許滿興1 張?zhí)靻?
（1.北京科技大學(xué) 2.安徽銅陵旋力鋼鐵公司）
摘 要 本文論述了鐵礦粉優(yōu)化配礦需具備的必要條件和應(yīng)包括的主要內(nèi)容，重點(diǎn)論述了對(duì)燒結(jié)鐵礦粉釆購(gòu)進(jìn)行供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，實(shí)現(xiàn)原料采購(gòu)與燒結(jié)優(yōu)化配礦一體化的方法；論述了燒結(jié)優(yōu)化配礦需進(jìn)行鐵礦粉綜合品位及性價(jià)比計(jì)算，并按其排序組成主礦體系；選擇合理的配礦方法和計(jì)算方法；對(duì)燒結(jié)礦主要組分進(jìn)行分析和尋優(yōu)；並介紹了優(yōu)化配礦的最優(yōu)方法。
關(guān)鍵詞 優(yōu)化配礦 關(guān)鍵技術(shù) 主要組分尋優(yōu)
1 燒結(jié)優(yōu)化配礦的必要條件和主要內(nèi)容
1.1 燒結(jié)優(yōu)化配礦的必要條件:
1)企業(yè)所在地的各種原燃料的化學(xué)成分包括燒損和到廠價(jià)；2)計(jì)算鐵礦粉綜合品位及其性價(jià)比的軟件；3)建立經(jīng)企業(yè)主管領(lǐng)導(dǎo)審批的主礦體系；4)經(jīng)企業(yè)主管領(lǐng)導(dǎo)審批的配礦方法和計(jì)算方法；5)國(guó)內(nèi)外鐵礦粉化學(xué)成分物理性能、燒結(jié)基礎(chǔ)特性和燒結(jié)性能數(shù)據(jù)庫(kù)；6)企業(yè)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量(包括堿度、主要化學(xué)成分和有害元素)的要求；7)企業(yè)對(duì)產(chǎn)量和強(qiáng)度的要求8)企業(yè)對(duì)燒結(jié)生產(chǎn)成本的要求。1.2 鐵礦石表觀品位、綜合品位及性價(jià)比計(jì)算軟件
通過(guò)本軟件，企業(yè)可以對(duì)多種鐵礦粉的表觀品位、綜合品位、表觀品位價(jià)格、綜合品位價(jià)格和綜合品位性價(jià)比等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行直觀對(duì)比，為企業(yè)采購(gòu)和配礦提供指導(dǎo)性意見(jiàn)。軟件在使用過(guò)程中請(qǐng)注意以下兩點(diǎn)： 1）使用時(shí)請(qǐng)?jiān)诒?中輸入各類鐵礦粉的化學(xué)成分和到廠價(jià)數(shù)據(jù)，表2會(huì)自動(dòng)生成其計(jì)算結(jié)果； 2）使用時(shí)，請(qǐng)不要強(qiáng)行對(duì)紅色字體做任何修改，以免破壞程序、影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。以下是綜合品位及其性價(jià)比計(jì)算的兩個(gè)實(shí)例。1.3 燒結(jié)優(yōu)化配礦的主要內(nèi)容
1) 企業(yè)實(shí)時(shí)礦情；2) 鐵礦粉綜合品位及性價(jià)比計(jì)算軟件；3) 與燒結(jié)配礦一體化的原料采購(gòu)；4) 經(jīng)主管審批的企業(yè)主礦體系；5) 配礦綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；6) 企業(yè)對(duì)燒結(jié)礦的質(zhì)量和成本要求(企業(yè)質(zhì)量指標(biāo))；7) 優(yōu)化配礦方法和計(jì)算方法的確認(rèn)；8) 優(yōu)化配礦不同方案結(jié)果的對(duì)比分析；9) 燒結(jié)杯對(duì)產(chǎn)質(zhì)量、強(qiáng)度和冶金性能的驗(yàn)證試驗(yàn)；10) 對(duì)燒結(jié)杯驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果作必要調(diào)整；11) 選定和確認(rèn)最優(yōu)方案並跟蹤生產(chǎn)數(shù)據(jù)為下步準(zhǔn)備。2 從原料采購(gòu)到燒結(jié)配礦一體化的方法［2］
燒結(jié)生產(chǎn)從原料采購(gòu)、優(yōu)化配礦、燒結(jié)操作、冷卻余熱利用，煙氣脫脫硝一體化凈化處理，直到破碎、篩分整粒相互關(guān)聯(lián)；燒結(jié)生產(chǎn)操作又從準(zhǔn)確配料到強(qiáng)化制粒、偏析布料、低負(fù)壓點(diǎn)火和整粒操作互相關(guān)聯(lián)；多年來(lái)鋼鐵企業(yè)的原料采購(gòu)部門(mén)，往往從鐵礦石的貿(mào)易出發(fā)，而不從燒結(jié)生產(chǎn)出發(fā)，現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)從優(yōu)化原料采購(gòu)到燒結(jié)配礦的一體化，不只是燒結(jié)配礦的優(yōu)化，而是重在從原料采購(gòu)到燒結(jié)配礦一體化的優(yōu)化。 現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)已進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)思維就是用戶思維。原料采購(gòu)是為燒結(jié)和高爐煉鐵服務(wù)的，燒結(jié)和高爐就是采購(gòu)的用戶，燒結(jié)和高爐煉鐵是采購(gòu)的終端。因此把從原料采購(gòu)到燒結(jié)和高爐煉鐵聯(lián)系起來(lái)一體綜合優(yōu)化，不僅是鋼鐵企業(yè)內(nèi)生產(chǎn)上的有機(jī)聯(lián)系，也是進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的必然產(chǎn)物。現(xiàn)在更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)工程的數(shù)據(jù)化、透明化、集體維護(hù)共享賬本的區(qū)塊鏈，運(yùn)用區(qū)塊鏈技術(shù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。3 鐵礦粉綜合品位及其性價(jià)比的科學(xué)計(jì)算［2］
3.1 鐵礦粉綜合品位的計(jì)算方法：
鐵礦粉的綜合品位等于其表觀品位扣除燒損值（LOI）后，再扣除負(fù)價(jià)元素（SiO2+Al2O3）和有害元素（S、P、K2O、Zn、Pb As、Cl)加上有價(jià)元素（CaO+MgO)之和。其計(jì)算公式列為: TFe<綜>= TFe/(1-LOI)[100+2R2(SiO2+Al2O3)/(1-LOI)-2(CaO+MgO)/(1-LOI)+2(S+P)/(1-LOI)+5(K2O+Na2O+Pb+Zn+As+CL)/(1-LOI)]- 1×100%……式中:R2為爐渣堿度,一般設(shè)為1.15；其余符號(hào)均為鐵礦粉的化學(xué)成分；2和5為負(fù)價(jià)元素、有價(jià)元素和有害元素的當(dāng)量值，企業(yè)可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整。3.2 鐵礦粉綜合品位性價(jià)比計(jì)算方法：
鐵礦粉綜合品位性價(jià)比等于表觀品位價(jià)與綜合品位價(jià)之比即：綜合品位性價(jià)比=表觀品位價(jià)/綜合品位價(jià)。4 燒結(jié)優(yōu)化配礦主要組分的尋優(yōu)［3］
4.1 含鐵品位對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的價(jià)值分析與尋優(yōu)
含鐵品位是燒結(jié)礦質(zhì)量的核心，我國(guó)自解放后至今半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，提高燒結(jié)礦質(zhì)量一個(gè)核心問(wèn)題就是不斷提高燒結(jié)礦的品位、降低燒結(jié)礦的SiO2含量，由于品位的提高，渣量的降低、高爐煉鐵的產(chǎn)量提高燃料比降低.表3列出了首鋼、包鋼和酒鋼的燒結(jié)礦質(zhì)量與高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)系。近幾年有不少鋼鐵企業(yè)采用低品位、大渣量的做法，主觀愿望想降低成本，實(shí)際適得其反，造成大排放、高燃料比和低效的結(jié)果，總結(jié)歷史的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)繼續(xù)走精料之路，才能實(shí)現(xiàn)低成本、低燃料比和高效煉鐵的目標(biāo)。4.2 堿度對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的價(jià)值分析與尋優(yōu)
理論研究和多年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐證明，高堿度是燒結(jié)礦質(zhì)量的基礎(chǔ)。由于燒結(jié)礦的質(zhì)量取決于其礦物組成，而燒結(jié)礦的礦物組成取決于堿度。對(duì)高爐煉鐵而言，燒結(jié)礦的最佳堿度范圍為1.90~2.30，萊鋼、太鋼不同堿度燒結(jié)礦礦物組成列于表4，在生產(chǎn)實(shí)踐中，燒結(jié)礦的強(qiáng)度和粒度，燒結(jié)礦的冶金性能均與其堿度直接相關(guān)。幾個(gè)企業(yè)燒結(jié)礦強(qiáng)度與堿度的關(guān)系列于表5，幾個(gè)企業(yè)燒結(jié)礦的冶金性能與堿度關(guān)系列于表6。4.3 SiO2含量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的價(jià)值分析與尋優(yōu)
SiO2是燒結(jié)礦質(zhì)量的一個(gè)重要元素，在燒結(jié)生產(chǎn)中SiO2是燒結(jié)生成渣相的主要組分，也是燒結(jié)生產(chǎn)生產(chǎn)鐵酸鈣粘結(jié)相的重要組分。在燒結(jié)礦生產(chǎn)中，SiO2含量既不能太低也不能過(guò)高，最佳含量為4.6~5.3%[7]，0.1~0.3的Al2O3/SiO2是形成復(fù)合鐵酸鈣的重要條件當(dāng)SiO2含量低于4.6%，會(huì)因?yàn)樵嗖蛔阌绊憻Y(jié)礦的強(qiáng)度；當(dāng)SiO2高于5.3%后，隨硅酸鹽渣相增大將影響燒結(jié)礦的強(qiáng)度和冶金性能。SiO2含量對(duì)鞍鋼燒結(jié)礦的質(zhì)量影響列表列于表7， SiO2含量對(duì)鞍鋼和太鋼高爐操作指標(biāo)的影響列于表8。4.4 Al2O3含量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的價(jià)值分析與尋優(yōu)
對(duì)燒結(jié)礦的質(zhì)量而言，Al2O3含量也是影響質(zhì)量的一個(gè)重要元素，首先一定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(xué)分子式是：5 CaO.2SiO2.9（FeAl）2O3，燒結(jié)礦沒(méi)有Al2O3就不能生成SFCA，但含量不能太高，超過(guò)了2.0%就會(huì)影響燒結(jié)礦的冷強(qiáng)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)。爐渣的熔化溫度和粘度與爐渣的四元系相圖密切相關(guān), 根據(jù)四元糸爐渣相圖,爐渣的低熔化溫度和低粘度區(qū)為黃長(zhǎng)石和鎂薔薇輝石區(qū)域,當(dāng)爐渣堿度R2=0.7～1.3的范圍內(nèi),爐渣的Al2O3含量在15.%～17.0%時(shí),此時(shí)爐渣正處于黃長(zhǎng)石區(qū)域,爐渣的Al2O3含量不超過(guò)17%,燒結(jié)礦相應(yīng)的Al2O3含量極限值不能超過(guò)2.1%。Al2O3對(duì)杭鋼燒結(jié)礦強(qiáng)度和RDI指數(shù)的影響列于表7。4.5 MgO含量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的價(jià)值分析與尋優(yōu)
MgO含量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量而言是一個(gè)負(fù)能量元素，它有利于改善燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能還是建立在降低燒結(jié)礦還原性上得到的。MgO含量在燒結(jié)過(guò)程中易與Fe3O4反應(yīng)生成鎂磁鐵礦（MgO.Fe3O4），阻礙Fe3O4在燒結(jié)過(guò)程中氧化為Fe2O3，降低鐵酸鈣相的生成，造成成品燒結(jié)礦冷強(qiáng)度和還原性降低。MgO 含量對(duì)首鋼和梅鋼燒結(jié)礦質(zhì)量的影響列于表10和表11。4.6 FeO含量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的價(jià)值分析與尋優(yōu)
FeO含量也是燒結(jié)礦的一個(gè)重要內(nèi)容，F(xiàn)eO含量的高低直接影響燒結(jié)礦的強(qiáng)度、粒度和冶金性能，燒結(jié)礦的FeO與配碳密切相關(guān)，燒結(jié)生產(chǎn)應(yīng)追求高強(qiáng)度、低FeO的目標(biāo)，目前FeO含量全國(guó)平均水平8.40~8.50%，有些企業(yè)為了追求高強(qiáng)度片面的提高FeO含量，這是既不科學(xué)又不合理的做法，燒結(jié)礦的強(qiáng)度與FeO有關(guān)，但取決于燒結(jié)礦的礦物組成，燒結(jié)礦不同礦物組成的強(qiáng)度列于表12，F(xiàn)eO含量對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響列于表13。由表12和表13可見(jiàn)，含F(xiàn)eO高的硅酸鹽礦物相的強(qiáng)度都比較低，燒結(jié)礦的強(qiáng)度并不是FeO含量越高強(qiáng)度越好兼顧燒結(jié)礦的強(qiáng)度和冶金性能，F(xiàn)eO低于9%，在6.5%~8.5%是最佳范圍。5 選擇和確認(rèn)合理的配礦方法和計(jì)算方法［4］
5.1 選擇和確認(rèn)優(yōu)化燒結(jié)配礦的方法：
5.1.1 按鐵礦粉的燒結(jié)反應(yīng)性合理搭配的方法
所謂燒結(jié)反應(yīng)性是指礦粉的酸性脈石與CaO同化和熔化反應(yīng)的能力，它可以用燒結(jié)生產(chǎn)率（利用系數(shù)）和成品礦的機(jī)械強(qiáng)度（轉(zhuǎn)鼓指數(shù)）這一對(duì)指數(shù)來(lái)表示。據(jù)此可將鐵礦粉的反應(yīng)性分為優(yōu)、中、差三類，在燒結(jié)配礦時(shí)按三類不同合理搭配［5］。5.1.2 按鐵礦粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性合理配礦的方法
鐵礦粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性包括同化性、液相流動(dòng)性、粘結(jié)相強(qiáng)度、生成鐵酸鈣的能力和連晶固結(jié)能力。配礦原則一般在化學(xué)成分、物理性能和滿足高爐煉鐵成本需求的條件下，使同化性高與同化性低合理搭配，液相流動(dòng)性指數(shù)低的與高的合理搭配，盡量多用粘結(jié)相自身強(qiáng)度高、鐵酸鈣生成能力強(qiáng)和連晶固結(jié)能力高的鐵礦粉，通過(guò)鐵礦粉基礎(chǔ)特性的合理搭配，使鐵礦粉自身特性互補(bǔ)，獲得燒結(jié)生產(chǎn)所要求的質(zhì)量目標(biāo)［6］。5.1.3 按鐵礦粉晶體顆粒大小，水化程度和Al2O3含量高低三個(gè)特性合理配礦方法
這是巴西淡水河谷公司研發(fā)的配礦方法，鐵礦粉的三個(gè)特性都分為粗、中、細(xì)和高、中、低三類。礦粉晶粒的大小按＜40um的為細(xì)晶粒、40~120um的為中等晶粒，＞120um的為粗晶粒，水化程度是指針鐵礦含量對(duì)赤鐵礦含量的比例，一般可按結(jié)晶水含量＞6%、6%~3%、＜3%分為高、中、低三檔，Al2O3含量按＞2%、2%~1%和＜1%分為高、中、低三檔。當(dāng)鐵礦粉晶體顆粒小、水化程度高時(shí)，有利于提高燒結(jié)的產(chǎn)量；當(dāng)晶體顆粒粗，低水化程度時(shí)有利于降低燃耗；細(xì)晶體顆粒、低Al2O3含量有利于提高成品礦的強(qiáng)度和改善RDI指數(shù)［7］。5.2 選擇和確認(rèn)優(yōu)化燒結(jié)配礦的計(jì)算方法：
1）Excel表格法。利用Excel編輯物料平衡公式，通過(guò)人工調(diào)整礦粉配比實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配料。特點(diǎn)是需要反復(fù)嘗試計(jì)算，才能同時(shí)滿足各項(xiàng)要求，計(jì)算速度慢、效率低，且依賴于工作經(jīng)驗(yàn)。2）采用Excel規(guī)劃求解模塊建立配礦優(yōu)化模型。速度快，且能夠在規(guī)定的約束值下得到最優(yōu)解。但是，可能會(huì)因?yàn)橄拗茥l件設(shè)置不合理相互沖突出現(xiàn)沒(méi)有解的情況。3）多目標(biāo)規(guī)劃法。應(yīng)用上存在各目標(biāo)權(quán)重分配問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用較困難。4）遺傳算法。存在權(quán)重分配問(wèn)題，懲罰函數(shù)值適用范圍小。同時(shí)遺傳代數(shù)不同會(huì)造成結(jié)果各異，即每次計(jì)算結(jié)果可能都不同。甚至有時(shí)會(huì)找不到最優(yōu)解。5）蒙特卡洛法。概率計(jì)算法，特點(diǎn)與遺傳算法類似。但在求解速度、簡(jiǎn)便程度、解的準(zhǔn)確性等方面都不如遺傳算法。6）經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)法。采用前蘇聯(lián)巴普洛夫公式或改良公式。有一定的參考價(jià)值。但只是一個(gè)評(píng)價(jià)方法，不能得到配礦方案。以上這些方法都存在各自的不足之處，歸結(jié)起來(lái)有以下幾個(gè)方面：1）燒結(jié)配礦方法與原料采購(gòu)互不相關(guān)。采購(gòu)什么礦粉就配什么礦粉，在采購(gòu)之后才進(jìn)行優(yōu)化配礦。2）經(jīng)濟(jì)價(jià)值評(píng)價(jià)法指導(dǎo)的采購(gòu)方案考慮因素不全面，采購(gòu)方案有時(shí)不能形成配礦方案。3）約束條件容易相互沖突，得不出配礦結(jié)果4）缺乏鐵礦粉特性數(shù)據(jù)，難以達(dá)到優(yōu)化配礦的效果。5.3 中南大學(xué)范曉慧教授創(chuàng)建的優(yōu)化配礦方法［5］
該優(yōu)化配礦方法基于線性規(guī)劃法擇和確認(rèn)優(yōu)化燒結(jié)配礦的計(jì)算方法：遺傳算法的燒結(jié)優(yōu)化配礦模型，基于支持向量機(jī)的燒結(jié)工藝參數(shù)和產(chǎn)質(zhì)量的預(yù)測(cè)模型，還配備有配礦方案綜合評(píng)價(jià)模型，是一種比較有價(jià)值的燒結(jié)優(yōu)化配礦和計(jì)算方法。5.4 創(chuàng)建燒結(jié)優(yōu)化配礦的最佳方法：
該優(yōu)化配礦方法釆用線性規(guī)劃計(jì)算方法，其中包括：1)對(duì)原料采購(gòu)進(jìn)行供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，實(shí)現(xiàn)原料采購(gòu)與燒結(jié)配礦一體化,做到降低釆購(gòu)成本,不降低入爐料的質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)燒結(jié)成本的最優(yōu)化；2)運(yùn)用鐵礦石冶金價(jià)值評(píng)價(jià)體系,創(chuàng)建了鐵礦粉綜合品位性價(jià)比的計(jì)算方法及其軟件；3)釆用依據(jù)鐵礦粉綜合品位性價(jià)化的排序,建立企業(yè)優(yōu)化配礦的主礦體系,確保企業(yè)優(yōu)化配礦的燒結(jié)成品礦質(zhì)量和成本的穩(wěn)定性；4)采用數(shù)學(xué)模型與燒結(jié)專家系統(tǒng)相結(jié)合的方式,對(duì)燒結(jié)質(zhì)量和工藝操作參數(shù)尋優(yōu),實(shí)現(xiàn)燒結(jié)質(zhì)量和工藝操作的最優(yōu)化；5)具備國(guó)內(nèi)外鐵礦粉化學(xué)成分、物理性能、燒結(jié)基礎(chǔ)特性及冶金性能的完備數(shù)據(jù)庫(kù)。6 結(jié)語(yǔ)
燒結(jié)優(yōu)化配礦是一個(gè)多方位的系統(tǒng)工程，它不僅要求具備原料礦情、實(shí)現(xiàn)釆購(gòu)與配礦一體化，還需要具備計(jì)算鐵礦粉綜合品位及其性價(jià)比的軟件和選擇合理的配礦方法計(jì)算方法，更需結(jié)企業(yè)主管領(lǐng)導(dǎo)的正確結(jié)念與具有掌控鐵礦質(zhì)量分析、燒結(jié)和煉鐵工藝技術(shù)配礦工程師的良好配合，才能做好燒結(jié)優(yōu)化配礦。燒結(jié)優(yōu)化配礦的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)包括以下七個(gè)方面：1)應(yīng)具備一個(gè)有國(guó)內(nèi)外鐵礦粉全方位特性的數(shù)結(jié)庫(kù)；2)具備原料采購(gòu)與燒結(jié)配礦一體化的改革機(jī)構(gòu)；3)具備鐵礦粉綜合品位及性價(jià)比的計(jì)算軟件；4)建立按綜合品位性價(jià)比排序組成的主礦體系；5)優(yōu)化的燒結(jié)礦質(zhì)量和成本標(biāo)準(zhǔn)；6)具有燒結(jié)礦質(zhì)量和工藝操作參數(shù)的專家尋優(yōu)系統(tǒng)；7)選擇和確認(rèn)科學(xué)合理的配礦方法和計(jì)算軟件。7 參考文獻(xiàn)
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