烧结配矿降本实践

何利涛

河北太行钢铁集团有限公司，河北省邯郸市武安市，056300

摘要：实践中整合了烧结、炼铁、采购各部门，树立铁前一体化理念，打通了原料到烧结、烧结到炼铁的全工序技术链，探索出一套铁前一体化成本测算模型工具，可以迅速测算出不同配矿方案导致的烧结、高炉生产经济指标和生产成本的影响。从最低炼铁成本的角度出发，优化配矿方案，及时对原料市场变化做出响应，同时质量可控，尤其避免了配矿失当对高炉顺行造成伤害的得不偿失，实现了低成本铁前配矿和原材料采购指导。

关键词：优化配矿，低成本烧结，铁前一体化，配矿计算，冶金性能，烧结杯实验

近年来，由于钢铁原材料受控于国际市场，铁矿石价格坚挺且波动频繁，迫使钢铁企业面临“微利”时代的严峻挑战。为了创造更大的经济效益，合理利用铁矿石资源，以满足低成本、高效益的需求，是钢铁企业重点研究的课题之一。众所周知，高炉炉料结构是决定炼铁生产过程稳定和保证各项经济技术指标的重要前提，作为占炼铁成本一半以上的烧结矿，其成本的高低将直接影响炼铁成本。一些企业配矿优化重点在追求最低烧结成本，但实际生产中，这种追求最低烧结成本的配矿，并不意味着炼铁成本的降低,常常由于低成本烧结矿性能变差，造成高炉渣量增多，炉渣性能不稳定，焦比升高，有害杂质含量升高，导致炼铁成本不降反升。因此，有必要从整个炼铁系统总成本出发，建立铁矿石评价、采购、烧结配矿以及高炉炉料结构一体化的优化模型。通过合理利用铁矿石资源、优化炉料结构和经济配矿等措施，提高响应速度，适配市场变化，为企业争得更多利润空间。

1  优化配矿的目的和要求

烧结配矿的目的，在最低成本的前提下，获得高产、低耗的烧结矿，且满足高炉对化学成分、热态冶金性能和冷态强度的要求。

一般来说，合适的配矿方案应达到以下四个要求：

（1）成分达标：满足高炉对烧结矿化学成分的要求，主要控制高炉炉渣 MgO、Al₂O₃含量和吨铁渣量，以及控制生铁中P、Mn、Ti、Pb、Zn 和碱金属等有害元素的含量；

（2）性能达标：满足高炉冶炼需要的烧结矿冶金性能和冷态强度的指标，主要为烧结矿转鼓指数、粒度组成、低温还原粉化率、还原度和高温熔融性能指标；

（3）资源可供：铁矿石的可供资源量能满足烧结生产的需要；

（4）成本经济：在满足前三项要求的条件下铁前综合成本最低。

其中烧结矿成分和性能达标体现的是质量，铁前都是为高炉服务，必须满足高炉的冶炼要求；资源可供体现的是可执行性，方案再好，资源不到位，也无法实现；成本经济是目标。总而言之，要求配矿方案质量达标、成本最优、切实可行。

2  铁前一体化理念

近期铁矿粉价格高位运行，钢铁市场萎靡不振，为了降本的需要，一些钢企被迫采购和大批量配加低价矿、劣质矿，大配比使用经济炉料。表面上看原燃料的采购成本是降低了，但是一味的追求烧结配矿低成本，导致大量酸性脉石和有害成分的进入，造成铁前工序生产波动、烧结矿质量下降，高炉渣量大、焦比升高、炉况波动等后续不利状况，不仅没有降低炼铁生产成本，而且还影响了生产组织平衡，甚至威胁到了高炉的使用寿命，得不偿失。

铁前个别环节、个别工序的低成本，不一定铁水总成本最优。当炼铁综合成本升高时，即使铁前单工序成本再低也没有什么实际意义。铁前单工序成本必须服从炼铁综合成本，铁前各单位必须以高炉为中心，以炼铁综合利润最大化为目标，去实施铁前各个单位的降本措施。

改变传统单一的成本配矿模式，就要整合铁前、采购各部门，强化协同配合，积极探索“铁前一盘棋”的模块化生产管理模式，树立铁前一体化的思维和理念，打通从原料到烧结、从烧结到炼铁全工序技术链，研发出一套集单种物料价值测算、一体化配料成本测算、冶金性能预测等多个模型为一体的铁前配矿系统，并最终集成为一体化配矿技术平台，制定价格优势且质量可靠的配矿方案，在稳定烧结和高炉炉况前提下降低含铁料成本，降低高炉燃料消耗，从而达到降低炼铁总成本的目标。

3  铁前一体化低成本计算

首先要结合市场变化、成本结构、公司效益等，及时更新性价比测算模型参数，提供准确的铁矿石、熔剂、燃料成本对比分析数据，进行专业化研讨，为确定合理的配矿方案提供支持。然后进行单种物料实用价值测算和品位综合评价测算，通过性价比排名筛选出性价比高的矿种，最后进行一体化配料成本测算，测算的同时要平衡烧结、球团、高炉以及钢后各工序的需求，寻求最优的配矿方案。

烧结常用铁矿粉化学成分见表1。

表1常用铁矿粉化学成分参数

Table 1 Chemical composition parameters of commonly used iron ore powder

3.1  铁矿粉实用价值测算

许满兴教授对前苏联M.A.巴甫洛夫院士提出的铁矿石冶金价值计算公式进行了修改意见，提出了铁矿粉的实用价值。

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——铁矿粉成本；

C₂——铁矿粉中碱性脉石的价值；

C₃——铁矿粉中酸性脉石消耗溶剂的当量价值；

C₄——铁矿粉中除铁元素外，其他元素消耗燃料的当量价值。

具体参数和计算过程见表2。

表2铁矿粉实用价值测算结果

Table 2 Calculation Results of Practical Value of Iron Ore Powder

3.2铁矿粉品位综合评价法测算。

铁矿粉的价值评价最基本的还是铁矿粉的化学成分（不同脉石含量和S、P、K、Zn、Na、Pb、Cu、As、Cl等有害元素对高炉冶炼有不同程度的消耗和影响）和物理特性（烧损、粒度），所谓铁矿粉综合品位评价，即扣除不同脉石含量、烧损、粒度和有害元素后的实际品位，计算方法：

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

式中C₁——烧损当量值；

C₂——粒度当量值；

铁矿石品位综合评价方法是从高炉造渣的角度考虑，在一定炉渣碱度的条件下，所有脉石化渣吸热及有害元素还原吸热对高炉的负面影响，同时考虑了烧损和粒度对烧结生产和有效成分的影响。通过使用铁矿石品位的综合评价方法，可以更全面地考虑铁矿石的各种因素，从而提高铁矿石的利用效率和经济性。

具体参数和计算过程见表3。

表3铁矿粉品位综合评价测算结果

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

3.3  一体化配矿成本测算

一般情况下，综合性价比最高的铁矿粉对于吨铁成本肯定是最为有利的。所以按不同铁矿粉的性价比排序，可筛选出性价比较高的矿种。如表2和表3所示，受市场价格波动影响，目前性价比排名靠后的为高硅巴粗粉、低品印度粉、巴西精粉和超特粉，在常用铁矿粉资源中寻找性价比更好的矿种代替，测算出多个优化配矿方案，择优汰劣筛选了5个低成本配矿优化方案，详见表4。

表4低成本配矿优化方案

Table 4 Low cost ore blending optimization plan

一体化配矿成本测算是一个模拟生产的过程，测算包括烧结配料和成本计算、炼铁配料和成本计算以及铁矿成分和价格、冶金性能对烧结固体燃料消耗、高炉焦比的影响，及其影响产量带来的其他加工成本的影响，此测算过程把配矿、烧结、球团、炼铁等整合、关联到了一起，通过循环引用进行迭代测算，并且可以结合不同企业铁前系统的实际状况，给定运算过程中所需要的数据，以保证计算结果与实际生产相匹配。测算过程将所有变动的因素都考虑进去，实现快速的测算出多个低成本方案，计算结果详见表5。

表5配矿优化方案测算结果

Table 5 Calculation results of ore blending optimization plan

从表5中可以看出，由于市场铁矿石价格变化及燃料价格居高不下，烧结矿高品位（方案3、4、5）要比烧结矿低品位（方案1、2）炼铁成本更低，其中方案4炼铁成本最优，方案3配矿结构最佳，如何抉择要进一步对烧结矿的质量研讨分析、实验，并测算出每个方案对高炉的影响，根据高炉接受能力，选择最佳的配矿方案。

4  烧结配矿结构优化

烧结矿成本最优的同时，也要保证烧结矿质量和性能达标，烧结、高炉稳产顺行。烧结矿质量性能达标是高炉顺行的基础，高炉顺行是炼铁低成本的基础，因此在铁前一体化配矿中，烧结矿质量和性能满足高炉需求显得尤为重要。

4.1  根据铁矿粉特性合理配矿

4.1.1铁矿粉物理性能

铁矿粉物理特性主要包括粒度组成、亲水性能、堆密度、孔隙率等，铁矿粉粒度要结合烧结系统的实际状况进行优化，主要考虑烧结负压、混合制粒效果以及企业对烧结机利用系数的要求等。亲水性能包括最大毛细水、最大分子水、成球性指数对强化制粒非常重要，随着制粒效果的改善，烧结速度加快，产量提升，但强度会有所降低，吸水速度越快的粗粉烧结速度也越快，吸水速度越快的精粉烧结速度越慢。堆密度相对小、孔隙率大的铁矿，结晶颗粒大、水合程度高，有利于改善烧结透气性。

4.1.2铁矿粉高温性能

铁矿粉高温性能主要包括同化性、液相流动性、粘结相强度、铁酸钙生成能力、连晶强度、软熔温度、软化区间等，现代烧结生产不能指望单种矿粉就能获得良好的技术经济指标，需要根据铁矿粉自身特性互补的原则进行优化配矿，混合矿的同化性、液相流动性、黏结相强度等高温性能均在其适宜区间之内，一般控制同化温度在1275-1315℃之间，液相流动性指数在0.7-1.6之间，而粘结相自身强度应大于500N。

表6常用铁矿粉高温性能参数

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

同化温度表明生产CF或SFCA的难易程度，液相流动指数表明液相粘接的范围，粘接相强度代表粘接力强弱。适宜的基础特性是改善烧结矿质量的基础保障。提高烧结配矿的针对性和有效性，最终确保烧结矿质量及冶金性能满足高炉需求。

4.2分析烧结液相和固相的特征，进行综合配矿 

在烧结过程中，熔剂完全参与成矿，而铁矿石的粒度界线为0.5mm，熔剂与细颗粒铁矿（-0.5mm）反应形成熔融区，而+0.5mm的铁矿石残存下来成为未熔矿石。在配矿计算时，通过分析铁矿石的粒度，可以计算出液相的平均成分、未熔物的平均成分、液相生成量，还可以分析液相和未熔物中各种不同高温性能铁矿所占的比例，从而更有效地调整铁矿石的配比，对铁酸钙的生成量、液相流动性、相粘结性、未熔矿石的强度、未熔矿石的吸气液性等进行调整，达到更佳的烧结矿性能指标。

4.3烧结杯实验验证

优化配矿方案生产出的烧结矿质量性能如何，烧结操作参数需要怎样调整，最后还要进行烧结杯试验验证。烧结杯具有对生产较好的模拟性，通过烧结杯试验，可以探索配矿结构与烧结产量和质量指标的关系，以及更适宜的工艺条件，可以根据实验结果对配矿方案总结并提出结构优化、操作优化措施，并在下一步工作中进行调整和修正，使烧结产、质量满足高炉要求。

表7烧结杯实验结果

Table 7 Results of Sintering Cup Experiment

5  结语

（1）通过对常用的铁矿粉进行一体化成本测算，烧结现用配矿结构性价比较差，导致炼铁成本较高，已不适用，烧结配矿结构需要优化调整。

（2）优化配矿方案中烧结矿高品位（方案3、4、5）要比烧结矿低品位（方案1、2）炼铁成本更低，因此近期烧结提品增质，为高炉生产降低渣比、降低焦比、优化高炉经济指标创造条件，是符合目前降本需求的。配矿方案3、4、5结构优化后可使炼铁成本下降30-37元/吨。

（3）优化配矿方案4的炼铁成本最低，但是需要加强制粒效果，克服精粉比例大、透气性差的影响，同时褐铁矿比例高，对成品率和RDI指数有较大影响，要结合高炉接受能力综合考虑。

（4）通过对配矿结构的冶金性能推测和烧结杯实验得出，方案3烧结矿冶金性能最佳，烧结产量最高，调整后炼铁成本可以下降30元/吨。

由于原材料价格是不断变化的，因此无论多么完美的优化配矿方案都有一定的时效性，随着市场价格变化，配矿方案需要不断的优化和调整。同时配矿方案的制定要考虑到各工序和单位的接受能力，但又不能过分迁就，关键是掌握好“灰度”。结合原料性能与结构特点，制定合理的操作方案、制度，以及合理的质量管控策略，克服低成本原料的性能缺陷。以高炉稳定、低耗为原则，从铁前成本最低，最大程度地提升生产效益的角度出发，去实时的调整配矿，为企业不断的降本、增收、提产，提升企业市场竞争力。

参考文献：

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