燒結配礦降本實踐

何利濤

河北太行鋼鐵集團有限公司，河北省邯鄲市武安市，056300

摘要：實踐中整合了燒結、煉鐵、采購各部門，樹立鐵前一體化理念，打通了原料到燒結、燒結到煉鐵的全工序技術鏈，探索出一套鐵前一體化成本測算模型工具，可以迅速測算出不同配礦方案導致的燒結、高爐生產經濟指標和生產成本的影響。從最低煉鐵成本的角度出發，優化配礦方案，及時對原料市場變化做出響應，同時質量可控，尤其避免了配礦失當對高爐順行造成傷害的得不償失，實現了低成本鐵前配礦和原材料采購指導。

關鍵詞：優化配礦，低成本燒結，鐵前一體化，配礦計算，冶金性能，燒結杯實驗

近年來，由于鋼鐵原材料受控于國際市場，鐵礦石價格堅挺且波動頻繁，迫使鋼鐵企業面臨“微利”時代的嚴峻挑戰。為了創造更大的經濟效益，合理利用鐵礦石資源，以滿足低成本、高效益的需求，是鋼鐵企業重點研究的課題之一。眾所周知，高爐爐料結構是決定煉鐵生產過程穩定和保證各項經濟技術指標的重要前提，作為占煉鐵成本一半以上的燒結礦，其成本的高低將直接影響煉鐵成本。一些企業配礦優化重點在追求最低燒結成本，但實際生產中，這種追求最低燒結成本的配礦，并不意味著煉鐵成本的降低,常常由于低成本燒結礦性能變差，造成高爐渣量增多，爐渣性能不穩定，焦比升高，有害雜質含量升高，導致煉鐵成本不降反升。因此，有必要從整個煉鐵系統總成本出發，建立鐵礦石評價、采購、燒結配礦以及高爐爐料結構一體化的優化模型。通過合理利用鐵礦石資源、優化爐料結構和經濟配礦等措施，提高響應速度，適配市場變化，為企業爭得更多利潤空間。

1  優化配礦的目的和要求

燒結配礦的目的，在最低成本的前提下，獲得高產、低耗的燒結礦，且滿足高爐對化學成分、熱態冶金性能和冷態強度的要求。

一般來說，合適的配礦方案應達到以下四個要求：

（1）成分達標：滿足高爐對燒結礦化學成分的要求，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）性能達標：滿足高爐冶煉需要的燒結礦冶金性能和冷態強度的指標，主要為燒結礦轉鼓指數、粒度組成、低溫還原粉化率、還原度和高溫熔融性能指標；

（3）資源可供：鐵礦石的可供資源量能滿足燒結生產的需要；

（4）成本經濟：在滿足前三項要求的條件下鐵前綜合成本最低。

其中燒結礦成分和性能達標體現的是質量，鐵前都是為高爐服務，必須滿足高爐的冶煉要求；資源可供體現的是可執行性，方案再好，資源不到位，也無法實現；成本經濟是目標。總而言之，要求配礦方案質量達標、成本最優、切實可行。

2  鐵前一體化理念

近期鐵礦粉價格高位運行，鋼鐵市場萎靡不振，為了降本的需要，一些鋼企被迫采購和大批量配加低價礦、劣質礦，大配比使用經濟爐料。表面上看原燃料的采購成本是降低了，但是一味的追求燒結配礦低成本，導致大量酸性脈石和有害成分的進入，造成鐵前工序生產波動、燒結礦質量下降，高爐渣量大、焦比升高、爐況波動等后續不利狀況，不僅沒有降低煉鐵生產成本，而且還影響了生產組織平衡，甚至威脅到了高爐的使用壽命，得不償失。

鐵前個別環節、個別工序的低成本，不一定鐵水總成本最優。當煉鐵綜合成本升高時，即使鐵前單工序成本再低也沒有什么實際意義。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，以煉鐵綜合利潤最大化為目標，去實施鐵前各個單位的降本措施。

改變傳統單一的成本配礦模式，就要整合鐵前、采購各部門，強化協同配合，積極探索“鐵前一盤棋”的模塊化生產管理模式，樹立鐵前一體化的思維和理念，打通從原料到燒結、從燒結到煉鐵全工序技術鏈，研發出一套集單種物料價值測算、一體化配料成本測算、冶金性能預測等多個模型為一體的鐵前配礦系統，并最終集成為一體化配礦技術平臺，制定價格優勢且質量可靠的配礦方案，在穩定燒結和高爐爐況前提下降低含鐵料成本，降低高爐燃料消耗，從而達到降低煉鐵總成本的目標。

3  鐵前一體化低成本計算

首先要結合市場變化、成本結構、公司效益等，及時更新性價比測算模型參數，提供準確的鐵礦石、熔劑、燃料成本對比分析數據，進行專業化研討，為確定合理的配礦方案提供支持。然后進行單種物料實用價值測算和品位綜合評價測算，通過性價比排名篩選出性價比高的礦種，最后進行一體化配料成本測算，測算的同時要平衡燒結、球團、高爐以及鋼后各工序的需求，尋求最優的配礦方案。

燒結常用鐵礦粉化學成分見表1。

表1常用鐵礦粉化學成分參數

Table 1 Chemical composition parameters of commonly used iron ore powder

3.1  鐵礦粉實用價值測算

許滿興教授對前蘇聯M.A.巴甫洛夫院士提出的鐵礦石冶金價值計算公式進行了修改意見，提出了鐵礦粉的實用價值。

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值；

C₃——鐵礦粉中酸性脈石消耗溶劑的當量價值；

C₄——鐵礦粉中除鐵元素外，其他元素消耗燃料的當量價值。

具體參數和計算過程見表2。

表2鐵礦粉實用價值測算結果

Table 2 Calculation Results of Practical Value of Iron Ore Powder

3.2鐵礦粉品位綜合評價法測算。

鐵礦粉的價值評價最基本的還是鐵礦粉的化學成分（不同脈石含量和S、P、K、Zn、Na、Pb、Cu、As、Cl等有害元素對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價，即扣除不同脈石含量、燒損、粒度和有害元素后的實際品位，計算方法：

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——燒損當量值；

C₂——粒度當量值；

鐵礦石品位綜合評價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高爐的負面影響，同時考慮了燒損和粒度對燒結生產和有效成分的影響。通過使用鐵礦石品位的綜合評價方法，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濟性。

具體參數和計算過程見表3。

表3鐵礦粉品位綜合評價測算結果

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

3.3  一體化配礦成本測算

一般情況下，綜合性價比最高的鐵礦粉對于噸鐵成本肯定是最為有利的。所以按不同鐵礦粉的性價比排序，可篩選出性價比較高的礦種。如表2和表3所示，受市場價格波動影響，目前性價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價比更好的礦種代替，測算出多個優化配礦方案，擇優汰劣篩選了5個低成本配礦優化方案，詳見表4。

表4低成本配礦優化方案

Table 4 Low cost ore blending optimization plan

一體化配礦成本測算是一個模擬生產的過程，測算包括燒結配料和成本計算、煉鐵配料和成本計算以及鐵礦成分和價格、冶金性能對燒結固體燃料消耗、高爐焦比的影響，及其影響產量帶來的其他加工成本的影響，此測算過程把配礦、燒結、球團、煉鐵等整合、關聯到了一起，通過循環引用進行迭代測算，并且可以結合不同企業鐵前系統的實際狀況，給定運算過程中所需要的數據，以保證計算結果與實際生產相匹配。測算過程將所有變動的因素都考慮進去，實現快速的測算出多個低成本方案，計算結果詳見表5。

表5配礦優化方案測算結果

Table 5 Calculation results of ore blending optimization plan

從表5中可以看出，由于市場鐵礦石價格變化及燃料價格居高不下，燒結礦高品位（方案3、4、5）要比燒結礦低品位（方案1、2）煉鐵成本更低，其中方案4煉鐵成本最優，方案3配礦結構最佳，如何抉擇要進一步對燒結礦的質量研討分析、實驗，并測算出每個方案對高爐的影響，根據高爐接受能力，選擇最佳的配礦方案。

4  燒結配礦結構優化

燒結礦成本最優的同時，也要保證燒結礦質量和性能達標，燒結、高爐穩產順行。燒結礦質量性能達標是高爐順行的基礎，高爐順行是煉鐵低成本的基礎，因此在鐵前一體化配礦中，燒結礦質量和性能滿足高爐需求顯得尤為重要。

4.1  根據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，鐵礦粉粒度要結合燒結系統的實際狀況進行優化，主要考慮燒結負壓、混合制粒效果以及企業對燒結機利用系數的要求等。親水性能包括最大毛細水、最大分子水、成球性指數對強化制粒非常重要，隨著制粒效果的改善，燒結速度加快，產量提升，但強度會有所降低，吸水速度越快的粗粉燒結速度也越快，吸水速度越快的精粉燒結速度越慢。堆密度相對小、孔隙率大的鐵礦，結晶顆粒大、水合程度高，有利于改善燒結透氣性。

4.1.2鐵礦粉高溫性能

鐵礦粉高溫性能主要包括同化性、液相流動性、粘結相強度、鐵酸鈣生成能力、連晶強度、軟熔溫度、軟化區間等，現代燒結生產不能指望單種礦粉就能獲得良好的技術經濟指標，需要根據鐵礦粉自身特性互補的原則進行優化配礦，混合礦的同化性、液相流動性、黏結相強度等高溫性能均在其適宜區間之內，一般控制同化溫度在1275-1315℃之間，液相流動性指數在0.7-1.6之間，而粘結相自身強度應大于500N。

表6常用鐵礦粉高溫性能參數

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

同化溫度表明生產CF或SFCA的難易程度，液相流動指數表明液相粘接的范圍，粘接相強度代表粘接力強弱。適宜的基礎特性是改善燒結礦質量的基礎保障。提高燒結配礦的針對性和有效性，最終確保燒結礦質量及冶金性能滿足高爐需求。

4.2分析燒結液相和固相的特征，進行綜合配礦 

在燒結過程中，熔劑完全參與成礦，而鐵礦石的粒度界線為0.5mm，熔劑與細顆粒鐵礦（-0.5mm）反應形成熔融區，而+0.5mm的鐵礦石殘存下來成為未熔礦石。在配礦計算時，通過分析鐵礦石的粒度，可以計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，從而更有效地調整鐵礦石的配比，對鐵酸鈣的生成量、液相流動性、相粘結性、未熔礦石的強度、未熔礦石的吸氣液性等進行調整，達到更佳的燒結礦性能指標。

4.3燒結杯實驗驗證

優化配礦方案生產出的燒結礦質量性能如何，燒結操作參數需要怎樣調整，最后還要進行燒結杯試驗驗證。燒結杯具有對生產較好的模擬性，通過燒結杯試驗，可以探索配礦結構與燒結產量和質量指標的關系，以及更適宜的工藝條件，可以根據實驗結果對配礦方案總結并提出結構優化、操作優化措施，并在下一步工作中進行調整和修正，使燒結產、質量滿足高爐要求。

表7燒結杯實驗結果

Table 7 Results of Sintering Cup Experiment

5  結語

（1）通過對常用的鐵礦粉進行一體化成本測算，燒結現用配礦結構性價比較差，導致煉鐵成本較高，已不適用，燒結配礦結構需要優化調整。

（2）優化配礦方案中燒結礦高品位（方案3、4、5）要比燒結礦低品位（方案1、2）煉鐵成本更低，因此近期燒結提品增質，為高爐生產降低渣比、降低焦比、優化高爐經濟指標創造條件，是符合目前降本需求的。配礦方案3、4、5結構優化后可使煉鐵成本下降30-37元/噸。

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

（4）通過對配礦結構的冶金性能推測和燒結杯實驗得出，方案3燒結礦冶金性能最佳，燒結產量最高，調整后煉鐵成本可以下降30元/噸。

由于原材料價格是不斷變化的，因此無論多么完美的優化配礦方案都有一定的時效性，隨著市場價格變化，配礦方案需要不斷的優化和調整。同時配礦方案的制定要考慮到各工序和單位的接受能力，但又不能過分遷就，關鍵是掌握好“灰度”。結合原料性能與結構特點，制定合理的操作方案、制度，以及合理的質量管控策略，克服低成本原料的性能缺陷。以高爐穩定、低耗為原則，從鐵前成本最低，最大程度地提升生產效益的角度出發，去實時的調整配礦，為企業不斷的降本、增收、提產，提升企業市場競爭力。

參考文獻：

[1] 許滿興，張天啟.鐵礦石優化配礦實用技術.[M].北京：冶金工業出版社，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.鐵礦燒結優化配礦原理與技術.[M].北京：冶金工業出版社，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.高爐煉鐵工藝及計算.[M].北京：冶金工業出版社，1991,311-337.

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