至目前为止,全球铁矿资源中,已探明的品位大于40%的铁矿石约为8500亿t。随着钢铁工业的发展,炼铁所需原料将愈来愈大,而可供直接入炉的富块矿却愈来愈少。我国铁矿储量居世界第5位,其中含铁50%以上的富矿却仅占已探明储量的4%左右,绝大部分为含有害杂质(P、S、Pb、Zn、As)的贫矿。这类矿石须细磨精选后造块才能入炉冶炼。
目前,全世界范围内,欧美等国铁矿石的入选比为83~93%,而我国高达95%以上的铁矿石须进行预先选矿。因此,人造块矿产量及高炉熟料率呈逐年上升趋势。本世纪70年代以来,我国重点钢铁企业的熟料入炉率已达89%,与一些发达国家相当。而直接入炉的天然块矿则逐年减少,目前不足300万t,仅占入炉含铁原料的7%。总之,铁矿资源的变化,人造块矿的优越性,极大地促使了球团、烧结技术的不断发展。
球团矿因其良好的冶金性能,使得它自本世纪60年代以来得到很大发展。据统计,世界范围内一些大型钢铁企业球团矿年生产能力超过28500万t 。
球团矿的高炉冶炼效果明显优于其他原料(如下表)。要说明的是,球团法和烧结法有其各自的适用范围,它们之间并不存在竞争,而是一种相辅相成的互补关系。其共同目的都是使粉料块矿化。此外,对高炉冶炼而言,球团矿和烧结矿的混用往往是不可避免的。
我国铁精矿球团研究工作,早在本世纪50年代初即已开始。通过实践证明,为了适应和满足我国钢铁工业的发展需求,按比例有计划发展球团生产是十分必要的。
我国目前已探明的铁矿资源总保有储量576亿t,居世界第五位。但我国铁矿以贫矿为主,品位大于40%的富矿保有储量只占总储量的2.53%。因此,我国95%以上的铁矿石需经过细磨精选提高品位,以满足冶炼需要。
球团法是将细磨精选后的铁精矿加工成在物理性能、化学组成和矿物结构上能满足下一步冶炼要求的人造块状铁矿物的加工过程之一。其过程是:将准备好的原料(细磨精矿或其他细磨粉状物料,添加剂或黏结剂等),按一定的比例经过配料、混匀,在造球机上经滚动而制成一定尺寸的生球,然后采用干燥、焙烧、冷却或其他方法使其发生一系列的物理化学变化而硬化固结。这一过程叫做球团过程,这种方法叫做球团法,所得到的产品称之为球团矿。
(1)球团矿品位高、有害元素少,是贯彻高炉精料方针,改善高炉原料结构不可缺少的原料。众所周知,合理的炉料结构是高炉实现优质、低耗、高产、长寿的主要手段。经过大量的实验研究和生产实践表明,高炉使用单一的烧结矿或球团矿,并不能获得最佳的生产技术经济指标。目前高炉所用的最佳炉料结构是高碱度烧结矿配加20%~30%的酸性球团矿,球团矿变成了高炉的“顺气丸”,各项生产技术经济指标得到极大改善,增产节焦效果明显。纵观我国高炉情况看,炉料结构是否合理,可影响高炉产量10%左右、焦比5%左右。
(2)可充分利用钢铁企业和化工企业的含铁尘泥,合理利用有用资源,减少环境污染。在钢铁和化工企业生产过程中,会产生大量的副产品——含铁尘泥,如高炉瓦斯灰(泥)、转炉尘泥、硫酸渣等,这些含铁物料铁分较高,粒度较细,且含有害元素较多,不能直接入炉冶炼,但这些物料成球性能比较好。在球团生产中可以将这些含铁“废”料作为生产原料加以二次利用,降低生产成本,变废为利,变废为宝。
(3)发展现代化非高炉炼铁的主要原料。非高炉炼铁技术对改善钢铁冶金生产的能源结构具有重要的意义,可减少炼铁对冶金焦的强烈依赖,缩短钢铁冶炼流程,减少环境污染,降低钢铁冶炼成本。直接还原的产品海绵铁是电炉炼钢的优质原料,对发展钢铁冶金短流程工艺具有重要意义。熔融还原在钢铁冶金中相当于高炉冶炼,它的产品是液态生铁。
采用先进的工艺和技术,改进设备提高寿命和作业率是球团节能的关键。球团矿生产的历史比烧结矿的生产历史发展慢了很多,球团矿节能减排新技术、新设备和新工艺随着球团矿近几年的飞速发展正在不断开展。