1.前言

　　近些年來煉鐵生產遇到鋼材市場下滑，原料和焦炭價格并不同步調低，去年、今年焦炭價反而猛漲，差不多鋼材價上揚優(yōu)勢被焦炭漲價抵消，這對于不景氣的高爐煉鐵提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。更差勁的是對高爐煉鐵的技術關鍵墨守成規(guī)未見運用技術創(chuàng)新，造成煉鐵工序只有微利，甚至虧本。煉鐵工序的生產成本占從煉鐵到成品鋼材總成本的70%左右。一個優(yōu)秀的鋼鐵企業(yè)，不能只靠煉鐵的后續(xù)工序盈利，更不能象100年前的農民種地那樣靠天吃飯。要做到煉鐵工序本身也必須盈利不能虧本，這是煉鐵廠生存的奮斗目標。

　　也許有人會問我：你做到了嗎？我可以明確的回答：我做到啦[1]。

　　另一方面,隨著國家和居民對健康保健的重視,要求煉鐵符合國家的環(huán)保標準。煉鐵廠的燒結廠和煉鐵用焦炭的焦化廠是高爐煉鐵的兩個最大污染源，是CO2；霧霾；NOx ; SO2;二噁英等有害排放的元兇，勢必受到限制和打擊。焦化廠附近的居民已經(jīng)不接受支付給他們的環(huán)保補貼。河北省前幾年停掉80多家小焦化廠。《綠水青山就是金山銀山》。

　　高爐煉鐵今后的出路是不使用燒結礦，還要減少焦炭消耗，以利環(huán)保。由此聯(lián)想到工程項目,例如直接還原、熔融還原，最重要的是不要使用焦炭/焦爐煤氣煉鐵啦。

　　2.高爐煉鐵的新爐料結構

　　傳統(tǒng)的高爐爐料結構是高堿度燒結礦配酸性球團/塊礦。新的爐料結構應該是焙燒球團/熔劑性球團配預還原球團或者塊礦；或者是：

　　100%預還原球團（還原鐵）。

　　高爐煉鐵長期以來習慣的爐料結構是以高堿度燒結礦為主，燒結礦的優(yōu)勢是在燒結過程中的鐵礦顆粒內產生液相，藉以維持高爐正常運行所需要的還原熱強度。

　　推行新的爐料結構必須做到噸生鐵的利稅高于使用燒結礦的噸鐵利稅。采用文獻[1]的直接還原法可以做到上述要求。

　　3.高爐使用新爐料結構的技術問題

　　高爐使用預還原球團（還原鐵）是降低爐內鐵的直接還原度的重大技措。預還原球團經(jīng)過還原到金屬化程度的熱處理，生成金屬鐵后，使球團產生金屬骨架結構達到的優(yōu)勢特性是提高了球團在爐內的還原熱強度（優(yōu)于燒結礦），改善料柱透氣性，減少懸料、崩料促進爐況順行，從而降低焦比、提高產量。這項優(yōu)越性對于3000 - 6000立米大中型高爐尤為重要。俄羅斯的高爐冶煉證實采用熱強度比燒結礦好的焙燒塊代替燒結礦能節(jié)焦7% [2]。

　　另外一個優(yōu)勢特性是球團的還原熱強度提高，明顯降低球團的破裂和粉化，減少爐內生成粉末量，這又一次促進高爐增加產量、降低焦比。在高爐內每減少1 %粉末可增產0.5 -1.0%[3、4]。高爐使用100%預還原球團可降低焦比35%、提高產量40 % 。

　　高爐使用預還原球團可改善和強化球團與氣體之間的傳熱和球團的預熱，可增加入爐球團的堆比重，增加焦炭負荷。球團的金屬化率越高，則其密度越大。預還原球團的密度和堆比重比預還原燒結礦大，所以前者比后者對產量的影響要大。預還原球團可以在高爐外對球團進行燒結礦做不到的預脫硫、脫除高含量的鋅和鉛、脫砷、脫銅等，擁有對廣泛原料的適應性。特別是可以使用燒結礦做不到的各種低品位鐵礦原料，包括鋼鐵廠含鐵塵泥、硫酸渣、有色今屬含鐵爐渣、鎳鐵渣等等進行預處理、預還原。燒結礦的燃料離不開焦化廠生產的焦屑/價貴的無煙煤。預還原球團可以使用燒結礦不能用的廉價動力煤。依靠燒結礦和焦炭的高爐，為了減輕環(huán)境污染需要對排放的煙氣進行脫硫、脫硝，而使用預還原球團根本就不需要進行啦，特別是比使用燒結礦可以做到減少一半的CO2 排放量。提倡新的爐料結構是從增加煉鐵經(jīng)濟效益和改善環(huán)保的目的出發(fā)的。這里要特別注意的是，并非所有直接還原法都能生產出高經(jīng)濟效益的預還原球團，只有能夠采用技術創(chuàng)新的直接還原法，例如，Xilun直接還原法[1]，才可以做到。高爐冶煉預還原球團會減少爐頂氣量、增加其熱值。我的同班同學 - 莫斯科鋼鐵學院煉鐵教研室主任優(yōu)斯芬教授、博士主張（1991年）對高爐爐料進行40 - 50 % 金屬化率的金屬化還原。大概他當時還沒有考慮到環(huán)保問題和其他技術細節(jié)。目前應該使用100%預還原球團/焙燒球團配塊礦代替燒結礦，但是要考慮對提高了熱值的高爐煤氣的熱能利用問題，例如，除常規(guī)的高爐煤氣利用之外，還可用于作為預還原爐的熱源等。采用新爐料結構，將有必要修改/調整高爐爐體結構設計，而且要有一個磨合期。

　　4.高爐、直接還原球團的粉化問題

　　傳統(tǒng)對煉鋼用還原鐵的鐵礦原料要求是含酸性脈石不超過3 %，總脈石量不超過5 %，以便利用還原鐵作為鐵源煉鋼時，做到渣量小，才是經(jīng)濟的?？墒氰F礦球團/塊礦在還原過程中都要發(fā)生不同程度的還原熱強度的猛烈下降。這是因為球團在赤鐵礦向磁鐵礦相變過程中發(fā)生膨脹，導致球團粉化/破裂，輕者少量膨脹粉化，重者大量粉化乃至災難性粉化。一般氧化球團礦的冷態(tài)抗壓強度高達200 - 400 kg/球，可是加入還原爐后的熱強度會下降到最低值，約為40 - 50 kg/個球（膨脹率小于20 %）；不正常的易粉化球團礦會下降到25 kg左右/球（膨脹率20 - 40 %）；球團含有大量堿金屬時，會發(fā)生災難性膨脹和出現(xiàn)大量粉化，其還原熱強度銳降到1kg左右/球（膨脹率在40%以上）。

　　防止/減少球團在還原過程中抗壓強度下降的一個辦法是利用球團內產生的熔體（要求有12 - 15%）是球團結構的聯(lián)結鍵，相當于粘結劑，可以節(jié)制球團還原粉化問題。不過這適合含酸性脈石量超過3%以上的鐵精礦粉，而上述超純凈鐵精礦球團只有3 % 的酸性脈石熔體，是遠遠不夠的。所以這一辦法行不通。

　　采取使球團/壓塊達到致密結構的各種措施可以提高球團的還原熱強度，但是這會降低球團的還原性，是矛盾的，也不是好辦法。

　　5.抗粉化球團研發(fā)和中試線試生產

　　普通的氧化球團礦的還原熱強度呈現(xiàn)由高到低再升高的”V”字形變化曲線規(guī)律。

　　赤鐵礦是剛玉型的菱形斜方晶格,也是各向異性的六方晶系晶體,而磁鐵礦是立方晶格、各向同性的等軸晶體。當赤鐵礦還元為磁鐵礦時產生內應力,致使球團膨脹粉化。內應力的大小決定球團膨脹粉化是否正常。含堿金屬球團除內應力作用外,還有堿金屬加劇球團膨脹粉化的作用力,致使球團產生很大的內應力和晶格畸變，造成災難性膨脹和粉化。

　　作者研發(fā)了磁鐵礦冷固結球團和低溫固結球團/壓塊。他們具有良好的還原熱穩(wěn)定性和獨特的固結性能。這種球團在還原過程中,隨著溫度提高,球團的還原熱強度并不下降,而是上升,不發(fā)生前述的”V”字形的強度下降(見圖1)。