摘  要  本文提出了配礦一體化模型的設(shè)計思路，模型是以生鐵成本為目標(biāo)函數(shù)，綜合考慮了庫存條件、燒結(jié)礦冶金性能、高爐順行條件等因素，在配礦和采購過程中起到了很好的降成本作用。

關(guān)鍵詞  燒結(jié)  配礦模型  爐料結(jié)構(gòu)  冶金性能

Design and Application on Ore Matching Integration Model Based on the Lowest Cost of Pig Iron

Long Fang

（Anyang Iron  ＆Steel Co.,Ltd）

Abstract  It Summarizes the treatment of abnormal furnace condition after scheduled delay on Anyang steel’s No.3 BF in this paper。Because of the increasing dust content of  raw material and overproof alkali metals load and unsuitable delay occasion ,the gas current is out of gear after resuming to blast. Through the measures of depressing the dust content of raw material and adjusting the distributing schedule, the furnace condition return to normal.

Key words  sintering  proptioning model  burden structure  metallurgicalproperty

隨著鋼鐵行業(yè)經(jīng)營形勢的逐步惡化，鐵前降成本成為鋼鐵企業(yè)解圍脫困的首要選擇，而配礦降成本是眾多降本措施中最為重要的環(huán)節(jié)。配礦降成本不能單獨考慮燒結(jié)、球團(tuán)等中間過程，而要統(tǒng)籌考慮從原料采購到高爐生產(chǎn)的整個過程，只有將各種原料成分、性能、價格等因素與燒結(jié)煉鐵生產(chǎn)穩(wěn)定結(jié)合在一起，進(jìn)行一體化配礦，將生鐵成本作為最終目標(biāo)才能真正的起到降本增效的作用。

1  目前配礦存在問題

當(dāng)前很多企業(yè)的燒結(jié)配礦程序是與高爐配礦分開的，高爐只是取現(xiàn)有的燒結(jié)礦和球團(tuán)礦成分與價格帶入到高爐配料程序中進(jìn)行計算，有的甚至沒有關(guān)于成本的計算。而燒結(jié)配礦一般只是各種礦石成分的疊加，沒有統(tǒng)籌考慮各種礦石的冶金性能及燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量對高爐順行狀況和生鐵成本的影響。燒結(jié)配礦過程一般是先計算、再實驗，實驗確認(rèn)后才能投入生產(chǎn)，往往費時費力，難以適應(yīng)當(dāng)前原料條件的快速變化。并且，無論燒結(jié)配礦、球團(tuán)配礦還是高爐配礦，都是從各自的自身利益出發(fā)，對于礦石品位、性能、有害雜質(zhì)等因素與成本的關(guān)系不能做到通盤考慮，難以實現(xiàn)煉鐵成本的效益最大化。

2  配礦一體化模型

配礦一體化模型包括進(jìn)廠鐵礦石原料的價效模型，庫存管理模型、燒結(jié)配礦模型，球團(tuán)配礦模型、高爐爐料結(jié)構(gòu)模型、鐵礦石冶金性能數(shù)據(jù)庫等六個板塊。以鐵礦石原料供應(yīng)和適宜的燒結(jié)礦球團(tuán)礦成分為基礎(chǔ)，以滿足高爐造渣條件和產(chǎn)品不影響后續(xù)工序要求為原則，以生鐵成本為目標(biāo)函數(shù)，在鐵礦石冶金性能數(shù)據(jù)庫的指導(dǎo)下，通過計算機(jī)軟件進(jìn)行六個板塊的聯(lián)動，得到生鐵成本最低時的高爐爐料結(jié)構(gòu)和燒結(jié)球團(tuán)配礦方案。燒結(jié)配礦方案確保燒結(jié)混勻料具有良好的制粒性能和成礦性能，并能夠很好地指導(dǎo)燒結(jié)過程參數(shù)控制及預(yù)測燒結(jié)礦質(zhì)量，從而使燒結(jié)成品礦具有滿足高爐冶煉需求的強(qiáng)度指標(biāo)及冶金性能指標(biāo)；同時得到滿足球團(tuán)礦質(zhì)量性能要求的球團(tuán)配礦方案、與現(xiàn)有塊礦搭配形成合理的高爐爐料結(jié)構(gòu)。模型不追求燒結(jié)與球團(tuán)礦的配礦過程成本，而以生鐵成本最低為最終目標(biāo)。

該模型中幾個版塊可以相互聯(lián)合，也可以單獨分開。不但可以用于指導(dǎo)實際的配礦生產(chǎn)，也可以用于礦石采購，對鐵礦石進(jìn)行使用結(jié)構(gòu)價效評價，從而在采購、財務(wù)與生產(chǎn)之間架起了一座便于溝通的橋梁。

3  配礦一體化模型設(shè)計

配礦是一項系統(tǒng)工程，既要考慮各種含鐵原料的庫存條件，又要考慮燒結(jié)礦的化學(xué)成分、冶金性能，以及各種含鐵原料對燒結(jié)過程參數(shù)、燒結(jié)礦質(zhì)量及燒結(jié)利用系數(shù)的影響；在當(dāng)前降本壓力巨大的形勢下，更要考慮整個高爐爐料結(jié)構(gòu)的合理搭配，既要滿足高爐生產(chǎn)順行的需要，又能達(dá)到生鐵成本最低的目標(biāo)。

3.1  鐵礦石原料價效模型

將各種含鐵原料、燃料及熔劑的典型成分、粒度組成、定價模式或購買價格等匯總到同一界面，使用時可以在任何一個高爐、燒結(jié)配礦系統(tǒng)隨意調(diào)取。由于生產(chǎn)中所用礦石種類繁多，既有長協(xié)礦又有貿(mào)易礦，還有公司內(nèi)部的回收料等，而長協(xié)礦的定價模式也各不相同，貿(mào)易礦在不同指數(shù)下價格也不相同，但它們一般都是隨鐵礦石指數(shù)相應(yīng)變動的。無論現(xiàn)貨礦石還是長協(xié)礦，其時點價格都可以通過當(dāng)期買點價格或定價模式做到與同期指數(shù)同步對應(yīng)。對于每次的配礦計算或價效評定，只需輸入當(dāng)期幾個指數(shù)，即可計算出當(dāng)期所有含鐵原料的時點價格，從而得到該期滿足所有限制條件下最低生鐵成本的配礦結(jié)構(gòu)。

3.2  燒結(jié)配礦模型

根據(jù)范曉慧教授在《鐵礦燒結(jié)優(yōu)化配礦原理與技術(shù)》一書中所說，根據(jù)混合料中SiO2對混合料成礦、熔融區(qū)礦物組成與微觀結(jié)構(gòu)規(guī)律，SiO2為5%時液相生成性能較好，且有利于針狀鐵酸鈣的生成；Al2O3含量不宜超過1.8%；而MgO含量應(yīng)在保證高爐造渣條件下盡量低[]。因此，在配礦過程中按照高爐需求控制燒結(jié)礦品位、燒結(jié)礦堿度，并結(jié)合實際原料條件設(shè)定SiO2、Al2O3等成分在一定區(qū)間，滿足燒結(jié)礦強(qiáng)度及高溫性能的要求；另外，將各種礦石按照赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦及菱鐵礦等劃分品種，各類礦石總量依據(jù)燒結(jié)性能與庫存條件設(shè)定不同的限定區(qū)間，確保燒結(jié)礦在同化性能、液相流動性能、鐵酸鈣生成能力及連晶性能等方面能夠起到一定互補(bǔ)作用，見表1。對于每種礦石可根據(jù)冶金性能數(shù)據(jù)庫中該礦石冶金性能指標(biāo)或國內(nèi)外兄弟企業(yè)的使用效果對其進(jìn)行一定的比例限定，在計算過程中能夠?qū)崿F(xiàn)各礦石在給定區(qū)間內(nèi)，滿足所有要求的最低燒結(jié)成本或生鐵成本配比結(jié)構(gòu)（模型可以自行設(shè)定所求目標(biāo)函數(shù)為燒結(jié)成本或生鐵成本），通過計算可知，生鐵成本最低時的配礦結(jié)構(gòu)與燒結(jié)成本最低時并不完全一致，也驗證了以生鐵成本最低為目標(biāo)函數(shù)的正確性。

球團(tuán)配礦模型相對燒結(jié)配礦模型較為簡單，且與之類似，這里不做介紹。

3.3  高爐爐料結(jié)構(gòu)模型

對燒結(jié)、球團(tuán)、塊礦等含鐵原料根據(jù)價效及熟料率等條件限制各自的配比區(qū)間，設(shè)定爐渣堿度范圍，對爐渣Al2O3含量、渣中MgO/ Al2O3等進(jìn)行限定。同時對入爐S、P、K2O、Na2O、PbO、ZnO、TiO2等有害元素負(fù)荷進(jìn)行上限控制，見表2。由于含有有害雜質(zhì)成分的礦石都存在不同程度的折價，一般雜質(zhì)含量越高折價幅度越大。因此在配料計算過程中，對這些有害元素既要嚴(yán)格控制其上限范圍，又要在不影響高爐順行的前提下，根據(jù)礦石的價效盡量用足其負(fù)荷空間，以最大程度地降低生鐵成本。

高爐爐料結(jié)構(gòu)模型中綜合考慮了入爐品位對燃料比及產(chǎn)量的影響；燒結(jié)、煉鐵工序固定費用對燒結(jié)成本、生鐵成本的影響；各種有害雜質(zhì)成分對成本的影響，建立了有害元素成本影響懲罰模型，并可以根據(jù)實踐對模型的經(jīng)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

3.4  庫存管理模型

配礦計算過程中，各種礦的比例限定首先要滿足庫存條件。庫存管理模型可以根據(jù)庫存情況對使用天數(shù)給出一定的使用比例范圍。并且可以根據(jù)當(dāng)前的配礦結(jié)構(gòu)與各礦種的進(jìn)貨量和實際消耗量，對該配礦結(jié)構(gòu)下的庫存使用天數(shù)進(jìn)行預(yù)測和報警，方便配礦工作者及時發(fā)現(xiàn)問題，減少變料次數(shù)。模型能夠根據(jù)現(xiàn)有資源及實際執(zhí)行配比結(jié)構(gòu)情況，更早地預(yù)測資源品種、數(shù)量等的需求。

3.5  冶金性能數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫對國內(nèi)外鐵礦石進(jìn)行了收集整理，包括各種礦石的產(chǎn)地、礦物組成分類、典型成分及粒度組成，礦石的同化性能、液相流動性能、鐵酸鈣生成能力及連晶性能等燒結(jié)基礎(chǔ)特性，以及該礦石在國內(nèi)外鋼企的使用比例和使用效果等經(jīng)驗數(shù)據(jù)。并且將公司購買使用過的礦石信息不斷地充實到冶金性能數(shù)據(jù)庫中，從實驗、燒結(jié)礦質(zhì)量與冶金性能及高爐使用效果等方面對其進(jìn)行綜合評價，從而不斷完善數(shù)據(jù)庫內(nèi)容。鐵礦石數(shù)據(jù)庫可以很好地用于指導(dǎo)配礦，預(yù)測燒結(jié)礦性能，使配礦過程更加快捷高效。

4  配礦一體化模型的主要創(chuàng)新點

（1）燒結(jié)配礦與高爐爐料結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以生鐵成本為目標(biāo)函數(shù)；

（2）各種有害雜質(zhì)負(fù)荷以入爐總負(fù)荷為基準(zhǔn)，不單獨考慮某一品種礦的雜質(zhì)含量限定，能夠?qū)崿F(xiàn)各種有害雜質(zhì)礦石高低搭配，最大幅度地降低生鐵成本；

（3）模型考慮了入爐品位對焦比、產(chǎn)量的影響，以及燒結(jié)配比、高爐產(chǎn)量對燒結(jié)與煉鐵工序固定費用的影響，深入細(xì)致考慮影響生鐵成本的各項因素；

（4）立足現(xiàn)有庫存資源，盡可能多消耗廠內(nèi)資源，減少庫存壓力，降低市場風(fēng)險；

（5）各種礦石價格與普氏指數(shù)實時對應(yīng)，動態(tài)變化，以對應(yīng)的配礦結(jié)構(gòu)和爐料結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)對所需礦石進(jìn)行使用結(jié)構(gòu)評價，連接購買與使用渠道，在財務(wù)、采購與使用之間搭建起一座便于溝通的橋梁；

（6）利用計算機(jī)程序進(jìn)行迭代計算，更快更準(zhǔn)確地得到最低成本配礦結(jié)構(gòu)；

（7）建立鐵礦石冶金性能數(shù)據(jù)庫，從礦石典型成分，配礦結(jié)構(gòu)，實驗室實驗結(jié)果，燒結(jié)過程參數(shù)控制、燒結(jié)礦強(qiáng)度及性能指標(biāo)，高爐爐況反應(yīng)等全方位進(jìn)行跟蹤總結(jié)，并不斷補(bǔ)充完善。通過冶金性能數(shù)據(jù)庫預(yù)測燒結(jié)礦冶金性能，并最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與模型對接。

5  配礦一體化模型在安鋼的應(yīng)用

5.1  與單品種評價相結(jié)合評價礦石使用價效

模型與單品種評價相結(jié)合，對單品種評價價效較好的礦石進(jìn)行使用結(jié)構(gòu)評價，根據(jù)其對生鐵成本的降低幅度進(jìn)行選擇，起到切實降低生鐵成本的作用。該模型自使用以來，僅半年累計評價礦石近千項次，實現(xiàn)了每單必評。1-5月份累計尋找評價資源共計2565萬噸，實現(xiàn)采購經(jīng)濟(jì)礦資源98.8萬噸，與62%普氏指數(shù)相比，價效降低額達(dá)6525萬元。

5.2  統(tǒng)籌考慮各種有害元素負(fù)荷

在配礦過程中，鑒于鐵礦石市場變化快的特點，當(dāng)前的采購行為大部分是控制低庫存，采取小批量、多批次進(jìn)行采購，燒結(jié)及高爐用料也跟著頻繁變化。我們根據(jù)自己的資源情況，結(jié)合市場能夠買到的資源，統(tǒng)籌考慮各種礦物的配合效益，即最終的生鐵成本。由于有害雜質(zhì)含量高的礦石都有不同程度的折扣，但各種礦石所含有害雜質(zhì)成分各不相同。例如在配礦過程中用高硅低鋁礦搭配高鋁低硅礦、用高硫低磷礦搭配高磷低硫礦等，這樣可以結(jié)合自有資源及可購買資源情況同時使用多種折扣較大的經(jīng)濟(jì)礦，既能有效控制生鐵有害元素負(fù)荷在上限范圍，又能充分利用各種經(jīng)濟(jì)礦的價效優(yōu)勢及有害元素的上限空間，能夠最大限度地降低生鐵成本。

5.3  綜合考慮各種爐料的冶金性能及價效

配礦一體化模型能夠綜合考慮各種爐料性能、價效、庫存等多方面的因素，例如我們通過價效計算比較，當(dāng)期塊礦價效最好，燒結(jié)礦特別是3#燒結(jié)礦價效較差，而球團(tuán)礦價效最差；并且由于兩船塊礦到港間歇太近而造成塊礦庫存嚴(yán)重偏高。為了降低生鐵成本，采取控制球團(tuán)比例上限，提高塊礦配比的方式。而現(xiàn)實是由于3#燒結(jié)礦熔滴溫度過高，球團(tuán)礦熔滴溫度太低，高爐熔滴區(qū)間寬，造成高爐壓差持續(xù)偏高；因此在配礦過程中提出了降低燒結(jié)礦堿度及MgO含量來降低燒結(jié)礦熔滴溫度，并調(diào)配公司庫存較高的高鎂精礦用于球團(tuán)生產(chǎn)，提高球團(tuán)礦中MgO含量，使球團(tuán)礦熔滴溫度得以提高，從而改善了高爐爐料結(jié)構(gòu)的冶金性能。由于燒結(jié)堿度的降低，反而不易提高價效最好的塊礦比例降成本，綜合考慮各種爐料的冶金性能及價效情況，采取了在3#高爐中配加少量白云石塊的措施，在降低燒結(jié)堿度改善冶金性能前提下增加塊礦使用量，同時保證高爐渣中適宜的MgO/ Al2O3，確保高爐渣具有良好的流動性及脫硫能力。

通過這些措施，既達(dá)到降低生鐵成本，改善爐料結(jié)構(gòu)冶金性能及爐渣性能，促進(jìn)高爐爐況順行的作用，同時又降低了當(dāng)期高鎂精礦與塊礦庫存過高帶來的市場風(fēng)險。通過實踐，在該方案實施的1個月內(nèi)，高爐順行狀況得到改善，高爐產(chǎn)量提高518噸/t，燃料比降低3kg/t，在普氏指數(shù)月均升高3.06美元的情況下，3#高爐噸鐵成本下降138元/t,其中含鐵料成本下降134.2元/t。3#高爐全月產(chǎn)量29.17萬噸，降成本達(dá)4025.5萬元。

6  總結(jié)

（1）配礦一體化模型將燒結(jié)配礦、球團(tuán)配礦與高爐爐料結(jié)構(gòu)等融合在一起，綜合考慮各方面的因素，以生鐵成本為最終目標(biāo)，能夠最大程度降低生鐵成本。

（2）運用冶金性能數(shù)據(jù)庫可以較好地預(yù)測配礦對燒結(jié)礦冶金性能，指導(dǎo)燒結(jié)工藝過程參數(shù)優(yōu)化，確保高爐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使配礦更加高效快捷，目前還難于滿足當(dāng)前用礦種類的頻繁變化，需要不斷地積累完善。

7  參考文獻(xiàn)

[1] 范曉慧.鐵礦燒結(jié)優(yōu)化配礦原理與技術(shù).北京：冶金工業(yè)出版社，2013:91.62-74