科技新进展：中钢国际带式焙烧机球团3.0技术体系研发与工业应用

一、研究的背景与问题

我国是全球钢铁生产大国，粗钢产量长期占全球50%以上，以原生铁矿石为原料的高炉-转炉长流程是钢铁生产的主导工艺，且铁矿石对外依存度居高不下。在此背景下，推动铁矿造块工艺绿色低碳升级、保障产业链自主可控，是钢铁行业高质量发展的核心使命，也是中钢国际工程技术股份有限公司（简称中钢国际）始终坚守的初心原点。带式焙烧机球团工艺作为全球主流低碳造块技术，在工序能耗、碳排放、污染物排放等核心指标上全面优于传统烧结工艺，是铁前系统低碳转型的重点方向，但该技术在2016年前长期被欧美企业垄断，核心工艺与装备受制于人，我国球团产业发展面临困境。突破国外技术垄断、打造自主可控的带式焙烧机球团技术体系，成为中钢国际坚守初心、攻坚克难的首要目标。

自2012年起，中钢国际全资子公司——中钢设备有限公司（简称中钢设备）深耕带式焙烧机球团技术自主研发，成功打造出我国唯一拥有完全自主知识产权的球团技术体系，并实现海外输出，完成了从“跟跑”到“并跑”的关键跨越。随着国家“双碳”战略深入推进，钢铁行业对低碳化、智能化、高效化的需求愈发迫切，传统带式焙烧机的技术短板逐步凸显，原料适应性不足、热能利用效率偏低、依赖高热值燃料、装备漏风率高、关键部件寿命短、生产依赖人工经验等痛点，既无法满足企业降本增效的现实需求，也难以适配行业绿色转型的发展大势。

中钢设备聚焦行业痛点，以用户需求为导向，坚守为钢铁行业提供全链条绿色球团解决方案的初心，通过持续的技术创新，逐步构建起涵盖研发、工艺、装备、数智、运维的全链条技术体系。为破解传统工艺瓶颈、践行初心使命，在十余年技术积累与工程实践基础上，中钢设备持续迭代攻关，全力突破原料适配、低碳节能、装备可靠、智能管控、全周期服务等核心难题，创新研发形成带式焙烧机球团3.0技术体系。这一技术体系的诞生，标志着我国带式焙烧机球团技术从“并跑”全面跨越到“领跑”，以自主创新保障产业链安全、助力钢铁行业绿色低碳转型。

二、解决问题的思路与技术方案

中钢设备以低碳、绿色、智慧为核心，从技术研发、工艺革新、装备升级、数智平台、智慧运维五大维度开展全流程优化，构建带式焙烧机球团3.0自主技术体系，全面提升原料适配性、热能利用率、装备可靠性、生产智能化与长期运行稳定性。

图1总体思路和技术方案

三、主要创新性成果

带式焙烧机球团3.0技术体系围绕定制化研发、低碳工艺、高效装备、数智平台、智慧运维五大维度实现全流程创新突破，形成完全自主知识产权、国际领先水平的成套技术与装备，核心创新成果如下：

1、建立“一企一策”定制化研发体系，精准适配多元原料

创建了“基础理论研究—数学建模仿真—工艺参数定制—工业预生产验证”的全流程研发路径，为生产过程的精准预判与优化奠定坚实基础，突破了传统技术原料适配性不足的瓶颈，从源头为定制化生产提供技术保障。构建了覆盖磁铁矿、赤铁矿、钒钛矿等多品类铁精矿的“原料基因库”，系统开展铁精矿化学成分、微观形貌、反应特性等核心参数研究，明晰多矿种全流程行为机制，融合试验研究、热力学计算、动力学分析及CFD仿真技术，深度解析各类矿种焙烧特性与多元化球团固结机理，精准捕捉全流程反应过程，筑牢定制化原料适配的理论根基。

构建球团制备全流程数学建模与多物理场仿真平台，精准计算球团物理化学变化过程，实现干燥、预热、焙烧、均热、冷却全工艺段温度场、浓度场的精准模拟与定量解析，为工艺方案优化提供数据支撑。依托仿真与试验结果，为不同企业定制适配其原料特性的预处理方案、最优工艺参数与控制指标，形成贴合实际的科学生产方案。创新集成参数化设计与离散元（DEM）、多物理场仿真技术，构建焙烧机总图参数化控制体系，模拟物料输运、布料等关键环节，实现装备、产能与原料的精准匹配，并在计算机上完成工业规模生产线全流程可视化演练，验证热工制度、工艺策略的可行性，提前规避技术风险。

图2 带式焙烧机球团机理及多物理场仿真

2、首创烟气显热梯级高效循环利用技术，驱动低碳高效生产

以低碳高效为核心，自主研发烟气显热梯级高效循环利用核心技术，实现热能系统内高效自循环，优化温度梯度并杜绝无效掺风，主抽烟气量降低10%、热效率提升5%以上，燃气单耗降幅超5%，工序能耗＜14kgce/t，较传统烧结碳排放降低70%以上。协同APC先进过程控制实现“卡边”精准操作，可稳定兼容1600 kcal以上低热值燃气，无需依赖天然气，并支持“焦炉煤气+转炉煤气”定制化配混供气，大幅降低燃料成本。针对干燥、预热、焙烧、均热、冷却全工艺段实施热风精准分配与集约化风机配置，形成全流程高效协同。同步集成智能配矿、智能造球、智能焙烧等优化技术，构建起节能、低耗、稳定、高效的绿色低碳工艺体系。

图3 带式焙烧机球团3.0工艺示意图

3、开发全系列自主化高端装备，实现稳定可靠、低碳化、全产能覆盖

研发了新一代带式+环形焙烧机全系列装备，通过密封结构优化、核心部件强化，将装备漏风率、串风率控制在10%以下，核心装备作业率＞98%，台车服役寿命30年以上；产能覆盖实现全场景适配，带式焙烧机覆盖120万吨～1200万吨/年、环形焙烧机覆盖30万吨～120万吨/年，核心装备100%自主研发，彻底打破国外装备垄断，实现供应链自主可控。

a.环形焙烧机（产能覆盖30万吨~120万吨/年）b.带式焙烧机（产能覆盖120万吨~1200万吨/年）

图4 全系列带式焙烧机解决方案

4、构建全流程数字孪生与智能管控平台，生产智慧化水平大幅提升

搭建了覆盖全工序的数字孪生工厂与工业互联网平台，集成20000+数据点位，实现生产全流程可视、可控。研发智能焙烧、智能造球、智能配料、APC先进控制等核心算法，焙烧温度控制精度达±10℃，造球湿返率降低10%以上，配料质量预测命中率超85%，工艺参数控制精度提升20%；应用设备预测性维护系统，减少被动停机50%以上，实现生产从“人管”到“数管”的根本性转变。

图5 智能系统技术路线

5、应用EPCO全生命周期智慧运维模式，协同效能全面释放

创新构建以数智平台为核心的EPCO全生命周期智慧运维体系，覆盖设计、采购、施工及运维全流程。以行业首创“散料切片”与“批次跟踪”技术为总线，打通全工序数据壁垒，实现生产数据高效共享；推动运维从“人管”向数据驱动的精细化“数管”转型，依托大数据与CFD-ML模型实现生产深度分析、工艺反向优化与自主迭代升级。该模式已在大型示范线成功应用，实现产能、作业率、产品质量全面优于设计指标，为球团项目长期稳定、高效低耗运行提供全周期保障。

图6 中钢国际带式焙烧机球团“EPCO”创新示范工厂

四、应用情况与效果

中钢设备作为我国唯一拥有完全自主知识产权带式焙烧机球团技术的工程公司，技术成果已实现规模化、全球化工业应用，累计完成国内外20条生产线总承包业绩，总产能达7660万吨/年，国内市场占有率稳居行业第一，项目覆盖中东、北非、欧洲、俄罗斯等多个国家和地区。项目实施以来，先后荣获冶金科学技术奖二等奖、中国质量技术协会质量技术奖二等奖，斩获4项国家优质工程奖（含1项金奖）及多项冶金行业顶级设计与质量奖项，技术成果入选《国家重点推广的低碳技术目录》（第五批），主导编制国家标准《高炉高比例球团冶炼技术规范》（GB/T 46319-2025），入围世界钢协Steelie Awards(2025)低碳生产卓越成就奖。截至目前，累计获得授权专利84件、软件著作权13项，形成完整自主知识产权体系，为行业技术进步与绿色转型提供了坚实支撑。

带式焙烧机球团3.0技术体系已成功应用于鞍钢矿业东鞍山400万吨/年球团项目，经中国钢铁工业协会鉴定达到国际领先水平，投运后各项关键指标全面优于设计值，生产线产能、作业率、产品质量均实现突破性提升，实际运行工序能耗低至13.85 kgce/t，热工稳定性提高20%。长期运行安全、稳定、高效、低耗，充分验证了3.0技术体系在低碳高效、智能管控、稳定运维等方面的先进性与可靠性，为大型球团生产线绿色智能升级树立了标杆示范。

信息来源：中钢国际工程技术股份有限公司