前言：中国金属学会于2025年10月15日~17日在天津召开了“2025年全国冶金烧结绿色低碳关键技术研讨会”。会议主题是低成本智能烧结、高效节能减污降碳。会议围绕烧结球团降本增效、绿色低碳、减污降碳技术以及CO消纳治理技术进行了深入的交流探讨，会议秘书处将对此次会议的相关技术进行整理、征询并陆续报道。
摘要：大峘集团开发的耐高温铁矿石立磨以及干法磨矿系统，可以耐受500℃以上的高温烟气，非常适合研磨赤铁矿、褐铁矿等在湿法磨矿系统中容易遇到脱水问题的矿种。研磨褐铁矿时，可以通过高温脱除部分结晶水，提高其爆裂温度，有助于提高褐铁矿在球团生产上的使用比例。通过MTP干法磨矿系统生产的铁精粉比表面积较高，成球性能显著改善，可有效降低膨润土用量。MTP干法磨矿系统在南钢带式焙烧机球团生产线上成功应用，球团生产取消了膨润土，球团原料来源扩大，降本效果显著。通过该技术，降低黏结剂成本6400万元/a，同时使球团铁品位成本比烧结矿低1.83元/t。
1、技术背景
在双碳背景下，国家发改委明确提出：“十五五”时期将在钢铁、有色等重点行业深入实施节能降碳专项行动。全国碳排放权交易市场在2025年也正式将钢铁、水泥、铝冶炼三个行业纳入。通过碳配额分配和交易，利用市场机制压实企业减排责任，并带动低碳技术的投资与创新。
球团工序符合钢铁绿色发展战略的需要。众所周知，烧结工序是长流程钢铁生产中最主要的废气污染源，除排放颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等常规污染物外，还排放二噁英、氟化物和一氧化碳等特征污染物。而球团工序能耗仅为烧结工序能耗的50%左右，先进企业球团工序能耗仅为烧结工序能耗的三分之一。
提高高炉原料结构中球团矿的入炉比例是钢铁降碳的有效途径之一，而降低球团矿的生产成本是关键。国内中天南通、盛隆、湛江等球团厂均配备了湿法磨矿系统，将烧结富粉研磨后，粒度可以满足造球要求，但生产实践表明，湿法磨矿系统研磨含泥量较高的矿种，遇到了不少脱水问题。
某球团厂200万吨湿法磨矿系统工艺流程
该流程中溢流球磨机依靠球的自重，通过球与球，球与衬板撞击破碎物料，效率较低。塔磨机通过立式螺旋将钢球提升，使钢球在塔磨内部循环运动，相对于球磨机，研磨效率提高，但大型化还没有突破。矿浆通过浓密池浓缩，再通过压滤机或盘式过滤机脱水，环境较差，占地面积较大。滤布损坏较频繁，工人更换劳动强度大。
2、MTP干法磨矿系统的技术原理
针对球团厂的原料需求和生产特点，大峘集团研发出适合球团生产的耐高温铁矿石立磨及干法磨矿系统。
铁矿石立磨需要解决如下问题：
（1）物料的高比重、低可磨性、强粘性；
（2）物料的高水份，有的铁矿石水份到达21%~35%；
（3）球团原料品种多样，原料可磨性、粒度分布波动大，且需要多种物料混合研磨；
（4）需要超高的烟气温度（500~600℃），以脱除部分褐铁矿结晶水，促进部分褐铁矿相变为赤铁矿。
与普通立磨不同，铁矿石立磨是耐高温立磨。
MTP耐高温铁矿石立磨属于闭路立磨，具有同时碾磨、干燥、分级和气动传送产品的功能。
原料通过螺旋输送机进入立磨，并落在磨盘与磨球之间。通过有液压缸、蓄能器和液压装置组成的系统，给磨盘加载碾压力进行铁矿石的粉碎。磨盘由电机通过齿轮减速机驱动。由安装在磨盘外侧的风嘴环中抽出的热风，对碾压后的铁矿粉进行烘干处理。
研磨后的铁矿粉被热风输送到选粉机内，电机驱动选粉机叶片旋转，选粉机产生的离心力对铁矿粉进行分级。指定细度的成品铁矿粉通过选粉机被输送到下一道工序，中等级别尺寸的铁矿粉下落到磨盘上被重新粉碎碾压，较粗级别尺寸的粗粉或者颗粒将排出磨盘，由外循环系统输送到喂料装置，并和新的铁矿石原料一起重新再送入磨机碾压。
MTP耐高温铁矿石立磨结构示意图
如下图所示，MTP耐高温铁矿石立磨与收粉器、风机、热风炉等构成一套制粉系统。研磨出的成品铁矿粉被烟气带入除尘器收集，过滤后的洁净烟气一部分通过烟囱排放，一部分进入磨机循环使用。收集下来的成品铁矿粉进入成品仓存储使用。为了脱除原料中的水份，设置热风炉提供热量。物料通过特殊通道与热风炉高温烟气接触，实现褐铁矿脱除部分结晶水而转为赤铁矿。
铁矿石立磨干法磨矿系统的工艺流程图
入磨原矿 出磨细粉
3、MTP干法磨矿系统的技术特点
MTP干法磨矿系统有如下特点：
3.1、适合超贫、超细、难磨矿的研磨
湿法磨矿系统通常将铁矿石研磨到200目-90%以上就比较困难了。干法磨矿系统通过强大的液压加载系统获得较大的碾压力，可以将物料磨到500目-90%。磨得更细后，配合干法磁选，可实现超贫、超细矿的解离分选
铁矿石立磨液压加载示意图
3.2、实现立磨的大型化，节省占地和投资
干法磨矿系统的单台立磨机产能达到400-500万吨/年。与湿法磨矿系统相比，干法磨矿系统不需要庞大的浓缩池等设施，节省占地~40%，节省投资~30%。
磨机产量510t/h
大型立磨减速机吊装中
3.3、耐高温、免维护、低噪音
MTP耐高温铁矿石立磨的研磨元件没有辊式磨机的轴承及油封，因此该磨机能够更耐受高温，烟气温度可到500-600℃。研磨件是耐磨铸件，在寿命周期内，只做简单的日常检查，不需要进行特殊的维护工作。立磨噪音比球磨机低30分贝以上。
研磨件没有轴承，研磨元件免维护
3.4、研磨件寿命长，更换方便，作业率高
MTP耐高温铁矿石立磨的研磨件寿命长，维护周期可与球团同步。通过自带的检修轨道和电动葫芦，可以将研磨件方便地吊出磨机，更换一次只需要2~3天左右，系统作业率高。
通过随机检修工具可以方便地把研磨件吊出磨机外
3.5、成品细度实时可调，快速响应
MTP耐高温铁矿石立磨通过动态选粉机进行分级。通过调整动态选粉机的转速，就可以获得相应的细度。转速增大时，转子叶片与粉子的接触增加，颗粒所受离心力增大，此时如果保持风量一定，则切割粒径减小，更多不符合细度要求的粗粉被抛向外壁，经粗粉出口排出，而细粉则随气流进入收尘器收集，使成品细度变细。
鼠笼式选粉机结构示意图
1—选粉机电机；2—传动箱；3—转子；4—回料锥体；5—刮刀；
6—选粉机壳体；7—静叶片；8—密封件；9—选粉机减速机；
在风量等其他条件保持不变的情况下，鼠笼式选粉机的转速与成品细度呈正相关关系。即转子转速越高，成品细度越细；转子转速越低，成品细度越粗。因此干法磨矿系统的成品细度，调整方便灵活。而湿法磨矿系统，则需要调整球磨机的磨球级配，调整工作量大、效果反馈慢、调节时间长。
动态选粉机转速和细度呈现正相关关系示意图
3.6、脱水能力强，矿种适应性强
在湿法磨矿系统中，通常通过压滤机或者真空脱水机对矿浆进行脱水。湿法磨矿系统在研磨赤铁矿、褐铁矿等铁矿石时，通常会遇到脱水难题。
赤铁矿的脱水难度较大，除了配备常规的脱水过滤设备外，还需要额外配备圆筒烘干机才能够保证铁精矿内的水分含量满足造球工艺的要求。这是因为赤铁矿本身的性质决定了其在湿法磨矿后，矿浆中的水分较难通过普通的脱水方法完全去除，其颗粒表面可能具有一定的亲水性，且粒度分布等因素也会影响脱水效果。
褐铁矿是含水氧化铁的混合物，其本身含有一定量的结晶水，在湿法磨矿过程中，又会进一步与水结合形成更复杂的水合物体系。这使得褐铁矿在脱水时，不仅要去除表面吸附水，还要考虑去除部分结晶水，增加了脱水的难度。而且褐铁矿颗粒通常比较细小，比表面积大，对水分的吸附能力强，导致脱水过程更加困难。
资料显示，矿物中的AL含量超1.5%，湿法磨矿系统通常会容易遇到脱水问题，湿法磨矿系统对研磨矿种的选择性较强。因为许多经济矿和主流矿的AL很容易会超过1.5%，这限制了湿法磨矿系统在球团生产中的应用效果。干法磨矿系统采用热烟气对矿物进行干燥，这使得干法磨矿系统在脱水问题上可以适应几乎所有的矿种。
3.7、可脱除褐铁矿的部分结晶水，提高褐铁矿在球团上的使用比例
干法磨矿对于褐铁矿，通过~500℃的热介质动态干燥，可以脱除褐铁矿的部分结晶水，促进部分褐铁矿物相转化为赤铁矿，提高爆裂温度，改善球团焙烧性能，提高褐铁矿在球团生产上的使用比例。
3.8、成品比表面积大，更有利于造球
干法磨矿系统生产的铁精粉用于球团时成球性好。立磨与高压辊磨的破碎原理相似，都是通过碾压力和剪切力实现料层破碎。在球团生产线中，通常设置开路的高压辊磨机，一般可以使铁精粉比表面积提高~350-550cm2/g。例如，武钢鄂州球团有限公司所用精矿比表面积在 1100cm2/g 以下，经过高压辊磨机处理后，精矿比表面积可大于 1500cm2/g。MTP干法磨矿系统通过采用闭路循环，获得的成品铁精粉的比表面积通常更高。例如南钢球团厂使用的一种印尼粉，通过MTP干法磨矿系统研磨至-200目80%后，比表面积达到了2500~3000cm2/g。
立磨采用料层挤压破碎原理，颗粒形态以片状为主。球磨机采用钢球撞击破碎原理，颗粒性质以粒状为主。相同细度条件下，立磨研磨出的铁精粉比表面积一般较高，更有利于造球。
高压辊磨机原理示意图
MTP铁矿石立磨原理示意图
4、MTP干法磨矿系统与传统湿法磨矿系统的比较
MTP干法磨矿系统与传统湿法磨矿系统相比具有如下优势：
(1) 湿法磨矿系统对铁矿石有一定的选择性，对于AL含量高于1.5%的矿，磨细后容易遇到脱水问题。而干法磨矿系统使用热烟气对铁矿石进行干燥脱水，几乎可以适用于任何铁矿石。
(2) 湿法磨矿系统通常将铁矿石研磨到200目-90%以上就比较困难了，而干法磨矿系统可以磨到500目-90%。磨得更细后，配合干法磁选，可实现超贫、超细矿的解离分选。
(3) 干法磨矿系统对于褐铁矿，可以脱除褐铁矿的部分结晶水，降低矿的热敏性，提高品位。而湿法磨矿系统通常因为脱水问题不能用来研磨褐铁矿。
(4) 干法磨矿系统相对湿法系统，节省占地~40%、节省投资~30%。
(5) 湿法磨矿系统设备较多，工序较为复杂，配备人员通常是干法磨矿系统的2倍以上。
(6) 湿法磨矿系统的球磨机噪音大、能耗高，环保性能差。湿法磨矿系统脱水过滤工序如果采用陶瓷过滤，有酸冲洗等污染问题。干法磨矿系统的立磨噪音比球磨机低30分贝以上，能耗低、环保性能好。
(7) 干法磨矿系统的研磨过程是充分混合的过程，用于球团生产时，具备在铁精粉中混掺除尘灰、煤、熔剂等的条件，有利于后期球团矿成分的稳定和有效降低燃料消耗。
总的来说，MTP干法磨矿系统与传统湿法磨矿系统各有优势，相对而言，湿法磨矿系统适合研磨易脱水的磁铁矿，MTP干法磨矿系统更适合于研磨难脱水的赤铁矿和褐铁矿。
5、干法磨矿系统与球团生产线的结合
球团生产线通常包括原料库系统、配料系统、高压辊磨系统、造球系统、焙烧系统、成品系统。在配料系统，预配料室配好的精矿粉经过胶带机送至干燥室，精矿水份高需要干燥时，经过圆筒干燥机将水分干燥至合理比例后经胶带机输送至辊压室；精矿粉水份适宜不需要干燥时，经过旁通胶带机直接送至辊压室。经辊压机系统处理后的铁精矿指标合格后给到出料胶带机上送往到配料室。配料室设有膨润土、除尘灰和精矿仓。各种物料按设定的比例配好后，经带式输送机直接运往混合室。
球团配料系统常规流程示意图
为节省投资，可共用球团的上料系统，利用球团生产线预配料室的预配料仓储存铁矿石，利用预配料仓底部的圆盘给料机和计量皮带机进行计量，铁矿石通过皮带机进入立磨被碾碎的同时被干燥。合格的铁精粉通过选粉机后由除尘器收集，收集后的铁精粉经空气斜槽斗提机输送至成品库中；成品库中的自磨铁精粉经过定量给料机计量后，参与带式焙烧球团生产线二次配料。磨矿系统与球团生产线并联设置，互不干扰。
干法磨矿系统与球团配料系统有如下两种衔接方式。一种方式是干法磨矿系统生产的自磨铁精粉与其他球团精粉在高压辊磨机前混合（如下图示意），这样可以利用干法自磨铁精粉的低水份与球团精粉的较高水份进行适当中和，经过高压辊磨的碾压，形成“千层饼”结构，可省略自磨铁精粉的加湿环节。
干法磨矿系统与球团配料系统衔接方式一
另外一种方式是干法磨矿系统生产的自磨铁精粉通过加湿机将水份调整至6-9%，与其他球团精粉在强混机前混合（如下图示意），这就需要设置一套自磨铁精粉的加湿装置。
干法磨矿系统与球团配料系统衔接方式二
6、MTP干法磨矿系统在南钢球团上的应用情况
2023年11月由大峘集团总包的南钢球团干法磨矿系统成功投运，系统采用大峘核心产品之一MTP铁矿石立磨。在干法磨矿的基础之上，大峘集团与南京钢铁、中南大学合作开发了以《高配比褐赤铁矿球团无粘结剂生产关键技术开发及应用》，实现了高比例褐赤铁矿无粘结剂球团的低碳绿色低成本生产，填补了国内技术和装备空白。
南钢400万吨球团干法磨矿系统
南钢球团干法磨矿系统是在现有球团生产线上改造建设的。利用了预配料室周围的绿化用地，充分发挥自身占地小的优势，在狭小的地块上，实现了立式干法磨矿系统与球团主工艺系统并联布局，自磨矿和外购球团精粉可以灵活切换。
南钢400万吨球团干法磨矿系统的平面布置示意图
立式干法磨矿系统投运后，烧结粗粉经过干法磨矿后，成球性、球团焙烧性能等均得到显著改善。通过干法磨矿系统的预处理，使粗铁矿粉在热介质、机械力作用下实现表面活性和表面能的显著提高，粗矿粉粒度达到-0.074mm 80%，比表面积高达3106 cm2/g，静态成球性指数增加了1倍以上。球团生产完全取消了膨润土。
物料研磨前后比表面积的变化情况
生球质量良好，落下强度达到 6 次·(0.5m)-1
带式焙烧机热工制度相应进行了优化调整：1）采取低温长时间干燥，以防止生球热稳定性下降而发生爆裂和粉化；2）提高了预热温度，确保高硫高结晶水球团在预热段充分完成了硫和结晶水的脱除，避免了其对后续球团氧化和焙烧固结产生的不利影响；3）延长焙烧时间，促进球团固结。
通过优化配矿和球团焙烧制度，改善生球热稳定性，生产出了冶金性能优异的优质球团矿，具体指标如下表。
南钢球团成品球指标
该技术的成功应用，南钢实现了在赤铁矿比例~70%（其中镜铁矿、褐铁矿、硫酸渣等难焙烧铁矿配比~40%）条件下，无粘结剂优质球团矿的稳定生产。球团原料来源的扩大以及粘结剂的取消，降低了球团原料成本。生产统计表明，降低黏结剂成本 6400万元/a，同时使球团铁品位成本低于烧结矿1.83元/t，创造了显著的经济效益。
2024年9月中国钢铁协会对南钢以干法磨矿系统为基础的《高配比褐赤铁矿球团无粘结剂生产关键技术开发及应用》做了技术鉴定。评委会认为该技术首次在球团生产中取消了粘结剂，大比例使用褐赤铁矿，实现了球团矿成本低于烧结矿，意义重大。该技术达到世界领先水平。
7、结论
(1) 大峘集团开发的MTP耐高温铁矿石立磨以及干法磨矿系统，可以耐受500℃以上的高温烟气，非常适合研磨赤铁矿、褐铁矿等在湿法磨矿系统中容易遇到脱水问题的矿种。
(2) 研磨褐铁矿时，可以通过高温脱除部分结晶水，提高其爆裂温度，有助于提高褐铁矿在球团生产上的使用比例。
(3) 通过MTP干法磨矿系统生产的铁精粉比表面积较高，成球性能显著改善，可有效降低膨润土用量。
(4) MTP干法磨矿系统在南钢带式焙烧机球团生产线上成功应用，球团生产取消了膨润土，球团原料来源扩大，降本效果显著。
供稿：大峘集团有限公司