铁矿石球团在高炉炉料中的优化应用

球团工艺是将 <200 目铁矿粉与膨润土等添加剂混合，经球团机制成 8~20 mm 椭球/球形球团，再经燃料烧结硬化。即将铁矿粉转化为“规格均一铁矿球团”直接装入高炉。图1 示铁矿球团。

图1 铁矿石球团

球团工艺技术

现有多种球团工艺/技术，目前直链篦机（STG）和链篦机-回转窑（GK）工艺更普及。

铁矿球团物理性质

• 粒度：8~20 mm
• pH（40 g/L, 20°C 水浆）：5.0~8.0
• 熔点：1500~1600°C
• 松装密度：2.0~2.2 t/m³
• 鼓指数（+6.3 mm）：93~94%
• 磨损指数（-0.5 mm）：5~6%
• 抗压强度（daN/p）：~250
• 孔隙率：>18%

铁矿球团化学分析

球团 ISO 标准测试

球团质量受矿石/精矿性质、伴生脉石、熔剂种类用量影响。这些因素导致烧结阶段共存相理化性质及分布变化。故球团性质主要取决于矿石颗粒间结合形式程度及高炉还原铁氧化物时结合相稳定性。因烧结相形成和微观结构取决于熔剂种类用量，CaO/SiO₂ 比和 MgO 含量对球团质量有影响。

铁矿球团高炉应用历史

球团历史始于 1912 年，瑞典人 A.G. Andersson 发明球团法。

商业化应用始于二战后美国。为开发五大湖地区巨大黄铁矿储量开展多项研究。1943 年明尼苏达大学矿山实验站 Davis 教授发明处理低品位黄铁矿法：磨细除脉石、升级铁矿（选矿）。所得高品位矿为极细颗粒（≤0.1 mm），不适合烧结，从而推动这些细粒球团化。球团厂在高品位块矿储量萎缩时代发挥重要作用，推动低品位矿浓缩升级为球团，日益被高炉和直接还原炉采用。

美国炼铁历史上很大程度依赖球团，因本地铁矿均需选矿（磨细 <0.1 mm 并团聚成球团），且因环保原因不使用烧结厂。

铁矿球团现为北美高炉最大铁源。球团占高炉炉料约 70%。早期生产酸性球团（DRI 级）用于高炉。

1980 年代中期，多次球团和高炉试验评估石灰石白云石熔剂球团效益。十年末，熔剂球团确立为主要产品，占北美球团产量约 30%。

转向熔剂球团涉及厂设备多变化（如熔剂磨机、预热燃烧器）和实践调整。各球团厂按客户高炉运行定制熔剂球团化学成分，导致单厂生产多达四个牌号球团。北美球团从 1970 年代初商品化转变为 1990 年代定制化产品，满足客户最苛刻规格。北美熔剂球团在还原性和软化熔融性能相当于最好烧结，强度和低温崩解（LTD/RDI）更优。

球团优势

铁矿球团凭借以下性质可替代烧结矿和选矿粉作高炉炉料：

• 球形和开放气孔提供更好均匀透气性，炉况平稳。球团粒度均匀，通常 8~20 mm。
• 极高冷抗压强度，料仓极少产生细粉。
• 高孔隙率（>18%）加速还原。
• 高强度（~250 daN/p）提供良好下料抗解体能力。转鼓指数优于选矿粉。
• 化学成分均匀，无烧损（LOI）优势。

球团膨胀指数是重要冶金性质。膨胀指示还原时球团体积变化。还原体积膨胀降低球团抗压强度。炉内高膨胀增大球团体积，减少料层间隙，阻碍气流、造成压降，导致高炉挂料滑料。加白云石有利改善膨胀性质。高炉允许球团最大膨胀 16%~18%。酸性球团（DRI 球团）和无 MgO 球团膨胀较高。

熔剂球团还原性、软化熔融性能可达最好烧结水平，强度和低温崩解（LTD/RDI）更优。熔剂球团展现良好强度、改善还原性、膨胀和软化熔融特性，因而在高炉表现更好。

高炉炉料金属料

烧结矿、球团、选矿粉是高炉炉料三大含铁金属料。三者在炉料中比例可 0%~100% 调整，配合调节炉参数。可任意两两或三者组合。无标准配比公式。选择取决于厂况多因素：

• 合格规格金属料可得性
• 金属料冶金性质：还原性、热解离性、软化性质
• 金属料相对成本
• 金属料使用对铁水综合成本影响
• 炉参数调整可能性：布料型式、燃料比等
• 工艺控制参数调整可能性
• 炉料场设施条件
• 自备烧结厂可用性
• 自备矿山或高炉周边铁矿类型
• 高炉不挂不滑平稳运行相关问题
• 环保相关问题

高炉球团比 0%~100% 可调。无标准方案提高球团比。每地每炉问题不同，需识别、分析、寻找方案，确定最大可用球团比。目标始终：最低热成本实现无故障高炉运行。