金属化球团

冶金工程学术语

金属化球团法是特殊球团法之一，该工艺所生产的金属化球团也称为预还原球团，其实质是:在直接还原过程中，球团以固态完全还原成海绵铁。金属化球团技术在国外已得到较大发展，并表现出强大的生命力。

简介

金属化球团法是特殊球团法之一，该工艺所生产的金属化球团也称为预还原球团，其实质是:在直接还原过程中，球团以固态完全还原成海绵铁。金属化球团技术在国外已得到较大发展，并表现出强大的生命力。近年来，我国金属化球团技术也有较大突破，在消化国外技术的同时，自主研究开发出转底炉法和回转窑法生产金属化球团新工艺，并均已投入实际工业生产。金属化球团技术顺应了直接还原法生产海绵铁-电炉串联炼钢的短流程生产工艺，是炼铁和炼钢生产中的一项重要技术革新。

金属化球团技术的发展

金属化炉料的应用是现代冶金工业发展的重要趋势，而金属化球团是金属化炉料的主要原料。金属化球团技术的发展与直接还原法生产海绵铁技术的发展息息相关。

长期以来，冶金工作者一直试图避免高炉冶炼而直接获得金属铁梅绵铁。自1800年以来，先后有300种以上的直接还原方法问世;仅1950年至1975年就研究了大约100种方案，其中12种进行了半工业试验，但已用于生产的主要有4种:①回转窑法;②竖炉法;③竖罐法;④流化床法。

直接还原法在工业上的应用始于20世纪50年代，到60年代才有重大突破。

2006年世界海绵铁产量达到5 979万t;12007年许多新建产能在中东、印度和俄罗斯投产，世界海绵铁产量达到6722万t。印度已连续5年成为世界最大海绵铁生产国，年产量达到1 900万t。其中70%采用煤基回转窑生产。委内瑞拉的产量居世界第二，年产量为770万t。

我国从1996年起粗钢产量一直位居世界第一，2007年粗钢产量为4. 9亿t。占世界总产量的36%以上，而我国海绵铁生产还处于起步阶段，生产能力落后，远不能满足需求。2007年我国海绵铁产量仅为50万t不到世界产量的1%。

促使金属化球团技术迅速发展的主要原因

近年来促使金属化球团技术迅速发展的主要原因有以下几个方面:

1.冶金价格大幅上涨，而石油、天然气被大量开发，特别是高效率天然气转化法的应用，满足了金属化球团生产对还原煤气的需要，解决了能源的来源和价格问题。

2.超高功率新技术的应用使电炉炼钢得到高速发展，合格废钢供应不足，金属化球团作为废钢的替代品，其需求空间被大大扩展。

3.废钢多数是从社会收集的废钢冲往往含有某些对钢性能不利的有色金属元素，如铜、锡、砷、铅等，无论是采用氧化熔炼法还是采用还原熔炼法都无法去除。随着废钢的循环利用，这些元素在钢中的含量会越积越多，而加入金属化球团可以稀释它们。

4.选矿技术的发展为金属化球团生产的原料提供了保障。原来只能使用杂质少且品位高的天然富矿粉生产金属化球团，现在利用经选矿处理的高品位铁精矿粉生产的金属化球团，其杂质含量可降低到不需要在还原生产中脱除，从而简化了直接还原技术，提高了还原生产产能。

5.铁矿资源的紧张，尤其是高品位富块矿的缺乏，促进了低品位铁矿资源的开发利用。在目前铁矿资源用量较大，国外铁矿限产、价格上涨的情况下，国内铁矿资源开发利用的力度加大。而我国铁矿资源具有贫、细、杂的特点，只有通过选矿才能得到高品位含铁原料，但这些含铁原料多为经过细磨的粉矿，不适于烧结生产，对于球团生产则较为适合。

除上述5点主要原因外，国际国内对于节能降耗、清洁生产意识的增强和要求的提高，也对金属化球团技术的发展具有促进作用。

几种金属化球团生产工艺对比

金属化球团生产工艺很多，目前较成功、已应用于生产的，按还原设备可划分为5种，即转底炉工艺、回转窑工艺、竖炉工艺、竖罐工艺和带式机工艺。其中，竖罐工艺是一种非连续性生产工艺，其余4种则为连续性生产工艺。

转底炉工艺

转底炉工艺是一种较新的金属化球团生产工艺，分单层转底炉工艺和多层转底炉工艺两种形式。单层转底炉工艺使用原料粉与煤粉均匀混合而成的单一球团，而多层转底炉工艺为降低能耗，提高设备利用率和产品质量，使用2层或3层等原料粉与煤粉不相混的不同球团，炉子的各层由加强筋联接，随最底层炉底一起转动，并在转底炉上方进料口处增设料柱。

回转窑工艺

回转窑工艺以固体燃料作为还原剂，以回转窑作为反应器，还原剂和球团矿注球或经过氧化焙烧的球团矿)同时进入回转窑进行还原焙烧，可得到金属化率在90%以上，粒度为5-15mm;用作炼钢原料的金属化球团。

回转窑工艺可处理品位范围较宽的含铁原料包括冶金含铁渣尘等二次资源;对入窑球团矿粒度的要求视球团矿的还原性而定，一般5-15mm，易还原的可达20mm，对球团矿化学成分的要求不严格，但采用高铁分、低脉石的球团矿是达到经济合理的前提。

回转窑工艺的优点是可以直接使用固体煤作为能源，能有效去除某些杂质，缺点是生产率低，热效率低，因而应用范围不广泛，多适用于天然气资源缺乏地区。

竖炉工艺

竖炉工艺是气基法生产金属化球团的最主要、最有效工艺。该工艺将铁精矿制成的生球经过氧化焙烧成为氧化球团成品后再送入还原竖炉进行还原;最终产品金属化率达95%左右，多用作炼钢原料。

竖炉工艺的主要缺点在于对入炉球团强度的要求很高，所以必须使用经氧化焙烧后的球团矿，相对于生球一回转窑工艺多了一道高温氧化焙烧工序，整体工艺流程相对较长。此外，竖炉工艺还存在单炉能力较小，对原料适应性差，受煤气资源制约等问题。所以，竖炉工艺生产金属化球团在我国发展前景不乐观。

竖罐工艺

竖罐工艺最早被用来还原富矿块，是一种非连续性生产工艺，生产时一般需多个罐子交替使用，依次轮流进行主还原、次还原、冷却和卸料4个阶段的操作，每个罐子每一阶段需耗时3整个循环总耗时12竖罐工艺这种切换频繁、耗时漫长的运行模式使其生产效率和生产规模都受到影响。该工艺在国外有工业化实例，国内截至目前还没有应用，发展潜力不大。

带式机工艺

带式机工艺生产金属化球团在国外有所应用。该工艺将固体还原剂与铁矿粉配料后细磨造球，然后在带式机上进行干燥和还原焙烧。若将按比例配好的煤粉、铁精矿和石灰石一起细磨至20目以下后制成含水15%，粒度为12 -19mm的小球，则干燥和焙烧总共需要时间不到12 min。也可对氧化焙烧成品球团矿进行还原焙烧，还原剂多为气体。但该工艺由于还原时间短，因此最终产品金属化率很低，仅18%-50%，通常只能作炼铁原料。

带式机工艺在金属化球团生产方面发展很慢，国内至今还没有工业应用。但是，带式机工艺与转底炉工艺和回转窑工艺一样，可直接使用固体煤作为能源，能有效除去某些杂质，并都具有对原料适应较好的特点。

与其他几种金属化球团生产工艺相比，转底炉工艺、回转窑工艺和带式机工艺是3种最具备大规模生产潜力的工艺，在我国具有广阔的市场前景，但带式机工艺还有待进一步的研究。所以，目前最适合我国的金属化球团生产工艺是转底炉工艺和回转窑工艺。

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