鏈篦機-回轉窯球團礦的質量好、抗壓強度高能完全滿足大高爐對原料的要求，加之返粉率低，環境清潔，余熱重復利用等優點，得到鋼廠和礦山的青睞，從2004年開始，鏈篦機-回轉窯氧化球團礦生產線在鋼鐵廠和礦山陸續被建成了。
鏈篦機-回轉窯技術主要是指把合格的生球(>6mm,<16mm)布到鏈篦機上進行干燥、預熱后，在回轉窯進行氧化固結焙燒，通過環冷機冷卻得到球團礦。
圖1 鏈篦機-回轉窯工藝流程圖
我國用鏈篦機-回轉窯技術是在首鋼球團廠2000年截窯改造后開始的，成功開發了鏈篦機-回轉窯工藝生產氧化球團礦技術，填補了中國大型球團生產技術的空白。
由于鏈篦機的工作環境惡劣，冷熱交替，對其耐熱件的熱疲勞性要求高。2009年以前，一些規模大、配加紅礦量大的球團生產線鏈篦機的耐熱件是進口的，有的整機引進。隨著2009年我國擁有自主知識產權、單條生產能力最大的寶鋼湛江紅礦球團鏈箅機-回轉窯球團生產線投產運行后，開啟了我國該項技術的國產化、裝備完全國產化的時代。
2.3 帶式焙燒機技術
帶式焙燒技術主要是指合格生球在帶式焙燒機上完成干燥、預熱、焙燒、均熱、冷卻全工序，與鏈-回-環三大主機相比熱損耗更低、熱利用率更高單機生產能力大、原料適應能力強，無結圈等優點。帶式焙燒機結構圖見圖2。
2008年投產的首鋼京唐公司400萬噸/年和2015年投產的包鋼500萬噸/年帶式焙燒機球團生產線都是采用德國奧圖泰Outotec的技術和裝備。2017年我國經過多年的研究與開發，形成自主帶式焙燒機球團核心技術體系，攻克了帶式焙燒機核心設備和與之配套的耐熱件，并成功實現工業化應用。
2.5 球團技術和裝備海外市場的應用
隨著我國球團技術創新和裝備制造能力的提升，從技術、裝備成套引進、核心耐熱件的外購，到如今擁有自主知識產權的成套設備和耐熱件的開發，我國球團技術、裝備和關鍵零部件已經從以前的“請進來”到現在的“走出去”，從備品備件的出口，到現在按中國標準設計和加工制造的整條球團生產線設備的出口。根據市場統計，目前海外球團生產線的備品備件和新建球團項目的設備中國制造高達70%，遍及印度、印度尼西亞、越南、伊朗、沙特、土耳其、洪都拉斯、巴西、玻利維亞、委內瑞拉等地，特別是最近五年，印度和伊朗的鏈篦機-回轉窯球團項目80%由中國企業如江蘇宏大等承包建設，為我國開拓海外市場做出了貢獻。
3 節能綠色低碳
球團生產工序能耗約為燒結生產工序的50%，鋼協2020年統計，鋼協會員單位的燒結工序能耗平均48.08kgce/t, 球團工序能耗平均24.35kgce/t，生產球團礦能耗低。
由于球團工藝焙燒供熱方式與燒結不同，燃燒后形成的SO2、NOX和CO2排放量相較于燒結工藝少很多。此外，球團礦產生的粉塵量相較于燒結礦減少很多，球團工藝對環境更加友好。燒結工序和球團工序的排放對比見下圖：
4 大比例球團礦入爐是當今高爐爐料結構發展的方向和需求
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