高比例赤褐鐵礦在球團帶式焙燒機的相關應用與研究

劉勝歌　張俊杰　張巧玉　賈來輝　顧建苛　劉桐　宋亞龍　郭愚　劉建波　裴元東

摘 要：介紹在某鋼鐵公司300萬t帶式球團焙燒機生產線上，采用高比例赤褐鐵礦作為主要原料開展球團工業生產，即將部分燒結富礦粉通過磨礦和壓濾，達到一定的粒度和水分后進行球團生產。通過對原料結構以及磨礦和球團相關工藝參數進行優化調整摸索，包括配加焦化灰進行配碳生產等，明確了赤褐鐵礦比例的最佳控制：球團磨礦中比例不超60%，球團生產中不超40%。最終獲得質量較好的成品球，抗壓強度

2 500 N/P，還原性70%及還原膨脹率<14%，且實現了球團零膨潤土配加。該技術和生產實踐的成功應用為國內球團領域的原料資源擴展、降本增效和降低碳排放均提供了重要借鑒。

關鍵詞：球團；赤褐鐵礦；帶式焙燒；零膨潤土；含碳球團

RELATED APPLICATIONS AND RESEARCH ABOUT HIGH RED LIMONITE IN PELLETS BELT TYPE ROASTING MACHINE

Liu ShenggeZhang Junjie Zhang Qiaoyu Jia Laihui Gu Jianke Liu Tong Song Yalong Guo Yu

Liu Jianbo Pei Yuandong

（1. Zenith Steel Group （Nantong） Co.， Ltd.? ? Nantong? ? 226100，China;

2. Jianlong Steel Holding Co.， Ltd.? ? ?Beijing? ? 100070，China）

Abstract：Introduction in a steel company's 3 million tons belt pellet roaster production line， a high proportion of hematite is used as the main raw material to carry out pellet industrial production， that is， part of the sintered rich ore powder through grinding and filtration， reaching a certain particle size and moisture after pellet production. Through the optimization and adjustment of the raw material structure and the related process parameters of grinding and pelletizing， including carbon production with coking ash， the optimal control of the proportion of hematite was clarified： the proportion in pellet grinding did not exceed 60%， and the proportion in pellet production did not exceed 40%. Finally， the finished ball with good quality was obtained， with a compressive strength of 2 500 N/P， a reduction of 70% and a reduction expansion rate of ＜14%， and zero bentonite addition of pellets was achieved. The successful application of this technology and production practice provides an important reference for the expansion of raw material resources， cost reduction and efficiency improvement and carbon emission reduction in the domestic pelletizing field.

Key words： pellets; Hematite; belt roasting; zero bentonite; carbonaceous pellets

0? ? 引? ? 言

球團技術起源于瑞典和德國，并于1955年在美國建設了第一條帶式焙燒機里塞夫球團廠。我國于20世紀70年代分別由包鋼從日本引進了第一條162 m2帶式焙燒機產線，鞍鋼于1989年從澳大利亞引進了一條321.6 m2的帶式焙燒機。但受限于原料條件以及安裝精度等原因，兩條產線直到1995年以后才陸續實現穩定生產，加上信息的閉塞等原因，帶式焙燒機在國內發展一直停滯不前。直到2008年首鋼京唐與德國奧圖泰公司合作建設了一條400萬t球團并成功應用，此后15年間，國內帶式焙燒機在國內迅速發展[1-5]。

盡管這15年間國內帶式焙燒機應用十分廣泛，也開展了一些新技術的應用[6-10]，如首鋼京唐的堿性球生產實踐，以及四川攀鋼近期投產的以釩鈦礦為主要原料的帶式焙燒機產線，但整體而言帶式焙燒機的優勢并未完全開發，原料結構依然十分受限，大部分球團產線主要以高比例磁鐵礦為主（95%以上）生產酸性球團。為了打破這一局限，某鋼鐵公司積極開展球團原料資源擴展實踐技術研究，將部分燒結粉經過磨礦和壓濾后成功應用于球團生產，可顯著降低原料成本，為國內球團行業發展起到了引領作用。本文對此進行了介紹。

1? ? 高比例赤、褐鐵礦在球團應用的難點及優勢

赤、褐鐵礦含水量較大，含有較為豐富的吸附水、薄膜水、毛細水和重力水，同時還含有分子化合水，由于水分較大，在焙燒干燥過程中容易發生生球爆裂問題，在氧化過程中還有分離化合水，將消耗大量的熱量。

赤、褐鐵礦由于含有黏土成分，只磨不選難以過濾，同時褐鐵礦在干燥焙燒過程中燒損較高，影響料層透氣性，極大影響料層的干燥和焙燒效果，而且高溫情況下容易形成低熔點化合物，對成品球抗壓不利，產生粉末較多。

赤、褐鐵礦不同于磁鐵礦在氧化焙燒過程中有放熱反應，而褐鐵礦含結晶水導致干燥和固結反應耗熱較大，加上赤褐鐵礦理論焙燒溫度1 320 ℃以上，進而在生產過程中難以控制，成品球質量難以穩定控制。

褐鐵礦易于造球，成球形好有利于降低膨潤土消耗，該項目實踐過程中在低產能高比例褐鐵礦生產期間，長時間實現零膨潤土生產模式，大大降低了輔料消耗。

高比例赤褐鐵礦應用于球團生產，顯著的降低了球團原料成本，也極大的降低了入爐原料中燒結和球團的總體碳排放總量，為實現綠色煉鐵起到現實意義。

2? ? 工藝流程說明

如圖1所示，該球團產線配套有磨礦系統、原料準備系統、配料系統、混合系統、造球系統、布料系統、帶式焙燒機及附屬工藝風機和底料循環系統、脫硫脫硝系統等。

本項目的工藝生產方案首先將燒結生產用的原料褐鐵礦MAC（或PB粉）搭配一定比例的巴西鏡鐵礦PFC粉、毛塔粉，經過球磨機進行研磨，使之達到月一定的粒度要求，進入壓濾系統進行壓濾排出水分，控制粒度-200目75%～85%，水分控制9.5%。得到的混合料再直配部分比例磁精粉后，在配料系統配加一定比例的除塵灰、焦化灰和皂土經過充分混合后進入造球系統，經過造球盤的制粒作用并進行篩分，合格的生球進入焙燒機經過7個工藝段的高溫焙燒，最終等到合格粒度、抗壓強度和冶金性能的成品球團。系統焙燒過程中產生的煙氣經過脫硫脫硝煙氣凈化系統處理，合格的煙氣排入到大氣。

3? ? 試驗配比方案

球團生產配比方案如表1所示。所選用各種原料成分見表2。生產用膨潤土的化學成分和物理性能分別見表3和表4。

設計兩種方案主要是針對低產和高產模式下不同生產模式進行設計，方案1主要是設計在低產模式情況下生產，該方案可以顯著降低原料和輔料成本，由于焙燒機干燥、氧化和焙燒時間充足，同時由于高比例的赤褐鐵礦含有豐富的黏土成分以及磨礦的“揉面效應”，可以實現零膨潤土生產模式。該生產模式的主要困難在磨礦壓濾系統和焙燒機焙燒過程的控制，由于本項目產線未配置選礦，高比例的赤鐵礦進入磨機經過研磨后直接進行壓濾，黏土成分高導致壓濾水分難以控制，為此需搭配一定比例鏡鐵礦或磁鐵礦進行磨礦和壓濾，磨礦中赤褐鐵礦比例按不超過60%控制，主要是因為其含黏土成分，比例過高則在壓濾過程中將無法有效排除混合料中的水分。同時，在粒級控制方面，磨礦出料粒級控制-200目在80%～90%，粒度下限控制主要目的一方面滿足后道造球工序，另一方面粒級上限控制也是為了保障物料易于壓濾排水，最終通過優化參數可使混合料水分控制在9%～11%。

為了改善成品球的強度，混合礦料經過磨礦和壓濾后，搭配一定比例磁鐵礦進行直配，赤褐鐵礦占球團原料總配比不超過40%。赤褐鐵礦比例過高將導致球團焙燒過程耗熱較大，同時由于赤褐鐵礦燒損較高，大比例配加造成料層透氣性變差影響球團焙燒以及成品球抗壓強度。

為了解決赤褐鐵礦耗熱問題，在配料工序配加焦化環境除塵灰，配比按0.5%以下控制。生產實踐表明，焦化灰配加超1%，將容易導致生產過程中的料層板結問題，同時焙燒過程將在球團內部產生還原氣氛，導致FeO含量升高，影響球團固結強度。

在焙燒過程中，將鋪底料控制在60～80 mm，即低鋪底料模式生產，一方面保護焙燒機臺車，另一方面降低焙燒機臺車速度，保障球團生球有較長的干燥時間和氧化焙燒時間。鼓風干燥段和抽風干燥段采用低風溫高負壓控制，確保料層下部充分干燥。風溫控制250 ℃以下，煙罩壓力-0.3 kPa，焙燒溫度按1 280～1 320 ℃控制。

經過生產實踐，在方案1生產模式下，成品球抗壓強度稍低約為2 000～2 300 N/P，還原膨脹14%，還原度70%左右。

方案2是生產實踐過程中摸索的最佳的配比方案，控制褐鐵礦總比例25%以下，赤褐總比例控制60%以下，該方案不論是在高產還是低產模式下均可以獲得很好的成品球指標，同時該方案配比情況下，磨礦壓濾效果明顯改善，壓濾機每板料從方案1的15 min降低至12 min以下，提高了磨礦產能發揮，壓濾水分也從10.5%降低至9.5%以下，水分降低后對造球生球質量以及焙燒機干燥過程、生球爆裂等問題都有明顯改善，焙燒過程中系統負壓和溫度十分穩定，燒嘴板結和大煙道積灰問題基本消除。膨潤土消耗只有6 kg/噸球左右，成品球抗壓強度可實現2 500 N/P以上，還原膨脹12%～14%，還原度70%。

經過300萬t球團的生產實踐證明，球團磨礦中赤褐鐵礦最高比例不宜超60%，球團中赤褐鐵礦的總比例不宜超40%。實踐中發現，當進一步提高赤褐鐵礦比例，則帶焙系統負壓和溫度難以控制，對焙燒機設備負荷影響也大，成品球質量也較差，粉塵較多，而且容易在焙燒機燒嘴燃燒室形成低熔點化合物板結，大煙道中積灰明顯。

4? ? 繼續提高赤褐鐵礦的分析

分析認為，后續若想在帶焙實踐中繼續提高赤褐鐵礦比例到60%以上，可考慮配加消石灰和氧化鎂粉（或含鎂原料）生產含鎂堿性球生產模式，進而改善赤褐鐵礦焙燒后成品球質量，提高成品球抗壓強度、還原度和還原膨脹指標。

在堿性球生產模式下，以高硅低堿度或低硅高堿度生產模式進行控制，一方面可以改進成品球團抗壓強度，同時確保全鐵品位TFe的穩定。消石灰添加量根據原料中二氧化硅SiO2含量進行匹配，一般當二氧化硅SiO2含量2.5%～4%時，堿度按0.8～1.1控制，消石灰配比配加2%～5%左右；當二氧化硅SiO2含量4%～8%時，堿度按0.4～0.6控制，消石灰配比配加2%～6%。赤褐鐵礦球團配加消石灰后成品球主要礦相為鐵酸鈣，可有效改善抗壓強度和還原度，但成品球還原膨脹會有所升高，為了改善成品球還原膨脹指標，在原料中添加氧化鎂粉MgO（或俄羅斯粉、海沙等含鎂資源礦粉），氧化鎂指標控制1.5%，氧化鎂添加后可增加球團孔隙率改善還原度，此外在球團還原過程中，鎂離子可以有效起到穩定晶格作用，降低還原膨脹作用。

5? ? 結? ? 論

1）將燒結原料部分轉移到球團可以實現穩定生產的目的，將燒結用的赤、褐鐵礦作為原料用于球團生產過程，擴展了球團生產的原料資源，同時由于其價格低于傳統球團用的精粉，因此可最大程度降低球團原料成本。球團磨礦中60%赤褐鐵礦和球團生產中40%赤褐鐵礦的成功生產實踐，對球團拓展資源起到了引領和示范作用。

2）赤褐鐵礦用于球團生產，由于其含有黏土成分，可最大程度降低球團生產過程中粘結劑配加量，降低加工成本，最終實現了零膨潤土生產，同時有助于減少高爐入爐堿金屬總量。

3）赤褐鐵礦用于球團生產，由于其耗熱高、燒損大、難以過濾，應控制球團磨礦中比例不超60%，球團生產中不超40%，否則壓濾和焙燒過程難以控制，成品球質量也較差。

4）為改善高比例赤褐鐵礦生產過程和成品球的抗壓強度、冶金性能指標，在生產過程中采取搭配鏡鐵礦/磁鐵礦改善壓濾效果，通過配加焦化灰和直配部分磁精粉實現焙燒系統補熱，并改善球團還原性和還原膨脹指標；通過生產含鎂堿性球可提高抗壓強度、還原度和還原膨脹率等指標。

5）由于球團生產工序能耗遠低于燒結生產的工序能耗，將燒結赤褐鐵礦原料轉移至球團生產，可降低鋼鐵行業的能源消耗和碳排放總量。

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