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        干貨—球團科普

        2020-06-28

        干貨球團科普

         

        提到球團,就要涉及到鋼鐵冶煉行業中作為提煉鐵礦石的兩種常用工藝:造球工藝與燒結工藝。球團礦就是把細磨鐵精礦粉或其他含鐵粉料添加少量添加劑混合后,在加水潤濕的條件下,通過造球機滾動成球,再經過干燥焙燒,固結成為具有一定強度和冶金性能的球型含鐵原料。

            球團礦的用途

        燒結礦、球團礦和塊礦作為礦石原料混合入爐,與焦炭、石灰石混合入爐煉鐵,產出的鐵水輸送至轉爐煉鋼。



        以球團礦作為原料而制成的直接還原鐵既可以作為電爐煉鋼原料(可100%配比),也可以作為轉爐煉鋼的冷卻劑。由于直接還原鐵工藝不使用焦炭,極大減輕了對環境的污染。

         

         

           造球與燒結兩種生產工藝的區別
        隨著地球資源的不斷開采,富礦短缺,必須不斷擴大貧礦資源的利用,而選礦技術的進步可經濟地選出高品位細磨鐵精礦,其粒度從-200網目(小于0.074mm)進一步減少到-325網目(小于0.044mm)。這種過細精礦不益于燒結,透氣性不好,影響燒結礦產量和質量的提高,而用球團方法處理卻很適宜,因為過細精礦易于成球,粒度愈細,成球性愈好,球團強度愈高。

        成品礦的形狀不同:燒結礦是形狀不規則的多孔質塊礦,而球團礦是形狀規則的10~25mm的球球團礦較燒結礦粒度均勻,微氣孔多,還原性好,強度高,且易于貯存,有利于強化高爐生產。

        適于球團法處理的原料已從磁鐵礦擴展到赤鐵礦、褐鐵礦以及各種含鐵粉塵,化工硫酸渣等;從產品來看,不僅能制造常規氧化球團,還可以生產還原球團、金屬化球團等;同時球團方法適用于有色金屬的回收,有利于開展綜合利用。

        固結成塊的機理不同:燒結礦是靠液相固結的,為了保證燒結礦的強度,要求產生一定數量的液相,因此混合料中必須有燃料,為燒結過程提供熱源。而球團礦主要是依靠礦粉顆粒的高溫再結晶固結的,不需要產生液相,熱量由焙燒爐內的燃料燃燒提供,混合料中不加燃料

        生產工藝不同:燒結料的混合與造球是在混合機內同時進行的,成球不完全,混合料中仍然含有相當數量未成球的小顆粒。而球團礦生產工藝中必須有專門的造球工序和設備(造球盤等),將全部混合料造成10~25mm的球,小于10mm的小球要篩出重新造球。

        球團礦作為良好的高爐爐料,自上世紀50年代在美國首先工業化生產以來,發展迅速。不僅具有品位高、強度好、堿度低、易還原、粒度均勻等優點,而且可使高爐利用系數提高、焦比降低。從國外使用情況看,隨著高爐中球團礦使用量的增加,煉鐵渣量明顯下降,高爐鐵水產量提高,焦比和綜合燃料處于較低狀態,提高高爐壽命達到13年以上。

           世界球團使用比例

        歐美高爐球團礦使用比例一般都比較高,個別的高爐達到100%,一般配比都可達到70%,而中國高爐,主要是以燒結礦為主,燒結礦配比高達70-80%,而球團礦在我國爐料配比一直都比較低,約占5-20%,當然這與我國長期以來的煉鋼歷史不可分割。

           球團礦與鋼廠利潤

        往往,在鋼材利潤較好的情況下,鋼廠或會因為球團礦的低燃耗和高鐵水出產的特性,而增加球團礦配比。因此,球團礦的使用與鋼廠利潤一般呈正相關。

         

           世界球團貿易

        世界球團貿易與鋼鐵行業的發展步調基本是一致的。2004-2015年,全球球團貿易量基本保持在1.2億噸水平。自2004-2010年,世界鋼鐵需求強勁,各國都在加速擴產能,而球團作為低燃耗、高鐵水產出的產品,備受親睞,球團貿易量也逐步攀升。而自2010年后,隨著世界鋼鐵需求的回落,鋼廠利潤開始收縮,部分開始虧損破產,因此,球團的需求逐步下降,其貿易量逐步由峰值的1.39億噸降至1.2億噸。

         



           世界球團的供與需

        2015年世界球團產量約4.47億噸,由于鋼廠利潤近幾年持續收縮,原料采購也盡量傾向價格低、品味稍低的品種,因此,球團礦作為高品質礦石,用量呈現縮小趨勢,這使得很多球團礦企如履薄冰,出現大面積的關停,因此,2016年,球團供應相對會有所減少。根據最新數據了解,世界主要球團生產商累計生產量并沒有明顯增幅,部分與去年同比小幅下滑,部分保持穩定生產。瑞典球團Ferrexpo、LKAB產量小幅增長;俄羅斯Metalloinvest、Severstal生產基本保持平穩;瑞典Ferrexpo、LKAB產量小幅增長;巴西Vale、加拿大IOC和烏克蘭Metinvest廠相繼有不同程度的減產。早于2015年11月停產的巴西Samarco礦山整體供應量3000萬噸,據悉,將于2017/18恢復生產,屆時巴西整體供應量將新增約3000萬噸。

         

         


         

           巴西—大宗商品最重要的生產國與輸出國

        巴西,全球第一大產糖國,世界第二大大豆生產國,世界上第三大玉米生產國,世界上第一大鐵礦石生產國,也是世界上第一大球團出口國,每年向世界輸出近5100萬噸的球團礦,其境內最大的礦山Vale,每年要向世界輸出約4300-4700萬噸的球團礦,輸出量占巴西的90%,在鐵礦石貿易中,起著至關重要的作用。巴西今年1-8月份到中國的球團量大降70%左右,而這與2015年巴西Samarco礦山(年3000萬噸)的停產有直接的關系。由于進口球團礦的減少,加之國內球團設備未能及時復產,使得國內球團需求缺口非常大,國內球團價格被逐步推高,鋼廠也苦于球團礦的供應短缺,紛紛開始大量外采磁鐵礦自行加工或者采購些塊礦進行補充。

         

           歐洲—世界最大的球團消費市場

        歐洲向來以高額的球團溢價吸引了世界大量球團供應商的目光,這主要得益于歐洲較高的球團配比,其鋼廠球團配比一般保持在70%以上,部分可實現100%。

        在世界球團貿易中,歐洲每年有近4700萬噸的球團需求,除了高爐球團煉鐵外,歐洲也大量生產直接還原鐵,因此,歐洲的球團需求相對比較穩定。

         

           中國未來球團進口需求增長有限

        中國國內球團產能約3.5億噸,目前產能利用率50%不到,未來隨著清潔煉鋼模式的普及、環保的嚴格監管,球團礦需求或將有所提升,僅就國內球團潛在供應來看,未來足以滿足國內鋼廠對球團礦的需求,因此,中國球團進口份額未來或呈縮小態勢。

           北非、中東地區未來球團需求增長比較大

        首先,由于伊朗剛剛擺脫美國的經濟制裁,需要大力發展國內經濟,因此國家政府的投資有望拉動對鋼鐵的需求,進而帶動球團礦的需求。據相關信息了解到,伊朗計劃將其粗鋼產能從當前的2500萬噸擴產至5500萬噸,粗鋼產能的擴產需要更多鐵礦石原料的供給,因此伊朗也積極擴大自身鐵礦精粉和球團礦的產能,據悉,伊朗計劃將鐵精粉產量從2500萬噸擴產至6500,球團產量從2500萬噸增至8000萬噸。

         

        其次,非洲具有強大的基建需求,當地直接還原鐵產能利用率不到50%

         

        非洲是礦山資源非常豐富的一個國家,南非英美資源Kumba鐵礦、山鋼集團的塞拉利昂礦、毛里塔尼亞礦山、非洲彩虹礦業的Assmang等,都是非洲重要的鐵礦石輸出國,然而,據筆者了解,當地開發礦產資源其中最大的一個限制就是交通設施太落后,很多投資者入駐后,都要新建運輸公路、鐵路、港口,因前期投資較大,再加上當前的行業不景氣,很多當地的礦山都大面積的虧損,著名的英美資源礦業公司在近幾年頻頻出售其旗下的資產,其中就包含在南非的鐵礦、銅礦項目等。未來當地政府或者外資加強對基建的投入,勢必會拉動對鋼材和鐵礦石原料的需求。

         

        北非地區經常發生動亂,整體鋼鐵生產不斷受阻,當地直接還原鐵設備產能利用率比較低,50%不到,未來,隨著當地政治環境的改善,直接還原設備產能的恢復,使得球團需求逐步提高(球團是直接還原鐵生產的主要原料)。

         

           球團產能的變化

        2015年,全球球團產能7.618億噸,世界球團產量4.47億噸,世界球團產能利用率不到58%。其中2004年-2015年間,全球球團產能新增9000萬噸(除去中國和印度之外)。但是由于2015年左右鋼鐵行業萎靡,世界球團產能又出清約7000萬噸(不包含中國、印度、非洲和中東地區)。

         

         

        造球精粉是球團礦的重要原料,平均1噸造球精粉可產0.95噸球團(一般性而言)。那么未來造球精粉的供應情況將會直接影響球團礦的供給。

         

           世界造球精粉產量情況

        世界上最大的精粉生產國家依舊是巴西。年產量1.22億噸左右,除巴西以外,主要產地還包括,獨聯體成員國、北美自由貿易區、歐盟、中國等。2015年世界造球精粉產量約3.88億噸,根據某機構預測,造球精粉產量未來將保持穩步增長,至2020年,有望達到4.62億噸。支撐造球精粉產量不斷增長的重要因素在于未來世界清潔煉鋼模式的普及,球團礦或者直接還原鐵成為煉鐵和煉鋼的重要選擇。

         

        未來造球精粉供應增長主要來自巴西,其他獨聯體成員國與北美自由貿易區供應沒有太大變動;而歐盟擴產計劃延遲,可視為穩。

         

        巴西境內英美資源旗下的Minas-rio,據統計將于2018年完全達產,實現產能2650萬噸目標(實際可能低于這個數字),另一家世界第一大礦山淡水河谷Vale的南部項目有望實現進一步增產。

         

           直接還原球團的貿易

        直接還原鐵(DRI-Direct Reduced Iron)是用氣體或固體還原劑在低于礦石軟化溫度下,在反應裝置內將鐵礦石還原成金屬鐵的方法,其用料之一便是氧化球團礦,生產出來的產品我們可稱之為直接還原球團。這種鐵保留了失氧前的外形,因失氧形成大量微孔隙,顯微鏡下形似海綿結構,故又稱海綿鐵。其既可以作為高爐的冷卻劑,又可以與廢鋼配比用電爐煉鋼,產出的鋼品種主要是特種鋼、優質鋼等。目前直接還原鐵煉鋼在歐美比較普及,中國幾乎不用,因此直接還原鐵的貿易主要集中在歐洲。

         

           世界直接還原球團貿易

        世界直接還原球團每年貿易量約2200萬噸,其中巴西依舊是世界直接還原球團的最大輸出國,每年出口量約1600萬噸(Samarco是巴西最重要的直接還原球團供應商之一)。

         

         

        非洲和中東地區是世界上最大的直接還原鐵消費國,除了消耗自身較大的產量外,還要每年額外進口1400萬噸左右。

         

        非洲和中東直接還原鐵產量近十年一直保持較強勁的增長,產量從2004年的1690萬噸增至2015年3300萬噸,2013年后產量逐步穩定在3300萬噸左右。根據筆者上前文提到的,伊朗和北非未來直接還原鐵的生產將會繼續保持增長。

         

         

           高爐入爐球團供需及貿易情況

        球團礦,作為高爐重要的原料之一,其消耗量是隨著高爐鐵水產量的增長而增長,在某種程度上反映了世界鋼鐵的發展軌跡   。

         

        早在2002年,鋼價一直處于上升勢頭,行業利潤前景一片光明,2003年全球各大鋼鐵公司的股價也上升了40%左右,至2004年,全球各國表觀鋼材消費量幾乎都成兩位數增長,世界球團消耗也步入高速發展通道,高爐球團用量自2004年的2.5億噸增至2011年的3.88億噸,達到世界高爐球團用量最高值。然而進入2011年后,由于發達國家鋼材需求增長開始乏力而發展中國家鋼材需求出現較穩步的增長,使得球團使用量能維持在較高的位置上,至2015年,世界球團用量降至五年來最低為3.41億噸。

         

        中國,尤其是在2008年,受政府4萬億投資的刺激,國內鋼材表觀消費量于2013年達到峰值7.6億噸,于2014年粗鋼產量達到歷史峰值,但進入2015年后,中國粗鋼產量及表觀消費量雙雙下降,凸顯了鋼鐵行業低迷,與此同時,中國的球團消耗也降至五年來最低值。

         

        中國球團市場情況

         

        中國當前球團產能利用率比較低,未來國內球團礦復產概率較大

         

        中國球團產能約3.1億噸,球團產量在1.25億噸左右,產能利用率不到50%。而這些多與我國高爐長期保持較高的燒結礦配比有關,據悉,我國高爐燒結礦平均配比高達80%。但是隨著國家環保政策嚴格執行,未來鋼廠大規模的兼并重組使大批量的、低燃耗、高鐵水出產的球團礦需求逐步增加。

         

        中國球團需求不減

         

        中國全年球團需求量約1.5億噸左右,其中80%由國內供應,其余進口。從今年的進口數據來看,中國市場的球團礦供應呈縮減趨勢。進口球團礦大幅縮減,與此同時,國內球團產能也沒有明顯恢復。但是,鋼廠今年利潤普遍好于去年,對球團礦的需求也好于去年,短期的供需錯配使得球團礦價大幅增長。

         

        今年球團礦進口量將大幅減少,部分缺口將由高品塊礦替代

         

        2016年1-8月,中國球團礦總進口量982萬噸,較去年同期降660萬噸,同比降幅40%,出現這種現象的一部分原因在于巴西Samarco礦山的停產,使得今年至中國近900萬噸的球團供應量直接縮減,而同時,世界其他球團生產商并沒有出現大量的增產來彌補這一空缺。

         

        從數據來看,巴西進口降幅最大,1-8月巴西球團進口量累計174.2萬噸,同比減少449萬噸,降72%;烏克蘭球團進口量累計266.24萬噸,同比減少312.5萬噸,降54%。

         

        熟悉完世界球團的貿易狀況,接下來的就是更加專業的干貨:造球工藝。

         

           世界造球工藝

        目前主要的幾種球團焙燒方法:豎爐焙燒球團、帶式焙燒機焙燒球團、鏈箅機一回轉窯焙燒球團。

         

        豎爐焙燒法采用最早,但由于這種方法本身固有的缺點而發展緩慢。目前采用最多的是帶式焙燒機法,60%以上的球團礦是用帶式焙燒機法焙燒的。鏈箅機一回轉窯法出現較晚,但由于它具有一系列的優點,所以發展較快,今后很可能成為主要的球團礦焙燒法。豎爐造球在中國更普遍,只不過最近兩年淘汰量很多,使得鏈篦機-回轉窯使用比例逐步上升。

         

           我國造球工藝的變化趨勢

        中國球團設備大部分建于2000年后,其中40%的球團設備年產球團小于100萬噸,未來在規?;搹S形成后,小豎爐將越來越難以滿足鋼廠大批量的需求,因此可大批量生產球團的回轉窯造球工藝將逐步增加。


        球團與鋼鐵冶煉流程

         

        中國豎爐造球和鏈篦機-回轉窯造球的對比

        鏈篦機-回轉窯

         

        鏈篦機回轉窯工藝是中國氧化球團主導的工藝,具有大型、連續、高溫、封閉等特點,生產自動化水平仍然較低。鏈篦機回轉窯法球團生產分為四個工藝段:配料、造球、焙燒和冷卻。其中鏈篦機-回轉窯系統屬于焙燒和冷卻工藝段,該系統熱工制度的控制和調節是整個球團生產過程最重要的環節之一。

         

        特點

         

        可使用的燃料種類較多。鏈篦機-回轉窯工藝可以使用的燃料有天然氣、高熱值煤氣、重油及煤,國內部分鋼鐵企業使用高爐煤氣、焦爐煤氣的混合煤氣,以保證焙燒時有足夠的供熱強度和氧化氣氛,保證球團礦質量的穩定。

         

        設備大型化。目前,我國自行設計、制作和安裝的鏈篦機-回轉窯球團廠,最大規模為240萬t/a。從我國實際情況出發,立足國內,把鏈篦機-回轉窯球團廠規模擴大到400萬t/a已經不存在技術障礙。從國內目前的機械加工及制造能力分析,400萬t/a球團廠的設備制造供貨,除強力混合機及回轉窯主傳動液壓馬達需從國外引進外,其余主要工藝設備如圓盤造球機、鏈篦機、回轉窯、鼓風環冷機均可國內制造供貨。

         

        對原料的適應能力強。赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦等均可作業其生產用精礦粉。

         

        生產出的成品礦質量均勻,冶金性能好。

        豎爐焙燒球團法

         

        豎爐焙燒球團是在專用豎爐中進行焙燒的一種鐵礦石球團法。在豎爐中、上部兩側的燃燒室,將氣體燃料(或液體燃料)燃燒后的高溫廢氣噴入爐內,與自上而下移動的生球逆向運動,加熱爐料;另在豎爐下部鼓入冷風,在爐內自下而上運動,冷卻爐料,從而,使布入爐口的生球在豎爐內連續下降的過程中,經過干燥、預熱、焙燒、均熱、冷卻5個工作帶,焙燒成為成品球團礦,由豎爐下部連續排出。由于豎爐內各工作帶不易靈活控制,焙燒均勻性差,同時對原料要求嚴格,單機能力小,在工業發達國家已經淘汰。在中國,由于豎爐焙燒具有設備簡單,投資少,熱效率高,生產費用低和不用合金鋼等優點,同時改進了爐型結構,提高了球團礦的產量和質量,因此在一些以細精礦為原料的中、小鋼鐵廠仍有發展。

         

        特點

         

        單爐規模很難大型化。目前我國生產的豎爐一般都在10-20m2,產量在40-70萬t左右。如要擴大規模,其難度十分大。如要擴大其橫向尺寸,上述所提到的爐內溫度的分布勢必更難做到合理和有效;如要增大長度方向上的尺寸,則會由于長度和溫度(排料溫度一般在400℃左右)方面的原因,將對排料輥的設計和制造帶來更大的難度。

         

        只能使用氣體燃料。從目前工業生產實踐的情況看,豎爐使用氣體燃料時,焙燒效果要好些。雖也有燒油的實踐,但成品球團礦的質量要更差些,而且產量也低,其效果不佳。

         

        對原料的適應性差。從理論上和實踐都可看出,豎爐焙燒只有在用磁鐵礦作原料時才能成功。若采用赤鐵礦或其他礦種作原料,往往在其升溫過程中,球團的強度很難提高,幾乎要到1200℃以上,球團的固結強度才能較迅速地上升,在此溫度以前,球團在爐內由于強度低和往下運動時的摩擦和料柱的壓力,會產生過量的粉末,在較高溫度下極易產生粘結現象。

         

        去杠桿、去庫存、去產能是近幾年世界鋼鐵行業都要去解決的問題,這一系列問題的解決旨在讓鋼鐵行業重新走上盈利的、環保的、多元化的健康的發展道路上。未來凡高污染、高耗能、低產出的原料、燃料都勢必逐步被低能耗、高產出的原燃料取代。

         

        球團礦,作為一種相對較好的原料,在未來世界市場上都將會有很大的使用空間,對于專注于黑色領域的從業者,是時候花更多的時間去研究下球團了。

         

        信息來源:冶金交流中心。目的在于傳遞更多行業資訊,內容僅供參考,文章版權歸原作者或機構所有。

         

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