鞍钢低碳清洁高效高炉炉料结构发展战略研究

周明顺 ，李忠武 ，赵东明 ，赵正洪 ，朱建伟

（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山 114009；2.鞍钢股份有限公司，辽宁 鞍山 114021；3.鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁 鞍山 114021）

立足于当下鞍钢股份有限公司（以下简称“鞍钢”）实际，关于高炉低碳高效生产方面，无论开发何种低碳冶金技术，目前都绕不开 “炼铁精料方针”，因为它是高炉操作的最基本内容。烧结矿和球团矿作为鞍钢高炉炼铁生产使用的主要人造富矿，其质量对冶炼过程有重要影响。生产实践表明，高炉操作指标的优化离不开人造富矿质量的提升，没有“精料”做基础，高炉不可能有效地接受大风量、高风温和喷吹燃料等新技术、新工艺，不可能达到高产、优质、低耗的冶炼效果，实现高炉低碳高效清洁目标更是奢望。

鞍钢烧结、高炉利用系数较低，燃料消耗较高，与先进企业同类型高炉相比，主要技术经济指标长期存在一定差距，需继续通过采取深入挖掘、认识掌握高炉冶炼规律，开发新工艺新技术，创新原料工艺结构并应用等措施，实现高炉低碳清洁高效目标。本文分析、梳理了目前鞍钢高炉炉料生产工艺结构方面存在的偏离当前国内铁前技术发展方向抑或“炼铁精料方针”的6个主要问题和人造富矿制造方面存在的1个严重短板，提出了具体技术措施和预期目标。同时，为了通过高炉炉料工艺结构变革，实现炼铁低碳清洁高效发展战略目标，提出了4条战略判断和3条建议。

1 存在的主要问题与短板分析

鞍钢高炉炉料生产工艺结构方面存在6个主要问题：① 入炉品位低对高炉技术经济指标产生不利影响；② 中型规模的烧结产线较多，造成烧结烟气中NO、污染物排放处理工艺流程多，环保投资成本大幅增加；③ 烧结矿入炉比例高，球团矿入炉比例低，高炉炉料结构模式的不尽合理性逐渐突显；④ 国内外两种铁矿资源未得到科学合理配置利用；⑤ 含铁废料 （钢铁粉尘）直接配入烧结，未得到有效回收和高值利用，且影响了烧结矿质量；⑥ 烧结机漏风率高达46%～51%，既增加电耗又影响烧结矿质量。鞍钢人造富矿制造方面存在1个严重短板，即没有高品质熔剂性球团。

1.1 入炉品位低

炼铁界常说高炉顺行“三分操作、七分原料”。生产实践表明，通常情况下，高炉入炉铁矿石品位提高1%，焦比大致下降2%，利用系数大致提高3%，虽然这种对应关系既不确定也不十分精准，但在一定程度上反映了高炉运行中原料的重要性，强调了炉料（包括烧结矿、球团矿、块矿）、燃料（包括焦炭、喷吹煤粉）质量对高炉顺行、技术经济指标的重要性。

鞍钢与国内先进企业的入炉品位及高炉技术经济指标比较情况见表1。从对标结果看，鞍钢2580 m与3200 m两种炉型高炉的平均入炉品位为58.30%，比首钢京唐、迁安的指标分别低3.10和2.44个百分点。可见，鞍钢高炉入炉品位与国内高效低耗高炉有较大差距，入炉品位低对鞍钢高炉技术经济指标有直接不利影响。

表1 鞍钢与国内先进企业的入炉品位及高炉技术经济指标比较Table 1 Comparison of Grades of Raw Materials and Fuels Charged into BF and Technical and Economic Indexes between Domestic Advanced Enterprises and Ansteel

鞍钢2580 m与3200 m两种炉型的高炉炉料中，烧结矿比例均在65%～68%以上，酸性球团矿比例为27%左右。鞍钢矿业集团铁精矿在烧结铁料中的占比达50%以上，在酸性球团铁料中的占比为100%。可见，铁精矿品位的高低对入炉品位的影响权重很大，直接决定了入炉品位的高低。

国内外优质烧结矿品位通常在56%以上甚至达到58%，SiO为5%左右，有的在4.6%～4.8%；球团矿品位均大于65%，SiO小于3.5%。鞍钢与国内先进企业的烧结矿、酸性球团矿化学成分比较情况见表2。

由表2可以看出，鞍钢高炉使用的烧结矿SiO含量高达5.89%，比首钢京唐、迁安分别高出0.31和0.63个百分点；酸性球团SiO含量高达6.07%，比首钢京唐、迁安分别高出2.99和1.44个百分点。而且鞍钢高炉天然块矿占炉料比例为5%左右，与首钢京唐天然块矿占比接近，由此可知，首钢京唐高炉入炉品位高是由其人造富矿品位高和球团入炉比例高带来的，鞍钢高炉入炉品位低是由其人造富矿品位低和球团入炉比例低双重因素导致的。

表2 与国内先进企业的烧结矿、球团矿比较Table 2 Comparison of Sintered Ore and Acid Pellets between Domestic Advanced Enterprises and Ansteel

1.2 中型规模烧结产线较多

鞍钢共有烧结产线6条，其中中型规模265 m、328 m烧结机各2台，中大型规模360 m烧结机2台，烧结矿年产量为2 040万t。按烧结矿CO排放量280 kg/t计算，6条烧结产线每年的CO排放总量高达571.2万t。

鞍钢中型规模烧结产线多，烧结烟气处理工艺流程多，环保投资成本大幅增加，给实现节能降耗、低碳排放乃至可持续发展带来沉重负担，是目前较为突出的问题。

1.3 高炉炉料结构不尽合理

由于资源禀赋和受技术传承影响，20世纪80年代至2020年，鞍钢8座高炉基本采用高碱度烧结矿（平均70.0%）加普通酸性球团矿（平均29.5%）为主，外配少量天然块矿（平均0.5%）的基础炉料结构模式。从2021年开始，高炉炉料结构进行了小幅调整，采取高碱度烧结矿平均为70.3%，普通酸性球团矿平均为27.2%，天然块矿平均为2.5%的炉料结构模式。球团矿在炉料结构中的占比较低是鞍钢高炉炉料结构不尽合理的突出表现。

长期以来，鞍钢在基本不变的高炉炉料结构模式下，高炉利用系数较低、燃料消耗较高，与国内企业同类型高炉相比，主要技术经济指标存在一定差距。鞍钢高炉炉料结构存在烧结矿入炉占比高、球团矿入炉占比低的不合理性，是由于烧结矿生产规模大、球团矿生产规模小这一历史原因造成的。而烧结矿生产规模大不适应于当前国内外精料技术的发展趋势，且使得球团矿的冶金性能与环保优势未得到充分发挥。因此，应减小烧结矿生产规模，加大球团矿生产规模，从而大幅度提高球团矿入炉比例，主要原因如下：

（1）球团生产工序能耗约为烧结生产工序的50%，生产球团矿能显著降低吨钢能耗。此外，由于球团矿料层透气性好、粉化率低，没有破碎整粒等环节，产生的粉尘量相较于烧结矿减少很多。

（2）由于球团工艺焙烧供热方式与烧结不同，燃烧后形成的SO、NO和CO排放量相较于烧结工艺少很多，球团工艺对环境更加友好。

（3）由于球团矿是一种优质的冶金炉料，高炉冶炼过程中通过提高球团矿配比，减少烧结矿配比，可以达到增产降焦和降低排放的目的。近年来，我国球团矿用量大幅增加，并获得了良好的技术质量指标和经济效益。因此，大力提升球团矿产能是钢铁低碳冶炼的发展方向之一，是钢铁行业今后发展的必然趋势。

1.4 国内外两种铁矿资源未得到科学合理配置利用

目前，鞍钢自产细粒铁精矿中有约40%用于鞍钢烧结，约37%用于鞍钢球团生产。铁精矿占鞍钢6条烧结产线铁料的比例达57%以上，由于铁精矿粒度非常细，不利于烧结料层透气，料层最厚只能铺至740 mm，导致烧结机利用系数低、固体燃耗高。

鞍钢用于烧结的外购铁矿资源均为粒度较粗的粉矿，有助于烧结料层透气性改善，具有适合生产烧结矿的自然原料属性，可增加烧结料层厚度，提高烧结机生产能力、降低固体燃耗。

总之，鉴于鞍钢矿业集团细粒铁精矿具有更适合生产球团的自然原料属性和对烧结的负面影响，而外购铁矿粉矿粒度较粗，具有适合生产烧结矿的自然资源属性，在人造富矿制造时，应该对国内外两种铁矿资源重新做科学合理配置，将粒度较粗适于烧结的铁粉矿充分大比例用于烧结，将粒度细适于球团的自产精矿全部或主要用于球团，通过采取扩大球团产能，减少烧结产线，保持高炉铁料平衡，充分发挥其各自属性。

1.5 含铁废料未得到有效回收和高值利用

含铁废料 （钢铁粉尘）是钢铁企业在原料准备、烧结、球团、炼铁、炼钢和轧钢等工艺过程中进行干法除尘、湿法除尘和废水处理后产生的固体废弃物。鞍钢每年有超过195万t的钢铁粉尘被粗放地配入烧结料（配比高达10.5%以上）中作为一种含铁原料使用，既严重影响烧结矿质量，又经常堵塞烧结机篦条影响烧结机正产运行，且污染环境。实验室研究表明：当直接配入烧结的粉尘杂料达到3%，烧结料层透气性开始恶化，是导致烧结机利用系数低、固体燃耗高的另一原因；当粉尘杂料配入量达到5%，烧结料层透气性明显恶化，烧结矿成品率、转鼓强度和利用系数均有不同程度地降低。同时，含铁废料中含有的Zn、Pb、K和Na等有价元素直接配入烧结，未得到有效回收和高值利用，既造成了资源的浪费，又使高炉本体长期遭受Zn、Pb、K和Na等元素侵蚀危害。

1.6 烧结机漏风率高

鞍钢6台烧结机漏风率高达46%～51%，使烧结生产过程中进入料层的有效风量减少，影响烧结生产效率并使工序能耗增加；另外，烧结机漏风率高不利于降低烧结机主抽风机功率，同时增加了烧结烟气末端治理负荷。通常情况下，烧结机容许的漏风率约为15%～30%。烧结漏风率降低10%，烧结矿产量可提高5%，烧结矿质量可改善1%～3%。烧结机漏风率高无法使烧结混合料混匀制粒等技术的提产优势发挥出来，是导致烧结机利用系数低、固体燃耗高的主要原因。

烧结机漏风率高不仅会导致工序能耗增加，对烧结矿质量也有很大的不利影响，分析如下：由成熟的烧结铁酸钙理论（SFCA理论）可知，烧结矿矿物组织以铁酸钙粘结相为主，由SFCA或者针状的SFCAI将残留的赤铁矿、磁铁矿等粘结交织成非均相的烧结矿结构，烧结矿的微观结构以熔融、交织结构最为理想，其中，铁酸钙是烧结矿的理想矿物组成，此时烧结矿的还原性和固结强度均最优，从而具有良好的质量，理想的铁酸钙是优质高碱度烧结矿质量的标志。

烧结过程中形成理想的铁酸钙需要3个必要条件：①适宜的烧结温度；②烧结料中适宜的CaO含量；③烧结料层充足的氧化性气氛。由此可见，烧结生产过程中进入料层的有效风量对保障烧结料层有充足的氧化性气氛至关重要，烧结机漏风率高，近50%的风不经过烧结料层，无法保障烧结过程需要的充足的氧化性气氛，会直接对烧结矿质量产生负面影响。

1.7 没有熔剂性球团

长期以来，在高炉渣系基本固定的情况下，由于鞍钢高炉大比例高碱度烧结矿入炉的实际情况，受入炉铁料碱度平衡限制，以及鞍钢矿山自产精矿SiO含量较高，没有提高球团矿碱度的条件，鞍钢熔剂性球团生产工艺的开发明显落后于国内其他企业。没有高品质熔剂性球团是鞍钢人造富矿制造方面存在的1个严重短板。

烧结、球团工艺的有害污染物排放比较如表3所示。国内外的生产实践表明，熔剂性球团矿具有品质高、生产工艺能耗低和污染物排放低的独特优势。球团工艺能耗是烧结工艺的45%左右，污染物排放是烧结工艺的24%左右。球团工艺在很大程度上可助力高炉高效低耗和大幅度降低炼铁系统的 CO和污染物排放。

表3 球团、烧结工艺的有害污染物排放比较Table 3 Comparison of Emissions of Noxious Pollutants between Sintering Process and Pelletizing Process

鞍钢高炉炉料结构中的球团是普通酸性球团矿，其冶金性能较差。没有高品质熔剂性球团矿是鞍钢高炉炉料结构的缺陷，它或将成为或已是实现鞍钢高炉清洁高效低耗的瓶颈之一。

2 具体技术措施

基于上述存在问题和短板，立足鞍钢不同发展阶段实际，着重从科学规划铁精矿品位、人造富矿工艺结构变革、含铁废料集中处理及高炉炉料结构重新构建等方面，制定了以下具体技术措施与应对解决方案。

2.1 科学规划矿山合理铁精矿品位

从钢铁联合企业的角度看,所谓铁精矿合理品位,是指在一定加工冶金条件下,选厂能够达到且高炉冶炼最经济的品位,也就是说冶炼所获得的效益高于矿山多支出的费用时的精矿品位。可见，铁精矿的合理品位最终归结于经济指标的核算，不同的企业、不同的矿石资源，其合理品位不尽相同，且随着外部经济环境的改变而变化，并不是静止不变的，不是经过选矿的铁品位越高越好，也不是品位越低越好。

铁精矿作为鞍钢高炉冶炼的大宗原料，其品位的高低除了影响吨铁原料成本构成外，还直接影响冶炼效果。例如，铁精矿品位提高，选矿成本增加，吨铁成本随之增加；但同时，铁精矿品位提高，入炉品位提高，高炉操作指标改善（利用系数提高，焦比降低），吨铁成本降低。鉴于此，根据鞍钢高炉冶炼需要、结合市场价格变化和资源条件变化，如何确定两者的盈亏平衡点,是合理铁精矿品位研究的核心问题。因此，需开展鞍钢铁精矿合理品位系统优化技术研究，当鞍钢铁精矿品位变化时，弄清烧结矿、球团矿及所构成的高炉综合炉料品位与冶金性能的变化关系，得到选矿工艺与炼铁工艺的盈亏平衡点,从鞍钢集团整体效益角度，科学规划合理铁精矿品位值。

2.2 高品质熔剂性球团关键工艺技术开发与应用

近年来，熔剂性球团在世界范围内正在逐渐取代冶金性能较差的酸性球团。通过高品质熔剂性球团关键工艺技术开发，新建熔剂性球团生产线，逐步替代鞍钢中型规模的烧结产线，解决中型规模烧结产线较多带来的烧结烟气处理工艺流程多，环保投资成本大幅增加等问题。

2.2.1 鞍钢熔剂性球团储备研究基础

2012年初，鞍钢集团钢铁研究院基于鞍钢具有丰富的细粒度铁精矿，更适合生产球团的特征，独立开展了模拟带式焙烧机生产熔剂性球团的大量储备研究，积累了良好的技术基础。当时的实验室结论是：添加CaO质熔剂以消石灰为佳，而消石灰与细磨菱镁石混合使用，可进一步改善提升熔剂性球团的热态冶金性能，即生产镁质熔剂性球团。由于熔剂性球团要求铁精矿的SiO含量低于4.5%，而当时鞍钢矿山自产精矿SiO含量较高，为4.6%～6.5%，不满足SiO含量要求，因此，研究工作没有更深入的开展。

2.2.2 带式焙烧机生产熔剂性球团发展方向

熔剂性球团生产中，由于配入了CaO熔剂生成铁酸钙和铁橄榄石等液相，相对酸性球团额外增加的铁酸钙液相在氧化性气氛下会产生 CaO·FeO、CaO·2FeO以及 CaO·FeO-CaO·2FeO等铁酸钙系共熔混合物，熔点均在1 200～1 230℃的较低温度范围，在正常焙烧温度下形成的液相对球团固结、球团矿强度和冶金性能均较有利。国外熔剂性球团铁精矿SiO含量一般控制在4.5%以内，不能过高。

对于链篦机-回转窑球团工艺，如果生产熔剂性球团的铁精矿SiO含量过高，在一定球团碱度下，总液相量增多，液相量过多不仅会增加回转窑和环冷机的温度控制难度，同时产生过多的低熔点化合物和粉末会在回转窑中造成结圈，使环冷机内的球团相互粘结，恶化球层透气性，造成环冷机板结。因此，熔剂球团混合料的成分控制，主要是对铁精矿SiO含量上限的控制，其对生产熔剂性球团工艺的生产稳定至关重要。

对于带式机生产熔剂性球团工艺，对铁精矿SiO含量的要求没有链篦机-回转窑球团工艺的严苛。由于带式机熔剂性球团的生产过程不存在球团间或球团与设备间的相对运动，铺到台车上的生球之间相对静止，不同于链篦机-回转窑工艺生球在窑内滚动，可有效避免链篦机-回转窑工艺生产熔剂性球团时可能发生的球团粘结和窑体结圈现象。因此，带式焙烧机工艺在生产熔剂性球团方面具有明显的技术优势，采用带式焙烧工艺制备熔剂性球团是球团生产的发展趋势，带式焙烧机球团工艺要求铁精矿SiO含量要求可适当放宽。

2.2.3 链篦机-回转窑生产熔剂性球团

鞍钢熔剂性球团的生产尚处于起步阶段，对于熔剂性球团来说，链篦机所产出的预热球团强度难以满足回转窑的生产要求，加之熔剂性球团焙烧区间较窄，在回转窑焙烧过程中存在不同程度的球团黏结和窑体结圈等问题，因此使用链篦机-回转窑工艺生产的熔剂性球团存在碱度较低、生产状况不稳定等问题，制约了鞍钢熔剂性球团生产的发展，鞍钢需要开展高品质熔剂性球团创新性关键工艺技术开发，创建鞍钢特色的现有链篦机-回转窑高品质熔剂性球团生产线。

2.3 链篦机-回转窑MgO质酸性球团关键工艺技术开发与应用

球团矿中加入MgO可以使球团获得良好的冶金性能，对高炉增产、降耗有很大的推动作用。鞍钢钢铁研究院周明顺已完成在鞍钢321.6 m带式机上的MgO质酸性球团开发，实验室研究与工业试验均取得了成功，积累了良好的技术基础。2018年7月在鞍钢321.6 m球团带式机和10号高炉的工业试验表明，球团带式机生产MgO质酸性球团是可行的，高炉使用MgO质酸性球团后，软融带区间变窄、位置下移，炉渣流动性变好，风量增加，高炉炉况稳定顺行，实现了提产降耗的效果，高炉生铁产量日平均增加107 t，燃料比下降4 kg/t。鞍钢计划在2021年下半年开展MgO质酸性球团工业生产应用推广。同时，鞍钢具有丰富的铁精矿和4条链篦机-回转窑酸性球团生产线，但链篦机-回转窑生产酸性MgO球团，从原料准备、生球团制备到焙烧和冷却制度等，均与带式机生产MgO酸性球团有很大不同，且受所用原料、燃料和熔剂的类型与成分影响大，还需系统地研发鞍钢原料条件下采用链篦机-回转窑工艺制备MgO酸性球团的成套技术，并在此基础上，通过工业试验，建设示范生产线，推动MgO酸性球团在鞍钢的应用与发展，全面改善高炉的炉料结构，助力实现高炉高效低耗。

2.4 开发集中处理含铁废料的工艺方法

鞍钢每年超过195万t的钢铁粉尘必须采取集中处理方式解决。本着 “伤其十指不如断其一指”的理念，采取1条烧结产线+1座高炉联合工艺法集中处理含铁废料技术措施。对有害元素含量低的含铁粉尘，将含铁粉尘直接全部集中配入1条烧结生产线，生产100%含铁粉尘烧结矿，其它烧结生产线零配加，且该含铁粉尘烧结矿仅供1座高炉冶炼；对于有害元素含量高的粉尘，开发了“深度预还原-烧结-高炉联合工艺法的钢铁粉尘高效循环冶炼及高值化提取新工艺”，先进行预还原处理后再集中配入。此方法避免了钢铁粉尘对其它5条烧结产线与7座高炉的影响，可实现含铁粉尘的集中合理处理、高效利用、高值回收，将为钢铁企业固废的资源化治理提供一种高效可行的思路，开发成功后将极具行业推广价值。

2.5 降低烧结机漏风率

烧结机漏风的漏风点很多，主要包括烧结机头尾漏风、滑道漏风、台车之间漏风、管道系统漏风、双层卸灰阀漏风等。针对不同漏风点的工况环境与结构特点，国内外科研机构研发了系统性的综合堵漏风密封技术，包括负压吸附式端部密封技术、波纹弹性滑道密封技术、重力自适应台车栏板密封技术、独立气密封双层卸灰阀技术等，使用效果良好。上述技术在国内外得到了广泛应用，国内应用于宝钢、安钢、日照钢等，其中宝钢湛江2号550 m烧结机初期测试漏风率仅为17.8%；国外应用至越南台塑钢铁、日本和歌山钢铁等，其中和歌山185 m烧结机测试漏风率仅为17%。

烧结机漏风率降低，有助于降低烧结机主抽风机功率及烧结烟气末端治理负荷。建议对鞍钢6台烧结机进行选择性堵漏风改造，其中即将拆除的西区265 m烧结机可维持现状，将其余5台烧结机漏风率由目前的50%左右逐步降至40%、35%、30%甚至25%以下。

2.6 构建高效清洁低耗高炉炉料结构方案

以2021年下半年鞍钢新建600 m大型烧结机为契机，以因地制宜、科学合理贯彻精料方针为指导，以对标当前国内外高炉精料技术最新进展与应用为参考，以鞍钢自产铁精矿提铁降硅为原料基础，以开发高炉新炉料推广新工艺为主旨，在”十四五“期间，既密切结合当前实际又着眼未来发展，颠覆性改变近40年不变的高炉炉料结构模式，分不同时期，逐步淘汰中型烧结机，开发高品质熔剂性球团关键技术及其规模化生产。一并解决上面述及的中型规模烧结产线多、炉料结构不尽合理及两种铁矿资源不合理配置等问题，规划、设计和构建低碳清洁高效的高炉炉料结构模式。

（1）第一时期：600 m烧结机建设期间的高炉炉料结构

2021年按照规划在鞍钢原系统265 m烧结机区域，新建1台600 m烧结机，建设期间的高炉炉料结构见表4。

表4 第一时期高炉炉料结构（入炉品位58.22%）Table 4 Burden Compositions for BF in Period 1（Grade of Raw Materials and Fuels Charged into BF 58.22%）%

（2）第二时期：600 m烧结机建成后的高炉炉料结构

600 m烧结机建成后，拆除鞍钢集团矿业公司东鞍山1台360 m烧结机，由于烧结矿产能与供给发生变化，600 m烧结机建成后的高炉炉料结构见表5。

表5 第二时期高炉炉料结构（入炉品位58.07%）Table 5 Burden Compositions for BF in Period 2（Grade of Raw Materials and Fuels Charged into BF 58.07%）%

（3）第三时期：600 m烧结机达产后构建高炉新炉料结构

600 m烧结机达产后，建议再拆除鞍钢1台265 m烧结机。为了补足烧结矿产能缺口，二烧、三烧车间的双层烧结新工艺需提产25.95%。至此，就实现了减少2台265 m中型规模烧结机的目标。

（4）第四时期：鞍钢球团带式机与弓长岭两条链篦机-回转窑球团线均生产熔剂性球团并设计高炉炉料结构

在鞍钢集团矿业公司实施提铁降硅条件下，设计球团带式机与弓长岭2条链篦机-回转窑均生产熔剂性球团时的高炉炉料结构见表6。调整后高炉炉料结构的优势是，原冶金性能较差的普通酸性球团矿配比从目前的25.00%降至6.69%，冶金性能较好的熔剂性球团矿配比为18.41%，高炉炉料结构整体冶金性能必将大幅度改善。入炉品位由58.07%提高到59.23%，提高了1.16个百分点。

表6 第四时期高炉炉料结构（入炉品位59.23%）Table 6 Burden Compositions for BF in Period 4（Grade of Raw Materials and Fuels Charged into BF 59.23%）%

（5）第五时期：新建年产420万t的704 m带式机熔剂性球团生产线并设计高炉炉料结构

除了上述分步骤实施提高烧结机产能、减少烧结产线、烧结机大型化等措施外，亟待开发并采用低耗能、低污染的铁矿石制备工艺对烧结工艺进行渐进式的替代，减少烧结矿在高炉炉料结构中的占比，实现逐步减少烧结产线目标。

拆除鞍钢2台265 m中型烧结机后，再拆除1台328 m中型烧结机，并新建年产420万t的704 m带式机熔剂性球团生产线，设计高炉炉料结构见表7。

表7 第五时期的高炉炉料结构设计（入炉品位60.50%）Table 7 Burden Compositions for BF in Period 5（Grade of Raw Materials and Fuels Charged into BF 60.50%）%

高碱度烧结矿配比可由目前的68%左右降至55.67%，熔剂性球团使用创造鞍钢零比例入炉历史记录，一跃配至30.68%，球团合计入炉比例37.37%，球团矿配比比目前的25%提高近12%以上。至此，烧结产线将由6条变为4条，1台600 m、2台360 m和1台328 m烧结机。 每年烧结矿产量减少633.5万t。

3 预期目标

对标国内同类型高炉技术经济指标，鞍钢低碳清洁高效高炉炉料结构的预期目标是推动鞍钢本部高炉绿色发展、低碳生产、高效节能综合技术等技术进步，扭转炼铁系统长期面临的高炉效率低、消耗高的被动局面提供原料保障。至2025年前各项措施实施后，预计可完成具体技术经济指标目标如下：① 实现低碳高效高炉，高炉平均利用系数2.40 t/（m·d）以上，燃料比降低40～50 kg/t；② 实现绿色发展，鞍钢烧结产线每年CO排放可减少 181余万 t（减少 25.1%），SO排放可减少 9 313 t，NO排放可减少1 837 t；③ 实现清洁生产，鞍钢集团鞍山区域含铁废料（钢铁粉尘）产品的金属化率≥65%，新工艺的脱锌率≥85%，锌元素高效高值回收。

4 高炉炉料结构发展战略判断和建议

在上述分析的基础上，基于《鞍钢集团碳达峰碳中和宣言》和国内外炼铁精料技术的持续发展，以及国家对环境保护与清洁生产的要求愈加严苛的现状，对鞍钢高炉炉料结构提出以下4条战略判断和3条建议。

4.1 4条战略判断

（1）提铁降硅是先决条件

遵循“矿产资源优质优用”的学术思想，针对鞍钢自产铁精矿，进行从选矿、烧结（球团）到高炉的整个生产流程系统的技术优化和经济成本优化，可填补鞍钢铁前原料的部分研究空白及国内铁精矿品位在矿山和冶炼系统技术优化研究方面的空白，是矿山和冶炼系统一次真正的技术联合，会给钢铁企业带来巨大的经济效益，将具有广泛的推广和应用价值。提铁降硅是鞍钢高炉高效低耗清洁高炉炉料战略发展最基本的先决条件。

从实现鞍钢集团整体效益最大化的角度，需要将矿山-烧结（球团）-冶炼作为一个大系统全面分析，整体动态优化，以确定鞍钢合理的铁精矿品位。无论从合理利用国家的矿产资源，还是从实现鞍钢集团整体效益最大化的角度来看，科学规划矿山合理铁精矿品位与高炉入炉品位间的关系都是非常必要的，鞍钢矿业集团的提铁降硅应当成为鞍钢集团铁前系统的战略发展方向。

（2）减少中型规模烧结产线

近年来，为治理雾霾，国内各地贯彻落实“大气十条”，对高耗能、高污染的钢铁行业进行限产、减产，其中限产对象主要是烧结工序，且国家对东北地区工业节能降耗、低碳环保要求将会越来越严苛。

烧结工艺高CO、高污染物排放的显著特征是鞍钢实现碳达峰与碳中和面临的重点挑战之一，从现在开始鞍钢烧结宜分步骤采取增加料层高度、提高烧结机单机产能、烧结机大型化和减少中型规模烧结产线等措施，逐步解决由于中型烧结产线多导致的烧结工序每年的CO排放总量大，能耗和污染物占鞍钢钢铁工序比重高问题。拆除265 m中型烧结机、新建600 m大型烧结机、推广1 050 mm以上超厚料层双层预烧结新工艺、提高烧结机单机产能等（烧结料面富氧后可提产20%以上）是鞍钢烧结技术发展方向，也是当务之急。

（3）MgO质酸性球团将逐步取代普通酸性球团

鞍钢高炉炉料结构中，冶金性能较差的普通酸性球团占比达25%，因此，应高度重视改善普通酸性球团冶金性能的技术。理论与实践表明，酸性球团配加一定比例的MgO质熔剂生产MgO质酸性球团，可较大幅度改善鞍钢目前带式机与链篦机-回转窑酸性球团冶金性能。

（4）熔剂性球团关键工艺技术开发与产业化

发展球团工艺，提高高炉球团入炉比例，是当今炼铁发展趋势之一。在2025年前实现碳排放总量达峰的大环境下，球团矿作为高炉的主要含铁炉料之一，在国内同类型高炉中的入炉比例在不断增加，其年产量也在快速增长。因此，需要重新架构鞍钢高炉的炉料结构，提高球团矿在炉料中的占比。另外，熔剂性球团矿属于高炉的精料，是高品质炉料，具有高品位、低渣量的优势，对高炉提高燃料比、降低冶炼成本有很利；同时，相比烧结矿，球团矿的生产工序相对清洁、污染少，对环境十分友好。提高球团矿入炉比例是低碳减排的必然需求，熔剂性球团关键工艺技术开发与大规模产业化是发展趋势，因此，鞍钢应大力推进熔剂性球团关键工艺技术开发与产业化应用。

4.2 3条建议

（1）对鞍钢矿山铁精矿合理品位开展系统优化技术研究

虽然实施提铁降硅会助力鞍钢高炉向高效低耗的目标迈进，但提铁降硅会较大幅度增加选矿成本，因此，对鞍钢矿山铁精矿合理品位开展系统优化技术研究，测算矿山实施提铁降硅带来的选矿成本增加与高炉高效低耗产生的效益之间的关系，得到选矿工艺与炼铁工艺的盈亏平衡点,确定铁精矿合理品位。

（2）新建大型带式机熔剂球团生产线

以低耗能、低污染的铁矿石制备工艺替代烧结工艺，减少烧结矿在高炉炉料结构中的占比，实现逐步减少烧结产线目标。

（3）国内外两种铁矿资源科学合理配置利用

由于外购铁粉矿粒度粗可大幅度提高烧结透气性，而粒度细的自产精矿应全部或主要用于球团，充分发挥其各自属性。因此，建议鞍钢未来只保留大型烧结生产线，实现100%全粉矿烧结，采用可提高烧结机单机产能20%以上的双层预烧结新工艺（烧结料面富氧）来补足烧结矿缺口。

5 结语

在低碳、清洁、高效炼铁的思想指导下，针对鞍钢高炉原料工艺结构方面存在的问题与短板，立足鞍钢不同发展阶段实际，把颠覆性改变高炉传统炉料结构模式作为主攻方向，提出了一些前瞻性的低碳化、低排放的高炉炉料制备新工艺新技术，并且这些低碳化、低排放工艺技术在鞍钢高炉未来发展中的战略重要性将日益凸显。

以因地制宜、科学合理贯彻精料方针为指导，以对标当前国内外高炉精料技术最新进展与应用为参考，以鞍钢自产铁精矿提铁降硅为原料基础，以开发高炉新炉料推广新工艺为主旨，逐步淘汰中型烧结机、开发高品质熔剂性球团关键技术及其规模化生产、颠覆性改变近40年一贯制不变的高炉炉料结构模式，重新构建低碳清洁高效的炉料结构模式等为核心重要措施，推动鞍钢本部高炉绿色发展、低碳生产、高效节能综合技术等技术进步。

特别地，针对鞍钢集团鞍山区域含铁废料（钢铁粉尘），开展含铁废料集中合理处理高效利用高值回收关键技术开发，这对于钢铁企业的固废的资源化治理将提供一种高效可行的思路，开发成功后将极具行业推广价值。