摘  要  本文提出了配礦一體化模型的設計思路，模型是以生鐵成本為目標函數，綜合考慮了庫存條件、燒結礦冶金性能、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。

關鍵詞  燒結  配礦模型  爐料結構  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

隨著鋼鐵行業經營形勢的逐步惡化，鐵前降成本成為鋼鐵企業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節。配礦降成本不能單獨考慮燒結、球團等中間過程，而要統籌考慮從原料采購到高爐生產的整個過程，只有將各種原料成分、性能、價格等因素與燒結煉鐵生產穩定結合在一起，進行一體化配礦，將生鐵成本作為最終目標才能真正的起到降本增效的作用。

1  目前配礦存在問題

當前很多企業的燒結配礦程序是與高爐配礦分開的，高爐只是取現有的燒結礦和球團礦成分與價格帶入到高爐配料程序中進行計算，有的甚至沒有關于成本的計算。而燒結配礦一般只是各種礦石成分的疊加，沒有統籌考慮各種礦石的冶金性能及燒結礦產質量對高爐順行狀況和生鐵成本的影響。燒結配礦過程一般是先計算、再實驗，實驗確認后才能投入生產，往往費時費力，難以適應當前原料條件的快速變化。并且，無論燒結配礦、球團配礦還是高爐配礦，都是從各自的自身利益出發，對于礦石品位、性能、有害雜質等因素與成本的關系不能做到通盤考慮，難以實現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廠鐵礦石原料的價效模型，庫存管理模型、燒結配礦模型，球團配礦模型、高爐爐料結構模型、鐵礦石冶金性能數據庫等六個板塊。以鐵礦石原料供應和適宜的燒結礦球團礦成分為基礎，以滿足高爐造渣條件和產品不影響后續工序要求為原則，以生鐵成本為目標函數，在鐵礦石冶金性能數據庫的指導下，通過計算機軟件進行六個板塊的聯動，得到生鐵成本最低時的高爐爐料結構和燒結球團配礦方案。燒結配礦方案確保燒結混勻料具有良好的制粒性能和成礦性能，并能夠很好地指導燒結過程參數控制及預測燒結礦質量，從而使燒結成品礦具有滿足高爐冶煉需求的強度指標及冶金性能指標；同時得到滿足球團礦質量性能要求的球團配礦方案、與現有塊礦搭配形成合理的高爐爐料結構。模型不追求燒結與球團礦的配礦過程成本，而以生鐵成本最低為最終目標。

該模型中幾個版塊可以相互聯合，也可以單獨分開。不但可以用于指導實際的配礦生產，也可以用于礦石采購，對鐵礦石進行使用結構價效評價，從而在采購、財務與生產之間架起了一座便于溝通的橋梁。

3  配礦一體化模型設計

配礦是一項系統工程，既要考慮各種含鐵原料的庫存條件，又要考慮燒結礦的化學成分、冶金性能，以及各種含鐵原料對燒結過程參數、燒結礦質量及燒結利用系數的影響；在當前降本壓力巨大的形勢下，更要考慮整個高爐爐料結構的合理搭配，既要滿足高爐生產順行的需要，又能達到生鐵成本最低的目標。

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、燒結配礦系統隨意調取。由于生產中所用礦石種類繁多，既有長協礦又有貿易礦，還有公司內部的回收料等，而長協礦的定價模式也各不相同，貿易礦在不同指數下價格也不相同，但它們一般都是隨鐵礦石指數相應變動的。無論現貨礦石還是長協礦，其時點價格都可以通過當期買點價格或定價模式做到與同期指數同步對應。對于每次的配礦計算或價效評定，只需輸入當期幾個指數，即可計算出當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構。

3.2  燒結配礦模型

根據范曉慧教授在《鐵礦燒結優化配礦原理與技術》一書中所說，根據混合料中SiO2對混合料成礦、熔融區礦物組成與微觀結構規律，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礦品位、燒結礦堿度，并結合實際原料條件設定SiO2、Al2O3等成分在一定區間，滿足燒結礦強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，各類礦石總量依據燒結性能與庫存條件設定不同的限定區間，確保燒結礦在同化性能、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作用，見表1。對于每種礦石可根據冶金性能數據庫中該礦石冶金性能指標或國內外兄弟企業的使用效果對其進行一定的比例限定，在計算過程中能夠實現各礦石在給定區間內，滿足所有要求的最低燒結成本或生鐵成本配比結構（模型可以自行設定所求目標函數為燒結成本或生鐵成本），通過計算可知，生鐵成本最低時的配礦結構與燒結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函數的正確性。

球團配礦模型相對燒結配礦模型較為簡單，且與之類似，這里不做介紹。

3.3  高爐爐料結構模型

對燒結、球團、塊礦等含鐵原料根據價效及熟料率等條件限制各自的配比區間，設定爐渣堿度范圍，對爐渣Al2O3含量、渣中MgO/ Al2O3等進行限定。同時對入爐S、P、K2O、Na2O、PbO、ZnO、TiO2等有害元素負荷進行上限控制，見表2。由于含有有害雜質成分的礦石都存在不同程度的折價，一般雜質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格控制其上限范圍，又要在不影響高爐順行的前提下，根據礦石的價效盡量用足其負荷空間，以最大程度地降低生鐵成本。

高爐爐料結構模型中綜合考慮了入爐品位對燃料比及產量的影響；燒結、煉鐵工序固定費用對燒結成本、生鐵成本的影響；各種有害雜質成分對成本的影響，建立了有害元素成本影響懲罰模型，并可以根據實踐對模型的經驗數據進行修正。

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庫存情況對使用天數給出一定的使用比例范圍。并且可以根據當前的配礦結構與各礦種的進貨量和實際消耗量，對該配礦結構下的庫存使用天數進行預測和報警，方便配礦工作者及時發現問題，減少變料次數。模型能夠根據現有資源及實際執行配比結構情況，更早地預測資源品種、數量等的需求。

3.5  冶金性能數據庫

數據庫對國內外鐵礦石進行了收集整理，包括各種礦石的產地、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基礎特性，以及該礦石在國內外鋼企的使用比例和使用效果等經驗數據。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據庫中，從實驗、燒結礦質量與冶金性能及高爐使用效果等方面對其進行綜合評價，從而不斷完善數據庫內容。鐵礦石數據庫可以很好地用于指導配礦，預測燒結礦性能，使配礦過程更加快捷高效。

4  配礦一體化模型的主要創新點

（1）燒結配礦與高爐爐料結構相結合，以生鐵成本為目標函數；

（2）各種有害雜質負荷以入爐總負荷為基準，不單獨考慮某一品種礦的雜質含量限定，能夠實現各種有害雜質礦石高低搭配，最大幅度地降低生鐵成本；

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

（4）立足現有庫存資源，盡可能多消耗廠內資源，減少庫存壓力，降低市場風險；

（5）各種礦石價格與普氏指數實時對應，動態變化，以對應的配礦結構和爐料結構為基準對所需礦石進行使用結構評價，連接購買與使用渠道，在財務、采購與使用之間搭建起一座便于溝通的橋梁；

（6）利用計算機程序進行迭代計算，更快更準確地得到最低成本配礦結構；

（7）建立鐵礦石冶金性能數據庫，從礦石典型成分，配礦結構，實驗室實驗結果，燒結過程參數控制、燒結礦強度及性能指標，高爐爐況反應等全方位進行跟蹤總結，并不斷補充完善。通過冶金性能數據庫預測燒結礦冶金性能，并最終實現數據庫與模型對接。

5  配礦一體化模型在安鋼的應用

5.1  與單品種評價相結合評價礦石使用價效

模型與單品種評價相結合，對單品種評價價效較好的礦石進行使用結構評價，根據其對生鐵成本的降低幅度進行選擇，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，實現了每單必評。1-5月份累計尋找評價資源共計2565萬噸，實現采購經濟礦資源98.8萬噸，與62%普氏指數相比，價效降低額達6525萬元。

5.2  統籌考慮各種有害元素負荷

在配礦過程中，鑒于鐵礦石市場變化快的特點，當前的采購行為大部分是控制低庫存，采取小批量、多批次進行采購，燒結及高爐用料也跟著頻繁變化。我們根據自己的資源情況，結合市場能夠買到的資源，統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濟礦，既能有效控制生鐵有害元素負荷在上限范圍，又能充分利用各種經濟礦的價效優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，當期塊礦價效最好，燒結礦特別是3#燒結礦價效較差，而球團礦價效最差；并且由于兩船塊礦到港間歇太近而造成塊礦庫存嚴重偏高。為了降低生鐵成本，采取控制球團比例上限，提高塊礦配比的方式。而現實是由于3#燒結礦熔滴溫度過高，球團礦熔滴溫度太低，高爐熔滴區間寬，造成高爐壓差持續偏高；因此在配礦過程中提出了降低燒結礦堿度及MgO含量來降低燒結礦熔滴溫度，并調配公司庫存較高的高鎂精礦用于球團生產，提高球團礦中MgO含量，使球團礦熔滴溫度得以提高，從而改善了高爐爐料結構的冶金性能。由于燒結堿度的降低，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，既達到降低生鐵成本，改善爐料結構冶金性能及爐渣性能，促進高爐爐況順行的作用，同時又降低了當期高鎂精礦與塊礦庫存過高帶來的市場風險。通過實踐，在該方案實施的1個月內，高爐順行狀況得到改善，高爐產量提高518噸/t，燃料比降低3kg/t，在普氏指數月均升高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#高爐全月產量29.17萬噸，降成本達4025.5萬元。

6  總結

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

（2）運用冶金性能數據庫可以較好地預測配礦對燒結礦冶金性能，指導燒結工藝過程參數優化，確保高爐結構穩定，使配礦更加高效快捷，目前還難于滿足當前用礦種類的頻繁變化，需要不斷地積累完善。

7  參考文獻

[1] 范曉慧.鐵礦燒結優化配礦原理與技術.北京：冶金工業出版社，2013:91.62-74