唐德文

（重鋼煉鐵廠）  

摘  要  以穩(wěn)定高爐用礦結(jié)構(gòu)為前提，采用新礦粉生產(chǎn)燒結(jié)礦置換高爐爐料結(jié)構(gòu)中原燒結(jié)礦的方法，分析高爐鐵水產(chǎn)量變化引起的鐵水成本變化，最后采用新礦粉燒結(jié)性能大數(shù)據(jù)進行配礦，實現(xiàn)最優(yōu)高爐鐵水成本下的燒結(jié)性能配礦方案。

關(guān)鍵詞  鐵水成本  配礦研究  經(jīng)濟配礦

1 前沿

高爐鐵水成本占鋼材成本的60%-70%，在高爐鐵水成本結(jié)構(gòu)中，燒結(jié)礦在鐵水成本中的占比51%左右，其它成本占比49%左右，用礦經(jīng)濟性研究和配煤經(jīng)濟性研究歷來是煉鐵工作者研究的重點，本文重點論述如何達到最優(yōu)鐵水成本的配礦以及需要考慮的重點和難點。

2  研究思路

在眾多研究鐵礦粉經(jīng)濟性的方法中，有三種公認度較高的方法。

2.1  鐵礦粉綜合品位性價比方法

直接采用到廠價比上表觀品位，例如：購進鐵礦粉的價格為干噸480元，表觀品位為62%，單位品位的性價比為480/62＝7.74元，以及考慮運輸費占礦價的比重權(quán)衡問題。

2.2  鐵礦粉綜合品位的評價和性價比方法

眾所周知，鐵礦粉不同脈石含量和S、P、K2O、Zn等有害元素對其造塊和高爐冶煉都有不同程度的消耗和影響，所謂鐵礦粉“綜合品位”評價，即扣除不同脈石含量，燒損和有害元素后的實際品位得出用于粉礦的計算方法： 

TFe<綜粉>=TFe/(100-LOI)%×[100+（2R2(SiO2+Al2O3)/(100-LOI)%-2(CaO+MgO)/(100-LOI) % +2(S+P)/(100- LOI)%+5×(K2O+Na2O +Pb+Zn +Cu+As+CL)/(100-LOI)%]-1×100% 

式中：R2為爐渣二元堿度，其余均為鐵礦粉的化學成分，Loi為燒損值

2.3  鐵礦粉冶金價值性價比的方法 

前蘇聯(lián)M.A.巴甫洛夫院士提出關(guān)于鐵礦石的冶金價值的計算方法。起公式為：

P1=（F/f）*（p-C*p2-c*p3-g）     （6）

式中：p1 —鐵礦石的冶金價值F—鐵礦石的品位 f—生鐵含量（%）p—生鐵控制成本（元/t） c—焦比（t/t） p2—焦碳價格（t/t）c—生鐵溶劑消耗（t/t）

p3 —溶劑價格（t/t）g—生鐵加工費（元/t）

上述三種方法中，鐵礦粉綜合品位性價比方法與實際差別很大，它缺少了兩大部分：（1）沒有根據(jù)其脈石含量和有害元素評定和計算綜合品位。（2）沒有依據(jù)綜合品位計算結(jié)果列入不同品位的冶金價值；鐵礦粉綜合品位的評價和性價比方法和鐵礦粉冶金價值性價比的方法的缺點一樣：存在溶劑用量估算不準、礦石的燒損以及高爐冶煉的焦比和實際渣量等沒有體現(xiàn)、對有害元素的損害程度預(yù)估不準等較大偏差因素，用于指導(dǎo)生產(chǎn)的實用性不強。

鐵礦粉鐵元素在經(jīng)過燒結(jié)工序或者球團工序或者塊礦的形式到達高爐產(chǎn)生鐵水的過程中，各種生產(chǎn)工序錯綜復(fù)雜，以一成不變的方式籠統(tǒng)體現(xiàn)精細化的高爐鐵水成本，存在難以準確計算的問題。在高爐鐵水總成本的大盤中，如果只考慮鐵礦粉以燒結(jié)礦的形式進入高爐鐵水，把入爐燒結(jié)礦成本中物質(zhì)構(gòu)建成本中的鐵礦粉成本、熔劑成本、燃料成本單獨分離出來，在入爐燒結(jié)礦產(chǎn)量不變的情況下，計算新鐵礦粉燒結(jié)礦入爐后入爐品位變化引起鐵水產(chǎn)量的增減后的實際鐵水成本，之后結(jié)合燒結(jié)和高爐的工藝控制要求，在合理的情況下作出一定的假設(shè)，可以實現(xiàn)最優(yōu)高爐鐵水成本下的燒結(jié)性能配礦方案。

3  構(gòu)建模型

3.1  模型假設(shè)

高爐爐料結(jié)構(gòu)、燃料負荷、礦石入爐總量、爐渣制度不變；只考慮CaO、SiO2、MgO、Al2O3對高爐生產(chǎn)的影響，不考慮S、P、TiO2、K2O、Na2O、Pb、Zn、Cu、As等有害雜質(zhì)對高爐生產(chǎn)的影響；燒結(jié)礦產(chǎn)量以入爐量計量；不考慮長協(xié)礦或者鐵礦采購相關(guān)的問題。

3.2  模型構(gòu)建

燒結(jié)礦的質(zhì)量包括化學成分、物理性能和冶金性能，它們?nèi)咧g的關(guān)系為：化學成分是基礎(chǔ)，物理性能是保證，冶金性能是關(guān)鍵。為此首先考慮新鐵礦粉化學成份變化后入爐保持高爐爐料結(jié)構(gòu)中燒結(jié)礦配比不變，即保持當前高爐正常生產(chǎn)爐渣CaO/SiO2=1.3倍和MgO/Al2O3=0.55倍始終不變，之后考慮新礦粉在燒結(jié)過程加工過程計算，最后再計算各項費用，具體如下：

3.2.1  鐵礦粉價格模塊（簡稱價格模塊）

基于干基計算所有礦粉到廠時各種消耗費用，如礦石成本、貨損費用、物流費用、人工費用等，扣除增值稅后形成各種礦石到廠價格。

3.2.2  鐵礦粉化學成分模塊（簡稱化學模塊）

鐵礦粉的TFe、CaO、SiO2、MgO、Al2O3、Loi。

3.2.3  高爐核料模塊（簡稱核料模塊）

把高爐爐料結(jié)構(gòu)分為燒結(jié)礦和其它礦石兩種，通過爐料配比、化學成分、礦批、焦批、煤批、鐵水含硅、收得率等指標計算爐渣二元堿度、MgO/Al2O3、綜合入爐品位。

3.2.4  高爐某月生產(chǎn)經(jīng)營數(shù)據(jù)模塊（簡稱經(jīng)營模塊）

采用某月高爐入爐品位、鐵水產(chǎn)量、鐵水成本、高爐總礦耗、燒結(jié)礦礦耗、鐵水含硅、燒結(jié)礦物質(zhì)成本、單位入爐品位影響鐵水產(chǎn)量系數(shù)等數(shù)據(jù)，計算燒結(jié)礦TFe變化后，高爐入爐品位變化影響鐵水產(chǎn)量變化后的成本。

3.2.5  鐵礦粉燒結(jié)加工模塊（簡稱加工模塊）

采用某月石灰石、白云石、燃料的化學成分和價格，基于高爐當前生產(chǎn)中二元堿度=1.3倍和MgO/Al2O3=0.55倍造渣要求，配加石灰石、白云石、燃料（因生產(chǎn)水價值較低無需考慮，生石灰本處不添加，在后續(xù)配礦環(huán)節(jié)在論述），計算出燒結(jié)礦TFe、CaO、SiO2、MgO、Al2O3、燒結(jié)礦價格。

4  模型計算

在使用模型分析過程中，首先采用核料模塊采集當前高爐生產(chǎn)經(jīng)營參數(shù)，以當前爐渣二元堿度和MgO/Al2O3值反向推導(dǎo)并構(gòu)建其它礦石化學分析數(shù)據(jù)；其次采用試算法試算加工模塊燒結(jié)礦數(shù)據(jù)引入核料模塊中燒結(jié)礦分析數(shù)據(jù)項，使其滿足爐渣CaO/SiO2=1.3倍和MgO/Al2O3=0.55倍后，計算燒結(jié)礦物質(zhì)成本；再次采用經(jīng)營模塊通過引入核料模塊的高爐綜合入爐品位后，計算燒結(jié)礦TFe變化后，高爐入爐品位變化影響鐵水產(chǎn)量變化后的成本；最后完成各種鐵礦粉的燒結(jié)礦化學數(shù)據(jù)和鐵水成本匯集，基于這些計算數(shù)據(jù)生產(chǎn)的燒結(jié)礦單獨入爐或者任意品種加權(quán)配比入爐都不會引起高爐爐料結(jié)構(gòu)變化，這為后續(xù)綜合考慮經(jīng)濟性配礦提供了化學基礎(chǔ)，下表是一些鐵礦粉加工前后形成的燒結(jié)礦數(shù)據(jù)對比。

由表2可以看出，不同鐵礦粉單獨入爐其燒結(jié)礦堿度R存在差異，具體SiO2越低堿度R越高，SiO2越高堿度R越低，呈反向關(guān)系，這是因為燒結(jié)礦在高爐參與配料過程中主要作用是為高爐提供凈CaO（扣除自身SiO2消耗），中和其它鐵原料、焦炭和煤粉灰分帶入的SiO2。曾經(jīng)某燒結(jié)廠在混勻礦換堆過程控制水平較好，燒結(jié)礦堿度R較為穩(wěn)定，可是高爐使用后仍然出現(xiàn)較大幅度的波動，這是因為經(jīng)營大環(huán)境總體不好，混勻礦種變換較大，難以做到TFe、SiO2都相對穩(wěn)定，大部分混勻礦只做到了TFe相對穩(wěn)定，導(dǎo)致燒結(jié)礦SiO2存在較大波動，所以提供的凈CaO產(chǎn)生了變化，如果燒結(jié)礦堿度R維持不變，那么高爐燒結(jié)礦配比變化是必然的現(xiàn)象。同樣的道理，燒結(jié)礦也為高爐提供凈MgO（扣除自身Al2O3消耗）也是配料的基礎(chǔ)，中和其它鐵原料、焦炭和煤粉灰分帶入的Al2O3，由此可以總結(jié)出燒結(jié)礦保供高爐的兩種方式：燒結(jié)礦低硅高堿度方式和燒結(jié)礦高硅低堿度方式，以萬變的燒結(jié)礦化學成分應(yīng)對不變的爐料結(jié)構(gòu)。

從鐵水成本分析，梅山精礦因其顯著的價格和高MgO優(yōu)勢，鐵水成本最低，巴西卡粉雖然進價較高，因其品位高，雜質(zhì)少，鐵水成本第二，屬于第一類成本礦；

成本在2300-2350之間的第二類礦種有：金布巴，西皮粉；

成本在2350-2400之間的第三類礦種有：國王粉，PB粉，BRBF；

成本在2400之上第四類礦種有：楊迪粉，麥克粉；

大體上看，入爐品位越高，鐵水成本越低，這與高爐現(xiàn)行的精料生產(chǎn)模式一致，因為鋼鐵行業(yè)屬于重資產(chǎn)行業(yè)，昂貴的燃料費用、巨大的折舊費用和攤銷費在鐵水成本占較大比重，使得鐵水產(chǎn)量成為高爐降成本最關(guān)鍵的指標，除少數(shù)存在顯著價格優(yōu)勢的鐵礦粉，如金布巴和梅山精礦。

5  配礦研究

根據(jù)表2單礦種數(shù)據(jù)進行配礦，例舉下列四種配礦方案：

對比A方案和B方案， TFe、成本、SiO2差異較小，鐵水成本相差13元/噸，對比C方案和D方案，TFe、成本、SiO2差異較大，鐵水成本相差22元/噸。

上述A、B、C、D四種方案任意一種供高爐使用都不影響高爐爐料結(jié)構(gòu)變化，在此背景下，如果綜合考慮經(jīng)濟性和燒結(jié)性能，A方案較為合適，B方案經(jīng)濟性相對A較差，C在燒結(jié)過程中工藝難度較大，D方案經(jīng)濟性最差，考慮燒結(jié)礦SiO2處于高位，如果采取降低堿度提高TFe達到降本的目的，那么供給高爐的凈CaO將減少，為達到爐渣堿度平衡，勢必增加燒結(jié)礦入爐配比，爐料結(jié)構(gòu)改變，這與A、B、C不是同一種爐料結(jié)構(gòu)的比較，其它成本也相應(yīng)改變，這又是另外一種爐料結(jié)構(gòu)下的對比。

燒結(jié)過程影響較明顯的鐵精礦的理化性能主要包括精礦種類、化學成分、粒度、水分、親水性、成球性以及軟化、熔融特性等。這些因素往往交互作用，從而對燒結(jié)過程表現(xiàn)出不同程度的影響。主要從下列幾個方面去考慮：

5.1  配硅配堿度

在燒結(jié)礦生產(chǎn)中，SiO2含量既不能太低也不能過高，最佳含量4.6%-5.3%，0.1~0.3的Al2O3/SiO2是形成復(fù)合鐵酸鈣的重要條件。當SiO2含量低于4.6%，會因為渣相不足影響燒結(jié)礦的強度；當SiO2高于5.3%后，隨硅酸鹽渣相增大將影響燒結(jié)礦的強度和冶金性能。生產(chǎn)實踐證明，燒結(jié)礦的最佳堿度范圍是1.9倍-2.3倍，當堿度低于1.85倍，每降低0.1倍的堿度將影響燃料比和產(chǎn)量各3.0%-3.5%，據(jù)了解，在實際生產(chǎn)中降低堿度對高爐燃料比的影響遠高于3.5%的比例。

5.2  配粒度及制粒特性

透氣性指標是燒結(jié)過程能否進行的關(guān)鍵性工藝參數(shù)。鐵礦粉的粒度組成和親水性又是透氣性指標關(guān)鍵的因素，制粒最理想粒度為：理想黏附細?！?.2mm，理想制粒核心為1mm-3mm。親水性指標：褐鐵礦〉赤鐵礦〉磁鐵礦，粘性大的鐵礦易成球。燒結(jié)生產(chǎn)實踐要求混合料減少0-3mm粒級含量，增加3mm-8mm粒級含量。在增加燒結(jié)料透氣性方法中，配加生石灰是使用最廣泛的措施，其增加混合料的親水性能，提高小球強度和熱穩(wěn)定性，對燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量強化作用顯著，但是其成本較高，普遍配比在3%-8%，受鐵原料燒結(jié)性能好壞和倉儲情況配比有一定彈性，在加工模塊中未考慮生石灰原因是其配加少，效果存在折扣，配加足夠時因匹配較低礦種SiO2可能出現(xiàn)CaO過多的情況，其成本可在混勻礦燒結(jié)性能較差時做出增量成本調(diào)節(jié)考慮。

5.3  配冶金性能

鐵原料冶金性能與燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度顯著正向相關(guān)，最理想的情況為同化溫度低，液相流動性好，黏結(jié)相強度好，生成SFCA能力好，連晶固結(jié)能力強。燒結(jié)配料需重點注意同化溫度高，液相流動性較差，連晶固結(jié)能力較強的高TiO2鐵礦，這種鐵礦粉燒結(jié)過程燃耗高，粒度小，但燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度較好。Al2O3含量也是影響質(zhì)量的一個重要元素，首先，一定的Al2O3/SiO2，是燒結(jié)生成針狀復(fù)合鐵酸鈣的重要條件，在常態(tài)下，高堿度燒結(jié)礦的化學分子式是：5CaO·2SiO2·9（FeAl）2O3，燒結(jié)礦沒有Al2O3就不能生成SFCA，但含量不能太高，超過了2%就會影響燒結(jié)礦的冷強度和RDI指數(shù)，燒結(jié)礦的Al2O3含量一般控制在1.0%-2.0%的范圍內(nèi)。

5.4  配生產(chǎn)量

5.4.1  產(chǎn)量匹配方式

燒結(jié)礦的產(chǎn)量指標也是需要重點考慮的因素，配礦成本最低方案因燒結(jié)工序產(chǎn)量不足也體現(xiàn)不了預(yù)計的經(jīng)濟效果，這需要綜合考慮燒結(jié)設(shè)備的整體作業(yè)率和匹配高爐的方式，對于單行線的鋼鐵生產(chǎn)，如果燒結(jié)工序設(shè)備穩(wěn)定可靠作業(yè)率高，高爐順行程度較高，那么輪流使用經(jīng)濟性較高的方案和經(jīng)濟性適中燒結(jié)性能較高的方案，前者可能存在燒結(jié)難度較大產(chǎn)量較低，后者燒結(jié)礦產(chǎn)量富余后落地匹配下一堆經(jīng)濟性較高的方案，形成產(chǎn)量補充，實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效應(yīng)。對于多行線的鋼鐵生產(chǎn)，多臺燒結(jié)機可以同時使用經(jīng)濟性較高的方案和經(jīng)濟性適中燒結(jié)性能較高的方案，需要補充的是，一定時間落地燒結(jié)礦在轉(zhuǎn)鼓強度上并不會出現(xiàn)大幅度波動，只是〈5mm粒度隨著轉(zhuǎn)運次數(shù)增加而上升，但進入高爐前經(jīng)過高爐槽下篩分時后入爐粉末并不會增加，如果出現(xiàn)增加，采取改造提高一個槽下篩子振幅，或者改變下料量以提高篩分效率，搭配其它燒結(jié)礦倉使用。有實踐表明，經(jīng)過噴灑CaCl2的燒結(jié)礦RDI+3.15為98%經(jīng)過一段時間落地后，再使用時RDI+3.15為70%，與初始沒噴灑CaCl2的燒結(jié)礦一致，大約降低了28%，還需進一步驗證是CaCl2噴灑隨時間失效還是RDI+3.15指標會隨時間逐步降低。如果高爐順行程度較差，那么只能有限考慮經(jīng)濟性適中燒結(jié)性能較高的方案。

5.4.2  產(chǎn)量與質(zhì)量的關(guān)系

產(chǎn)量指標和質(zhì)量指標呈反向關(guān)系，具體體現(xiàn)為燒結(jié)機越快燒結(jié)礦產(chǎn)量相對越高，但是機速快結(jié)過程燒結(jié)時間短，轉(zhuǎn)鼓強度降低。一般的，燒結(jié)垂燒速度越快，燒結(jié)產(chǎn)量先上升，到達一定程度后產(chǎn)量和強度同時降低，由于燒結(jié)過程高溫保持時間不夠或者燒結(jié)燃燒帶過寬溫度水平低導(dǎo)致。不同高爐對轉(zhuǎn)鼓指數(shù)有基本的要求，對于轉(zhuǎn)鼓指數(shù)，配料過程考慮滿足現(xiàn)有高爐生產(chǎn)即可（原因在本節(jié)第一段已作說明），不主張過度考慮。新修訂的《高爐煉鐵工程設(shè)計規(guī)范》列出了不同爐容對燒結(jié)礦強度不同要求。

提高燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度方法及其影響：提高燒結(jié)礦FeO，燒結(jié)燃料上升增加成本，高爐因燒結(jié)礦還原性上升增加焦比；提高燒結(jié)礦堿度R，燒結(jié)礦TFe降低，入爐品位降低，鐵水產(chǎn)量降低，大概率高爐焦比增加和各種折舊攤銷增加導(dǎo)致鐵水成本增加；提高燒結(jié)礦SiO2，燒結(jié)礦TFe降低，入爐品位降低，鐵水產(chǎn)量降低，大概率高爐焦比增加和各種攤銷增加導(dǎo)致鐵水鐵水成本增加；延長燒結(jié)過程的高溫保持時間，機速降低，燒結(jié)礦產(chǎn)量降低，折舊攤銷增加導(dǎo)致燒結(jié)礦成本增加，但是厚料層燒結(jié)可能做到轉(zhuǎn)鼓與產(chǎn)量的相對提高。

燒結(jié)過程適當高溫水平和保持時間是燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量最基本的要求。質(zhì)量與成本屬于矛盾的兩方面，如果存在質(zhì)量提高而成本降低，大概率是燒結(jié)工藝改變或者燒結(jié)過程控制存在偏差，在日常生產(chǎn)中只能兼顧質(zhì)量和成本的動態(tài)控制，或者偏向一方取舍。

6  鐵礦粉大數(shù)據(jù)應(yīng)用

國內(nèi)眾多鋼廠對各種鐵礦粉做了研究和生產(chǎn)實踐，提出各種礦石的匹配范圍，配礦研究后輔以大數(shù)據(jù)應(yīng)用匹配范圍是否合適或者超標，進行糾錯，再根據(jù)現(xiàn)行條件從燒結(jié)礦產(chǎn)量、質(zhì)量、鐵水成本中權(quán)衡比重，不斷進行生產(chǎn)實踐得出切實可行最優(yōu)鐵水成本經(jīng)濟性配礦方案。

7  參考文獻

[1] 肖揚，翁得明.燒結(jié)生產(chǎn)技術(shù)P139.

[2] 許滿興.燒結(jié)礦質(zhì)量及其對高爐冶煉主要操作指標的影響.

[3] 許滿興.五十二種進口鐵礦粉的燒結(jié)性能與合理配礦.