摘  要  本文提出了配矿一体化模型的设计思路，模型是以生铁成本为目标函数，综合考虑了库存条件、烧结矿冶金性能、高炉顺行条件等因素，在配矿和采购过程中起到了很好的降成本作用。

关键词  烧结  配矿模型  炉料结构  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

随着钢铁行业经营形势的逐步恶化，铁前降成本成为钢铁企业解围脱困的首要选择，而配矿降成本是众多降本措施中最为重要的环节。配矿降成本不能单独考虑烧结、球团等中间过程，而要统筹考虑从原料采购到高炉生产的整个过程，只有将各种原料成分、性能、价格等因素与烧结炼铁生产稳定结合在一起，进行一体化配矿，将生铁成本作为最终目标才能真正的起到降本增效的作用。

1  目前配矿存在问题

当前很多企业的烧结配矿程序是与高炉配矿分开的，高炉只是取现有的烧结矿和球团矿成分与价格带入到高炉配料程序中进行计算，有的甚至没有关于成本的计算。而烧结配矿一般只是各种矿石成分的叠加，没有统筹考虑各种矿石的冶金性能及烧结矿产质量对高炉顺行状况和生铁成本的影响。烧结配矿过程一般是先计算、再实验，实验确认后才能投入生产，往往费时费力，难以适应当前原料条件的快速变化。并且，无论烧结配矿、球团配矿还是高炉配矿，都是从各自的自身利益出发，对于矿石品位、性能、有害杂质等因素与成本的关系不能做到通盘考虑，难以实现炼铁成本的效益最大化。

2  配矿一体化模型

配矿一体化模型包括进厂铁矿石原料的价效模型，库存管理模型、烧结配矿模型，球团配矿模型、高炉炉料结构模型、铁矿石冶金性能数据库等六个板块。以铁矿石原料供应和适宜的烧结矿球团矿成分为基础，以满足高炉造渣条件和产品不影响后续工序要求为原则，以生铁成本为目标函数，在铁矿石冶金性能数据库的指导下，通过计算机软件进行六个板块的联动，得到生铁成本最低时的高炉炉料结构和烧结球团配矿方案。烧结配矿方案确保烧结混匀料具有良好的制粒性能和成矿性能，并能够很好地指导烧结过程参数控制及预测烧结矿质量，从而使烧结成品矿具有满足高炉冶炼需求的强度指标及冶金性能指标；同时得到满足球团矿质量性能要求的球团配矿方案、与现有块矿搭配形成合理的高炉炉料结构。模型不追求烧结与球团矿的配矿过程成本，而以生铁成本最低为最终目标。

该模型中几个版块可以相互联合，也可以单独分开。不但可以用于指导实际的配矿生产，也可以用于矿石采购，对铁矿石进行使用结构价效评价，从而在采购、财务与生产之间架起了一座便于沟通的桥梁。

3  配矿一体化模型设计

配矿是一项系统工程，既要考虑各种含铁原料的库存条件，又要考虑烧结矿的化学成分、冶金性能，以及各种含铁原料对烧结过程参数、烧结矿质量及烧结利用系数的影响；在当前降本压力巨大的形势下，更要考虑整个高炉炉料结构的合理搭配，既要满足高炉生产顺行的需要，又能达到生铁成本最低的目标。

3.1  铁矿石原料价效模型

将各种含铁原料、燃料及熔剂的典型成分、粒度组成、定价模式或购买价格等汇总到同一界面，使用时可以在任何一个高炉、烧结配矿系统随意调取。由于生产中所用矿石种类繁多，既有长协矿又有贸易矿，还有公司内部的回收料等，而长协矿的定价模式也各不相同，贸易矿在不同指数下价格也不相同，但它们一般都是随铁矿石指数相应变动的。无论现货矿石还是长协矿，其时点价格都可以通过当期买点价格或定价模式做到与同期指数同步对应。对于每次的配矿计算或价效评定，只需输入当期几个指数，即可计算出当期所有含铁原料的时点价格，从而得到该期满足所有限制条件下最低生铁成本的配矿结构。

3.2  烧结配矿模型

根据范晓慧教授在《铁矿烧结优化配矿原理与技术》一书中所说，根据混合料中SiO2对混合料成矿、熔融区矿物组成与微观结构规律，SiO2为5%时液相生成性能较好，且有利于针状铁酸钙的生成；Al2O3含量不宜超过1.8%；而MgO含量应在保证高炉造渣条件下尽量低[]。因此，在配矿过程中按照高炉需求控制烧结矿品位、烧结矿碱度，并结合实际原料条件设定SiO2、Al2O3等成分在一定区间，满足烧结矿强度及高温性能的要求；另外，将各种矿石按照赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿及菱铁矿等划分品种，各类矿石总量依据烧结性能与库存条件设定不同的限定区间，确保烧结矿在同化性能、液相流动性能、铁酸钙生成能力及连晶性能等方面能够起到一定互补作用，见表1。对于每种矿石可根据冶金性能数据库中该矿石冶金性能指标或国内外兄弟企业的使用效果对其进行一定的比例限定，在计算过程中能够实现各矿石在给定区间内，满足所有要求的最低烧结成本或生铁成本配比结构（模型可以自行设定所求目标函数为烧结成本或生铁成本），通过计算可知，生铁成本最低时的配矿结构与烧结成本最低时并不完全一致，也验证了以生铁成本最低为目标函数的正确性。

球团配矿模型相对烧结配矿模型较为简单，且与之类似，这里不做介绍。

3.3  高炉炉料结构模型

对烧结、球团、块矿等含铁原料根据价效及熟料率等条件限制各自的配比区间，设定炉渣碱度范围，对炉渣Al2O3含量、渣中MgO/ Al2O3等进行限定。同时对入炉S、P、K2O、Na2O、PbO、ZnO、TiO2等有害元素负荷进行上限控制，见表2。由于含有有害杂质成分的矿石都存在不同程度的折价，一般杂质含量越高折价幅度越大。因此在配料计算过程中，对这些有害元素既要严格控制其上限范围，又要在不影响高炉顺行的前提下，根据矿石的价效尽量用足其负荷空间，以最大程度地降低生铁成本。

高炉炉料结构模型中综合考虑了入炉品位对燃料比及产量的影响；烧结、炼铁工序固定费用对烧结成本、生铁成本的影响；各种有害杂质成分对成本的影响，建立了有害元素成本影响惩罚模型，并可以根据实践对模型的经验数据进行修正。

3.4  库存管理模型

配矿计算过程中，各种矿的比例限定首先要满足库存条件。库存管理模型可以根据库存情况对使用天数给出一定的使用比例范围。并且可以根据当前的配矿结构与各矿种的进货量和实际消耗量，对该配矿结构下的库存使用天数进行预测和报警，方便配矿工作者及时发现问题，减少变料次数。模型能够根据现有资源及实际执行配比结构情况，更早地预测资源品种、数量等的需求。

3.5  冶金性能数据库

数据库对国内外铁矿石进行了收集整理，包括各种矿石的产地、矿物组成分类、典型成分及粒度组成，矿石的同化性能、液相流动性能、铁酸钙生成能力及连晶性能等烧结基础特性，以及该矿石在国内外钢企的使用比例和使用效果等经验数据。并且将公司购买使用过的矿石信息不断地充实到冶金性能数据库中，从实验、烧结矿质量与冶金性能及高炉使用效果等方面对其进行综合评价，从而不断完善数据库内容。铁矿石数据库可以很好地用于指导配矿，预测烧结矿性能，使配矿过程更加快捷高效。

4  配矿一体化模型的主要创新点

（1）烧结配矿与高炉炉料结构相结合，以生铁成本为目标函数；

（2）各种有害杂质负荷以入炉总负荷为基准，不单独考虑某一品种矿的杂质含量限定，能够实现各种有害杂质矿石高低搭配，最大幅度地降低生铁成本；

（3）模型考虑了入炉品位对焦比、产量的影响，以及烧结配比、高炉产量对烧结与炼铁工序固定费用的影响，深入细致考虑影响生铁成本的各项因素；

（4）立足现有库存资源，尽可能多消耗厂内资源，减少库存压力，降低市场风险；

（5）各种矿石价格与普氏指数实时对应，动态变化，以对应的配矿结构和炉料结构为基准对所需矿石进行使用结构评价，连接购买与使用渠道，在财务、采购与使用之间搭建起一座便于沟通的桥梁；

（6）利用计算机程序进行迭代计算，更快更准确地得到最低成本配矿结构；

（7）建立铁矿石冶金性能数据库，从矿石典型成分，配矿结构，实验室实验结果，烧结过程参数控制、烧结矿强度及性能指标，高炉炉况反应等全方位进行跟踪总结，并不断补充完善。通过冶金性能数据库预测烧结矿冶金性能，并最终实现数据库与模型对接。

5  配矿一体化模型在安钢的应用

5.1  与单品种评价相结合评价矿石使用价效

模型与单品种评价相结合，对单品种评价价效较好的矿石进行使用结构评价，根据其对生铁成本的降低幅度进行选择，起到切实降低生铁成本的作用。该模型自使用以来，仅半年累计评价矿石近千项次，实现了每单必评。1-5月份累计寻找评价资源共计2565万吨，实现采购经济矿资源98.8万吨，与62%普氏指数相比，价效降低额达6525万元。

5.2  统筹考虑各种有害元素负荷

在配矿过程中，鉴于铁矿石市场变化快的特点，当前的采购行为大部分是控制低库存，采取小批量、多批次进行采购，烧结及高炉用料也跟着频繁变化。我们根据自己的资源情况，结合市场能够买到的资源，统筹考虑各种矿物的配合效益，即最终的生铁成本。由于有害杂质含量高的矿石都有不同程度的折扣，但各种矿石所含有害杂质成分各不相同。例如在配矿过程中用高硅低铝矿搭配高铝低硅矿、用高硫低磷矿搭配高磷低硫矿等，这样可以结合自有资源及可购买资源情况同时使用多种折扣较大的经济矿，既能有效控制生铁有害元素负荷在上限范围，又能充分利用各种经济矿的价效优势及有害元素的上限空间，能够最大限度地降低生铁成本。

5.3  综合考虑各种炉料的冶金性能及价效

配矿一体化模型能够综合考虑各种炉料性能、价效、库存等多方面的因素，例如我们通过价效计算比较，当期块矿价效最好，烧结矿特别是3#烧结矿价效较差，而球团矿价效最差；并且由于两船块矿到港间歇太近而造成块矿库存严重偏高。为了降低生铁成本，采取控制球团比例上限，提高块矿配比的方式。而现实是由于3#烧结矿熔滴温度过高，球团矿熔滴温度太低，高炉熔滴区间宽，造成高炉压差持续偏高；因此在配矿过程中提出了降低烧结矿碱度及MgO含量来降低烧结矿熔滴温度，并调配公司库存较高的高镁精矿用于球团生产，提高球团矿中MgO含量，使球团矿熔滴温度得以提高，从而改善了高炉炉料结构的冶金性能。由于烧结碱度的降低，反而不易提高价效最好的块矿比例降成本，综合考虑各种炉料的冶金性能及价效情况，采取了在3#高炉中配加少量白云石块的措施，在降低烧结碱度改善冶金性能前提下增加块矿使用量，同时保证高炉渣中适宜的MgO/ Al2O3，确保高炉渣具有良好的流动性及脱硫能力。

通过这些措施，既达到降低生铁成本，改善炉料结构冶金性能及炉渣性能，促进高炉炉况顺行的作用，同时又降低了当期高镁精矿与块矿库存过高带来的市场风险。通过实践，在该方案实施的1个月内，高炉顺行状况得到改善，高炉产量提高518吨/t，燃料比降低3kg/t，在普氏指数月均升高3.06美元的情况下，3#高炉吨铁成本下降138元/t,其中含铁料成本下降134.2元/t。3#高炉全月产量29.17万吨，降成本达4025.5万元。

6  总结

（1）配矿一体化模型将烧结配矿、球团配矿与高炉炉料结构等融合在一起，综合考虑各方面的因素，以生铁成本为最终目标，能够最大程度降低生铁成本。

（2）运用冶金性能数据库可以较好地预测配矿对烧结矿冶金性能，指导烧结工艺过程参数优化，确保高炉结构稳定，使配矿更加高效快捷，目前还难于满足当前用矿种类的频繁变化，需要不断地积累完善。

7  参考文献

[1] 范晓慧.铁矿烧结优化配矿原理与技术.北京：冶金工业出版社，2013:91.62-74