高质量球团矿生产与高炉合理炉料结构的选择

高质量球团矿生产与高炉合理炉料结构的选择

许满兴

(北京科技大学)

摘要 : 本文提出了目前我国钢铁企业生产遇到的一 个突出问题,即球团矿生产还要不要发展和生产什么样的 球团矿的问题,论述了选择高炉合理炉料结构的五个原则, 阐明了我国大力发展高质量球团矿生产的可行性。 关键词 : 球团矿生产 合理炉料结构 熔剂性球团

1. 我国球团矿生产出现的一大问题

我国球团矿年产量2011年曾达到20400万吨,由于钢铁企业面临亏本

球团矿生产成本居高不下,全国25家钢铁企业球团矿的生产成本较烧结矿平均高177.85元/吨;2012年全国22家企业球团矿生产成本平均较烧结矿高100.66元/吨,造成多家企业多条生产线停产,据不完全统计2012年全国球团矿因停产导致球团矿产量减少6600万吨,这引起了球团矿生产行业和有关领导部门的严重关注。2011年、2012年全国球团矿与烧结生产成本比较列于表1和表2. 由近两年的生产成本对比数据可看出,虽然2012年比2011年的生产成本对比降低了77元/吨之多,但这并不能说明2012年球团矿的生产成本比2011年降低了,而是原来成本相差大的几家企业2012年停产了,这问题的本质是对比的基础太不相同,最主要的品位和SiO2含量区别较大,通过到瑞典和美国考察调研,对球团矿的价格高,烧结矿的生产成本低,即我国目前出现的这个问题,有了一个比较全面的认识。我国高炉炼铁吨矿比为1650kg 左右,渣铁比为320kg ,燃料比为520kg ,北欧瑞典高炉炼铁吨矿比1300kg ,渣铁比低于160kg ,燃料比450kg ,吨铁用矿就相差350kg ,相当于吨铁用矿相差350元左右。而在我国球团矿与烧结矿的差价仅为150元左右,因此从矿价而言,采用球团矿比采用烧结矿有优势,且球团矿生产的能耗仅为烧结矿的43%,烧结生产还有烟气脱硝、脱二噁英问题难以解决,需要较大的投入。美国的米塔尔和美钢联(USS )的高炉炉料结构都是80%的高品位球团矿+20%的高碱度烧结矿,采用高品位球团矿炼铁低燃料比消耗,既有节能减排的优势,还有改善环保的巨大社会效益,因此这就较充分回答了球团矿该不该停产的问题。

表1 2011年我国25家钢铁企业球团矿与烧结矿生产成本对比表[1]

表2 2012年我国22家钢铁企业球团矿与烧结矿生产成本对比表[2]

2. 高炉合理炉料结构的正确选择

球团矿该不该停产?应该生产和发展什么样的球团矿?这实际上是高炉

炼铁合理炉料结构的选择问题。高炉合理炉料结构的正确选择应遵循和确立哪些原则:

1) 高品位、低渣量的原则

为什么要确立这个原则呢?因为高炉炼铁的实践证明:品位和渣铁比直接影 响燃料比和透气性,炼铁工作者要想尽办法把渣铁比降低到最低水平。具体地说,1%的入炉矿品位,影响燃料比1.6%,影响高炉产量2..25 %,而且品位与SiO2含量是联系在一起的,入炉矿的SiO2含量升高1%,渣量会增加50kg/t,影响

15kg/t喷煤比,100kg/t渣量将会影响燃料比和产量各3%~3.5%。

不同铁矿石的冶金价值和不同入炉矿SiO2含量对高炉指标的影响分列于表3表4和表5

表3 不同品位铁矿石的冶金价值〔3〕

铁矿石品位

(%)

综合燃料比 (kg/t)

渣铁比 (kg/t)

铁矿石价值

元/t

1%铁分价值

(元)

40 45 50 55 60 65 1570 1290 1063 870 717 585 2688 2014 1470 1020 644 325

-364 -87.5 192.5 479.5 763.0 1050 -9.10 -1.96 3.85 8.72 12.71 16.17

表4 铁矿石SiO2含量对高炉冶炼指标的影响

入炉矿SiO 2 含量(%)

入炉矿 品位(%)

吨铁矿石 用量(kg/t)

渣铁比 (kg/t)

渣量增长 比例(%)

燃料比变化 (kg/t)

高炉产量 变化(%)

3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 63 60 57 54 51 1508 1583 1667 1759 1863 233.5 283.0 344.6 406.0 479.0 0 +21.2 +47.5 +73.9 +102.1 490 520 560 600 650 0 -7.5 -15.0 -22.5 -30.0

表5 SiO2含量对球团矿冶金性能的影响

2) 以高碱度烧结矿为主的原则(在目前中国条件下)

这个原则的确立是根据目前几乎所用钢铁企业的炉料都是以烧结矿为主的现实而定的。但有的企业由于炉料平衡问题,或认为烧结矿的生产成本比

球团矿和块矿便宜,把烧结矿的碱度定为低于1.80的水平,这在技术上是落后的,在经营上也是吃亏的。因为这样做忽视了合理炉料结构要发挥高碱度烧结矿冶金性能的优势,造成高炉指标不良。烧结矿的最佳碱度范围是CaO/SiO2=1.9~2.3(倍),烧结矿在这个碱度范围内,不仅还原性优良(RI >85%),RDI 指数良好,而且软熔性能优良,软熔区间窄,有利于高炉下部焦窗的透气和透液性;反之将会降低还原性,影响高炉下部的透气透液性,严重影响高炉顺行和操作指标。

这里为什么要提出在中国目前条件下呢?因为我们要走低燃料比炼铁的路,西欧和美国高炉生产的实践告诉我们,以高品位球团矿为主的炉料结构有利于降低渣量、降低燃料比,例如瑞典的高炉100%高品位球团矿冶炼,渣铁比仅为150~160kg/t,燃料比达到450kg 的先进水平;美国高炉以80%熔剂性球团+20%高碱度烧结矿的炉料结构,渣铁比为240kg~260kg,燃料比500kg 左右. 我国2012年77家重点企业的平均燃料比为513kg ,全国380余家年平均燃料比距世界先进水平会有一大段距离。我国有大量的磁精矿粉,也有条件走以球团矿为主的炉料结构的可能。

3) 低MgO 、低Al 2O 3的原则:

MgO 含量虽然有利于烧结矿的RDI 的改善和炉渣流动性和脱S 效果的提高, 但对烧结矿的冷强度和还原性有较大的负面影响,笔者通过计算(不是铁矿粉自带、而是外配白云石提高烧结矿的MgO 含量),提高1%的MgO ,吨铁成本将提高96.60元,而且国内外均有低MgO 烧结和高炉冶炼的经验,例如韩国浦项炼铁,烧结矿的MgO 为0.78%,高炉炉渣的MgO 含量低至3.23%,日本新日铁的烧结矿MgO 历来均低于1.0%;我国三明钢铁公司也有低MgO 烧结和高炉炼铁低MgO 炉渣的实践,烧结矿的MgO 为0.64~0.8%,高炉炉渣MgO 为6%,高炉操作指标良好。因此笔者建议将烧结矿的MgO 定为<1.5%的水平,有利于低成本、低燃料比炼铁。

Al 2O 3是烧结生产形成铁酸钙(5CaO ·2SiO 2·9(AlFe)2O 3)的必要成分,合理的Al 2O 3/ SiO 2为0.1~0.4, 2%是烧结矿Al 2O 3含量的界限值,烧结矿的Al 2O 3>2%后,其冷强度和RDI 指数会大幅度下降,而且Al 2O 3升高后,进入高炉会影响炉渣的流动性和脱硫效果。正因为有以上的情况,故炉料结构应坚持低MgO 和低Al 2O 3的原则。

4) 矿产资源合理配置的原则:

高炉炼铁本身就是矿产资源的加工过程,它当然要与资源的合理配置相适应:

这应根据企业有无自产矿山资源的区别,例如鞍钢、太钢与宝钢和宁波钢铁就不大可能实行一样的炉料结构;同时也要区别沿海港口企业与内地企业的条件,港口企业无原料的运输费用,内地企业不能不考虑运费对成本和效益的影响;还有考虑企业有无球团产能的区别,例如鞍钢和武钢、马钢、京唐公司有较大

的球团产能,配用球团矿的比例一般会比无球团产能的企业应高得多。

5) 低成本、低燃料比的原则:

低耗、环保、高效、低成本是高炉炼铁追求的目标,低成本是核心。要 实现低成本,靠的是优化采购、优化配矿、优化用矿、以稳定的炉料质量作基础。高炉炼铁低成本、低燃料比是一个互相依存的关系,为要低成本,就要低燃料比;低燃料比有利于降低炼铁成本。不能把低成本与低燃料比对立起来,近几年来个别企业一切从低成本出发,不考虑燃料比的高低,这不仅影响了企业的声誉,也对社会环境造成重大影响。低品位、劣质炉料与低燃料比是相违背的,它不能实现高炉的稳定顺行,没有高炉炉况的稳定顺行,高炉高效、低成本炼铁的一切目标都将会全部落空。高炉生产实践证明,以低燃料比求高产是炼铁工作者操作高炉的最佳选择。

3. 我国发展高品位球团矿生产的可行性分析

由于我国有大量的磁精矿粉适合于球团生产,我国球团矿生产得到了快速发 展。全国球团矿的年产量已从2001年的1784万吨增长到2011年的20410万吨,10年时间年产量整整增长了11.4倍,这是值得赞许的世界罕见的发展速度。但对比北欧和美国的球团生产,我国生产球团矿的质量还存在几个突出问题,这主要是对用于球团矿生产的原料准备不精,粒度粗、SiO 2含量高,造成成品球团矿粒度大、品位低、SiO 2含量高、球团矿质量差,严重影响了球团矿在我国钢铁企业处于“困境”时期的使用地位和效果,因此,改善我国球团矿的质量(重点是提高品位和降低SiO2含量),真正发挥球团矿高品位低渣量的优势,取得低耗、环保的冶炼效果,是我国发展球团矿的当务之急。

进入新世纪以来,我国球团矿生产,不仅产能有了巨大的发展,质量在不断前进和提高中,我国球团矿质量已经达到的水平列于表6。

表6 我国球团矿的化学成分与冶金性能〔4〕〔5〕〔6〕

生产工艺

企业名称 首钢 首钢 鞍钢 武钢鄂州 鞍钢总厂 京唐公司

TFe FeO

SiO 2 CaO CaO/SiO2 RI (%) RSI (%) RDI +3.15(%)

链篦 机回 转窑 带式焙烧机 65.44

62.33 65.54 64.85 65.44 65.75 0.33 0.18 0.31 0.25 0.25 0.72 4.82 4.76 5.34 3.21 5.68 3.47 0.30 3.89 0.30 0.58 0.31 0.58 0.06 0.82 0.06 0.18 0.05 0.17 61.0 73.3 68.9 76.0 71.6 70.02 11.0 17.0 14.05 18.60 16.30 18.62 83.50 87.40 95.50 78.30 88.00 95.10

由表6可见,在我国生产高品位、低SiO2的优质球团矿是完全有可能的。 铁精矿是高质量球团生产的主要原料,目前我国生产的球团矿,大多数成品矿的品位偏低,SiO2含量偏高,造成高炉炼铁的渣铁比降不下来,与北欧和北美国家的燃料比相差一段距离,这个问题主要来源于铁精粉的质量。铁精粉的品位和SiO2含量不是不能再改进了,从我国2000年以来,鞍本地区和太钢提铁降硅的科技攻关,有效提高了铁精矿的品位和降低了SiO2含量,其攻关前后的

变化情况列于表7。

表7 我国鞍本和太钢铁精粉提铁降硅的攻关效果〔7〕 调军山 齐大山 弓 长 岭 本钢歪头山 太钢尖山矿 TFe SiO 2 TFe SiO 2 TFe SiO 2 TFe SiO 2 TFe SiO 2

矿名

年份

2000 2001 2002 2003 64.36 65.37 66.81 67.32 5.88 5.07 4.12 3.80 63.50 65.09 67.02 67.66 8.50 7.66 4.88 4.00 65.44 65.56 68.90 68.87 8.33 67.00 8.00 66.10 7.55 8.31 - - - - 5.16 - - - - 3.91 69.00 4.00 69.15 3.67

由表7可说明,对铁精粉的提铁降硅攻关,都能不同程度取得良好的效果,从而说明在我国条件下,生产高品位,低SiO2的球团矿是有条件和希望的。但据了解, 我国磨矿设备还落后于西方国家,要实现持久的高品位、低SiO 2还有困难,这可以通过引进先进磨矿设备国产化去觧决。在发展球团矿问题上,贵在要树立高品位、低渣量、低燃料比炼铁的理念;贵在要树立发展我国钢铁工业应重在发展高品位、低SiO 2的球团生产。笔者相信:只要全国采选和球团工作者进一步齐努力,为我国高比例配用球团矿实现低渣量、低燃料比炼铁,我国球团矿生产的发展前景是广阔和大有可为的。

主要参考文献:

[1]全国烧结球团信息网 2011年全国烧结球团厂产品成本汇编 [2]全国烧结球团信息网 2012年全国烧结球团厂产品成本汇编

[3]许满兴 国内外不同铁矿石品位的价值 2004年全国烧结球团技术交流年会论文集(10) [4]焦玉书 田嘉印等 世界球团矿生产态势

2009年全国球团技术研讨会文集(1~7)

[5]夏雷阁等 大型带式焙烧机在首钢、京唐球团的应用

2012年全国烧结球团技术交流年会论文集(168)

[6]许满兴 我国球团生产球团技术现状及发展趋势

2012年全国炼铁生产技术会议暨炼铁学术年会文集上册

(385)

[7]黄晓煜等 现代鞍钢精料之路 2003年中国钢铁年会论文集(299)


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