钢铁厂冷压块与球团矿冶金性能对比-冶金工业论文-工业论文
球团替代烧结——铁前节能低碳污染减排的重要途径
第9卷 第1期 工程研究——跨学科视野中的工程9 (1): 44-522017年2月JOURNAL OF ENGINEERING STUDIES Feb., 2017收稿日期: 2016-12-10; 修回日期: 2016-12-20作者简介:杨晓东（1962–），男，教授级高工，主要从事钢铁行业节能环保技术咨询工作。
E-mail ：yangxiaodong@张丁辰（1987–），男，工程师，主要从事钢铁行业环境影响评价工作。
E-mail ：zhangdingchen@ DOI: 10.3724/SP.J.1224.2017.00044球团替代烧结——铁前节能低碳污染减排的重要途径杨晓东，张丁辰，刘 锟，邢芳芳，胡金玲（北京京诚嘉宇环境科技有限公司 冶金清洁生产技术中心，北京 100053）摘 要：在我国生态文明建设和全面推行绿色制造的总体要求下，钢铁工业面临多重严峻挑战。
钢铁工业是流程制造业，可通过制造流程工艺变革，改变高炉炉料结构，进一步实现节能、降碳、污染减排。
本文就球团替代烧结从设备投资（含环保投资）、生产运行成本（含环保设施运行成本）、能耗、焦比/渣比和污染物产生等方面进行综合研究分析，以国内某900万t 钢铁联合企业为例，进行了不同炉料结构下的计算比较。
结果表明，与现状情景（入炉烧结矿70.36%、球团27.72%，综合品位59.19%Fe ）相比，当入炉球团矿比例增加至91.51%、入炉综合品位为65.13% Fe 的情景下，铁烧球工序总能耗将降低11.9%、二氧化碳排放减少35.2%、废气排放减少14.57%，总污染负荷将降低41.2%。
可见，球团替代烧结是贯彻“精料方针”，有效减少铁前废气污染负荷、降低能耗和碳排放的重要措施，是钢铁工业走向绿色制造的一个重要途径。
关键词：炉料变革；球团替代烧结；节能降碳；污染减排中图分类号：TF4 文献标识码：A 文章编号：1674-4969(2017)01-0044-09进入二十一世纪，我国钢铁工业加快淘汰落后，在设备大型化、连续化、自动化方面取得长足进步，大型节能技术CDQ 、TRT 等的广泛应用以及设施封闭高效除尘和烟气脱硫脱硝技术的采用，使得行业节能环保面貌显著改善。
球团在高炉冶炼中的作用
球团在高炉冶炼中的作用嘿，朋友！今天咱来聊聊球团在高炉冶炼里那些超厉害的作用。
我有个叔叔在钢铁厂工作，有一次我去厂里找他玩，那可真是开了眼。
我看到高炉那边在进行冶炼作业，红红的火光特别壮观。
叔叔就跟我讲起了球团的事儿。
他说啊，有一回高炉出了点小问题，铁水的产量和质量都不太理想。
大家就开始找原因，后来发现是球团这一块有点小状况。
你看啊，球团就像一个个小战士，排着队进入高炉这个“战场”。
优质的球团呢，首先它的粒度均匀得很。
我看到他们检测球团粒度的时候，就像在挑水果一样仔细。
那些球团大小都差不多，叔叔告诉我，如果粒度不均匀，小的球团就会像调皮的小孩，一下子就钻到高炉的缝隙里去了，然后把通风的路给堵住一部分。
就好比我们呼吸的时候，鼻子被堵住了一点，那肯定不舒服啊。
高炉也是一样，这样就会影响它“呼吸”，也就是通风效果。
而通风不好，里面的燃料燃烧就不充分，铁水产量自然就上不去啦。
球团的强度也很重要哦。
我看到有个工人拿着一个球团，用力捏了捏，然后跟旁边的人说这个强度不错。
叔叔说要是球团强度不够，在被运送到高炉的过程中，就会像脆弱的饼干一样碎掉。
碎掉的球团粉末混在里面，会让高炉里面的透气性变得更差。
就像我们在一堆棉花里呼吸，肯定很费劲。
而且啊，还会影响铁水的质量呢。
还有啊，球团的化学成分也得合适。
就像我们做饭要放合适的调料一样。
合适的化学成分能让球团在高炉里更好地和其他原料发生反应。
叔叔给我举了个例子，说有一次因为球团里的某种成分稍微多了一点，结果高炉里就像发生了一场小“战争”，反应变得很不稳定。
铁水的温度也不好控制，工人师傅们忙得焦头烂额的。
所以啊，球团在高炉冶炼里的作用可太大了。
从进入高炉开始，就像一个小卫士一样，守护着整个冶炼过程，让我们能炼出又多又好的铁水。
这小小的球团，可真是有着大大的能量呢！下次有机会，我还要来看看这些神奇的球团是怎么工作的。
宣钢烧结矿、球团矿冶金性能简析
宣钢烧结矿、球团矿冶金性能简析1烧结矿宣钢烧结矿是一种无机矿物，在熔化过程中由烧结剂参与控制转变，是混合物、合金和金属合金中常用的物料。
高纯度无定形铁矿一般由活性焦矿与熟石灰和助剂经烧结成，储存稳定性好。
宣钢无机烧结矿经过系统的加工，粒度大、形状与均匀度好，比表面积大，多曝气用价格合理，可作为冶金材料来使用。
2冶金性能1、抗热性：宣钢烧结矿由熔渣和可熔材料混合而成，抗热性优异，无明显软化变形，熔点高。
2、耐腐蚀性：经多次烧结处理后，其耐腐蚀性比较强，在1200-1300℃的复杂环境中可抵抗熔蚀，使用寿命长。
3、结晶性：由于宣钢烧结矿中有多种还原剂，对渗碳和凝固度都有很大影响，可以使材料获得良好的结晶性。
4、可焊性：是一种中等焊接矿，可用节热焊接、重熔焊接等方式进行焊接；可焊性也不错，用gcr13材料进行焊接，抗拉断焊接位及船弧焊接位的强度都比较高。
3球团矿宣钢球团矿又称球墨铸铁，是以铁、碳、硅等元素为基本成分的灰色球团矿。
球团矿由无定型铁矿、活性焦粉和一定量的助焦剂（烧结剂和助剂）烧结而成，抗热性、耐磨性、热膨胀性均非常优异，具有良好的商业价值。
4冶金性能1、抗拉强度：宣钢球团矿具有极高的抗拉强度，比一般铸铁的强度高出20％，抗拉强度在4千毫米拉伸时可达每平方毫米120兆帕。
2、抗老化性：宣钢球团矿具有良好的抗老化性，可在负荷较大的情况下耐久使用，在高温的环境中，能起到抗氧化保护作用，不受腐蚀影响。
3、耐热性：宣钢球团矿具有良好的耐热性，它能在1000℃以上工作温度，特别是用它制造的模具具有良好的耐热性，能有效提高加工质量，降低模具使用成本。
4、耐腐蚀性：宣钢球团矿具有良好的耐腐蚀性，能在1000℃以上的环境中发挥出良好的耐腐蚀性，特别是在碱性环境中拥有很好的耐腐蚀性，使材料能够长期服役。
以上就是宣钢烧结矿、球团矿冶金性能的简析，可以看出宣钢的烧结矿和球团矿都具有抗热性、耐腐蚀性以及耐热性等优秀的冶金性能，可大大提高金属加工的质量，为企业带来更大的效益。
河北津西钢铁提高球团MO2改善冶金性能试验
1 前言河北津西钢铁股份公司烧结厂现有3座竖炉(1×8 m2+2×10 m2)，年产普通酸性球团矿160万t，球团矿比例占高炉炼铁炉料30％以上。
球团矿作为高炉的酸性炉料，具有品位高、粒度小而均匀、堆密度大、还原性好等优点，但是存在着还原膨胀率高，软化、熔滴温度低等高温冶金性能差的问题，特别是球团矿的荷重软化问题。
为了了解我厂球团矿的冶金性能，我们从现场取球团矿(包括烧结矿和综合炉料结构)做了冶金性能分析(见表1)。
从分析结果来看，我厂的球团矿冶金性能不是太理想，900℃还原性RI低，荷重软化初始温度低，特别是球团矿的熔滴性能特别差，S值达到了534 kPa·℃(标准应当是40 kPa·℃)，实验室试验综合炉料的熔滴特性值也不理想。
这样的球团矿加入高炉后势必影响高炉内的透气性，影响高炉的产量提高，如何改善球团矿的冶金性能是我们要尽快解决的问题。
根据有关资料介绍，球团矿添加MgO对改善球团矿的高温冶金性能有良好的效果。
因为从理论上讲，球团矿中少量配加MgO可以形成高熔点相，镁橄榄石[2MgO·Si02]和偏硅酸镁(MgO·SiO2]熔化温度分别是1 890℃和1 557℃，对提高球团矿的冶金性能有明显的效果。
国内、国外好多钢铁厂都有这方面的报道、技术观点和生产实例，像鞍钢、日本加古川钢铁厂、瑞典LKA B公司心、东北大学川、凌源钢铁公司心、中南工大、甘肃河西堡铁厂等。
这些宝贵的经验和见解给了我们许多启示，在津西现在的原料条件下通过添加MgO添加剂，可以改善球团矿的冶金性能，为高炉高产、优质、降耗创造条件。
特别是津西烧结矿比较紧张的条件下，改善烧结矿的生产局势，改善高炉的原料条件更为重要。
我们想到的球团矿添加MgO有三种方法：(1)添加MgO高的铁精矿粉；(2)添加含MgO20％左右的白云石粉；(3)添加MgO高的高镁石粉。
对上述三种方法分别进行了实验室试验和工业试验。
冷却方式对球团矿冶金性能的影响
图１ 不同冷却方式球 团抗压强度
由测 得 数 据 可 知 ， 自然 冷 却 球 团 抗 压 强 度 高 于水 冷 球 团
８ ０一ｌ Ｏ ． ｎ
自然冷
ｌ． Ｏ Ｏ—ｌ． ２５
６． ３ ２ ２
１４ ．８
５ １ ．２
却球 团
ｌ． ２５一ｌ． ５Ｏ
ｌ． ２． ５０ ５Ｏ
６．４ ２４
１ 一ｌ． ０ ２５
ｌ． ２５—１ ５
加权平 均值 ６ ．２ （ ２ ７ １ ０ ６ （ ． ９ ５ ２ （ ． ３ ２２ ６．８ ．２ ０ ４ ） ．２ ５ １）
６ ．２ ８ ． ７ ０ ４ ６６
５Ｏ ．９
水冷球团
１ １ ． ０— ２ ５
７．９ ９５
２ ．３ ６ ．２ ０ ４ ２ １
此外还测定了两种还原膨胀后的抗压强度测得自然冷却球团还原膨胀后抗压强度为1152n?个1水冷球团还原膨胀后抗压强度为433n?个1由此可知自然冷却球团还原后其抗压强度远远大于水冷球团还原后球团的抗压强度
冷却方式对球团矿冶金性能的影响
伍
摘
岳 肖 良 明
４ ００ １０ ７）
（中 冶 长 天 国 际 工 程 有 限 责 任 公 司 ，湖 南 长 沙
表 ２ 球 团矿化学成分 ／ ％
试样 粒度 ／ ｍ ｍ
一
ｌ一Ｚ ５ ０ ｌ．
ｌ．一 ５ ２ ５ ｌ
１—５ ５ ２
Ｔｅ ｆ
６。４ １５ ６．２ ２４
ＦＯ ｅ
ｌ７ ＿４ ｎ ６１
ＳＯ ｉ２
５Ｏ ．２ ５４ ．４
球团粒度 ／ ｍ ｍ
８０ ．
十
自然冷却球团 ＋
水冷球团
我国球团矿生产发展的现状和建议
我国球团矿生产发展的现状和建议球团矿具有强度好、粒度均匀、形状规则、含铁品位高、还原性好等优点，在高炉冶炼中可起到增产节焦、改善炼铁技术经济指标、降低生铁成本、提高经济效益的作用。
为适应钢铁工业快速发展、高炉精料技术和合理炉料结构的要求，近年来，球团矿作为优质原料得到青睐和高度重视，一些钢铁厂正在积极筹建或扩大球团矿产能。
球团矿是含铁炉料发展最快的原料。
据统计，在世界炉料的新增产能中，球团矿产能明显提高。
目前，我国年产球团矿5000万吨左右，占高炉炉料比例13％左右，球团矿使用比例未达到高炉综合炉料优化的比例。
我国有37家企业63座竖炉生产球团矿(绝大多数为8m2竖炉，最小4m2，最大16m2)，总容积566．5 m2，生产球团矿3170万吨左右，2座带式焙烧机(包钢162 m2和鞍钢321．6 m2)，生产球团矿330万吨左右；14套链箅机—回转窑(首钢Φ4．7m×35．Om 和Φ5．9m×38.0m、承德Φ3．5m×30．0m、新兴铸管公司Φ3．5m×30．0m、鞍钢弓矿一球Φ6.lm×40．0m和弓矿二球Φ6．1 m×40．0 m、武钢程潮Φ5．0m×33．0m、柳钢Φ5．O m×33．0m、昆钢Φ5．0 m×33．0 m、攀钢Φ5．0 m×33．O m、莱钢矿建Φ3．2 m×26m和Φ4．O m×30 m、鲁南矿业Φ4．0 m×30 m和莱芜矿业Φ4．O m×30 m)，生产球团矿1500万吨左右。
目前，我国竖炉球团工艺占65％左右，为中小型企业球团矿生产的主体工艺，这符合我国资源和企业规模偏小特点。
中小企业及地方骨干企业规模多为100～300万吨，建2～3座竖炉即可满足高炉合理炉料结构的要求，此外建竖炉具有投资省、周期短、见效快等特点，还可充分利用自产富余的高炉煤气，但竖炉单机(台)产量低，生产规模小，产品的品质难以满足大型高炉冶炼要求。
国内外几种球团矿的冶金性能
※ 表中TBS、TBE分别为试样收缩4%和40%的温度值
表4
国内外几种球团矿的熔滴性能
模拟高炉条件下的 软化(℃)
冶金性能
TS ℃
Td ℃
△T ℃
△Pm ×9.8Pa
S值 KPa·℃
球团矿名称 济钢球团矿1# 济钢球团矿2# 新临钢球团矿 密云球团矿 CVRD球团矿 乌克兰球团矿
T10% 1059 1107 1130 1121 1138 1146
表1
我国球团生产增长和短缺状况
国产球团 所占比例 (%) 6.10 6.50 7.67 9.56 10.21 10.69 11.75 14.06 20%球团 矿缺口量 (万t) 2786.6 2828.9 2869.3 2825.5 3186.0 3500 3524 2836 25%球团 矿缺口量 (万t) 3789.3 3877.0 4032.6 4178.2 4812.5 5380 5660 5220
年份
球团矿年 生铁年 产量(万t) 产量(万t)
铁料需求 总量(万t)
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006
1224 1363.5 1783.9 2585.1 3320 4020 5020 6700
12533 13101 14541 16908 20法： 2.2、本次试验的检测方法： 球团矿的冶金性能包括900℃还原性(RI)，500℃低温还原 球团矿的冶金性能包括900℃还原性(RI)，500℃低温还原 粉化性能(RDI)，900℃还原膨胀指数(RSI)，荷重还原软化性 粉化性能(RDI)，900℃还原膨胀指数(RSI)，荷重还原软化性 能和熔滴性能。RI，RDI和RSI测定方法分别采用相应的国家标 能和熔滴性能。RI，RDI和RSI测定方法分别采用相应的国家标 准即：GB/T 13241－91， 准即：GB/T 13241－91，GB/T 13242－91和GB/T13240－90， 13242－91和GB/T13240－90， 荷重还原软化性能和熔滴性能目前国内外尚无统一的检测标准， 本次试验采用北京科技大学许满兴设定的试验方法。 国内外几种球团矿冶金性能试验结果： 3、国内外几种球团矿冶金性能试验结果： 表3 国内外几种球团矿的冶金性能
国内外不同种类球团矿的冶金性能及质量分析
１％ ，这对高 炉指 标 影 响较 大 ，一 是 ｓＯ ４５ ０ ｉ，＞ ．％ 后 ，球 团矿 在 高 温 下 的还 原 性 差 ，会 引 起 焦 比 的
升高 ，二是 Ｓ０ ｉ 是 高 炉渣 量 的源 头 ，入炉 矿 ＳＯ ｉ
２ ０ 第 ４期 ｏ ８年
许 满 兴 ： 国 内外 不 同种 类 球 团矿 的冶 金 性 能 及 质 量 分 析
论 和重 视球 团 矿 的质 量 具 有 重 大 的理 论 价 值 和 经 济 意义 。在 铁 矿 石 高 价 位 运 营 的今 天 ，重 视 提 高 球 团矿 的含 铁 品 位 和 降低 ｓ０ 含 量 ，重 视 和 改 善 ｉ： 球 团矿 的冶 金性 能 ，更有 重要 的技 术经 济 价值 。
到 ４ ５ 以下 的也 仅有济 钢 等几 个企 业 ，不 少企 业 ．％ Ｓ０ 含 量 在 ６ 以上 ，个 别 企 业 甚 至 达 到 ８ 一 ｉ， ％ ％
１ 我 国竖 炉球 团矿 ，大 多数 厂 家 的成 品球 团 ） 含铁 品位偏 低 ，除 济 钢 、新 临钢 等 个 别 企 业 品 位 达到 ６ ％ 以上 外 ，大 多 数 厂 家 的 产 品 品 位 均 在 ４ ６％ ～ ２ ０ ６ ％之 问 ，其 中有一 些企业 精矿 粉 的品位并 不低 ，是在 造 球 工 艺 阶 段 配 用 膨 润 土 比 例较 高所
球 团矿 按 其 焙 烧 工 艺 设 备 有 竖 炉 球 团 ，链 篦 机 回转 窑 球 团 和带 式 焙 烧 机 球 团 三 类 ，按 铁 矿 粉 的品种 分 赤 铁 矿 粉 球 团 和 磁 铁 矿 粉 球 团两 种 ，按 碱 度分 为 酸 性 球 团 和 熔 剂 性 球 团 两 种 。但 不 论 哪
的质量 直 接 影 响着 高 炉 冶 炼 技 术 经 济 指 标 。 近 几
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钢铁厂冷压块与球团矿冶金性能对比-冶金工业论文-工业论文
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摘要：冶金工业生产领域里，由于对减排的政策要求越来越高，企业内部循环无聊的处理日渐成为一个人们课题。
冷固成型技术尽管发展有一定局限，但如果能与固废处理相结合，可以发挥更大的社会和经济效益，形成高效的循环经济新技术。
本项目通过对冷压球（块）的冶金性能对比研究，分析了作为高炉入炉原料的可行性，对钢铁企业循环物料的资源化利用开拓了新的途径。
关键词：冷压块；复合粘接剂；高炉应用；冶金性能
烧结矿和球团作为高炉炼铁生产的主要入炉原料，其自身的质量对于高炉炼铁而言具有很大的影响。
近年来，由于钢铁行业竞争激烈，为了降低成本节约资源，必不可少的需要使用一些低成本的铁矿石，
这就造成烧结矿的冶金性能不稳定、强度差。
重庆臻焱节能环保科技有限公司在开发出专利技术后，在汉钢进行了冷压块的生产实践，取得很好的效果。
但为了了解冷压块在生产过程中的作用机理，专门委托第三方科研机构进行了冷压块与常规使用的球团矿的冶金性能对比研究，进一步明确该项技术在实际使用中的价值。
矿石的冶金性能是评价各类炼铁原料冶炼适应性价值的标准，通常再用的指标包括低温还原粉化、还原性、热爆裂性能、荷重软化特性等指标，这些指标的测试方法都有相应的标准进行规定。
冷压块的低温还原粉化和还原性都有见诸报道的研究结论，因此本次研究的重点主要是爆裂性和荷重软化特性研究。
1研究方法
1.1荷重软化特性实验
目前对于荷重软化性能的实验方法国内没有统一的标准，不过通
行的方法是试样在荷重状态下连续通还原气体并升温，同时连续测定位移变化获得试样随温度升高的收缩曲线，定义位移收缩10%为软化开始温度，压差最高对应的温度为软化终了温度。
同时根据获得的压差变化定义熔融开始温度和熔融终了温度。
铁矿石高温熔滴、软熔性能是影响高炉炉内情况，炉料的正常运行及煤气流的合理分布的重要性质。
本实验是模拟高炉内软熔带条件，测定铁矿石的高温软熔性能，分析铁矿石在高温还原软熔过程中料层有关性能变化，为高炉冶炼提供参考依据。
1.2热爆裂指数检验方法
块矿热爆裂指数检测方法筛分粒度20~25mm的试样，称重500g 试样，在100~110℃干燥至少12h，保留粒度20~25mm的样品并在100~110℃继续干燥至少2h得到检测试样；将石墨坩埚加热至700℃，恒温保持至少20min后将检测试样放入石墨坩埚中并盖上坩埚盖，至少30min后取出并冷却至室温；计算热爆裂指数DI-6.3测得石墨坩埚中的产品质量为m1，测得粒度小于6.3mm的产品质量为m2，热爆裂指数DI-6.3以实验结束后小于6.3mm的质量百分数定义。
2数据分析
2.1高炉工艺对入炉原料冶金性能的要求
研究重点集中在荷重软化特性与爆裂温度两个冶金性能指标。
目前国内对入炉矿石的冶金性能要求均为非强制性的，官方标准是“YB/T421-2014铁烧结矿”对人造富矿的冶金性能进行了规定，但并未涉及荷重软化特性和热爆裂指数。
而“GB50427-2008高炉炼铁工艺设计规范”也主要是针对特大型高炉，规定了热爆裂指数小于1%，也未涉及矿石的荷重软化特性。
鉴于目前生产现状，行业内有一些基本的冶金性能约束条件杯采用。
一般对荷重软化指标，人为开始软化温度不低于1100℃，软化区间不大于100℃为宜。
热爆裂指数一般应小于10％，如热爆裂指数超过10％，则对应块矿的添加比例不超过15％。
2.2冷压块的冶金性能分析
表1是对本次所用矿石试样的抗压强度进行了测定，球团的抗压强度平均值达到了2526N/个球，完全能够满足高炉使用的要求。
通常情况下1000M3级别的高炉，抗压强度1500~2500N/个球都是可以接受的。
但是可以看到，压块的强度就要偏低一些，但是考虑的压块的入炉比例比较低，如果规定一个严格的控制上限应该也能满足冶炼要求。
表2是荷重软化特性的指标测定。
从冶炼的角度来说，荷重软化特性主要描述了高炉原料间接还原的区间大小和软融带的厚度，工艺上希望间接还原区间大一些、软融带薄一些，则既能保证高炉化学能利用水平，又能保证顺行维持高产条件。
参照球团矿的荷重软化数据，压块球的开始软化温度要略低一些，距离一般要求的下限温度（1100℃）也差了34℃，软化区间高于球团矿。
因此综合来看，压块是可以作为炉料进行入炉冶炼的，但是应该限制比例使用。
表3是本次实验研究获得的对比样热爆裂指数测定数据。
数据表明压块的热爆裂指数远远大于球团矿，这跟冷固压块技术采用的符合粘结剂有一定关系。
3结语
综合以上数据，结合冷固压块在生产实际中的一些情况，得到以下结论：（1）冷固压块技术是一个相对比较成熟的技术，在冶金企业处理一些循化料并参与一些工艺环节，是可行的。
（2）实践种利用特殊的粘结剂对钢铁厂的循环料进行冷固处理，经过测定冶金性能表明，基本能够满足高炉冶炼的要求，但是通过与球团的冶金性能进行对比，差距仍然是存在的。
因此，在实际生产过程中应予以限制使用。
（3）该项研究工作要有进一步深入研究的必要，因为在减排的要求下，将企业循环料高效使用的要求会更加迫切。