铁矿石球团在高炉炉料中的使用

铁矿石球团在高炉炉料中的使用

  造粒是一个过程，包括将尺寸小于 200 目的铁矿石细粒与膨润土等添加剂混合，然后通过造粒机将它们成型为直径 8-20 毫米的椭圆形/球形块，然后通过烧制使球硬化用燃料。这是将铁矿石粉转化为“尺寸均匀的铁矿石球团”的过程，可以直接装入高炉。图1为铁矿石球团。

图 1 铁矿石球团

有几种可用的铁矿石球团工艺/技术。但目前较为流行的工艺有直行炉排（STG）工艺和炉排窑（GK）工艺。

铁矿石球团的物理性质如下。

•     尺寸 – 8-20 毫米

•     pH 值（40 克/升，20 摄氏度；水中浆液）– 5.0 – 8.0

•     熔点 – 1500-1600 摄氏度

•     堆积密度 – 2.0 -2.2 t/Cum

•     不倒翁指数（+6.3 毫米）– 93-94 %

•     磨损指数 (-0.5 mm) – 5-6 %

•     抗压强度 (daN/p) – 大约 250

•     孔隙率 –> 18 %

下面给出铁矿石球团的化学分析。

BF 级                     DRI 级

FE％63 - 65.5 65 -67.8

SiO2 + Al2O3                         %              <5                               <5

CAO + MGO％最多3最高0.10

P, max                                                                                                                                                    0.05

S，最大％0.01 0.01

碱度，最小值                          %              0.5

崩解（-3.15 毫米）   %                                                  2

肿胀指数                        %            13-18

可还原性                            %                65

不同的粒料 ISO 标准测试见表 1

球团的质量受矿石或精矿的性质、伴生的脉石、助熔剂的类型和添加量的影响。这些因素反过来导致共存相的物理化学性质及其在颗粒硬化过程中的分布发生变化。因此，球团的性质在很大程度上取决于矿石颗粒之间实现的结合形式和程度，以及在高炉中氧化铁还原过程中这些结合相的稳定性。由于硬化过程中相和微观结构的形成取决于助熔剂的种类和添加量，因此助熔剂的CaO/SiO2比和MgO含量对球团质量有一定的影响。

铁矿石球团在高炉中的使用历史

  颗粒的历史始于 1912 年瑞典人 A.G. Andersson 发明造粒方法。

然而，颗粒的商业用途是在第二次世界大战后在美国开始的。进行了各种研究，目的是在五大湖周围地区开发大量的铁燧岩储量。 1943年，明尼苏达大学矿山实验站教授戴维斯博士发明了一种处理含低品位铁矿石的铁燧岩的方法。他的工艺包括研磨铁燧石以去除脉石和升级铁矿石（即矿石选矿工艺）。得到的高品位矿石呈细颗粒状，小至 0.1 毫米或更小，不适合烧结。这个问题导致了这些细颗粒造粒的发展。在全球高品位块矿储量不断减少的时代，今天的球团厂发挥着重要作用。这些工厂促进将低品位矿石浓缩成升级球团，这些球团越来越多地用于高炉和直接还原炉。

美国的炼铁历史上在很大程度上以球团矿为基础，主要是因为所有当地的铁矿石都需要通过将其研磨成细颗粒（<0.1 毫米）并将这些细粉团聚成球团来进行选矿（升级），而且还因为烧结厂是由于环境原因未使用。

铁矿石球团现在是北美高炉铁的最大单一来源。球团约占高炉炉料的 70%。最初生产酸性球团（DRI 级）并用于高炉。

在 1980 年代中期，进行了许多球团和高炉试验，以评估石灰石白云石熔剂球团的好处。到本世纪末，助焊剂颗粒已牢固确立为主要产品，约占北美颗粒产量的 30%。

向助焊剂颗粒的过渡涉及工厂设备（例如助焊剂研磨机、预热燃烧器）和实践的许多变化。每个球团厂都定制了助熔球团化学成分，以满足其客户的高炉操作。因此，有颗粒厂生产多达四个等级的颗粒。在北美，颗粒已从 1970 年代初期的商品转变为定制产品，以满足 1990 年代客户特定的最苛刻规格。北美熔剂球团目前在还原性和软化熔化性能方面与最好的烧结矿相当，在强度和低温击穿（LTD/RDI）方面更胜一筹。

颗粒的优点

  铁矿球团矿具有以下特性，可作为高炉炉料中烧结块矿和标定块矿的替代品。

• 球团的球形和开孔可提供更好且均匀的渗透性，从而使炉子运行更顺畅。颗粒具有统一的尺寸范围，通常在 8 至 20 毫米的范围内。
• 颗粒具有非常高的冷压碎强度，因此在仓库中产生的细粉可以忽略不计。
• 高孔隙率（大于 18 %）可加快还原速度
• 颗粒强度高（约 250 daN/p），可在负载下降过程中提供良好的抗崩解性。与校准铁矿石相比，它具有更好的翻滚指数。
• 与校准块矿石相比，化学成分均匀。没有 LOI 是颗粒的另一个优势。

球团的溶胀指数是冶金性能的一个重要指标。膨胀表明在还原过程中颗粒的体积变化。还原过程中颗粒的体积膨胀导致颗粒的抗压强度降低。炉内的高膨胀会导致托盘体积增加，从而减少装料空隙。这会阻碍炉内的气体流动并导致压降。这反过来又导致炉料在高炉内悬挂和滑落。白云石的添加有利于球团膨胀性能的改善。高炉球团的最大允许膨胀范围为 16% 至 18%。酸性球团（DRI 球团）和无 MgO 球团表现出更高的溶胀性。

就还原性和软化熔化性能而言，可以生产出与最佳烧结矿相当的熔剂球团，并且在强度和低温击穿 (LTD/RDI) 方面更胜一筹。助熔颗粒表现出良好的强度、改进的还原性、溶胀和软化熔融特性。由于这些特性，助焊剂球团在高炉中具有更好的性能。

高炉炉料中的金属

烧结矿、球团矿和校准块矿是高炉炉料中常用的三种含铁金属。随着高炉参数的调整，高炉炉料中所有三种金属的使用量可以从 0% 变化到 100%。这三种金属可以以两种金属或三种金属的任意组合使用。金属材料的选择没有标准公式。金属材料的选择取决于不同植物的多种因素。下面给出一些影响金属材料选择的因素。

• 提供正确规格的金属材料
• 金属材料的还原性、热爆裂性、软化性等冶金性能
• 金属材料的相对成本
• 金属的使用对铁水整体生产成本的影响
• 可以调整各种炉子参数，例如分布模式、燃料速率等。
• 可以调整过程控制参数
• 熔炉仓库提供的设施
• 自备烧结厂的可用性
• 自备矿山或高炉附近区域可用的铁矿石类型
• BF不挂不滑的平稳运行相关问题
• 与环境相关的问题

高炉中的球团可以使用 0% 到 100%。没有标准的解决方案来增加高炉炉料中的球团含量。每个位置和每个熔炉都会有不同的问题需要识别、分析并找到解决方案，以达到可用于高炉炉料的最大球团含量。目标应该始终是以尽可能低的铁水生产成本实现高炉无故障运行。