科技新进展：超高比例超细铁精矿炼铁全流程高效利用关键技术开发与应用

一、研究的背景与问题

1、战略需求与企业痛点：极端物性资源的“利用与转化”困境。

太钢作为典型的内陆资源型钢铁企业，其产业链安全与成本竞争力高度依赖于本地铁矿资源。然而，其核心原料岚县袁家村铁矿精粉具有“极细、矿相复杂”的极端特性（-0.045mm占比高达97%，且为赤铁矿与高FeO磁铁矿混杂）。这一特性导致其在烧结、球团造块及高炉冶炼全流程中面临世界性难题，严重制约了资源利用率、生产成本控制以及低碳绿色发展。在“双碳”战略背景下，如何突破传统理论边界，实现此类自有资源的高效、低碳转化，构建自主可控的低成本冶炼技术体系，对于保障太钢乃至同类内陆钢企的资源安全、产业链韧性与可持续发展具有极其紧迫的战略意义。

2、国内外技术现状与局限：三大技术壁垒亟待突破

（1）高比例自产精矿烧结技术：国内行业先进水平通常将自产精矿配比维持在70%左右。然而，面对微米级超细精矿，传统制粒技术无法形成有效核层，料层透气性呈指数级恶化，导致利用系数低、返矿率高。国内外尚缺乏支撑微细粒矿粉超高比例（>90%）高效烧结的成熟理论与关键技术。

（2）复杂矿相球团焙烧技术：传统均温焙烧工艺仅适用于单一矿相。面对赤铁矿与高FeO磁铁矿混杂体系，两者氧化放热速率与结晶行为差异巨大，极易引发竞争性氧化，导致球团异常膨胀、强度低及回转窑结圈。缺乏针对此类复杂矿相非线性竞争反应机理的精细化温氧调控手段。

（3）高比例球团矿高炉冶炼技术：国际上虽有全球团冶炼先例，但多采用自熔性或橄榄石型球团。将单一酸性球团比例长期稳定在35%-40%以上，会显著改变炉料的软熔滴落特性，导致软熔带透气性恶化与渣系流动性降低。主要瓶颈在于缺乏对“球团比—软熔带—透气性”内在关联的量化认知及配套的布料与操作调控技术。

总体而言，现有技术多局限于单一工序的局部优化，缺乏从“矿物特性—成矿机理—炉料结构—高炉操作”全维度出发的系统性解决方案，难以应对太钢自产矿带来的极端复杂工况。

基于此，山西太钢不锈钢股份有限公司牵头，联合北京科技大学、宝山钢铁股份有限公司及太原钢铁（集团）有限公司，系统开展从基础机理到工业应用的创新研究，构建一套以“超高比例自产矿为基础、高比例酸性球团为特征”的低碳高炉炉料结构及稳定生产技术体系，为内陆资源型钢铁企业的绿色低碳转型提供完整、可靠的“中国方案”。

二、解决问题的思路与技术方案

本项目旨在突破常规造块与炼铁理论边界，攻克超细精矿大规模工业化应用的物理化学瓶颈，构建一套适应内陆复杂资源特点的超高比例自产精矿高效利用与低碳冶炼技术体系，实现资源本地化极致利用与能耗显著降低。

图1 技术路线

三、主要创新性成果

1、开发了基于微观液桥力重构的强化制粒与梯级热工烧结技术，攻克了超细矿粉物理造块透气性瓶颈。烧结自产超细精矿比例突破93.3%（常规稳态80%比例以上），转鼓强度保持在80%以上，实现了超细矿粉的高品质、大比例利用。

2、揭示了赤-磁复杂矿相竞争氧化机理，开发了“差异化宽域温控”焙烧技术，解决了球团异常膨胀与强度低的难题。球团还原膨胀率由20.2%大幅降至12.4%，抗压强度达2800 N/P，实现了不同矿种球团的低能耗、柔性化生产新模式。

3、开发了基于离散元（DEM）的高炉布料仿真模型，揭示了不同球团比下的颗粒偏析与空隙度演变规律，构建了“球团比—软熔滴落—透气性—液相量”四维高温评价体系，拓宽了高硅酸性球团配比窗口，单一高硅酸性球团极限配比突破至40.97%，形成了适应自产矿特性的炉料结构。

4、建立了风口动能与面积协同优化技术，开发了炉热智能闭环控制与喷煤量动态平衡系统，突破了自产矿粉比例90%以上、酸性球团比35%条件下的高炉长期稳定顺行，燃料比降至510kg/t，实现了复杂料面下的高炉高效冶炼。

四、应用情况与效果

本项目研发的“超高比例超细铁精矿炼铁全流程高效利用关键技术”已在太钢集团烧结、球团及高炉工序实现全流程工业化应用。针对内陆型钢铁企业自有铁矿资源“极细、极贫、组分波动大、矿相复杂”导致的烧结成矿难、球团易结壳、高炉透气性差等行业共性难题，开发了强化制粒与梯级热工烧结技术，解决了超细粉透气性差的瓶颈，实现了高品质烧结矿的稳定生产，攻克了超细粉物理造块难题；突破了赤-磁复杂矿相化学焙烧瓶颈，揭示了赤-磁复杂矿相竞争氧化机理，首创“差异化宽域温控”焙烧技术，解决了磁精矿球团还原膨胀率高的难题，实现了不同矿种球团的柔性生产；构建了四维高温性能评价体系，提出了基于液相量优化的酸性球团与高碱度烧结矿耦合配料模型，解决了多元炉料结构匹配难题；开发了基于DEM仿真的布料与气流协同控制技术，保证了高比例自产矿条件下的高炉长期稳定顺行，实现了复杂料面下的高炉高效冶炼。

表1 技术投运前后指标对比

信息来源：太原钢铁（集团）有限公司