燒結(jié)配礦降本實(shí)踐

何利濤

河北太行鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北省邯鄲市武安市，056300

摘要：實(shí)踐中整合了燒結(jié)、煉鐵、采購(gòu)各部門(mén)，樹(shù)立鐵前一體化理念，打通了原料到燒結(jié)、燒結(jié)到煉鐵的全工序技術(shù)鏈，探索出一套鐵前一體化成本測(cè)算模型工具，可以迅速測(cè)算出不同配礦方案導(dǎo)致的燒結(jié)、高爐生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和生產(chǎn)成本的影響。從最低煉鐵成本的角度出發(fā)，優(yōu)化配礦方案，及時(shí)對(duì)原料市場(chǎng)變化做出響應(yīng)，同時(shí)質(zhì)量可控，尤其避免了配礦失當(dāng)對(duì)高爐順行造成傷害的得不償失，實(shí)現(xiàn)了低成本鐵前配礦和原材料采購(gòu)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化配礦，低成本燒結(jié)，鐵前一體化，配礦計(jì)算，冶金性能，燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)

近年來(lái)，由于鋼鐵原材料受控于國(guó)際市場(chǎng)，鐵礦石價(jià)格堅(jiān)挺且波動(dòng)頻繁，迫使鋼鐵企業(yè)面臨“微利”時(shí)代的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為了創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益，合理利用鐵礦石資源，以滿(mǎn)足低成本、高效益的需求，是鋼鐵企業(yè)重點(diǎn)研究的課題之一。眾所周知，高爐爐料結(jié)構(gòu)是決定煉鐵生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定和保證各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的重要前提，作為占煉鐵成本一半以上的燒結(jié)礦，其成本的高低將直接影響煉鐵成本。一些企業(yè)配礦優(yōu)化重點(diǎn)在追求最低燒結(jié)成本，但實(shí)際生產(chǎn)中，這種追求最低燒結(jié)成本的配礦，并不意味著煉鐵成本的降低,常常由于低成本燒結(jié)礦性能變差，造成高爐渣量增多，爐渣性能不穩(wěn)定，焦比升高，有害雜質(zhì)含量升高，導(dǎo)致煉鐵成本不降反升。因此，有必要從整個(gè)煉鐵系統(tǒng)總成本出發(fā)，建立鐵礦石評(píng)價(jià)、采購(gòu)、燒結(jié)配礦以及高爐爐料結(jié)構(gòu)一體化的優(yōu)化模型。通過(guò)合理利用鐵礦石資源、優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)配礦等措施，提高響應(yīng)速度，適配市場(chǎng)變化，為企業(yè)爭(zhēng)得更多利潤(rùn)空間。

1  優(yōu)化配礦的目的和要求

燒結(jié)配礦的目的，在最低成本的前提下，獲得高產(chǎn)、低耗的燒結(jié)礦，且滿(mǎn)足高爐對(duì)化學(xué)成分、熱態(tài)冶金性能和冷態(tài)強(qiáng)度的要求。

一般來(lái)說(shuō)，合適的配礦方案應(yīng)達(dá)到以下四個(gè)要求：

（1）成分達(dá)標(biāo)：滿(mǎn)足高爐對(duì)燒結(jié)礦化學(xué)成分的要求，主要控制高爐爐渣 MgO、Al₂O₃含量和噸鐵渣量，以及控制生鐵中P、Mn、Ti、Pb、Zn 和堿金屬等有害元素的含量；

（2）性能達(dá)標(biāo)：滿(mǎn)足高爐冶煉需要的燒結(jié)礦冶金性能和冷態(tài)強(qiáng)度的指標(biāo)，主要為燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、粒度組成、低溫還原粉化率、還原度和高溫熔融性能指標(biāo)；

（3）資源可供：鐵礦石的可供資源量能滿(mǎn)足燒結(jié)生產(chǎn)的需要；

（4）成本經(jīng)濟(jì)：在滿(mǎn)足前三項(xiàng)要求的條件下鐵前綜合成本最低。

其中燒結(jié)礦成分和性能達(dá)標(biāo)體現(xiàn)的是質(zhì)量，鐵前都是為高爐服務(wù)，必須滿(mǎn)足高爐的冶煉要求；資源可供體現(xiàn)的是可執(zhí)行性，方案再好，資源不到位，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)；成本經(jīng)濟(jì)是目標(biāo)?？偠灾?，要求配礦方案質(zhì)量達(dá)標(biāo)、成本最優(yōu)、切實(shí)可行。

2  鐵前一體化理念

近期鐵礦粉價(jià)格高位運(yùn)行，鋼鐵市場(chǎng)萎靡不振，為了降本的需要，一些鋼企被迫采購(gòu)和大批量配加低價(jià)礦、劣質(zhì)礦，大配比使用經(jīng)濟(jì)爐料。表面上看原燃料的采購(gòu)成本是降低了，但是一味的追求燒結(jié)配礦低成本，導(dǎo)致大量酸性脈石和有害成分的進(jìn)入，造成鐵前工序生產(chǎn)波動(dòng)、燒結(jié)礦質(zhì)量下降，高爐渣量大、焦比升高、爐況波動(dòng)等后續(xù)不利狀況，不僅沒(méi)有降低煉鐵生產(chǎn)成本，而且還影響了生產(chǎn)組織平衡，甚至威脅到了高爐的使用壽命，得不償失。

鐵前個(gè)別環(huán)節(jié)、個(gè)別工序的低成本，不一定鐵水總成本最優(yōu)。當(dāng)煉鐵綜合成本升高時(shí)，即使鐵前單工序成本再低也沒(méi)有什么實(shí)際意義。鐵前單工序成本必須服從煉鐵綜合成本，鐵前各單位必須以高爐為中心，以煉鐵綜合利潤(rùn)最大化為目標(biāo)，去實(shí)施鐵前各個(gè)單位的降本措施。

改變傳統(tǒng)單一的成本配礦模式，就要整合鐵前、采購(gòu)各部門(mén)，強(qiáng)化協(xié)同配合，積極探索“鐵前一盤(pán)棋”的模塊化生產(chǎn)管理模式，樹(shù)立鐵前一體化的思維和理念，打通從原料到燒結(jié)、從燒結(jié)到煉鐵全工序技術(shù)鏈，研發(fā)出一套集單種物料價(jià)值測(cè)算、一體化配料成本測(cè)算、冶金性能預(yù)測(cè)等多個(gè)模型為一體的鐵前配礦系統(tǒng)，并最終集成為一體化配礦技術(shù)平臺(tái)，制定價(jià)格優(yōu)勢(shì)且質(zhì)量可靠的配礦方案，在穩(wěn)定燒結(jié)和高爐爐況前提下降低含鐵料成本，降低高爐燃料消耗，從而達(dá)到降低煉鐵總成本的目標(biāo)。

3  鐵前一體化低成本計(jì)算

首先要結(jié)合市場(chǎng)變化、成本結(jié)構(gòu)、公司效益等，及時(shí)更新性?xún)r(jià)比測(cè)算模型參數(shù)，提供準(zhǔn)確的鐵礦石、熔劑、燃料成本對(duì)比分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化研討，為確定合理的配礦方案提供支持。然后進(jìn)行單種物料實(shí)用價(jià)值測(cè)算和品位綜合評(píng)價(jià)測(cè)算，通過(guò)性?xún)r(jià)比排名篩選出性?xún)r(jià)比高的礦種，最后進(jìn)行一體化配料成本測(cè)算，測(cè)算的同時(shí)要平衡燒結(jié)、球團(tuán)、高爐以及鋼后各工序的需求，尋求最優(yōu)的配礦方案。

燒結(jié)常用鐵礦粉化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1常用鐵礦粉化學(xué)成分參數(shù)

Table 1 Chemical composition parameters of commonly used iron ore powder

3.1  鐵礦粉實(shí)用價(jià)值測(cè)算

許滿(mǎn)興教授對(duì)前蘇聯(lián)M.A.巴甫洛夫院士提出的鐵礦石冶金價(jià)值計(jì)算公式進(jìn)行了修改意見(jiàn)，提出了鐵礦粉的實(shí)用價(jià)值。

P=C₁Fe+C₂（CaO+MgO）-C₃（SiO₂+Al₂O₃）-C₄[CaO+MgO+SiO₂+Al₂O₃+2(S+P)+5(K₂O+Na₂O+PbO+ZnO+As₂O₃+Cl)]

式中C₁——鐵礦粉成本；

C₂——鐵礦粉中堿性脈石的價(jià)值；

C₃——鐵礦粉中酸性脈石消耗溶劑的當(dāng)量?jī)r(jià)值；

C₄——鐵礦粉中除鐵元素外，其他元素消耗燃料的當(dāng)量?jī)r(jià)值。

具體參數(shù)和計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表2。

表2鐵礦粉實(shí)用價(jià)值測(cè)算結(jié)果

Table 2 Calculation Results of Practical Value of Iron Ore Powder

3.2鐵礦粉品位綜合評(píng)價(jià)法測(cè)算。

鐵礦粉的價(jià)值評(píng)價(jià)最基本的還是鐵礦粉的化學(xué)成分（不同脈石含量和S、P、K、Zn、Na、Pb、Cu、As、Cl等有害元素對(duì)高爐冶煉有不同程度的消耗和影響）和物理特性（燒損、粒度），所謂鐵礦粉綜合品位評(píng)價(jià)，即扣除不同脈石含量、燒損、粒度和有害元素后的實(shí)際品位，計(jì)算方法：

TFe_綜粉=TFe÷[100+2R₂(SiO₂+Al₂O₃)-2(CaO+MgO)+2(S+P)+5(K₂O+Na₂O+PbO+ZnO+            As₂O₃+Cl)+C₁LOl+C₂Lm]×100%

式中C₁——燒損當(dāng)量值；

C₂——粒度當(dāng)量值；

鐵礦石品位綜合評(píng)價(jià)方法是從高爐造渣的角度考慮，在一定爐渣堿度的條件下，所有脈石化渣吸熱及有害元素還原吸熱對(duì)高爐的負(fù)面影響，同時(shí)考慮了燒損和粒度對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)和有效成分的影響。通過(guò)使用鐵礦石品位的綜合評(píng)價(jià)方法，可以更全面地考慮鐵礦石的各種因素，從而提高鐵礦石的利用效率和經(jīng)濟(jì)性。

具體參數(shù)和計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表3。

表3鐵礦粉品位綜合評(píng)價(jià)測(cè)算結(jié)果

Table 3 Comprehensive Evaluation and Calculation Results of Iron Ore Powder Grade

3.3  一體化配礦成本測(cè)算

一般情況下，綜合性?xún)r(jià)比最高的鐵礦粉對(duì)于噸鐵成本肯定是最為有利的。所以按不同鐵礦粉的性?xún)r(jià)比排序，可篩選出性?xún)r(jià)比較高的礦種。如表2和表3所示，受市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)影響，目前性?xún)r(jià)比排名靠后的為高硅巴粗粉、低品印度粉、巴西精粉和超特粉，在常用鐵礦粉資源中尋找性?xún)r(jià)比更好的礦種代替，測(cè)算出多個(gè)優(yōu)化配礦方案，擇優(yōu)汰劣篩選了5個(gè)低成本配礦優(yōu)化方案，詳見(jiàn)表4。

表4低成本配礦優(yōu)化方案

Table 4 Low cost ore blending optimization plan

一體化配礦成本測(cè)算是一個(gè)模擬生產(chǎn)的過(guò)程，測(cè)算包括燒結(jié)配料和成本計(jì)算、煉鐵配料和成本計(jì)算以及鐵礦成分和價(jià)格、冶金性能對(duì)燒結(jié)固體燃料消耗、高爐焦比的影響，及其影響產(chǎn)量帶來(lái)的其他加工成本的影響，此測(cè)算過(guò)程把配礦、燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵等整合、關(guān)聯(lián)到了一起，通過(guò)循環(huán)引用進(jìn)行迭代測(cè)算，并且可以結(jié)合不同企業(yè)鐵前系統(tǒng)的實(shí)際狀況，給定運(yùn)算過(guò)程中所需要的數(shù)據(jù)，以保證計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)相匹配。測(cè)算過(guò)程將所有變動(dòng)的因素都考慮進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)快速的測(cè)算出多個(gè)低成本方案，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表5。

表5配礦優(yōu)化方案測(cè)算結(jié)果

Table 5 Calculation results of ore blending optimization plan

從表5中可以看出，由于市場(chǎng)鐵礦石價(jià)格變化及燃料價(jià)格居高不下，燒結(jié)礦高品位（方案3、4、5）要比燒結(jié)礦低品位（方案1、2）煉鐵成本更低，其中方案4煉鐵成本最優(yōu)，方案3配礦結(jié)構(gòu)最佳，如何抉擇要進(jìn)一步對(duì)燒結(jié)礦的質(zhì)量研討分析、實(shí)驗(yàn)，并測(cè)算出每個(gè)方案對(duì)高爐的影響，根據(jù)高爐接受能力，選擇最佳的配礦方案。

4  燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化

燒結(jié)礦成本最優(yōu)的同時(shí)，也要保證燒結(jié)礦質(zhì)量和性能達(dá)標(biāo)，燒結(jié)、高爐穩(wěn)產(chǎn)順行。燒結(jié)礦質(zhì)量性能達(dá)標(biāo)是高爐順行的基礎(chǔ)，高爐順行是煉鐵低成本的基礎(chǔ)，因此在鐵前一體化配礦中，燒結(jié)礦質(zhì)量和性能滿(mǎn)足高爐需求顯得尤為重要。

4.1  根據(jù)鐵礦粉特性合理配礦

4.1.1鐵礦粉物理性能

鐵礦粉物理特性主要包括粒度組成、親水性能、堆密度、孔隙率等，鐵礦粉粒度要結(jié)合燒結(jié)系統(tǒng)的實(shí)際狀況進(jìn)行優(yōu)化，主要考慮燒結(jié)負(fù)壓、混合制粒效果以及企業(yè)對(duì)燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)的要求等。親水性能包括最大毛細(xì)水、最大分子水、成球性指數(shù)對(duì)強(qiáng)化制粒非常重要，隨著制粒效果的改善，燒結(jié)速度加快，產(chǎn)量提升，但強(qiáng)度會(huì)有所降低，吸水速度越快的粗粉燒結(jié)速度也越快，吸水速度越快的精粉燒結(jié)速度越慢。堆密度相對(duì)小、孔隙率大的鐵礦，結(jié)晶顆粒大、水合程度高，有利于改善燒結(jié)透氣性。

4.1.2鐵礦粉高溫性能

鐵礦粉高溫性能主要包括同化性、液相流動(dòng)性、粘結(jié)相強(qiáng)度、鐵酸鈣生成能力、連晶強(qiáng)度、軟熔溫度、軟化區(qū)間等，現(xiàn)代燒結(jié)生產(chǎn)不能指望單種礦粉就能獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，需要根據(jù)鐵礦粉自身特性互補(bǔ)的原則進(jìn)行優(yōu)化配礦，混合礦的同化性、液相流動(dòng)性、黏結(jié)相強(qiáng)度等高溫性能均在其適宜區(qū)間之內(nèi)，一般控制同化溫度在1275-1315℃之間，液相流動(dòng)性指數(shù)在0.7-1.6之間，而粘結(jié)相自身強(qiáng)度應(yīng)大于500N。

表6常用鐵礦粉高溫性能參數(shù)

Table 6 High temperature performance parameters of commonly used iron ore powder

同化溫度表明生產(chǎn)CF或SFCA的難易程度，液相流動(dòng)指數(shù)表明液相粘接的范圍，粘接相強(qiáng)度代表粘接力強(qiáng)弱。適宜的基礎(chǔ)特性是改善燒結(jié)礦質(zhì)量的基礎(chǔ)保障。提高燒結(jié)配礦的針對(duì)性和有效性，最終確保燒結(jié)礦質(zhì)量及冶金性能滿(mǎn)足高爐需求。

4.2分析燒結(jié)液相和固相的特征，進(jìn)行綜合配礦 

在燒結(jié)過(guò)程中，熔劑完全參與成礦，而鐵礦石的粒度界線(xiàn)為0.5mm，熔劑與細(xì)顆粒鐵礦（-0.5mm）反應(yīng)形成熔融區(qū)，而+0.5mm的鐵礦石殘存下來(lái)成為未熔礦石。在配礦計(jì)算時(shí)，通過(guò)分析鐵礦石的粒度，可以計(jì)算出液相的平均成分、未熔物的平均成分、液相生成量，還可以分析液相和未熔物中各種不同高溫性能鐵礦所占的比例，從而更有效地調(diào)整鐵礦石的配比，對(duì)鐵酸鈣的生成量、液相流動(dòng)性、相粘結(jié)性、未熔礦石的強(qiáng)度、未熔礦石的吸氣液性等進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到更佳的燒結(jié)礦性能指標(biāo)。

4.3燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

優(yōu)化配礦方案生產(chǎn)出的燒結(jié)礦質(zhì)量性能如何，燒結(jié)操作參數(shù)需要怎樣調(diào)整，最后還要進(jìn)行燒結(jié)杯試驗(yàn)驗(yàn)證。燒結(jié)杯具有對(duì)生產(chǎn)較好的模擬性，通過(guò)燒結(jié)杯試驗(yàn)，可以探索配礦結(jié)構(gòu)與燒結(jié)產(chǎn)量和質(zhì)量指標(biāo)的關(guān)系，以及更適宜的工藝條件，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)配礦方案總結(jié)并提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化、操作優(yōu)化措施，并在下一步工作中進(jìn)行調(diào)整和修正，使燒結(jié)產(chǎn)、質(zhì)量滿(mǎn)足高爐要求。

表7燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Table 7 Results of Sintering Cup Experiment

5  結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)常用的鐵礦粉進(jìn)行一體化成本測(cè)算，燒結(jié)現(xiàn)用配礦結(jié)構(gòu)性?xún)r(jià)比較差，導(dǎo)致煉鐵成本較高，已不適用，燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化調(diào)整。

（2）優(yōu)化配礦方案中燒結(jié)礦高品位（方案3、4、5）要比燒結(jié)礦低品位（方案1、2）煉鐵成本更低，因此近期燒結(jié)提品增質(zhì)，為高爐生產(chǎn)降低渣比、降低焦比、優(yōu)化高爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)創(chuàng)造條件，是符合目前降本需求的。配礦方案3、4、5結(jié)構(gòu)優(yōu)化后可使煉鐵成本下降30-37元/噸。

（3）優(yōu)化配礦方案4的煉鐵成本最低，但是需要加強(qiáng)制粒效果，克服精粉比例大、透氣性差的影響，同時(shí)褐鐵礦比例高，對(duì)成品率和RDI指數(shù)有較大影響，要結(jié)合高爐接受能力綜合考慮。

（4）通過(guò)對(duì)配礦結(jié)構(gòu)的冶金性能推測(cè)和燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)得出，方案3燒結(jié)礦冶金性能最佳，燒結(jié)產(chǎn)量最高，調(diào)整后煉鐵成本可以下降30元/噸。

由于原材料價(jià)格是不斷變化的，因此無(wú)論多么完美的優(yōu)化配礦方案都有一定的時(shí)效性，隨著市場(chǎng)價(jià)格變化，配礦方案需要不斷的優(yōu)化和調(diào)整。同時(shí)配礦方案的制定要考慮到各工序和單位的接受能力，但又不能過(guò)分遷就，關(guān)鍵是掌握好“灰度”。結(jié)合原料性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定合理的操作方案、制度，以及合理的質(zhì)量管控策略，克服低成本原料的性能缺陷。以高爐穩(wěn)定、低耗為原則，從鐵前成本最低，最大程度地提升生產(chǎn)效益的角度出發(fā)，去實(shí)時(shí)的調(diào)整配礦，為企業(yè)不斷的降本、增收、提產(chǎn)，提升企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許滿(mǎn)興，張?zhí)靻?鐵礦石優(yōu)化配礦實(shí)用技術(shù).[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2017,73-76.

     Xu Manxing, Zhang Tianqi. Practical Techniques for Optimizing Iron Ore Blending [M] Beijing: Metallurgical Industry Press, 2017,73-76

[2] 范曉慧.鐵礦燒結(jié)優(yōu)化配礦原理與技術(shù).[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2013.100-120.

Fan Xiaohui. Principle and Technology of Optimizing Ore Mixing in Iron Ore Sintering [M] Beijing: Metallurgical Industry Press, 2013.100-120

[3] 成蘭伯.高爐煉鐵工藝及計(jì)算.[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1991,311-337.

Cheng Lambo. Blast Furnace Ironmaking Process and Calculation. [M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 1991311-337