摘要：随着钢铁工业持续发展和绿色转型要求的不断提高，寻求经济、环保、高效的炼铁原料制备技术至关重要。无黏结剂球团矿生产技术因其在降低生产成本、减少能源消耗与污染物排放，以及提高原料利用效率方面的潜力，逐渐成为行业关注的重点。但传统球团矿生产中黏结剂的使用加剧成本负担，增加了工艺复杂性。因此，文章主要探讨无黏结剂球团矿低成本生产技术的原理、重要性与实现路径，以期进一步促进该技术的工业化应用。
       关键词：无黏结剂球团矿；低成本生产技术；绿色冶金；资源化利用

　　当前全球钢铁工业面临资源高效利用和可持续发展的双重压力，原料制备环节的成本控制与环境影响日益成为产业竞争力提升的关键制约点。在此背景下，探索创新型的铁前原料制备工艺尤为重要。传统球团矿依赖外部添加黏结剂的生产模式，不可避免地带来原料成本上升、流程能耗增加及可能的环境管理压力。无黏结剂球团矿生产技术以其固有的工艺简化特征，被视作实现低成本目标的重要突破口。

　　1无黏结剂球团矿低成本生产技术原理

　　无黏结剂球团矿低成本生产技术核心在于通过精选特定铁矿粉并优化其物理化学状态，利用物料自身固有特性和工艺参数的精细调控，在无需额外添加膨润土等黏结剂的条件下，实现矿粉颗粒间形成足以支撑后续焙烧过程的足够强度和稳定性的生球。其基本原理在于：①深度活化铁矿粉的黏结潜能。通过高效的预处理，充分暴露矿粉颗粒表面活性，强化颗粒接触点间的分子引力、毛细管力等天然结合作用。②构建内源性成球动力。在适宜的造球动力学条件下，促使活化后的矿粉颗粒通过紧密排列、塑性变形以及表面微熔或晶体重组形成内聚力强的自生键合网络。③发挥后续焙烧的协同固结效应。合理设计的低温快速焙烧过程，可加速矿粉颗粒界面处铁氧化物的扩散迁移和再结晶，在低成本热工条件下进一步强化和稳定这些内源性键合，形成具备高强度和良好冶金性能的成品球团矿［1］。

　　2无黏结剂球团矿低成本生产技术的重要性

　　无黏结剂球团矿低成本生产技术的应用与推广，其战略价值远超出单纯的生产工艺改进，构成了现代钢铁工业在成本控制、生态转型和资源安全三大关键维度的核心支撑要素。

　　2.1降低钢铁行业生产成本

　　无黏结剂球团矿工艺的核心突破在于彻底根除传统球团生产所必需的黏结剂添加环节。该工艺通过精确调控矿粉物理特性与优化成型热工制度，直接依赖矿粉颗粒间的分子结合力实现高强度固结，从根本上消除了黏结剂采购、储存、计量与混合等复杂工序所需的庞大运行开销，显著削减原料成本。同时，工艺简化减轻了设备复杂度与维护负担，同步降低能耗及人力成本。此项技术的产业化应用，为钢铁冶炼前端工序提供了一种低成本、高效率的基础原料制备路径，大幅降低吨铁原料成本，直接提升企业成本竞争力。

　　2.2推动绿色低碳冶金

　　传统黏结剂生产本身即为高能耗、高排放过程。而无黏结剂球团矿低成本生产技术彻底免去黏结剂的使用，从源头根除了其伴随的能源消耗与温室气体排放。更关键的是其冷固或低温固结的特性，相较传统高温氧化焙烧工艺，在球团矿成型环节就实现了能耗强度与碳排放强度的结构性降低。同时，工艺简化显著减少废弃物的产生与处理压力。因此，该技术通过工艺本质革新，在原料制备阶段系统性削减了全流程环境足迹，构成了钢铁生产实现“双碳”目标不可或缺的实质性突破环节［2］。

　　2.3保障原料供应稳定性

　　无黏结剂球团矿技术强化了钢铁生产的资源自主性与供应链韧性，对原料适应性更广，无需依赖特定种类的化学黏结剂，可有效消解由黏结剂市场波动引发的供应风险与成本压力。同时，显著降低了对优质赤铁矿精粉的依赖程度，使得低品位矿、复杂难选矿粉乃至部分含铁二次资源，通过适应性预处理后得以高效利用成为高炉或直接还原所需的标准原料，有效拓宽了可用铁矿资源范畴，缓解了优质资源约束瓶颈，实质性地提升了企业在配矿策略上的灵活性与抗风险能力，从原料端构筑了稳定、可靠、可持续的战略资源保障体系。

　　3无黏结剂球团矿低成本生产技术路径

　　3.1原料选择与预处理优化技术

　　在无黏结剂球团矿生产体系中，原料的物理化学属性及其均质化水平从根本上决定了成型质量与最终产品强度。原料选择与预处理优化成为整个技术链条的基础环节，需要基于特定工艺路线实现矿粉固有黏结潜力的最大化激活与稳定控制。

　　3.1.1矿粉选配

　　无黏结剂工艺的核心在于利用矿粉颗粒自身表面能与矿物晶体间的结合力实现冷固或低温固结。这要求优先选择具有高比表面积、特定表面活性及晶体形态易发生界面融合的铁精矿。实际操作中重点考察三个要素：矿物组成倾向于高比例针铁矿或纤铁矿等含水氧化铁矿物，其晶体结构在机械力/热场作用下更易重构；物理特性需满足细度临界值，同时维持稳定的粒度分布曲线，避免微细粉比例失衡导致成型透气性恶化；化学活性则关注矿石中天然赋存的硅铝酸盐黏土矿物含量，此类矿物在水分调控下可诱导胶体化反应。配矿工程师需建立精粉活性的多指标综合评价模型，实现矿源协同优化［3］。

　　3.1.2预处理体系强化

　　原料预处理旨在突破矿粉固有成型性限制。破碎研磨环节采用阶段式闭路循环工艺，颚式破碎完成初级解离，高压辊磨实施选择性破碎以放大矿物解理面能，最终通过高精度雷蒙磨实施临界粉碎控制，在规避过粉碎前提下达成目标比表面积（通常>1800cm2/g）。活化改性阶段应用联合调质技术，水分以高压雾化形式分级导入动态混料机，结合在线微波水分检测仪实现0.5%以内的精度调控；同步引入微量极性活化剂以削弱颗粒间静电斥力，促进氢键网络形成。整套系统需维持工艺恒温区间（20~35℃),确保矿粉塑性流变特性稳定发挥。

　　3.1.3均质仓储智能化控制

　　预处理后原料的时空一致性直接关联产线稳定性。均化仓储系统通过三维平铺直取技术形成纵向矿质梯度平衡，桥式刮板取料机执行全断面截取，搭配仓储光谱仪实时检测矿层成分波动。活化熟化仓实施动力学子系统调控：通过多区湿度传感器与气流分布模组联动，在12~48h动态熟化期内维持矿粉层最佳含水梯度与溶胶渗透深度；加装离散元仿真（DEM）支持的料流预测模块，精确指导仓底变频卸料阀的开度序列，消除锥形仓流动死区。最终输送环节以负压气力闭环管路替代机械传送，规避二次粒度离析，保障进入成型工段的原料处于活性峰值状态。

　　3.2高效节能造球工艺开发

　　在无黏结剂球团生产流程中，造球工艺的能源效率与成型质量直接影响全链条成本。核心在于构建低外力依赖的矿粉自聚力激活机制，同时实现装备协同降耗与热能梯级利用。

　　3.2.1低扭矩成型装备革新

　　造球阶段聚焦于设计低机械能输入的成球设备结构。高压辊碾预压机组作为核心装备，采用双辊非对称波纹辊面与液压伺服补偿系统，针对预处理矿粉的弹性模量特征进行辊缝动态调节。实际操作中以7~12mm辊缝间隙实施预压密实化，形成具有连续孔隙结构的薄片状中间产物，此举可将生球成型所需机械能降低30%~40%。转鼓造球机同步优化动力学参数，基于离散元模拟结果，设计20。～25。倾角及临界转速，使物料在重力主导下完成有效翻滚聚合，大幅削减电动机驱动功率消耗。配套的螺旋布料器实施矿粉层厚闭环控制，确保原料在辊道宽度方向均匀分布，从源头上消除边缘效应导致的能耗损失。

　　3.2.2热场耦合调控系统

　　热能供给模式的升级是节能降耗的关键环节。关键工艺参数调控范围，如表1所示。

　　在设备端，链算机实施多温区精准控温。干燥段采用环隙式喷嘴喷射中温热风，借助坯体微孔隙毛细效应实现高效脱水；预热段配置辐射管与对流换热复合模块，使球团表面在600~750℃实现玻璃相初熔。该系统集成烟气余热三梯级回收，高温段预热助燃空气，中温段驱动蒸汽发生器，低温段经喷淋塔净化后返送干燥段循环［4］。

　　3.2.3智能过程控制系统

　　造球质量实时监测与动态调节构成节能闭环。在线粒度分析仪与视觉检测系统在生球排出端实施3D粒径分布扫描，基于深度学习模型识别粒径偏离阈值的异常批次。此类数据联动反馈至辊压机液压伺服单元，即刻修正辊缝压力设定值。热工平衡调节系统则通过热电偶阵列与红外热成像耦合，动态解算链算机各段热通量分布，驱动风阀组执行器实时调整风量配比。该智能系统同步整合设备能效监测，对电动机、风机等关键负载实施变频-功率因数协同控制，实现工艺稳定性与能耗强度的同步优化。

　　3.3低温快速焙烧技术创新

　　传统高温焙烧工艺因供热强度不足、热传递效率低下和反应进程迟缓，导致设备庞大、热耗高昂、产量受限。一方面，常规工艺依赖高炉煤气或重油等高品位燃料，能源成本占据生产总成本较高比例。另一方面，为保障球团内部获得充足热量并完成致密化过程，料层需长时间处于高温状态，延长了生产周期，限制了设备产能。

　　基于此，可以创新重构燃烧与加热系统，其中着力研发高效低氮燃烧技术与装备是基础。通过采用多层式燃气辐射管替代传统烧嘴供热装置，结合优化的燃烧器设计，确保火焰形状与温度分布均匀可控，形成稳定的低氧高温环境，为低温高效反应奠定基础。同时，严格实施低氧浓度焙烧制度，借助精密的烟气循环与气氛在线监控反馈系统，将关键焙烧区氧气含量精准维持在规定浓度窗口内。该策略可显著抑制高价态Fe2O3的生成，直接驱动还原态铁氧化物向低价FeO定向转化，并在更低温度下实现FeO的大幅富集。这一过程不仅降低了矿物相固相扩散的活化能力，还加速了体系内部颗粒迁移与晶粒生长，为后续缩短焙烧周期、降低系统热负荷奠定了核心技术基础，为高效资源化工艺的优化提供了关键支撑。

　　在此前提下，技术创新的重心在于系统优化热工制度，从而强化传热传质过程，具体实践中必须精确设计并控制焙烧带沿长度方向的温度梯度分布。焙烧过程被规划为连续的预热升温区、特定温度恒温带与快速冷却区域，形成有利于矿相定向转化及组织致密化的温度场结构。尤其强调在恒温带精确稳定温度，避免温度波动导致晶体生长异常或结构缺陷。同时改进布料系统，确保球团料层在床面铺布均匀稳定且孔隙分布合理，并实施合理的气流配比调控，使高温气体得以充分穿透料层、均匀接触球团表面，实现更高效对流传热。

　　3.4过程控制与质量稳定化技术

　　在无黏结剂球团矿低成本生产体系中，实现产品质量的高度稳定是控制综合成本并提升工艺经济性的基础。针对原料波动问题，可构建贯穿原料预处理至造球的质量前馈控制链。核心起点设置高精度在线矿石成分检测系统，如激光诱导击穿光谱仪，实时监控进厂铁精矿主次元素含量与脉石组分变化。基于即时分析数据，智能配矿模型自动计算多种原料的精确配比权重，并联动堆取料机制定预均化方案。同时，设置粒度分布控制系统，集成在线激光粒度仪，动态调节干磨与湿磨单元的作业参数，确保磨矿产品特定粒度分布目标达成。造球前序关键步骤实施混合料水分闭环优化，采用微波水分仪在线监测结合变频给水调节阀，将混合料水分精准稳定在最佳造球区间内［5］。

　　在此基础上，技术重心集中于实现焙烧核心工序的高精度动态闭环调控。集成多种高响应传感器，包括高温红外热像仪扫描带式焙烧机横向温度场、多点嵌入式料层热电偶探测纵向温度梯度，以及高温气体分析仪追踪各控制区气氛组分。将实时监测数据输入高级过程控制系统，运用多变量预测控制模型，协同调节燃烧器功率分配、冷却风量比例、主抽风机频率与环冷机速度。控制系统重点关注恒温焙烧区的温度均匀性，依据热成像反馈微调相邻区域燃烧强度，消除横向温差。同时严格监控低氧浓度窗口，通过烟气循环比例与新鲜助燃风量的精确配比保持设定氛围。此后，球团矿下线后即时送入自动抽样分析系统，执行抗压强度在线检测、耐磨指数快速测定及冶金还原性分析，核心指标数据自动集成并反馈至控制系统数据库。值得重点关注的是微观结构分析自动化，例如，引进图像识别技术处理矿相显微镜图样，实时评估赤铁矿再结晶程度及硅酸盐渣相分布特征。所有质量数据输入工艺知识模型，一旦检测值偏离预设范围，系统自动回溯相关工序关键参数并调整相应设定点。

　　4结论

　　无黏结剂球团矿低成本生产技术的系统化突破，标志着钢铁原料制备领域向本质降耗与绿色高效转型迈出关键一步。该技术通过原料活性深度激活、低温固结机制优化及全流程智能调控体系的协同创新，实现了黏结剂依赖的彻底破除、能耗结构的系统性重构与资源利用边界的显著拓展。在未来产业化进程中，该技术将以持续优化的大型装备集成度与工艺智能化为特征，逐步构筑绿色低碳冶金原料制备的新范式。

参考文献

　　［1］徐礼兵，刘杰，解丹萍，等.炼焦除尘灰制备球团矿的工艺优化试验［J］.烧结球团，2025，50（4）：73-80.

　　［2］胡守景，秦立浩，姚永宽，等.无黏结剂球团矿低成本生产关键技术应用［J］.烧结球团，2025，50（1）：61-68.

　　［3］王志国，何汉，钱学海.球团矿冷却剂应用实践［J］.冶金信息导刊，2025，62（2）：49-50+9.

　　［4］王新东，刘存强，刘磊，等.碱性球团生产技术研究及高炉高比例应用实践［J］.河北冶金，2025（2）：1-11.

　　［5］刘一民，文姗姗，梁叶，等.基于深度学习的球团矿生产过程中粒度识别监测模型［J］.钢铁，2025，60（4）：36-43+57.