金屬化球團

金屬化球團法是特殊球團法之一，該工藝所生產的金屬化球團也稱為預還原球團，其實質是:在直接還原過程中，球團以固態完全還原成海綿鐵。金屬化球團技術在國外已得到較大發展，並表現出強大的生命力。近年來，我國金屬化球團技術也有較大突破，在消化國外技術的同時，自主研究開發出轉底爐法和迴轉窯法生產金屬化球團新工藝，並均已投入實際工業生產。金屬化球團技術順應了直接還原法生產海綿鐵-電爐串聯鍊鋼的短流程生產工藝，是鍊鐵和鍊鋼生產中的一項重要技術革新 ^[1]  。

金屬化爐料的應用是現代冶金工業發展的重要趨勢，而金屬化球團是金屬化爐料的主要原料。金屬化球團技術的發展與直接還原法生產海綿鐵技術的發展息息相關。

長期以來，冶金工作者一直試圖避免高爐冶煉而直接獲得金屬鐵梅綿鐵。自1800年以來，先後有300種以上的直接還原方法問世;僅1950年至1975年就研究了大約100種方案，其中12種進行了半工業試驗，但已用於生產的主要有4種:①迴轉窯法;②豎爐法;③豎罐法;④流化牀法。

直接還原法在工業上的應用始於20世紀50年代，到60年代才有重大突破。

2006年世界海綿鐵產量達到5 979萬t;12007年許多新建產能在中東、印度和俄羅斯投產，世界海綿鐵產量達到6722萬t。印度已連續5年成為世界最大海綿鐵生產國，年產量達到1 900萬t。其中70%採用煤基迴轉窯生產。委內瑞拉的產量居世界第二，年產量為770萬t。

我國從1996年起粗鋼產量一直位居世界第一，2007年粗鋼產量為4. 9億t。佔世界總產量的36%以上，而我國海綿鐵生產還處於起步階段，生產能力落後，遠不能滿足需求。2007年我國海綿鐵產量僅為50萬t不到世界產量的1% ^[2]  。

近年來促使金屬化球團技術迅速發展的主要原因有以下幾個方面:

1.冶金價格大幅上漲，而石油、天然氣被大量開發，特別是高效率天然氣轉化法的應用，滿足了金屬化球團生產對還原煤氣的需要，解決了能源的來源和價格問題。

2.超高功率新技術的應用使電爐鍊鋼得到高速發展，合格廢鋼供應不足，金屬化球團作為廢鋼的替代品，其需求空間被大大擴展。

3.廢鋼多數是從社會收集的廢鋼衝往往含有某些對鋼性能不利的有色金屬元素，如銅、錫、砷、鉛等，無論是採用氧化熔鍊法還是採用還原熔煉法都無法去除。隨着廢鋼的循環利用，這些元素在鋼中的含量會越積越多，而加入金屬化球團可以稀釋它們。

4.選礦技術的發展為金屬化球團生產的原料提供了保障。原來只能使用雜質少且品位高的天然富礦粉生產金屬化球團，現在利用經選礦處理的高品位鐵精礦粉生產的金屬化球團，其雜質含量可降低到不需要在還原生產中脱除，從而簡化了直接還原技術，提高了還原生產產能。

5.鐵礦資源的緊張，尤其是高品位富塊礦的缺乏，促進了低品位鐵礦資源的開發利用。在目前鐵礦資源用量較大，國外鐵礦限產、價格上漲的情況下，國內鐵礦資源開發利用的力度加大。而我國鐵礦資源具有貧、細、雜的特點，只有通過選礦才能得到高品位含鐵原料，但這些含鐵原料多為經過細磨的粉礦，不適於燒結生產，對於球團生產則較為適合。

除上述5點主要原因外，國際國內對於節能降耗、清潔生產意識的增強和要求的提高，也對金屬化球團技術的發展具有促進作用 ^[1]  。

金屬化球團生產工藝很多，目前較成功、已應用於生產的，按還原設備可劃分為5種，即轉底爐工藝、迴轉窯工藝、豎爐工藝、豎罐工藝和帶式機工藝。其中，豎罐工藝是一種非連續性生產工藝，其餘4種則為連續性生產工藝。

轉底爐工藝是一種較新的金屬化球團生產工藝，分單層轉底爐工藝和多層轉底爐工藝兩種形式。單層轉底爐工藝使用原料粉與煤粉均勻混合而成的單一球團，而多層轉底爐工藝為降低能耗，提高設備利用率和產品質量，使用2層或3層等原料粉與煤粉不相混的不同球團，爐子的各層由加強筋聯接，隨最底層爐底一起轉動，並在轉底爐上方進料口處增設料柱。

迴轉窯工藝以固體燃料作為還原劑，以迴轉窯作為反應器，還原劑和球團礦注球或經過氧化焙燒的球團礦)同時進入迴轉窯進行還原焙燒，可得到金屬化率在90%以上，粒度為5-15mm;用作鍊鋼原料的金屬化球團。

迴轉窯工藝可處理品位範圍較寬的含鐵原料包括冶金含鐵渣塵等二次資源;對入窯球團礦粒度的要求視球團礦的還原性而定，一般5-15mm， 易還原的可達20mm，對球團礦化學成分的要求不嚴格，但採用高鐵分、低脈石的球團礦是達到經濟合理的前提。

迴轉窯工藝的優點是可以直接使用固體煤作為能源，能有效去除某些雜質，缺點是生產率低，熱效率低，因而應用範圍不廣泛，多適用於天然氣資源缺乏地區。

豎爐工藝是氣基法生產金屬化球團的最主要、最有效工藝。該工藝將鐵精礦製成的生球經過氧化焙燒成為氧化球團成品後再送入還原豎爐進行還原;最終產品金屬化率達95%左右，多用作鍊鋼原料。

豎爐工藝的主要缺點在於對入爐球團強度的要求很高，所以必須使用經氧化焙燒後的球團礦，相對於生球一回轉窯工藝多了一道高温氧化焙燒工序，整體工藝流程相對較長。此外，豎爐工藝還存在單爐能力較小，對原料適應性差，受煤氣資源制約等問題。所以，豎爐工藝生產金屬化球團在我國發展前景不樂觀。

豎罐工藝最早被用來還原富礦塊，是一種非連續性生產工藝，生產時一般需多個罐子交替使用，依次輪流進行主還原、次還原、冷卻和卸料4個階段的操作，每個罐子每一階段需耗時3整個循環總耗時12豎罐工藝這種切換頻繁、耗時漫長的運行模式使其生產效率和生產規模都受到影響。該工藝在國外有工業化實例，國內截至目前還沒有應用，發展潛力不大。

帶式機工藝生產金屬化球團在國外有所應用。該工藝將固體還原劑與鐵礦粉配料後細磨造球，然後在帶式機上進行乾燥和還原焙燒。若將按比例配好的煤粉、鐵精礦和石灰石一起細磨至20目以下後製成含水15%，粒度為12 -19mm的小球，則乾燥和焙燒總共需要時間不到12 min。也可對氧化焙燒成品球團礦進行還原焙燒，還原劑多為氣體。但該工藝由於還原時間短，因此最終產品金屬化率很低，僅18%-50%，通常只能作鍊鐵原料。

帶式機工藝在金屬化球團生產方面發展很慢，國內至今還沒有工業應用。但是，帶式機工藝與轉底爐工藝和迴轉窯工藝一樣，可直接使用固體煤作為能源，能有效除去某些雜質，並都具有對原料適應較好的特點。

與其他幾種金屬化球團生產工藝相比，轉底爐工藝、迴轉窯工藝和帶式機工藝是3種最具備大規模生產潛力的工藝，在我國具有廣闊的市場前景，但帶式機工藝還有待進一步的研究。所以，目前最適合我國的金屬化球團生產工藝是轉底爐工藝和迴轉窯工藝 ^[3]  。