2026年烧结混合料水分控制技术

2026/04/222026年烧结混合料水分控制技术汇报人:1234CONTENTS目录01

烧结混合料基础理论02

水分控制的工艺难点与挑战03

水分检测技术发展与应用04

先进水分控制技术与策略CONTENTS目录05

2026年最新专利技术与应用06

工程案例与实践效果07

未来发展趋势与展望烧结混合料基础理论01烧结混合料的组成与作用核心组成成分烧结混合料主要由铁矿粉、熔剂（如石灰石、生石灰）、返矿及必要时添加的粘合剂组成，这些成分需经过加水润湿、混匀制粒形成适宜粒度的物料。混合料的制备工艺其制备包含一段式、两段式或三段式工艺，强力混合机可替代传统圆筒机实现混匀造粒，返矿可通过胶带机在造粒阶段加入或设置旁通管道处理。水分的关键作用水在烧结混合料中起到润湿物料、促进成球的作用，适宜的水分含量（通常控制在6%-8%）能确保料层透气性，提高垂直烧结速度，进而提升烧结矿产量与质量。对烧结生产的影响混合料的水分稳定性直接影响烧结矿质量，90%以上的高炉入炉炉料靠烧结法提供，因此其制备质量对钢铁工业起着举足轻重的作用。混合料的组成成分烧结混合料由铁矿粉、熔剂、返矿及粘合剂组成，需经过加水润湿、混匀制粒形成适宜粒度的物料，其水分稳定性直接影响烧结矿质量。混合料制备的主要工艺阶段该材料制备包含一段式、两段式或三段式工艺，其中强力混合机可替代传统圆筒机实现混匀造粒，返矿通过胶带机在造粒阶段加入或设置旁通管道处理。一次混合的目的与作用一次混合的目的：润湿与混匀，当加热返矿时还可使物料预热，使混合料水分、粒度及料中各组分均匀分布。二次混合的目的与作用二次混合的目的：继续混匀、造球，以改善烧结料层透气性，还可以以蒸汽的形式补充水分，同时起到预热物料的作用，强化烧结过程。混合料制备工艺与流程水分在烧结生产中的核心作用优化混合料制粒效果适宜水分促进物料成球，提高球团矿强度12.6-18.2%，造球机生产效率提升8.2-14.4%，为后续烧结奠定良好物料基础。保障料层透气性“有水就有汽，有汽就有风”，适宜水分可减少气流阻力，低负压高料层均质化烧结体系使返矿率从24.05%降至16.92%，提升烧结效率。强化热交换与燃烧过程水的导热系数（126-419kJ/㎡·小时）远高于矿石（0.63千焦/米²·小时℃），改善热交换；高温下产生H、OH触煤剂，加快燃烧，降低燃料消耗5-10%。稳定烧结工艺与提升产质量控制水分在6%-8%标准范围，可避免“跑干料、跑湿料”，减少过湿层影响，使垂直烧结速度提高，烧结矿产量提升2-4%，质量稳定性增强。水分含量标准范围及影响行业标准水分含量范围

根据《YB/T421-2014铁矿石烧结用混合料技术条件》，烧结厂混合料的水分含量通常控制在6%-8%之间，具体数值需根据原料特性和工艺条件动态调整。水分过低的影响

当水分含量低于6%时，会导致混合料透气性过佳，烧结速度过快，易出现未熔合的"生料"，降低烧结矿强度。水分过高的影响

当水分含量高于8%时，会堵塞料层孔隙，阻碍气流通过，增加燃料消耗，甚至引发"过湿层"导致烧结不均。水分控制的工艺难点与挑战02在线水分测量的技术瓶颈

物料状态干扰：下料不均与蒸汽影响烧结混合料从混合机出来后下料不均匀，料面起伏不定，有时还会发生堆料现象；物料表面有大量蒸汽，热返矿的多少对蒸汽多少影响较大，冬季预热蒸汽使该问题更加严重，干扰测量精度。

传统接触式测量的局限性接触式水分仪在矿粉高速日夜磨损条件下难以长期稳定运行，不适合一混、二混皮带上动态测量的工况。

非接触式测量的固有挑战近红外水分仪易受物料表面反光、颜色变化、成分变化及水蒸气影响；微波水分仪受物料层厚波动导致介电常数误判；中子测水存在放射性安全问题及测控不同步、反应滞后、误差偏大等缺陷。

多源传感数据的时空失配水分、粒度、成分等在线检测传感器（如微波水分仪、激光粒度仪、XRF）响应时间尺度差异超两个数量级（如XRF成分响应滞后达90–120s，制粒效果在加水后45s即显现），直接融合易引入不可逆相位失配。大滞后与多变量耦合控制难题

水分控制的大滞后特性从配水调节到混合料含水量的检测存在3～5分钟的延迟时间，导致传统PID控制难以满足指标要求，频繁调整易引发生产波动。

多变量扰动因素复杂混合料流量及水分值波动、冷/热返矿流量与温度变化、生石灰消化水分影响、水源压力波动等8类干扰因素，构成多变量强耦合系统。

检测与控制的时滞差异在线检测设备响应窗口存在显著差异：水分仪≥8s，粒度仪15–22s，成分分析仪90–120s，时间尺度差异超两个数量级，直接融合易引入相位失配。

水分-粒度-成分的闭环耦合水分影响制粒效率进而改变粒度分布，粒度制约混合均匀性与成分稳定性，三者形成非线性动态反馈链，传统单变量控制易出现“调水伤粒、控粒偏成分”现象。原料波动与环境干扰因素分析原料特性波动影响铁矿粉粒度（如0-3mm粒级占比60%以上）、自身含水量变化，熔剂（生石灰消化吸水量）及返矿（冷热返矿流量、温度波动）均导致水分需求动态变化。生产过程扰动因素混合料流量波动、断料停料、配料输送偏差，以及生石灰消化、冷热水源压力波动等，构成多变量干扰，使水分控制滞后3-5分钟。环境温湿度与蒸汽干扰冬季预热蒸汽、热返矿产生大量蒸汽，导致物料表面蒸汽干扰；环境温湿度变化影响水分蒸发速率，增加在线测量难度。设备与检测系统误差给水调节阀门特性差异、在线水分仪（如红外、微波）受料层厚度、表面蒸汽、粉尘附着影响，测量精度漂移，平均漂移周期48-168小时。单变量PID控制的不足传统烧结配料系统多采用单变量PID或经验阈值控制，难以应对原料波动、环境温湿度变化及设备滞后带来的强非线性、大时滞与多变量强耦合问题。在线检测手段的瓶颈在线检测手段（如微波水分仪、激光粒度仪、XRF成分分析）存在精度漂移、响应延迟和安装适配性差等瓶颈，水分、粒度、化学成分检测参数的传感器时间尺度差异超两个数量级，直接融合将引入不可逆相位失配。缺乏多目标协同优化机制水分影响制粒效果进而改变粒度分布，粒度又制约混合均匀性与成分稳定性，三者形成闭环反馈链，但现有控制系统缺乏统一的状态空间表征与多目标Pareto最优决策机制，导致“调水伤粒、控粒偏成分”等顾此失彼现象频发。人工操作的固有缺陷长期以来，烧结配水的过程在很大程度上是由操作工凭经验来控制的，由于生产数据采集和检测中存在滞后与波动，以及操作者存在操作知识的差异、判断能力的高低、环境等诸多因素的影响，人工操作不可避免地导致操作控制的波动。传统控制方法的局限性水分检测技术发展与应用03红外水分仪技术特点与优势

核心检测原理基于水对特定波长红外光的强烈吸收特性，通过测量反射光能量的减少量计算物料水分。

多波长与高速检测优势采用十波长探头（国内多为三波长），滤光片检测速率达150次/秒（日本产品约10次/秒），有效克服低速皮带物料表面不规则影响。

抗干扰技术创新通过纳米级滤光片制造精度（1纳米）区分水的状态，独特镀膜探测器滤除外界光源干扰，双探测器技术抵消环境温度影响。

非接触与环境适应性采用非接触式测量，耐高温材料壳体设计，可在-20℃至+85℃环境下工作，不受灰尘、蒸汽及物料颜色、成分变化影响。微波穿透式水分测量技术

技术测量原理微波在特定频率范围内对介电常数很高的水分子十分敏感，当微波穿过含有水分子的物料时，水分子吸收微波能量，被吸收的能量和水分子含量保持线性关系，以此实现水分测量。

技术核心优势可穿透皮带上的物料，测量物料表面及内部的整体水分，而非仅表面水分；能实时测量烧结原料整体的平均水分，不同于抽样和离线测量；无任何可动部件和易损件，提高测量可靠性。

典型技术参数以MS-M-590微波穿透式水分测量仪为例，其CPU为带MS的微处理器，工作频段1-5GHz，灵敏度0.1NW，防护等级IP65本安型设计，环境工作温度-20摄氏度--+85摄氏度，信号输出4-20MA或1-5V。

实际应用要点使用时需对样品取样，尽可能取到最大值和最小值以利于标定；安装时在皮带机上安装防护挡板，防止料仓下料过多撞击传感器；避免安装在有较强电磁场干扰的地方，以免影响测量及人员健康。技术原理与优势该方法通过快中子吸收和γ射线吸收联合测定物料水分，克服了微波水分仪受物料导电性能和铁磁物质影响、红外水分仪受表面反光和物料种类变化影响的问题，测量值间具有确定数学模型和良好线性关系。抗干扰特性与慢中子散射水分仪相比，不受物料疏松度和料仓壁厚变化影响；与慢中子透射和γ射线吸收联合测水仪相比，不受物料厚度、形状及成分变化影响，适用于复杂工况。应用价值解决了烧结混合料水分在线检测难题，为实现精准水分控制提供可靠测量手段，有助于提高烧结矿产量与质量，降低能耗。中子与γ射线联合检测方法多源信息融合智能检测技术

01多模态数据融合架构构建基于图像特征与工艺参数的融合模型，采用XGBoost处理多类异质图像特征，GRU网络分析烧结过程变量，通过特征互补提升水分检测稳定性。

02图像特征智能提取运用高斯滤波预处理机尾断面图像，结合XGBoost算法识别预设图像特征（如断面颜色、纹理），实现水分偏差值的实时计算与状态判断。

03工艺参数动态建模采用四分位法预处理配料流量、料温等12维工艺数据，通过LSTM-Attention时序编码器构建“有效制粒势”隐变量模型，实现水分-粒度-成分耦合关系的动态表征。

04检测精度提升效果融合模型较单一子模型检测稳定性显著提高，在某260m²烧结机应用中，Fe成分标准差由±0.42%降至±0.19%，为智能控制提供可靠数据支撑。先进水分控制技术与策略04串级控制的基本原理与结构针对烧结混合料水分控制的大滞后特性，串级控制系统采用主副两级控制器，主控制器根据水分设定值与红外水分仪实测值的偏差进行调节，副控制器则快速响应给水量等扰动，形成闭环控制，有效缩短调节滞后时间。多前馈量策略的关键影响因素系统综合考虑原料流量波动（如一混、二混物料流量变化）、热返矿温度及流量、生石灰消化耗水、水源压力波动等8类主要扰动因素，通过前馈补偿算法提前调节加水量，减少纯反馈控制的滞后影响。JRPS控制软件的动态调节功能JRPS控制软件作为核心控制算法，结合串级控制与多前馈量策略，实时接收红外水分仪、皮带秤、流量计等设备数据，动态计算并输出加水量指令，在鄂钢烧结厂应用中实现了水分控制精度的显著提升。一混粗调与二混精配的协同控制采用“一混粗调+二混精配”工艺，一混通过前馈控制实现水分预配（控制目标偏差±0.5%），二混基于一混出口水分实测值进行负反馈PID精调，形成两级协同控制，宝武新钢等项目应用后返矿率降低至16.92%。串级控制与多前馈量调节系统智能算法在水分控制中的应用

多源信息融合检测模型提出基于多源信息融合的智能在线检测方法，融合XGBoost图像特征子模型与GRU网络工艺数据子模型，提升水分检测稳定性。

分层耦合状态空间模型（HCSSM）构建底层制粒动力学微分方程、中层LSTM-Attention时序编码器、顶层多目标优化代价函数的分层模型，实现水分、粒度、成分协同优化。

自适应模糊PID控制算法采用自适应模糊PID控制算法，建立水分串级控制策略，有效抑制原料流量波动对水分控制的影响，提高控制精度。

前馈-负反馈复合控制策略结合前馈控制（如料量波动前馈）与负反馈调节（如PID调节），实现一混粗调、二混精配的水分精准控制，减少滞后影响。

智能识别与控制模型基于机尾断面图像分析，建立智能识别算法判断水分状况，通过智能控制模型调整蒸汽添加量，实现烧结过程最佳水分智能控制。水分-粒度-成分多目标协同控制

传统控制模式的瓶颈传统烧结配料系统将水分、粒度、化学成分视为可独立调节的参数，实则构成非线性动态反馈三元组，存在双向时变增益与隐状态延迟，PID控制器因缺乏跨变量雅可比矩阵建模能力，易引发“调水伤粒、控粒偏成分”等控制冲突。

多源异构传感检测瓶颈水分、粒度、成分检测传感器存在精度漂移、响应延迟和安装适配性差等问题。如微波水分仪因物料层厚波动导致介电常数误判，平均漂移周期72h；激光粒度仪受粉尘附着镜头影响，平均漂移周期48h；XRF成分分析响应滞后达90–120s，三者时间尺度差异超两个数量级，直接融合将引入不可逆相位失配。

分层耦合状态空间模型（HCSSM）提出分层耦合状态空间模型，底层基于离散元（DEM）+计算流体力学（CFD）联合仿真的制粒动力学微分方程，输出粒度分布演化函数；中层构建以“有效制粒势”为隐变量的LSTM-Attention时序编码器，融合12维输入；顶层定义多目标优化代价函数J=λ₁·Var(Fe%)+λ₂·|d₅₀−d₅₀_ref|+λ₃·Energy_Cost+λ₄·Penalty(Over-wetting)。

Pareto驱动的滚动时域决策引擎构建多源传感数据→时空对齐→HCSSM状态估计→Pareto前沿生成→滚动时域控制→执行机构指令的协同优化架构。在某260m²烧结机实测中，将Fe成分标准差由±0.42%降至±0.19%，吨矿蒸汽能耗下降11.7%，避免了传统调试中“调水即破粒”的强耦合震荡。数字孪生与边缘智能控制架构01分层耦合状态空间模型（HCSSM）构建通过底层离散元（DEM）与计算流体力学（CFD）联合仿真建立制粒动力学微分方程，中层LSTM-Attention时序编码器融合12维输入，顶层定义多目标优化代价函数J=λ₁·Var(Fe%)+λ₂·|d₅₀−d₅₀_ref|+λ₃·Energy_Cost+λ₄·Penalty(Over-wetting)，实现水分-粒度-成分协同建模。02Pareto驱动的滚动时域决策引擎多源传感数据经时空对齐模块处理后，输入HCSSM状态估计器得到μ_water、μ_d50、μ_Fe，通过NSGA-II算法生成Pareto前沿，由滚动时域控制器（MPChorizon=60s，更新周期=8s）输出水阀开度Δv、混料转速Δr、配料比例Δp控制指令。03边缘智能与云边协同部署策略边缘节点运行轻量化LSTM（参数量<120K）完成状态初估，边缘网关并行16线程执行NSGA-II种群进化，云端数字孪生体承载高保真DEM-CFD仿真并每月回传修正参数，通过OPCUAoverTSN实现8ms确定性指令下发，解决传统ModbusRTU100ms级抖动问题。04工业应用效果与性能提升该架构在某260m²烧结机应用中，Fe成分标准差由±0.42%降至±0.19%，吨矿蒸汽能耗下降11.7%，模型在线重训练触发频次由周级降至双日级，有效避免“调水伤粒、控粒偏成分”的控制冲突。2026年最新专利技术与应用05首钢京唐水分控制专利技术专利核心方法首钢京唐钢铁联合有限责任公司于2025年12月申请的“烧结混合料水分控制方法、装置、设备及介质”专利（公开号CN121761647A），通过获取混合料中每种物料的物料类型、下料量和水分系数，确定不同物料类型的单料加水量，求和得到目标加水量，进而调节实际加水量。物料类型划分该方法将物料类型分为熔剂类型、除尘灰类型和其他类型（除熔剂和除尘灰外的类型），针对不同类型物料分别计算其对水分的贡献，实现精细化水分控制。技术优势当混合料中的物料成分发生变化时，目标加水量会随之动态调整，使实际加水量的控制与当前混合料的成分相匹配，从而提高烧结水分控制效果，有助于稳定烧结矿质量和提高生产效率。鞍钢透气改善与水分协同技术

烧结吸水剂的制备与应用鞍钢股份于2026年2月申请的专利中，提出制备烧结吸水剂，用于吸收上部再次冷凝水分，以保证混合料中下部不因水分累积冷凝现象恶化其透气性。

烧结透气球的制备与功能该专利技术通过制备烧结透气球，其作为高温可分解球形造孔剂，能有效改善烧结料内部的透气性，从而提高烧结生产效率和烧结矿质量。

上下层烧结混合料的优化制备利用所制备的烧结吸水剂和烧结透气球，专门制备上下层烧结混合料，实现水分控制与料层透气性的协同优化，为后续布料和点火烧结奠定良好基础。一混粗调与二混精配协同控制采用一混预配水实现水分粗调，通过负反馈PID调节应对料量波动；二混基于一混实测水分与目标值差值进行精配，结合前馈控制减少滞后影响，如400m²烧结机应用该模式后水分波动显著降低。多源异构传感融合检测体系集成红外水分仪（如MM710-(TSS)21型，十波长探头，150次/秒检测速率）、微波穿透式水分仪（如MS-590，同时测水分与密度）及料温传感器，通过时空对齐算法实现数据同步，测量精度达±0.5%以内。动态前馈-串级智能控制算法基于JRPS控制软件，结合物料流量、配比、环境温湿度等12维参数构建LSTM-Attention预测模型，采用前馈+负反馈策略，在宝武梅山基地应用使Fe成分标准差由±0.42%降至±0.19%。云边协同与数字孪生优化边缘节点运行轻量化模型完成状态初估，云端部署DEM-CFD联合仿真的数字孪生体，每月回传修正参数；通过OPCUAoverTSN实现8ms确定性指令下发，某260m²烧结机吨矿蒸汽能耗下降11.7%。智能加水系统工艺改造方案工业应用效果对比分析

传统控制与智能控制水分波动对比传统人工或常规PID控制下，烧结混合料水分波动范围通常为±0.5%-±1.0%；采用串级控制与多前馈量策略的智能系统后，水分波动可降至±0.3%以内，稳定性提升40%以上。

不同水分检测技术精度对比中子测水技术精度约±0.5%，但存在放射性安全问题；红外水分仪（如MM710-(TSS)21型）精度可达±0.3%，且克服了水蒸气、物料表面不规则等干扰；微波穿透式水分仪可实现整体水分测量，精度±0.4%，适用于高粉尘环境。

智能控制系统对返矿率的影响低负压高料层均质化烧结体系配合混合料粒度预测模型，使返矿率从传统工艺的24.05%显著降至16.92%，降低7.13个百分点，直接提升烧结矿产量。

典型企业应用案例效果宝武新钢集团应用环冷机梯级余热回馈技术后，混合料制备环节能耗降低；鄂钢烧结厂采用自动配水系统，解决了“跑干料、跑湿料”问题，烧结机生产率提升2-4%，燃烧消耗降低5-10%。工程案例与实践效果06宝武新钢环冷机余热利用项目

项目背景与技术原理宝武新钢集团针对环冷机低温烟气余热回收问题，开发梯级余热利用技术，将烧结环冷机排放的低温烟气余热回馈至混合料制备环节，实现能源循环利用。

项目实施内容该项目通过建设余热回收系统，收集环冷机排出的低温烟气热量，对烧结混合料进行预热，提升混合料温度，优化烧结工艺条件。

项目应用成效项目应用后，有效利用了环冷机余热资源，降低了混合料制备过程的能耗，同时有助于提高烧结矿质量和产量，为钢铁企业节能减排提供了示范。400m²烧结机水分控制改造实例

改造背景与目标400m²烧结机采用二手设备，原水分控制依赖人工观测与手动调节，因热返矿影响导致调节滞后，常出现"跑干料、跑湿料和缓料"现象，制约生产能力发挥。改造目标是实现加水工艺精确控制，提高烧结矿产量和技术经济指标。

技术方案选择对比中子测水（成本高、有放射源）、电极式测水（精度不足），选择MM710-（TSS）21型红外线自动测水技术，结合模糊控制理论与人工智能技术，解决多料种、大波动、高污染、强滞后难题。

改造实施方案采用"一混粗调、二混精配"方案：一混系统含1台水分仪、4台皮带秤及多组流量调节阀，实现污泥与清水加水量控制；二混系统根据一混后水分值与料量，通过负反馈调节完成精配，结合前馈控制应对料量波动（增减>8%时提前调节）。

应用效果系统于2014年5月投用，实现混合料水分连续准确检测，解决人工加水不稳定问题，显著降低水分波动，提升烧结机作业率与烧结矿产质量，达到预期改造目标。低负压高料层工艺核心特征低负压高料层均质化烧结体系通过优化料层厚度与负压控制，实现烧结过程的均匀性提升，配套开发的混合料粒度预测模型可优化料层风量分布，改善透气性。返矿率降低效果显著工业应用数据显示，采用低负压高料层均质化烧结技术后，返矿率从24.05%显著降至16.92%，有效提高了原料利用率和烧结矿产量。环冷机梯级余热利用集成该技术体系与环冷机梯级余热利用技术相结合，将低温烟气余热回馈至混合料制备环节，实现能源高效循环利用，已成功应用于宝武新钢集团改造项目。低负压高料层均质化烧结应用未来发展趋势与展望07AI与大数据在水分控制中的深化