周明順 ，李忠武 ，趙東明 ，趙正洪 ，朱建偉

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司，遼寧 鞍山 114021；3.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021）

立足于當下鞍鋼股份有限公司（以下簡稱“鞍鋼”）實際，關(guān)于高爐低碳高效生產(chǎn)方面，無論開發(fā)何種低碳冶金技術(shù)，目前都繞不開 “煉鐵精料方針”，因為它是高爐操作的最基本內(nèi)容。燒結(jié)礦和球團礦作為鞍鋼高爐煉鐵生產(chǎn)使用的主要人造富礦，其質(zhì)量對冶煉過程有重要影響。生產(chǎn)實踐表明，高爐操作指標的優(yōu)化離不開人造富礦質(zhì)量的提升，沒有“精料”做基礎(chǔ)，高爐不可能有效地接受大風量、高風溫和噴吹燃料等新技術(shù)、新工藝，不可能達到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的冶煉效果，實現(xiàn)高爐低碳高效清潔目標更是奢望。

鞍鋼燒結(jié)、高爐利用系數(shù)較低，燃料消耗較高，與先進企業(yè)同類型高爐相比，主要技術(shù)經(jīng)濟指標長期存在一定差距，需繼續(xù)通過采取深入挖掘、認識掌握高爐冶煉規(guī)律，開發(fā)新工藝新技術(shù)，創(chuàng)新原料工藝結(jié)構(gòu)并應用等措施，實現(xiàn)高爐低碳清潔高效目標。本文分析、梳理了目前鞍鋼高爐爐料生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)方面存在的偏離當前國內(nèi)鐵前技術(shù)發(fā)展方向抑或“煉鐵精料方針”的6個主要問題和人造富礦制造方面存在的1個嚴重短板，提出了具體技術(shù)措施和預期目標。同時，為了通過高爐爐料工藝結(jié)構(gòu)變革，實現(xiàn)煉鐵低碳清潔高效發(fā)展戰(zhàn)略目標，提出了4條戰(zhàn)略判斷和3條建議。

1 存在的主要問題與短板分析

鞍鋼高爐爐料生產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)方面存在6個主要問題：① 入爐品位低對高爐技術(shù)經(jīng)濟指標產(chǎn)生不利影響；② 中型規(guī)模的燒結(jié)產(chǎn)線較多，造成燒結(jié)煙氣中NO、污染物排放處理工藝流程多，環(huán)保投資成本大幅增加；③ 燒結(jié)礦入爐比例高，球團礦入爐比例低，高爐爐料結(jié)構(gòu)模式的不盡合理性逐漸突顯；④ 國內(nèi)外兩種鐵礦資源未得到科學合理配置利用；⑤ 含鐵廢料 （鋼鐵粉塵）直接配入燒結(jié)，未得到有效回收和高值利用，且影響了燒結(jié)礦質(zhì)量；⑥ 燒結(jié)機漏風率高達46%～51%，既增加電耗又影響燒結(jié)礦質(zhì)量。鞍鋼人造富礦制造方面存在1個嚴重短板，即沒有高品質(zhì)熔劑性球團。

1.1 入爐品位低

煉鐵界常說高爐順行“三分操作、七分原料”。生產(chǎn)實踐表明，通常情況下，高爐入爐鐵礦石品位提高1%，焦比大致下降2%，利用系數(shù)大致提高3%，雖然這種對應關(guān)系既不確定也不十分精準，但在一定程度上反映了高爐運行中原料的重要性，強調(diào)了爐料（包括燒結(jié)礦、球團礦、塊礦）、燃料（包括焦炭、噴吹煤粉）質(zhì)量對高爐順行、技術(shù)經(jīng)濟指標的重要性。

鞍鋼與國內(nèi)先進企業(yè)的入爐品位及高爐技術(shù)經(jīng)濟指標比較情況見表1。從對標結(jié)果看，鞍鋼2580 m與3200 m兩種爐型高爐的平均入爐品位為58.30%，比首鋼京唐、遷安的指標分別低3.10和2.44個百分點?？梢姡颁摳郀t入爐品位與國內(nèi)高效低耗高爐有較大差距，入爐品位低對鞍鋼高爐技術(shù)經(jīng)濟指標有直接不利影響。

表1 鞍鋼與國內(nèi)先進企業(yè)的入爐品位及高爐技術(shù)經(jīng)濟指標比較Table 1 Comparison of Grades of Raw Materials and Fuels Charged into BF and Technical and Economic Indexes between Domestic Advanced Enterprises and Ansteel

鞍鋼2580 m與3200 m兩種爐型的高爐爐料中，燒結(jié)礦比例均在65%～68%以上，酸性球團礦比例為27%左右。鞍鋼礦業(yè)集團鐵精礦在燒結(jié)鐵料中的占比達50%以上，在酸性球團鐵料中的占比為100%?？梢姡F精礦品位的高低對入爐品位的影響權(quán)重很大，直接決定了入爐品位的高低。

國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦品位通常在56%以上甚至達到58%，SiO為5%左右，有的在4.6%～4.8%；球團礦品位均大于65%，SiO小于3.5%。鞍鋼與國內(nèi)先進企業(yè)的燒結(jié)礦、酸性球團礦化學成分比較情況見表2。

由表2可以看出，鞍鋼高爐使用的燒結(jié)礦SiO含量高達5.89%，比首鋼京唐、遷安分別高出0.31和0.63個百分點；酸性球團SiO含量高達6.07%，比首鋼京唐、遷安分別高出2.99和1.44個百分點。而且鞍鋼高爐天然塊礦占爐料比例為5%左右，與首鋼京唐天然塊礦占比接近，由此可知，首鋼京唐高爐入爐品位高是由其人造富礦品位高和球團入爐比例高帶來的，鞍鋼高爐入爐品位低是由其人造富礦品位低和球團入爐比例低雙重因素導致的。

表2 與國內(nèi)先進企業(yè)的燒結(jié)礦、球團礦比較Table 2 Comparison of Sintered Ore and Acid Pellets between Domestic Advanced Enterprises and Ansteel

1.2 中型規(guī)模燒結(jié)產(chǎn)線較多

鞍鋼共有燒結(jié)產(chǎn)線6條，其中中型規(guī)模265 m、328 m燒結(jié)機各2臺，中大型規(guī)模360 m燒結(jié)機2臺，燒結(jié)礦年產(chǎn)量為2 040萬t。按燒結(jié)礦CO排放量280 kg/t計算，6條燒結(jié)產(chǎn)線每年的CO排放總量高達571.2萬t。

鞍鋼中型規(guī)模燒結(jié)產(chǎn)線多，燒結(jié)煙氣處理工藝流程多，環(huán)保投資成本大幅增加，給實現(xiàn)節(jié)能降耗、低碳排放乃至可持續(xù)發(fā)展帶來沉重負擔，是目前較為突出的問題。

1.3 高爐爐料結(jié)構(gòu)不盡合理

由于資源稟賦和受技術(shù)傳承影響，20世紀80年代至2020年，鞍鋼8座高爐基本采用高堿度燒結(jié)礦（平均70.0%）加普通酸性球團礦（平均29.5%）為主，外配少量天然塊礦（平均0.5%）的基礎(chǔ)爐料結(jié)構(gòu)模式。從2021年開始，高爐爐料結(jié)構(gòu)進行了小幅調(diào)整，采取高堿度燒結(jié)礦平均為70.3%，普通酸性球團礦平均為27.2%，天然塊礦平均為2.5%的爐料結(jié)構(gòu)模式。球團礦在爐料結(jié)構(gòu)中的占比較低是鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)不盡合理的突出表現(xiàn)。

長期以來，鞍鋼在基本不變的高爐爐料結(jié)構(gòu)模式下，高爐利用系數(shù)較低、燃料消耗較高，與國內(nèi)企業(yè)同類型高爐相比，主要技術(shù)經(jīng)濟指標存在一定差距。鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)存在燒結(jié)礦入爐占比高、球團礦入爐占比低的不合理性，是由于燒結(jié)礦生產(chǎn)規(guī)模大、球團礦生產(chǎn)規(guī)模小這一歷史原因造成的。而燒結(jié)礦生產(chǎn)規(guī)模大不適應于當前國內(nèi)外精料技術(shù)的發(fā)展趨勢，且使得球團礦的冶金性能與環(huán)保優(yōu)勢未得到充分發(fā)揮。因此，應減小燒結(jié)礦生產(chǎn)規(guī)模，加大球團礦生產(chǎn)規(guī)模，從而大幅度提高球團礦入爐比例，主要原因如下：

（1）球團生產(chǎn)工序能耗約為燒結(jié)生產(chǎn)工序的50%，生產(chǎn)球團礦能顯著降低噸鋼能耗。此外，由于球團礦料層透氣性好、粉化率低，沒有破碎整粒等環(huán)節(jié)，產(chǎn)生的粉塵量相較于燒結(jié)礦減少很多。

（2）由于球團工藝焙燒供熱方式與燒結(jié)不同，燃燒后形成的SO、NO和CO排放量相較于燒結(jié)工藝少很多，球團工藝對環(huán)境更加友好。

（3）由于球團礦是一種優(yōu)質(zhì)的冶金爐料，高爐冶煉過程中通過提高球團礦配比，減少燒結(jié)礦配比，可以達到增產(chǎn)降焦和降低排放的目的。近年來，我國球團礦用量大幅增加，并獲得了良好的技術(shù)質(zhì)量指標和經(jīng)濟效益。因此，大力提升球團礦產(chǎn)能是鋼鐵低碳冶煉的發(fā)展方向之一，是鋼鐵行業(yè)今后發(fā)展的必然趨勢。

1.4 國內(nèi)外兩種鐵礦資源未得到科學合理配置利用

目前，鞍鋼自產(chǎn)細粒鐵精礦中有約40%用于鞍鋼燒結(jié)，約37%用于鞍鋼球團生產(chǎn)。鐵精礦占鞍鋼6條燒結(jié)產(chǎn)線鐵料的比例達57%以上，由于鐵精礦粒度非常細，不利于燒結(jié)料層透氣，料層最厚只能鋪至740 mm，導致燒結(jié)機利用系數(shù)低、固體燃耗高。

鞍鋼用于燒結(jié)的外購鐵礦資源均為粒度較粗的粉礦，有助于燒結(jié)料層透氣性改善，具有適合生產(chǎn)燒結(jié)礦的自然原料屬性，可增加燒結(jié)料層厚度，提高燒結(jié)機生產(chǎn)能力、降低固體燃耗。

總之，鑒于鞍鋼礦業(yè)集團細粒鐵精礦具有更適合生產(chǎn)球團的自然原料屬性和對燒結(jié)的負面影響，而外購鐵礦粉礦粒度較粗，具有適合生產(chǎn)燒結(jié)礦的自然資源屬性，在人造富礦制造時，應該對國內(nèi)外兩種鐵礦資源重新做科學合理配置，將粒度較粗適于燒結(jié)的鐵粉礦充分大比例用于燒結(jié)，將粒度細適于球團的自產(chǎn)精礦全部或主要用于球團，通過采取擴大球團產(chǎn)能，減少燒結(jié)產(chǎn)線，保持高爐鐵料平衡，充分發(fā)揮其各自屬性。

1.5 含鐵廢料未得到有效回收和高值利用

含鐵廢料 （鋼鐵粉塵）是鋼鐵企業(yè)在原料準備、燒結(jié)、球團、煉鐵、煉鋼和軋鋼等工藝過程中進行干法除塵、濕法除塵和廢水處理后產(chǎn)生的固體廢棄物。鞍鋼每年有超過195萬t的鋼鐵粉塵被粗放地配入燒結(jié)料（配比高達10.5%以上）中作為一種含鐵原料使用，既嚴重影響燒結(jié)礦質(zhì)量，又經(jīng)常堵塞燒結(jié)機篦條影響燒結(jié)機正產(chǎn)運行，且污染環(huán)境。實驗室研究表明：當直接配入燒結(jié)的粉塵雜料達到3%，燒結(jié)料層透氣性開始惡化，是導致燒結(jié)機利用系數(shù)低、固體燃耗高的另一原因；當粉塵雜料配入量達到5%，燒結(jié)料層透氣性明顯惡化，燒結(jié)礦成品率、轉(zhuǎn)鼓強度和利用系數(shù)均有不同程度地降低。同時，含鐵廢料中含有的Zn、Pb、K和Na等有價元素直接配入燒結(jié)，未得到有效回收和高值利用，既造成了資源的浪費，又使高爐本體長期遭受Zn、Pb、K和Na等元素侵蝕危害。

1.6 燒結(jié)機漏風率高

鞍鋼6臺燒結(jié)機漏風率高達46%～51%，使燒結(jié)生產(chǎn)過程中進入料層的有效風量減少，影響燒結(jié)生產(chǎn)效率并使工序能耗增加；另外，燒結(jié)機漏風率高不利于降低燒結(jié)機主抽風機功率，同時增加了燒結(jié)煙氣末端治理負荷。通常情況下，燒結(jié)機容許的漏風率約為15%～30%。燒結(jié)漏風率降低10%，燒結(jié)礦產(chǎn)量可提高5%，燒結(jié)礦質(zhì)量可改善1%～3%。燒結(jié)機漏風率高無法使燒結(jié)混合料混勻制粒等技術(shù)的提產(chǎn)優(yōu)勢發(fā)揮出來，是導致燒結(jié)機利用系數(shù)低、固體燃耗高的主要原因。

燒結(jié)機漏風率高不僅會導致工序能耗增加，對燒結(jié)礦質(zhì)量也有很大的不利影響，分析如下：由成熟的燒結(jié)鐵酸鈣理論（SFCA理論）可知，燒結(jié)礦礦物組織以鐵酸鈣粘結(jié)相為主，由SFCA或者針狀的SFCAI將殘留的赤鐵礦、磁鐵礦等粘結(jié)交織成非均相的燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)，燒結(jié)礦的微觀結(jié)構(gòu)以熔融、交織結(jié)構(gòu)最為理想，其中，鐵酸鈣是燒結(jié)礦的理想礦物組成，此時燒結(jié)礦的還原性和固結(jié)強度均最優(yōu)，從而具有良好的質(zhì)量，理想的鐵酸鈣是優(yōu)質(zhì)高堿度燒結(jié)礦質(zhì)量的標志。

燒結(jié)過程中形成理想的鐵酸鈣需要3個必要條件：①適宜的燒結(jié)溫度；②燒結(jié)料中適宜的CaO含量；③燒結(jié)料層充足的氧化性氣氛。由此可見，燒結(jié)生產(chǎn)過程中進入料層的有效風量對保障燒結(jié)料層有充足的氧化性氣氛至關(guān)重要，燒結(jié)機漏風率高，近50%的風不經(jīng)過燒結(jié)料層，無法保障燒結(jié)過程需要的充足的氧化性氣氛，會直接對燒結(jié)礦質(zhì)量產(chǎn)生負面影響。

1.7 沒有熔劑性球團

長期以來，在高爐渣系基本固定的情況下，由于鞍鋼高爐大比例高堿度燒結(jié)礦入爐的實際情況，受入爐鐵料堿度平衡限制，以及鞍鋼礦山自產(chǎn)精礦SiO含量較高，沒有提高球團礦堿度的條件，鞍鋼熔劑性球團生產(chǎn)工藝的開發(fā)明顯落后于國內(nèi)其他企業(yè)。沒有高品質(zhì)熔劑性球團是鞍鋼人造富礦制造方面存在的1個嚴重短板。

燒結(jié)、球團工藝的有害污染物排放比較如表3所示。國內(nèi)外的生產(chǎn)實踐表明，熔劑性球團礦具有品質(zhì)高、生產(chǎn)工藝能耗低和污染物排放低的獨特優(yōu)勢。球團工藝能耗是燒結(jié)工藝的45%左右，污染物排放是燒結(jié)工藝的24%左右。球團工藝在很大程度上可助力高爐高效低耗和大幅度降低煉鐵系統(tǒng)的 CO和污染物排放。

表3 球團、燒結(jié)工藝的有害污染物排放比較Table 3 Comparison of Emissions of Noxious Pollutants between Sintering Process and Pelletizing Process

鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)中的球團是普通酸性球團礦，其冶金性能較差。沒有高品質(zhì)熔劑性球團礦是鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)的缺陷，它或?qū)⒊蔀榛蛞咽菍崿F(xiàn)鞍鋼高爐清潔高效低耗的瓶頸之一。

2 具體技術(shù)措施

基于上述存在問題和短板，立足鞍鋼不同發(fā)展階段實際，著重從科學規(guī)劃鐵精礦品位、人造富礦工藝結(jié)構(gòu)變革、含鐵廢料集中處理及高爐爐料結(jié)構(gòu)重新構(gòu)建等方面，制定了以下具體技術(shù)措施與應對解決方案。

2.1 科學規(guī)劃礦山合理鐵精礦品位

從鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的角度看,所謂鐵精礦合理品位,是指在一定加工冶金條件下,選廠能夠達到且高爐冶煉最經(jīng)濟的品位,也就是說冶煉所獲得的效益高于礦山多支出的費用時的精礦品位。可見，鐵精礦的合理品位最終歸結(jié)于經(jīng)濟指標的核算，不同的企業(yè)、不同的礦石資源，其合理品位不盡相同，且隨著外部經(jīng)濟環(huán)境的改變而變化，并不是靜止不變的，不是經(jīng)過選礦的鐵品位越高越好，也不是品位越低越好。

鐵精礦作為鞍鋼高爐冶煉的大宗原料，其品位的高低除了影響噸鐵原料成本構(gòu)成外，還直接影響冶煉效果。例如，鐵精礦品位提高，選礦成本增加，噸鐵成本隨之增加；但同時，鐵精礦品位提高，入爐品位提高，高爐操作指標改善（利用系數(shù)提高，焦比降低），噸鐵成本降低。鑒于此，根據(jù)鞍鋼高爐冶煉需要、結(jié)合市場價格變化和資源條件變化，如何確定兩者的盈虧平衡點,是合理鐵精礦品位研究的核心問題。因此，需開展鞍鋼鐵精礦合理品位系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究，當鞍鋼鐵精礦品位變化時，弄清燒結(jié)礦、球團礦及所構(gòu)成的高爐綜合爐料品位與冶金性能的變化關(guān)系，得到選礦工藝與煉鐵工藝的盈虧平衡點,從鞍鋼集團整體效益角度，科學規(guī)劃合理鐵精礦品位值。

2.2 高品質(zhì)熔劑性球團關(guān)鍵工藝技術(shù)開發(fā)與應用

近年來，熔劑性球團在世界范圍內(nèi)正在逐漸取代冶金性能較差的酸性球團。通過高品質(zhì)熔劑性球團關(guān)鍵工藝技術(shù)開發(fā)，新建熔劑性球團生產(chǎn)線，逐步替代鞍鋼中型規(guī)模的燒結(jié)產(chǎn)線，解決中型規(guī)模燒結(jié)產(chǎn)線較多帶來的燒結(jié)煙氣處理工藝流程多，環(huán)保投資成本大幅增加等問題。

2.2.1 鞍鋼熔劑性球團儲備研究基礎(chǔ)

2012年初，鞍鋼集團鋼鐵研究院基于鞍鋼具有豐富的細粒度鐵精礦，更適合生產(chǎn)球團的特征，獨立開展了模擬帶式焙燒機生產(chǎn)熔劑性球團的大量儲備研究，積累了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。當時的實驗室結(jié)論是：添加CaO質(zhì)熔劑以消石灰為佳，而消石灰與細磨菱鎂石混合使用，可進一步改善提升熔劑性球團的熱態(tài)冶金性能，即生產(chǎn)鎂質(zhì)熔劑性球團。由于熔劑性球團要求鐵精礦的SiO含量低于4.5%，而當時鞍鋼礦山自產(chǎn)精礦SiO含量較高，為4.6%～6.5%，不滿足SiO含量要求，因此，研究工作沒有更深入的開展。

2.2.2 帶式焙燒機生產(chǎn)熔劑性球團發(fā)展方向

熔劑性球團生產(chǎn)中，由于配入了CaO熔劑生成鐵酸鈣和鐵橄欖石等液相，相對酸性球團額外增加的鐵酸鈣液相在氧化性氣氛下會產(chǎn)生 CaO·FeO、CaO·2FeO以及 CaO·FeO-CaO·2FeO等鐵酸鈣系共熔混合物，熔點均在1 200～1 230℃的較低溫度范圍，在正常焙燒溫度下形成的液相對球團固結(jié)、球團礦強度和冶金性能均較有利。國外熔劑性球團鐵精礦SiO含量一般控制在4.5%以內(nèi)，不能過高。

對于鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯球團工藝，如果生產(chǎn)熔劑性球團的鐵精礦SiO含量過高，在一定球團堿度下，總液相量增多，液相量過多不僅會增加回轉(zhuǎn)窯和環(huán)冷機的溫度控制難度，同時產(chǎn)生過多的低熔點化合物和粉末會在回轉(zhuǎn)窯中造成結(jié)圈，使環(huán)冷機內(nèi)的球團相互粘結(jié)，惡化球?qū)油笟庑裕斐森h(huán)冷機板結(jié)。因此，熔劑球團混合料的成分控制，主要是對鐵精礦SiO含量上限的控制，其對生產(chǎn)熔劑性球團工藝的生產(chǎn)穩(wěn)定至關(guān)重要。

對于帶式機生產(chǎn)熔劑性球團工藝，對鐵精礦SiO含量的要求沒有鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯球團工藝的嚴苛。由于帶式機熔劑性球團的生產(chǎn)過程不存在球團間或球團與設(shè)備間的相對運動，鋪到臺車上的生球之間相對靜止，不同于鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝生球在窯內(nèi)滾動，可有效避免鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)熔劑性球團時可能發(fā)生的球團粘結(jié)和窯體結(jié)圈現(xiàn)象。因此，帶式焙燒機工藝在生產(chǎn)熔劑性球團方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，采用帶式焙燒工藝制備熔劑性球團是球團生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，帶式焙燒機球團工藝要求鐵精礦SiO含量要求可適當放寬。

2.2.3 鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)熔劑性球團

鞍鋼熔劑性球團的生產(chǎn)尚處于起步階段，對于熔劑性球團來說，鏈篦機所產(chǎn)出的預熱球團強度難以滿足回轉(zhuǎn)窯的生產(chǎn)要求，加之熔劑性球團焙燒區(qū)間較窄，在回轉(zhuǎn)窯焙燒過程中存在不同程度的球團黏結(jié)和窯體結(jié)圈等問題，因此使用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝生產(chǎn)的熔劑性球團存在堿度較低、生產(chǎn)狀況不穩(wěn)定等問題，制約了鞍鋼熔劑性球團生產(chǎn)的發(fā)展，鞍鋼需要開展高品質(zhì)熔劑性球團創(chuàng)新性關(guān)鍵工藝技術(shù)開發(fā)，創(chuàng)建鞍鋼特色的現(xiàn)有鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯高品質(zhì)熔劑性球團生產(chǎn)線。

2.3 鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯MgO質(zhì)酸性球團關(guān)鍵工藝技術(shù)開發(fā)與應用

球團礦中加入MgO可以使球團獲得良好的冶金性能，對高爐增產(chǎn)、降耗有很大的推動作用。鞍鋼鋼鐵研究院周明順已完成在鞍鋼321.6 m帶式機上的MgO質(zhì)酸性球團開發(fā)，實驗室研究與工業(yè)試驗均取得了成功，積累了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。2018年7月在鞍鋼321.6 m球團帶式機和10號高爐的工業(yè)試驗表明，球團帶式機生產(chǎn)MgO質(zhì)酸性球團是可行的，高爐使用MgO質(zhì)酸性球團后，軟融帶區(qū)間變窄、位置下移，爐渣流動性變好，風量增加，高爐爐況穩(wěn)定順行，實現(xiàn)了提產(chǎn)降耗的效果，高爐生鐵產(chǎn)量日平均增加107 t，燃料比下降4 kg/t。鞍鋼計劃在2021年下半年開展MgO質(zhì)酸性球團工業(yè)生產(chǎn)應用推廣。同時，鞍鋼具有豐富的鐵精礦和4條鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯酸性球團生產(chǎn)線，但鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)酸性MgO球團，從原料準備、生球團制備到焙燒和冷卻制度等，均與帶式機生產(chǎn)MgO酸性球團有很大不同，且受所用原料、燃料和熔劑的類型與成分影響大，還需系統(tǒng)地研發(fā)鞍鋼原料條件下采用鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝制備MgO酸性球團的成套技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上，通過工業(yè)試驗，建設(shè)示范生產(chǎn)線，推動MgO酸性球團在鞍鋼的應用與發(fā)展，全面改善高爐的爐料結(jié)構(gòu)，助力實現(xiàn)高爐高效低耗。

2.4 開發(fā)集中處理含鐵廢料的工藝方法

鞍鋼每年超過195萬t的鋼鐵粉塵必須采取集中處理方式解決。本著 “傷其十指不如斷其一指”的理念，采取1條燒結(jié)產(chǎn)線+1座高爐聯(lián)合工藝法集中處理含鐵廢料技術(shù)措施。對有害元素含量低的含鐵粉塵，將含鐵粉塵直接全部集中配入1條燒結(jié)生產(chǎn)線，生產(chǎn)100%含鐵粉塵燒結(jié)礦，其它燒結(jié)生產(chǎn)線零配加，且該含鐵粉塵燒結(jié)礦僅供1座高爐冶煉；對于有害元素含量高的粉塵，開發(fā)了“深度預還原-燒結(jié)-高爐聯(lián)合工藝法的鋼鐵粉塵高效循環(huán)冶煉及高值化提取新工藝”，先進行預還原處理后再集中配入。此方法避免了鋼鐵粉塵對其它5條燒結(jié)產(chǎn)線與7座高爐的影響，可實現(xiàn)含鐵粉塵的集中合理處理、高效利用、高值回收，將為鋼鐵企業(yè)固廢的資源化治理提供一種高效可行的思路，開發(fā)成功后將極具行業(yè)推廣價值。

2.5 降低燒結(jié)機漏風率

燒結(jié)機漏風的漏風點很多，主要包括燒結(jié)機頭尾漏風、滑道漏風、臺車之間漏風、管道系統(tǒng)漏風、雙層卸灰閥漏風等。針對不同漏風點的工況環(huán)境與結(jié)構(gòu)特點，國內(nèi)外科研機構(gòu)研發(fā)了系統(tǒng)性的綜合堵漏風密封技術(shù)，包括負壓吸附式端部密封技術(shù)、波紋彈性滑道密封技術(shù)、重力自適應臺車欄板密封技術(shù)、獨立氣密封雙層卸灰閥技術(shù)等，使用效果良好。上述技術(shù)在國內(nèi)外得到了廣泛應用，國內(nèi)應用于寶鋼、安鋼、日照鋼等，其中寶鋼湛江2號550 m燒結(jié)機初期測試漏風率僅為17.8%；國外應用至越南臺塑鋼鐵、日本和歌山鋼鐵等，其中和歌山185 m燒結(jié)機測試漏風率僅為17%。

燒結(jié)機漏風率降低，有助于降低燒結(jié)機主抽風機功率及燒結(jié)煙氣末端治理負荷。建議對鞍鋼6臺燒結(jié)機進行選擇性堵漏風改造，其中即將拆除的西區(qū)265 m燒結(jié)機可維持現(xiàn)狀，將其余5臺燒結(jié)機漏風率由目前的50%左右逐步降至40%、35%、30%甚至25%以下。

2.6 構(gòu)建高效清潔低耗高爐爐料結(jié)構(gòu)方案

以2021年下半年鞍鋼新建600 m大型燒結(jié)機為契機，以因地制宜、科學合理貫徹精料方針為指導，以對標當前國內(nèi)外高爐精料技術(shù)最新進展與應用為參考，以鞍鋼自產(chǎn)鐵精礦提鐵降硅為原料基礎(chǔ)，以開發(fā)高爐新爐料推廣新工藝為主旨，在”十四五“期間，既密切結(jié)合當前實際又著眼未來發(fā)展，顛覆性改變近40年不變的高爐爐料結(jié)構(gòu)模式，分不同時期，逐步淘汰中型燒結(jié)機，開發(fā)高品質(zhì)熔劑性球團關(guān)鍵技術(shù)及其規(guī)模化生產(chǎn)。一并解決上面述及的中型規(guī)模燒結(jié)產(chǎn)線多、爐料結(jié)構(gòu)不盡合理及兩種鐵礦資源不合理配置等問題，規(guī)劃、設(shè)計和構(gòu)建低碳清潔高效的高爐爐料結(jié)構(gòu)模式。

（1）第一時期：600 m燒結(jié)機建設(shè)期間的高爐爐料結(jié)構(gòu)

2021年按照規(guī)劃在鞍鋼原系統(tǒng)265 m燒結(jié)機區(qū)域，新建1臺600 m燒結(jié)機，建設(shè)期間的高爐爐料結(jié)構(gòu)見表4。

表4 第一時期高爐爐料結(jié)構(gòu)（入爐品位58.22%）Table 4 Burden Compositions for BF in Period 1（Grade of Raw Materials and Fuels Charged into BF 58.22%）%

（2）第二時期：600 m燒結(jié)機建成后的高爐爐料結(jié)構(gòu)

600 m燒結(jié)機建成后，拆除鞍鋼集團礦業(yè)公司東鞍山1臺360 m燒結(jié)機，由于燒結(jié)礦產(chǎn)能與供給發(fā)生變化，600 m燒結(jié)機建成后的高爐爐料結(jié)構(gòu)見表5。

表5 第二時期高爐爐料結(jié)構(gòu)（入爐品位58.07%）Table 5 Burden Compositions for BF in Period 2（Grade of Raw Materials and Fuels Charged into BF 58.07%）%

（3）第三時期：600 m燒結(jié)機達產(chǎn)后構(gòu)建高爐新爐料結(jié)構(gòu)

600 m燒結(jié)機達產(chǎn)后，建議再拆除鞍鋼1臺265 m燒結(jié)機。為了補足燒結(jié)礦產(chǎn)能缺口，二燒、三燒車間的雙層燒結(jié)新工藝需提產(chǎn)25.95%。至此，就實現(xiàn)了減少2臺265 m中型規(guī)模燒結(jié)機的目標。

（4）第四時期：鞍鋼球團帶式機與弓長嶺兩條鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯球團線均生產(chǎn)熔劑性球團并設(shè)計高爐爐料結(jié)構(gòu)

在鞍鋼集團礦業(yè)公司實施提鐵降硅條件下，設(shè)計球團帶式機與弓長嶺2條鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯均生產(chǎn)熔劑性球團時的高爐爐料結(jié)構(gòu)見表6。調(diào)整后高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是，原冶金性能較差的普通酸性球團礦配比從目前的25.00%降至6.69%，冶金性能較好的熔劑性球團礦配比為18.41%，高爐爐料結(jié)構(gòu)整體冶金性能必將大幅度改善。入爐品位由58.07%提高到59.23%，提高了1.16個百分點。

表6 第四時期高爐爐料結(jié)構(gòu)（入爐品位59.23%）Table 6 Burden Compositions for BF in Period 4（Grade of Raw Materials and Fuels Charged into BF 59.23%）%

（5）第五時期：新建年產(chǎn)420萬t的704 m帶式機熔劑性球團生產(chǎn)線并設(shè)計高爐爐料結(jié)構(gòu)

除了上述分步驟實施提高燒結(jié)機產(chǎn)能、減少燒結(jié)產(chǎn)線、燒結(jié)機大型化等措施外，亟待開發(fā)并采用低耗能、低污染的鐵礦石制備工藝對燒結(jié)工藝進行漸進式的替代，減少燒結(jié)礦在高爐爐料結(jié)構(gòu)中的占比，實現(xiàn)逐步減少燒結(jié)產(chǎn)線目標。

拆除鞍鋼2臺265 m中型燒結(jié)機后，再拆除1臺328 m中型燒結(jié)機，并新建年產(chǎn)420萬t的704 m帶式機熔劑性球團生產(chǎn)線，設(shè)計高爐爐料結(jié)構(gòu)見表7。

表7 第五時期的高爐爐料結(jié)構(gòu)設(shè)計（入爐品位60.50%）Table 7 Burden Compositions for BF in Period 5（Grade of Raw Materials and Fuels Charged into BF 60.50%）%

高堿度燒結(jié)礦配比可由目前的68%左右降至55.67%，熔劑性球團使用創(chuàng)造鞍鋼零比例入爐歷史記錄，一躍配至30.68%，球團合計入爐比例37.37%，球團礦配比比目前的25%提高近12%以上。至此，燒結(jié)產(chǎn)線將由6條變?yōu)?條，1臺600 m、2臺360 m和1臺328 m燒結(jié)機。 每年燒結(jié)礦產(chǎn)量減少633.5萬t。

3 預期目標

對標國內(nèi)同類型高爐技術(shù)經(jīng)濟指標，鞍鋼低碳清潔高效高爐爐料結(jié)構(gòu)的預期目標是推動鞍鋼本部高爐綠色發(fā)展、低碳生產(chǎn)、高效節(jié)能綜合技術(shù)等技術(shù)進步，扭轉(zhuǎn)煉鐵系統(tǒng)長期面臨的高爐效率低、消耗高的被動局面提供原料保障。至2025年前各項措施實施后，預計可完成具體技術(shù)經(jīng)濟指標目標如下：① 實現(xiàn)低碳高效高爐，高爐平均利用系數(shù)2.40 t/（m·d）以上，燃料比降低40～50 kg/t；② 實現(xiàn)綠色發(fā)展，鞍鋼燒結(jié)產(chǎn)線每年CO排放可減少 181余萬 t（減少 25.1%），SO排放可減少 9 313 t，NO排放可減少1 837 t；③ 實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，鞍鋼集團鞍山區(qū)域含鐵廢料（鋼鐵粉塵）產(chǎn)品的金屬化率≥65%，新工藝的脫鋅率≥85%，鋅元素高效高值回收。

4 高爐爐料結(jié)構(gòu)發(fā)展戰(zhàn)略判斷和建議

在上述分析的基礎(chǔ)上，基于《鞍鋼集團碳達峰碳中和宣言》和國內(nèi)外煉鐵精料技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，以及國家對環(huán)境保護與清潔生產(chǎn)的要求愈加嚴苛的現(xiàn)狀，對鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)提出以下4條戰(zhàn)略判斷和3條建議。

4.1 4條戰(zhàn)略判斷

（1）提鐵降硅是先決條件

遵循“礦產(chǎn)資源優(yōu)質(zhì)優(yōu)用”的學術(shù)思想，針對鞍鋼自產(chǎn)鐵精礦，進行從選礦、燒結(jié)（球團）到高爐的整個生產(chǎn)流程系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化和經(jīng)濟成本優(yōu)化，可填補鞍鋼鐵前原料的部分研究空白及國內(nèi)鐵精礦品位在礦山和冶煉系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)化研究方面的空白，是礦山和冶煉系統(tǒng)一次真正的技術(shù)聯(lián)合，會給鋼鐵企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益，將具有廣泛的推廣和應用價值。提鐵降硅是鞍鋼高爐高效低耗清潔高爐爐料戰(zhàn)略發(fā)展最基本的先決條件。

從實現(xiàn)鞍鋼集團整體效益最大化的角度，需要將礦山-燒結(jié)（球團）-冶煉作為一個大系統(tǒng)全面分析，整體動態(tài)優(yōu)化，以確定鞍鋼合理的鐵精礦品位。無論從合理利用國家的礦產(chǎn)資源，還是從實現(xiàn)鞍鋼集團整體效益最大化的角度來看，科學規(guī)劃礦山合理鐵精礦品位與高爐入爐品位間的關(guān)系都是非常必要的，鞍鋼礦業(yè)集團的提鐵降硅應當成為鞍鋼集團鐵前系統(tǒng)的戰(zhàn)略發(fā)展方向。

（2）減少中型規(guī)模燒結(jié)產(chǎn)線

近年來，為治理霧霾，國內(nèi)各地貫徹落實“大氣十條”，對高耗能、高污染的鋼鐵行業(yè)進行限產(chǎn)、減產(chǎn)，其中限產(chǎn)對象主要是燒結(jié)工序，且國家對東北地區(qū)工業(yè)節(jié)能降耗、低碳環(huán)保要求將會越來越嚴苛。

燒結(jié)工藝高CO、高污染物排放的顯著特征是鞍鋼實現(xiàn)碳達峰與碳中和面臨的重點挑戰(zhàn)之一，從現(xiàn)在開始鞍鋼燒結(jié)宜分步驟采取增加料層高度、提高燒結(jié)機單機產(chǎn)能、燒結(jié)機大型化和減少中型規(guī)模燒結(jié)產(chǎn)線等措施，逐步解決由于中型燒結(jié)產(chǎn)線多導致的燒結(jié)工序每年的CO排放總量大，能耗和污染物占鞍鋼鋼鐵工序比重高問題。拆除265 m中型燒結(jié)機、新建600 m大型燒結(jié)機、推廣1 050 mm以上超厚料層雙層預燒結(jié)新工藝、提高燒結(jié)機單機產(chǎn)能等（燒結(jié)料面富氧后可提產(chǎn)20%以上）是鞍鋼燒結(jié)技術(shù)發(fā)展方向，也是當務(wù)之急。

（3）MgO質(zhì)酸性球團將逐步取代普通酸性球團

鞍鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)中，冶金性能較差的普通酸性球團占比達25%，因此，應高度重視改善普通酸性球團冶金性能的技術(shù)。理論與實踐表明，酸性球團配加一定比例的MgO質(zhì)熔劑生產(chǎn)MgO質(zhì)酸性球團，可較大幅度改善鞍鋼目前帶式機與鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯酸性球團冶金性能。

（4）熔劑性球團關(guān)鍵工藝技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化

發(fā)展球團工藝，提高高爐球團入爐比例，是當今煉鐵發(fā)展趨勢之一。在2025年前實現(xiàn)碳排放總量達峰的大環(huán)境下，球團礦作為高爐的主要含鐵爐料之一，在國內(nèi)同類型高爐中的入爐比例在不斷增加，其年產(chǎn)量也在快速增長。因此，需要重新架構(gòu)鞍鋼高爐的爐料結(jié)構(gòu)，提高球團礦在爐料中的占比。另外，熔劑性球團礦屬于高爐的精料，是高品質(zhì)爐料，具有高品位、低渣量的優(yōu)勢，對高爐提高燃料比、降低冶煉成本有很利；同時，相比燒結(jié)礦，球團礦的生產(chǎn)工序相對清潔、污染少，對環(huán)境十分友好。提高球團礦入爐比例是低碳減排的必然需求，熔劑性球團關(guān)鍵工藝技術(shù)開發(fā)與大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化是發(fā)展趨勢，因此，鞍鋼應大力推進熔劑性球團關(guān)鍵工藝技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應用。

4.2 3條建議

（1）對鞍鋼礦山鐵精礦合理品位開展系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究

雖然實施提鐵降硅會助力鞍鋼高爐向高效低耗的目標邁進，但提鐵降硅會較大幅度增加選礦成本，因此，對鞍鋼礦山鐵精礦合理品位開展系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究，測算礦山實施提鐵降硅帶來的選礦成本增加與高爐高效低耗產(chǎn)生的效益之間的關(guān)系，得到選礦工藝與煉鐵工藝的盈虧平衡點,確定鐵精礦合理品位。

（2）新建大型帶式機熔劑球團生產(chǎn)線

以低耗能、低污染的鐵礦石制備工藝替代燒結(jié)工藝，減少燒結(jié)礦在高爐爐料結(jié)構(gòu)中的占比，實現(xiàn)逐步減少燒結(jié)產(chǎn)線目標。

（3）國內(nèi)外兩種鐵礦資源科學合理配置利用

由于外購鐵粉礦粒度粗可大幅度提高燒結(jié)透氣性，而粒度細的自產(chǎn)精礦應全部或主要用于球團，充分發(fā)揮其各自屬性。因此，建議鞍鋼未來只保留大型燒結(jié)生產(chǎn)線，實現(xiàn)100%全粉礦燒結(jié)，采用可提高燒結(jié)機單機產(chǎn)能20%以上的雙層預燒結(jié)新工藝（燒結(jié)料面富氧）來補足燒結(jié)礦缺口。

5 結(jié)語

在低碳、清潔、高效煉鐵的思想指導下，針對鞍鋼高爐原料工藝結(jié)構(gòu)方面存在的問題與短板，立足鞍鋼不同發(fā)展階段實際，把顛覆性改變高爐傳統(tǒng)爐料結(jié)構(gòu)模式作為主攻方向，提出了一些前瞻性的低碳化、低排放的高爐爐料制備新工藝新技術(shù)，并且這些低碳化、低排放工藝技術(shù)在鞍鋼高爐未來發(fā)展中的戰(zhàn)略重要性將日益凸顯。

以因地制宜、科學合理貫徹精料方針為指導，以對標當前國內(nèi)外高爐精料技術(shù)最新進展與應用為參考，以鞍鋼自產(chǎn)鐵精礦提鐵降硅為原料基礎(chǔ)，以開發(fā)高爐新爐料推廣新工藝為主旨，逐步淘汰中型燒結(jié)機、開發(fā)高品質(zhì)熔劑性球團關(guān)鍵技術(shù)及其規(guī)?；a(chǎn)、顛覆性改變近40年一貫制不變的高爐爐料結(jié)構(gòu)模式，重新構(gòu)建低碳清潔高效的爐料結(jié)構(gòu)模式等為核心重要措施，推動鞍鋼本部高爐綠色發(fā)展、低碳生產(chǎn)、高效節(jié)能綜合技術(shù)等技術(shù)進步。

特別地，針對鞍鋼集團鞍山區(qū)域含鐵廢料（鋼鐵粉塵），開展含鐵廢料集中合理處理高效利用高值回收關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)，這對于鋼鐵企業(yè)的固廢的資源化治理將提供一種高效可行的思路，開發(fā)成功后將極具行業(yè)推廣價值。