自从85年8月投产以来，宝钢烧结为追求世界一流，对烧结工艺和设备进行了大量革新。回顾宝钢烧结技术的发展，重点有厚料层烧结技术进步、高铁低硅技术进步、高结晶水矿石烧结技术创新和环保工艺设备技术创新等。
经过三十多年的努力，宝钢烧结已经站到世界的最前列。多年来，烧结矿铁品位保持世界领先水平，烧结料层厚度与POSCO相当，在以褐铁矿为主要矿种的烧结工艺中，成品率接近80%，工序能耗下降到45kgce/t-s（含烟气净化），利用系数达到1.4t/m2/hour，烟气中SO2、NOx、二恶英排放指标已全面优于POSCO，达到世界领先水平，工厂环境大幅改善，得到政府及媒体高度肯定。
我国重点企业烧结工序燃耗为54.95kg/t，占钢铁总能耗的12%。烧结废气含SO2、NOX、二噁英等复杂的污染物，其排放量分别占钢铁总排放量的60%、50%、90%以上。随着国家环保法规的日益严格，作为钢铁生产中的能耗和污染物排放大户，烧结污染物的排放限值必然会越来越低，形象和生存均面临严峻挑战。
对以碳为主要燃料的烧结工序而言，减碳的挑战无疑更为艰巨。高炉-转炉流程吨钢二氧化碳排放为2-2.2t，而烧结工序二氧化碳碳排放约占总量的15%。2015年11月30日，习近平主席在巴黎代表中国承诺在2030年使单位国内生产总值二氧化碳排放量比2005年下降60%-65%。
减碳已经成为烧结工作者必须面临的重要课题！
1、现有烧结工艺必然存在的问题
目前铁矿石烧结工艺出于成本因素和提高原料适应性等各种原因，采用碳作为热源，使用空气作为助燃剂及传热介质，将不同种类的矿石在不完全熔化的状态下烧结成人造块矿，这种工艺虽然成本低，但必然会带来以下主要问题：
（1）热效率低
由于大量空气被加热，以及大量辐射散热，导致热量浪费很多，理论热量消耗：1022MJ/t-S，实际热量消耗：1645MJ/t-S，热效率仅约为62%。
（2）碳浪费
现有工艺必然导致细粒级碳与矿石充分接触，加之料层中实际氧分压较低，大量的还原反应和碳的不完全燃烧现象不可避免。
（3）CaO浪费
CaO对烧结过程有着至关重要的作用，但基于当前烧结过程本身的特点，大量的CaO并没有进入到铁酸钙中，间接导致液相粘度上升，被迫采用提高温度的方法来提升烧结矿产质量。
（4）污染大、返矿多
2、问题产生的根本原因
为查明产生上述问题的根源，宝钢股份近年来尝试利用各种手段，对熔剂、燃料等在烧结过程中的行为进行了大量探索，研究重点在原料预处理及相平衡。下面结合焦粉的制粒行为、焦粉的燃烧行为、CaO的行为痕迹、布料中发生的变化等几方面的部分研究情况，来说明烧结工艺过程中没有关注到的地方，供同行们参考。
（1）焦粉的制粒行为
焦粉在混合料中的存在形式主要为三种：①以焦粉为核心粘附细粉；②焦粉粘附在以返矿、矿石和熔剂为核心的颗粒周围；③焦粉和其他细粉以球团状形式存在。
（2）焦粉的燃烧行为
空气气氛下，-0.25mm焦粉与混合料制成小球后的燃烧强度小于纯焦粉颗粒，燃烧强度下降约25%。但在模拟烧结气氛下，焦粉混合料小球的燃烧强度反而大于纯焦粉颗粒，且随着温度的升高，增加的幅度越大，950℃增加75%，1050℃增加166.7%；
模拟烧结气氛下，焦粉混合料小球在燃烧过程中同时发生了直接还原反应（950℃以前），温度越高直接还原反应越剧烈，并在混合料生成液相后达到最大值。
空气气氛下，2-3mm焦粉粘附CaO和Fe2O3试剂后的燃烧强度小于纯焦粉颗粒，燃烧强度下降约17.1%。在模拟烧结气氛下，制粒焦粉的燃烧强度在1000℃左右以前也小于纯焦粉颗粒，燃烧强度下降约15.4%，但在1000℃左右以后，制粒焦粉的燃烧强度随着温度的升高逐渐增加，在粘附粉生成液相后达到最大值；
1000℃左右以后，制粒焦粉燃烧强度的增加主要是发生了直接还原反应。
空气气氛下，2-3mm焦粉粘附CaO对燃烧没有催化作用，与纯焦粉颗粒相比，燃烧强度反而略有下降；
在模拟烧结气氛下，焦粉粘附CaO对燃烧有催化作用，燃烧强度较纯焦粉颗粒增加了15.4%。
大于3mm焦粉在不同状况下的燃烧行为
空气气氛下，大于3mm焦粉粘附CaO和Fe2O3试剂后的燃烧强度小于纯焦粉颗粒，燃烧强度下降约18.2%。在模拟烧结气氛下，制粒焦粉的燃烧强度在1000℃左右以前也小于纯焦粉颗粒，燃烧强度下降约16.7%，但在1000℃左右以后，制粒焦粉的燃烧强度随着温度的升高逐渐增加，在粘附粉生成液相后达到最大值，主要是发生了直接还原反应所致；
空气气氛下，大于3mm焦粉粘附CaO和Fe2O3试剂在产生液相后，也会发生较剧烈的还原反应。
空气气氛下，不同粒级焦粉外裹物料后燃烧速率都会下降11-26%不等，但下降幅度远不及将空气气氛改为模拟烧结气氛；
模拟烧结气氛下，1050℃之前C2-3和C3-5燃烧速率也会小于S2-3和S3-5，但P-0.25例外，950℃时其燃烧速率已远超S-0.25，1050℃时甚至接近空气气氛下的S-0.25燃烧速率；
模拟烧结气氛下，-0.25mm焦粉与铁氧化物发生直接还原反应的温度低于2-3mm和3-5mm焦粉，反应强度也大于2-3mm和3-5mm焦粉。
（3）CaO的部分行为痕迹
1）磁铁矿固溶体中的CaO：
相平衡研究表明氧分压对CaO在磁铁矿固溶体和液相中的分配比影响较小，而温度影响较大；
提高温度，提高液相中CaO含量（提高体系碱度），磁铁矿中CaO含量降低。
2）玻璃相中的CaO：
玻璃相和磁铁矿体系的二元碱度约为1.0-1.3
根据C-F-S相图分析该体系冷却过程无法形成铁酸钙（形成铁酸钙的最低二元碱度为1.87，即C2S与Fe2O3连线对应碱度）
3）SFCA中的CaO
在宝钢四烧结台车取样测定生石灰消化程度为58.2%，与实验室的结果相吻合，即：还有四成左右的生石灰未消化。未消化的生石灰不仅会在烧结过程中继续吸水膨胀，破坏制粒小球，更重要的是这些生石灰将会成为游离CaO。
（4）布料过程发生的变化
即使使用了强力混合机改善熔剂的分布，但在制粒后各粒级的化学成分偏差仍然较大且没有明显规律，无法用模型量化。
通过纳米力学测试系统对烧结矿各种矿相硬度的测试结果表明：原生赤铁矿与玻璃相的硬度相差巨大，当矿石周围因碱度偏低时，将产生大量的玻璃相和自形晶磁铁矿，而温度不足的局部将产生较多的SFCA-I和不规则孔洞，这是在转运与破碎过程中产生大量返矿的重要原因。
综上所述：正是由于现有烧结原料准备过程固有的特点，烧结料层内各点的成分、温度、气氛均必然存在严重的不均匀性，而在烧结过程中是使用同一条温度曲线来完成烧结过程，因此，必然会有较多的局部因热力学和动力学条件不满足而产生不符合要求的变化，这些变化将导致较多的返矿发生。
为降低返矿的产生，需要在温度不够的局部提高热源来提高温度，而现有工艺很难精准调节温度场，其结果是为产质量提升而整体提高热源，进而造成碳的浪费。
在保留烧结工艺特有的原料适应性广、效率高等特点的同时，结合环保的新要求，需要烧结工作者从原点出发，从微观到介观层面，深入研究烧结过程热力学和动力学，大胆改善和创新烧结工艺，特别是原料预处理工艺，方能适应未来形势，而其落脚点应该是改进烧结过程的不均匀性。
如前所述，改进烧结过程的不均匀性为落脚点，重点可从以下几
个方面进行研究与改善：
1、改变原料预处理工艺，重新设计烧结过程和冷却过程，从矿相研究出发，通过分别制粒、布料、冷却等工艺变化，实现粒度、化学成分、燃料等多方面的精确配置；
2、在现有主工艺配置的情况下，大力开发过程自动控制和智能控制水平，从原料进厂开始，引入人工智能，以机理研究为基础，构建工艺控制模型，控制系统波动降到最低；
3、创新烧结工艺，实现真正意义上的均匀烧结。
（5）调整现有工艺，实施精确烧结
从微观成矿机理入手，根据不同矿物的成矿行为（尤其是液相的行为），精确设计烧结工艺过程，探索实现精确烧结的手段。
（6）发展智能控制以减少波动
在现有主工艺配置的情况下，大力开发过程自动控制和智能控制水平，从原料进厂开始，引入人工智能，以机理研究为基础，构建工艺控制模型，如烧结过程状态控制模型、生产策略分析模型等，以期实现水分、布料、速比、成分等无需人工干预的自适应调整，基于成本、质量、产量的策略最优生产组织，等等，控制系统波动降到最低。
（7）创新烧结工艺
改变加热方式可以彻底改变烧结或球团生产带来的污染，如电加热、微波加热等。其好处在于：一是没有CC源就没有NOXX、SOXX、CO22、CO等副产物，二是没有烟气排放，环境可以得到根本改善，烧结将不需要烟囱。
甚至可以直接使用微波进行碳热还原生产金属化烧结矿。美国研究了采用微波高温技术进行铁矿石的直接还原技术，将粉矿与煤粉充分混合后于微波炉中加热到1200℃一定时间后，得到95％以上的金属化率，产品可以直接进入电炉炼钢。
宝钢进行了使用微波加热方式进行烧结矿生产的试验，微波炉功率9kw，采用手动升温模式，升温过程功率输出设定为65%，坩埚采用Al22OO33材质（内尺寸约为100×150×40mm，壁厚约10mm），装料1kg（烧结混合料，不含碳，碱度2.0倍）,在1150、1250℃温度下保温5min，10min。所生成出的烧结矿与正常烧结矿基本一致，说明该方法是可行的，目前正在展开进一步的研究。
铁矿石烧结工艺虽然有很多问题，但其在大型钢铁联合企业的作用是显而易见的。如果烧结因为环保的问题或者碳排放的问题无法在钢铁厂内生存，无论是对烧结本身还是钢铁厂来说，后果将是灾难性的。
为避免灾难的发生，迎接烧结新时代的到来，高效、清洁地控制碳的反应应该成为未来研究工作的核心，围绕着降低碳使用量甚至无碳的工艺技术开发将成为重点。随着能源结构的逐步调整，铁矿石烧结工艺必然会向更高效率、更低消耗、更少排放的方向发展。
注：引自《炼铁梦想家》，作者 毛晓明