一、推进我国球团矿生产的必要性和紧迫性

    1．从粉状铁矿石的基本造块原理说起

    现代铁矿开采富铁块矿已越来越少，绝大部分是粉矿和经磨选的细精矿。为了满足现代炼铁生产的要求，必须将粉状铁矿石进行造块，将其生产成具有一定粒级的块状矿石，才能进入冶金炉作为炉料使用。

    现代高炉炼铁将粉矿进行烧结加工工艺，在烧结厂将其生产成烧结矿供高炉炼铁厂用，这是一种行之有效和十分成熟的生产技术，而且已实现了机械化、自动化、大型化生产。但对于经细磨选别后的精矿的造块方法则应采用球团法加工工艺，在球团厂将细精矿生产成球团矿供炼铁使用。

    如果将细磨的铁精矿用于烧结生产，对烧结生产是十分不利的。所产烧结矿的强度很差含粉率很高，FeO含量高，还原粉化指数高，而且使烧结矿的产量明显下降，还严重恶化烧结生产的环境。这种生产工艺最早盛行于上世纪五、六十年代的苏联和我国的钢铁生产。但到七十年代在苏联已有了彻底的改变，建成了7000多万吨的球团矿生产能力，因而这种细磨铁精矿的烧结生产是一种落后的生产工艺。但在我国仍然是一种铁矿粉的造块方法，虽然近十年来，我国建设为数不少的球团厂，但其总量比例还是不高的。

    2．细磨铁精矿合理的造块工艺是生产球团矿

    细磨的铁精矿其粒度很细，在配加少量黏结剂的情况下，很容易造成具有一定强度的圆形小球。并经高温氧化焙烧使其具有很高的强度，成为一种新的人造铁矿石。这种大小均匀、形状规则的人造矿石对竖式冶金炉(高炉是其中之一)生产是十分有利的。它使炉料在炉内的运动顺行且均匀下降；使气流分布更加均匀，热交换更加充分，从而使炉内的物理和化学反应顺利进行。因而细磨铁精矿的球团生产工艺，相比于烧结工艺更加合理。

    3．球团矿具有更好的冶金性能

    球团矿和烧结矿相比其冶金性能在某些方面具有更多的优越性。主要表现为：(1)均匀粒度和规则的球形，对炉料的运动、气流的分布和热交换十分有利。(2)铁品位高，有利于提高高炉的综合人炉品位。对改善炼铁生产的各项技术经济指标带来极为显著的效果。(3)较高强度，在炉内不易产生粉末。更适于作为大型高炉的炉料。(4)含粉率低。一般不超过2％。烧结矿的含粉率最少也在5％以上。(5)FeO含量低。一般不超过1．5％。而烧结矿最低也在5％以上。FeO含量低对高炉减少直接还原有利。(6)球团矿适于长途运输和有较长的贮存时间。(7)球团厂一般建在矿山或矿石港口附近，减轻了钢铁厂的环境压力。

另外在此重点说明一下：在一般情况下，球团矿生产的工序能耗比烧结矿的工序能耗低，特别是在磁铁矿的情况下，其燃耗更是如此。其原因是球团焙烧过程的废气余热反复循环使用，使热量得到了充分的利用。另外球团生产的工艺流程短，而且精矿造成了高质量的生球，并在密闭性能良好的容器中进行焙烧，因而散发的灰尘量少，相应的除尘系统也少，由此带来了电耗的节约。

       综上原因，球团矿的加工费总体上要比烧结矿低。但是在目前在不少人的心目中，总觉得球团矿要比烧结矿贵。分析其原因有以下几方面的情况：使用进口球团矿，由于运输费等原因价格很高；当使用高热值煤气时，其加工费会明显增高；当使用不能满足造球的粒度要求时需再磨，会增加磨费用或其它费用。另外采用赤铁矿会明显地增加燃耗的费用，但会比烧结矿的加工费低，这对炼铁生产也是有利的。

    4．球团矿是现代大规模生产直接还原铁和COREX炉炼铁生产最重要的炉料

    现代气基竖炉直接还原铁生产，在没有优质富铁块矿的情况下，必须采用高质量、高品位的球团矿。新型的非焦炼铁生产新工艺，COREX炉对球团矿的用量在70％以上。该工艺已在南非、印度、韩国有大型工业规模生产的先例。我国宝钢已建成C3000型炉，并即将投入生产。

    5．我国所产铁矿石，绝大数为细磨铁精矿，必须走球团矿的生产之路

    我国自产铁矿石，开采量很大，但所采出的矿石都是贫矿，必须进行细磨和选别。而且大部分是磁选精矿。这种铁精矿给高炉炼铁使用，最合理的加工工艺是生产成球团矿。由于种种原因，现在仍有为数不少的铁精矿用于烧结矿生产。这是一种落后的生产工艺。不但自身不能实现节能、减排，而且对高炉炼铁改善技术经济指标也无好处。

    在此有人会提出“这是高炉料结构的需要”。这其实是对炉料结构理论的误解。现在目前国内流行的“80％高碱度烧结矿十15％球团矿十5％块矿”这种模式，是根据过去日本和宝钢铁原料的来源而研究确定的，是以主要使用从澳大利亚进口赤铁矿粉为前提的。某个高炉的合理炉料结构，首先是以铁原料供应为基础条件，再来研究和确定合理的炉料结构比例。因而炉料结构是可变的，并非只有一个模式。在以铁精矿为主要原料的情况下，球团矿在高炉中的用量必然要增加。为了满足高炉炼铁炉渣碱度的要求，球团矿的生产也不应是单一的自然碱度的酸性球团矿，还应生产R>0．8碱度的球团矿。球团矿在高炉炉料结构中的比例，

在发达先进国家的比例已越来越高，从20％，到50％，直到几乎100％使用球团矿，不但炼铁的各项指标领先，而且产品质量为精品。

    总之，由于细磨铁精矿的供应量不断增加和球团矿本身优越的冶金性能，球团矿在高炉炼铁生产中比例在不断增加。这已成为一种发展的趋势。

二、世界上球团矿生产的现状和发展趋势

    目前我国钢铁工业所用的铁矿石一半以上需要进口。因而我们对世界上铁矿出口国的铁矿石供应状况，特别是球团矿的生产和外运状况，必须要有一个概要的了解。

    1．澳大利亚

    澳大利亚是世界上最大的铁矿石生产国和输出国之一。目前铁矿石的开采和输出主要是铁品位在63％的赤铁矿粉，这种矿粉可供烧结生产使用，我国的进口量很大。澳大利亚离我国相比而言运输距离最近，在海运费上具有优势。另外，澳大利亚铁矿资源和储量十分丰富，工业发达，采矿技术装备先进；运输和港口码头能力充足和先进。我国钢铁工业发展所需铁矿石供应首先当是澳大利亚。

    目前澳大利亚铁矿业不但继续加大赤铁矿粉的开采和输出，为了进一步开发矿业，已有3个以上的矿业公司(金达必、中信泰富SINO矿、RHA矿业公司等)开始了磁铁矿的开采，规模都在年产原矿4000万吨以上，经磨选以后可获得1000万吨以上的优质磁铁精矿。根据当地政府的要求，必须要进行深加工和提高附加值后才能出口，因而都将建设一定规模的球团矿生产厂，单系统生产规模均在500—700万t／a。不但实现了大型化生产，而且技术装备先进。所产球团矿质量高，不但可供现代大型高炉使用，而且可作为直接还原生产DRI使用。球团矿焙烧都采用天然气为燃料，劳动工资极高，因而劳动生产率高，但加工费用也较高。目前这些项目都已进入实质性的工程建设阶段。这些铁矿项目都为澳一中合资，产品主要销到中国、日本和韩国。还有数量可观的磁铁精矿，供鞍钢、首钢、武钢以及马来西亚的钢铁生产使用，这些铁精矿都将作为生产球团矿的原料。

    2．巴西

    巴西也是世界上最大的铁矿石生产和出口国之一。巴西铁矿的特点是：绝大部分为赤铁矿，含铁品位极高，一般均在67．5％以上，而且以细粉矿为主，但其粒度都较细。除少量可作为烧结粉以外，大部分都适合用作生产球团矿。因而巴西已建有10多个大型球团厂，球团矿产能每年在4000万t以上。最大的单系统能力达到700万t/a以上。目前的球团生产都采用带式焙烧工艺，用重油作燃料。巴西铁矿为赤铁矿，焙烧温度要求高，因而燃耗高，加工费也高。这些球团工厂目前都为CVRD公司掌握，所产球团矿质量标准统一。球团矿的品种很多，有供高炉用的，有供直接还原铁生产用的，有酸性的、碱性的，高硅的、低硅的等等，可满足各类钢铁生产的要求。

    巴西到达我国的海运距离遥远，特别是大型矿石船必须绕道非洲好望角。为了减少海运费，都采用大型矿石船运输，最大已到30万吨级。在巴西有良好的大型矿石港口码头，在我国使用巴西矿也应具备相应的大型港口码头。

    巴西铁矿源十分丰富，为了进一步扩大在世界铁矿石供应份额，满足各地钢铁生产的需求，并利用当地的能源和劳动力优势，降低生产费用，开始在世界各地合资兴建球团厂。目前在中国、中东都有计划和筹建项目。在中东地区兴建大型球团厂，不但单系统规模大，一般都在．500万t／a以上，甚至达700万t／a，而且技术装备水平高，产品质量极高。主要满足当地生产直接还原铁，供新建电炉短流程钢铁厂使用，同时可以充分利用当地廉价的天然气和其他能源。中东地区的钢铁工业随着经济的发展，将成为仅次于石油工业的第二大支柱性产业。

    3．北美和其它

    北美所产铁矿石主要是经细磨精选后的精矿，除有少量出口外，绝大部分都加工成球团矿供炼铁使用。为了满足世界上炼铁精料和直接还原铁生产发展的需求，目前在美国和加拿大都有新建球团厂的计划。

    世界各地凡是有细磨铁精矿生产的地方，都建有球团厂或准备兴建新的球团项目，如乌克兰、土耳其以及南美等地。但球团厂一般都建在矿山和矿石港码头附近，所产球团矿都属商品球团。商品球团矿使资源优势得到充分发挥，并提高了附加值，为铁矿业发展带来了新的契机和活力。

三、我国球团矿生产的现状和发展

    1．现状——发展迅速，但问题很多

    自进入新世纪以来，我国球团矿的生产有了很大的发展。在国家产业政策的支持和有识之士的努力下，在短短的五六年内建成了五六千万吨的生产能力。绝大部分采用先进的链篦机一回转窑工艺，而且大型化发展速度很快，单窑年生产能力从几十万吨到120万t、240万t、500万t，技术装备水平有了极大的进步。而我国到上世纪末仅建成了两个带式焙烧机工厂，年生产能力不到400万吨；链篦机一回转窑球团的生产能力仅有100万吨左右；另外还有竖炉球团矿二三十座，生产能力在800万吨左右。

    虽然我国球团矿生产在新世纪有了很大的发展，但存在着许多问题：

    (1)小型球团厂数量太多。100万吨／年以下的球团生产线有30多条，古老落后的竖炉球团生产线有60多条。这些球团生产线装备低下，产品质量低劣，环保设施也不完善，单位产品能耗高。竖炉在国外早已是淘汰的落后生产工艺。产生这一问题的原因是我国钢铁工业低水平、粗放式盲目快速扩充产量产生的后果。随着科学发展观的落实及结构调整的深入，这些落后的生产力将面临淘汰。

    (2)近年来新建的单系统规模在120万t以上的球团生产线也存在着装备水平偏低、工艺技术不高、产品质量低下的状况。

    (3)产品质量总体低下、单一，和国际水平相比相差甚远，主要表现在如下几个方面：

    ——铁品位低，SiO₂含量高。产生这一问题的原因是由于所使用的铁精矿质量低下。虽然这看来纯属是外部原因，但作为球团生产来说，是最基本和最重要的技术要求，是不容轻视的。国外先进的选矿工艺所产精矿，实行“细磨精选”，铁品位高，为高炉炼铁带来了各项冶炼技术经济指标的改善，由此而带来了可观的经济效益。对此，铁矿企业或钢铁生产企业及球团厂都应十分重视和切实解决。当然目前大型企业对选矿实行提铁降硅，有了明显的改善，但从总体上看还应努力改进。铁品位低的另一个原因是膨润土配加量过高。国外膨润土的配加量越低越好，一般为0．5％一0．7％，但我国球团生产一般在1．2％一2．0％，有的高达3％－4％。对成品球团矿的铁品位损失太大了。我国膨润土的性能太差，不能适应球团矿生产的要求，而且就地就近使用，目的是为了减少使用成本，其后果是适得其反．使球团矿的质量明显下降。在国外为了保证膨润土的质量要求和使用效益，宁愿实行国外采购和长途海运，因为其使用量毕竟是很少的，但带来质量经济效益仍是可观的。

  ——抗压强度低。由于所用铁精矿的细度、水分往往达不到“造好球”所必须的要求，因而生球质量差，在运输和焙烧过程中容易产生粉末。为了避免结块和结圈的产生，焙烧温度不到位，因而成品球团矿的抗压强度低。另外不正确的热工制度和耐高温材料材质的不过关也是使焙烧温度低的深层次原因。国际通用的高炉用球团矿抗压强度为250kg/个，而目前我国所产球团矿的强度大部分在200—220kg／个左右。这一球团矿的强度是不能满足大型高炉冶炼要求的。竖炉球团矿质量的不均匀性更为严重，对高炉冶炼造成更为严重的不利影响。

    ——球团矿的含粉率高、FeO含量高。由于生球质量差、焙烧不充分，因而在运输和焙烧过程中产生的粉末多。一般应<1．5％，可是有的高达30%一4％。由于氧化焙烧不充分，FeO的含量远高于2％，有的高达4％。这些不良的质量指标对高炉炼铁十分不利。

    (4)工厂作业率低。工艺水平低，经常产生结炉、结圈、结块；装备水平低下，设备质量低劣、事故多等等使工厂作业率低，年作业率达90．5％的工厂很少，最低的只有60—80％。

    (5)能耗高。由于工艺和热工设计不合理，单位产品球团矿的热耗高。在原料和燃料条件相同的情况下和世界先进水平相比，几乎高出1倍，乃至2倍。

    (6)环保存在问题。球团矿生产和烧结生产相比，由于其工艺过程不易产生粉尘的散发，因而应该有较好的工厂环境。但由于工艺不到位和设备的质量差，有不少球团厂的环境保护仍然是一个不可忽视的问题。特别是大量的中、小工厂，由于装备水平的低下，环保设施的缺乏和不足，环保问题更为严重。

    (7)劳动生产率低。由于装备水平的低下，工艺制度的不严密，操作经验的严重不足和管理上的落后，工厂定员要比国外先进球团厂高出许多。再加上许多工厂规模很小，因而劳动生产率方面差距很远，从几倍到几十倍。

    在此还应指出的一个十分重要的问题是管理上的严重失控，例如检查和检验上的失控和失真。许多统计数据缺乏，许多数据失真。

  2.发展—努力改变现状,赶上世界先进水平

 (1)随着球团矿产业的蓬勃发展，近几年来我国兴建了不少采用链篦机一回转窑先进工艺的球团厂，不再大量建设落后的竖炉球团工厂。在此形势的推动下，许多矿山和钢铁企业的领导促进球团矿生产对我国钢铁工业发展的重要作用，并对球团矿生产技术逐步深入理解，对球团矿生产中存在的问题，正在采取有效的措施，加以克服和改进。在科学发展观的指引下，坚持大型化的发展方向。大型化带来的规模经济效益十分可观，不但大幅降低单位产品的投资，而且也会大幅降低能源消耗，提高劳动生产率。为降低产品成本创造了条件，同时为采用先进技术和提高装备水平提供了有力的支撑，由此也给产品的质量提供了可靠的保证，给生产环境的改善和保护提供了强有力的技术基础。

    (2)坚持追赶世界先进水平和领先水平的目标。我国球团矿产业的发展不能再走以往发展的弯路，在今天的历史条件下，必须尽快做到“一步到位”，达到世界先进水平。为了这一目的，必须从建设开始就这么做。现在已有了显著的进展。例如武钢在鄂州建成了单窑500万t/a规模的世界最大规模的球团厂。目前鞍钢在营口鲅鱼圈正在筹建400万t/a规模的球团工程；宝钢正在湛江筹建500万t／a规模的球团工程。这些项目的核心关键技术采用了目前世界上最先进的Metso链篦机——回转窑球团矿生产技术。首钢在新的基地也将建设更大规模的球团厂。

    (3)发展商品球团生产。球团矿生产的商品化也是当今世界上的发展趋势。球团矿产品质量好，可以长途运输和海运，因而球团厂可建在矿山和铁矿港口码头附近，不必像烧结厂必须紧靠高炉建设。这对减轻钢铁企业的环保压力有极大的好处。我国目前几乎没有商品球团矿，但随着直接还原工业的发展和新的炼铁技术的采用(如COREX炉)，以及钢铁企业环保压力越来越大，商品球团的发展有着很大的空间。

    随着铁矿供应情况的变化，高品位的块矿已是很少，高品位的粉矿也会越来越少，而经过细磨精选的铁精矿会越来越多。我国钢铁生产依赖进口矿的比例将达到70％以上，巴西矿的用量也将越来越多，而大部分的巴西矿适于球团矿的生产，而不宜进行烧结生产。同时随着钢铁生产技术的发展，对炉料提出了越来越严格的要求。因而对高品位的优质球团矿的需求越来越大，从目前来看已显得十分迫切。为此我们应当努力，科学地促进我国球团矿生产的发展。

                                                                           (本文作者：中冶长沙冶金设计研究院副总工程师、教授高级工程师)