许满兴1 张天启2
（1.北京科技大学 2.安徽铜陵旋力钢铁公司）
摘 要 本文论述了铁矿粉优化配矿需具备的必要条件和应包括的主要内容，重点论述了对烧结铁矿粉釆购进行供给侧结构性改革，实现原料采购与烧结优化配矿一体化的方法；论述了烧结优化配矿需进行铁矿粉综合品位及性价比计算，并按其排序组成主矿体系；选择合理的配矿方法和计算方法；对烧结矿主要组分进行分析和寻优；並介绍了优化配矿的最优方法。
关键词 优化配矿 关键技术 主要组分寻优
1 烧结优化配矿的必要条件和主要内容
1.1 烧结优化配矿的必要条件:
1)企业所在地的各种原燃料的化学成分包括烧损和到厂价；2)计算铁矿粉综合品位及其性价比的软件；3)建立经企业主管领导审批的主矿体系；4)经企业主管领导审批的配矿方法和计算方法；5)国内外铁矿粉化学成分物理性能、烧结基础特性和烧结性能数据库；6)企业对烧结矿质量(包括碱度、主要化学成分和有害元素)的要求；7)企业对产量和強度的要求8)企业对烧结生产成本的要求。1.2 铁矿石表观品位、综合品位及性价比计算软件
通过本软件，企业可以对多种铁矿粉的表观品位、综合品位、表观品位价格、综合品位价格和综合品位性价比等关键参数进行直观对比，为企业采购和配矿提供指导性意见。软件在使用过程中请注意以下两点： 1）使用时请在表1中输入各类铁矿粉的化学成分和到厂价数据，表2会自动生成其计算结果； 2）使用时，请不要强行对红色字体做任何修改，以免破坏程序、影响计算结果的准确性。以下是综合品位及其性价比计算的两个实例。1.3 烧结优化配矿的主要内容
1) 企业实时矿情；2) 铁矿粉综合品位及性价比计算软件；3) 与烧结配矿一体化的原料采购；4) 经主管审批的企业主矿体系；5) 配矿综合数据库；6) 企业对烧结矿的质量和成本要求(企业质量指标)；7) 优化配矿方法和计算方法的确认；8) 优化配矿不同方案结果的对比分析；9) 烧结杯对产质量、強度和冶金性能的验证试验；10) 对烧结杯验证试验结果作必要调整；11) 选定和确认最优方案並跟踪生产数据为下步准备。2 从原料采购到烧结配矿一体化的方法［2］
烧结生产从原料采购、优化配矿、烧结操作、冷却余热利用，烟气脱脱硝一体化净化处理，直到破碎、筛分整粒相互关联；烧结生产操作又从准确配料到强化制粒、偏析布料、低负压点火和整粒操作互相关联；多年来钢铁企业的原料采购部门，往往从铁矿石的贸易出发，而不从烧结生产出发，现在强调从优化原料采购到烧结配矿的一体化，不只是烧结配矿的优化，而是重在从原料采购到烧结配矿一体化的优化。 现代钢铁生产已进入了互联网时代，互联网思维就是用户思维。原料采购是为烧结和高炉炼铁服务的，烧结和高炉就是采购的用户，烧结和高炉炼铁是采购的终端。因此把从原料采购到烧结和高炉炼铁联系起来一体综合优化，不仅是钢铁企业内生产上的有机联系，也是进入互联网时代的必然产物。现在更强调系统工程的数据化、透明化、集体维护共享账本的区块链，运用区块链技术推动产业创新发展。3 铁矿粉综合品位及其性价比的科学计算［2］
3.1 铁矿粉综合品位的计算方法：
铁矿粉的综合品位等于其表观品位扣除烧损值（LOI）后，再扣除负价元素（SiO2+Al2O3）和有害元素（S、P、K2O、Zn、Pb As、Cl)加上有价元素（CaO+MgO)之和。其计算公式列为: TFe<综>= 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为炉渣碱度,一般设为1.15；其余符号均为铁矿粉的化学成分；2和5为负价元素、有价元素和有害元素的当量值，企业可根据实际情况作适当调整。3.2 铁矿粉综合品位性价比计算方法：
铁矿粉综合品位性价比等于表观品位价与综合品位价之比即：综合品位性价比=表观品位价/综合品位价。4 烧结优化配矿主要组分的寻优［3］
4.1 含铁品位对烧结矿质量的价值分析与寻优
含铁品位是烧结矿质量的核心，我国自解放后至今半个多世纪以来，提高烧结矿质量一个核心问题就是不断提高烧结矿的品位、降低烧结矿的SiO2含量，由于品位的提高，渣量的降低、高炉炼铁的产量提高燃料比降低.表3列出了首钢、包钢和酒钢的烧结矿质量与高炉主要技术经济指标的关系。近几年有不少钢铁企业采用低品位、大渣量的做法，主观愿望想降低成本，实际适得其反，造成大排放、高燃料比和低效的结果，总结历史的经验，应继续走精料之路，才能实现低成本、低燃料比和高效炼铁的目标。4.2 碱度对烧结矿质量的价值分析与寻优
理论研究和多年来的生产实践证明，高碱度是烧结矿质量的基础。由于烧结矿的质量取决于其矿物组成，而烧结矿的矿物组成取决于碱度。对高炉炼铁而言，烧结矿的最佳碱度范围为1.90~2.30，莱钢、太钢不同碱度烧结矿矿物组成列于表4，在生产实践中，烧结矿的强度和粒度，烧结矿的冶金性能均与其碱度直接相关。几个企业烧结矿强度与碱度的关系列于表5，几个企业烧结矿的冶金性能与碱度关系列于表6。4.3 SiO2含量对烧结矿质量的价值分析与寻优
SiO2是烧结矿质量的一个重要元素，在烧结生产中SiO2是烧结生成渣相的主要组分，也是烧结生产生产铁酸钙粘结相的重要组分。在烧结矿生产中，SiO2含量既不能太低也不能过高，最佳含量为4.6~5.3%[7]，0.1~0.3的Al2O3/SiO2是形成复合铁酸钙的重要条件当SiO2含量低于4.6%，会因为渣相不足影响烧结矿的强度；当SiO2高于5.3%后，随硅酸盐渣相增大将影响烧结矿的强度和冶金性能。SiO2含量对鞍钢烧结矿的质量影响列表列于表7， SiO2含量对鞍钢和太钢高炉操作指标的影响列于表8。4.4 Al2O3含量对烧结矿质量的价值分析与寻优
对烧结矿的质量而言，Al2O3含量也是影响质量的一个重要元素，首先一定Al2O3/SiO2是烧结生成针状复合铁酸钙的重要条件，在常态下，高碱度烧结矿的化学分子式是：5 CaO.2SiO2.9（FeAl）2O3，烧结矿没有Al2O3就不能生成SFCA，但含量不能太高，超过了2.0%就会影响烧结矿的冷强度和RDI指数，烧结矿的Al2O3含量一般控制在1.0~2.0%的范围内。炉渣的熔化温度和粘度与炉渣的四元系相图密切相关, 根据四元糸炉渣相图,炉渣的低熔化温度和低粘度区为黄长石和镁蔷薇辉石区域,当炉渣碱度R2=0.7～1.3的范围内,炉渣的Al2O3含量在15.%～17.0%时,此时炉渣正处于黄长石区域,炉渣的Al2O3含量不超过17%,烧结矿相应的Al2O3含量极限值不能超过2.1%。Al2O3对杭钢烧结矿强度和RDI指数的影响列于表7。4.5 MgO含量对烧结矿质量的价值分析与寻优
MgO含量对烧结矿质量而言是一个负能量元素，它有利于改善烧结矿的低温还原粉化性能还是建立在降低烧结矿还原性上得到的。MgO含量在烧结过程中易与Fe3O4反应生成镁磁铁矿（MgO.Fe3O4），阻碍Fe3O4在烧结过程中氧化为Fe2O3，降低铁酸钙相的生成，造成成品烧结矿冷强度和还原性降低。MgO 含量对首钢和梅钢烧结矿质量的影响列于表10和表11。4.6 FeO含量对烧结矿质量的价值分析与寻优
FeO含量也是烧结矿的一个重要内容，FeO含量的高低直接影响烧结矿的强度、粒度和冶金性能，烧结矿的FeO与配碳密切相关，烧结生产应追求高强度、低FeO的目标，目前FeO含量全国平均水平8.40~8.50%，有些企业为了追求高强度片面的提高FeO含量，这是既不科学又不合理的做法，烧结矿的强度与FeO有关，但取决于烧结矿的矿物组成，烧结矿不同矿物组成的强度列于表12，FeO含量对烧结矿质量的影响列于表13。由表12和表13可见，含FeO高的硅酸盐矿物相的强度都比较低，烧结矿的强度并不是FeO含量越高强度越好兼顾烧结矿的强度和冶金性能，FeO低于9%，在6.5%~8.5%是最佳范围。5 选择和确认合理的配矿方法和计算方法［4］
5.1 选择和确认优化烧结配矿的方法：
5.1.1 按铁矿粉的烧结反应性合理搭配的方法
所谓烧结反应性是指矿粉的酸性脉石与CaO同化和熔化反应的能力，它可以用烧结生产率（利用系数）和成品矿的机械强度（转鼓指数）这一对指数来表示。据此可将铁矿粉的反应性分为优、中、差三类，在烧结配矿时按三类不同合理搭配［5］。5.1.2 按铁矿粉的烧结基础特性合理配矿的方法
铁矿粉的烧结基础特性包括同化性、液相流动性、粘结相强度、生成铁酸钙的能力和连晶固结能力。配矿原则一般在化学成分、物理性能和满足高炉炼铁成本需求的条件下，使同化性高与同化性低合理搭配，液相流动性指数低的与高的合理搭配，尽量多用粘结相自身强度高、铁酸钙生成能力强和连晶固结能力高的铁矿粉，通过铁矿粉基础特性的合理搭配，使铁矿粉自身特性互补，获得烧结生产所要求的质量目标［6］。5.1.3 按铁矿粉晶体颗粒大小，水化程度和Al2O3含量高低三个特性合理配矿方法
这是巴西淡水河谷公司研发的配矿方法，铁矿粉的三个特性都分为粗、中、细和高、中、低三类。矿粉晶粒的大小按＜40um的为细晶粒、40~120um的为中等晶粒，＞120um的为粗晶粒，水化程度是指针铁矿含量对赤铁矿含量的比例，一般可按结晶水含量＞6%、6%~3%、＜3%分为高、中、低三档，Al2O3含量按＞2%、2%~1%和＜1%分为高、中、低三档。当铁矿粉晶体颗粒小、水化程度高时，有利于提高烧结的产量；当晶体颗粒粗，低水化程度时有利于降低燃耗；细晶体颗粒、低Al2O3含量有利于提高成品矿的强度和改善RDI指数［7］。5.2 选择和确认优化烧结配矿的计算方法：
1）Excel表格法。利用Excel编辑物料平衡公式，通过人工调整矿粉配比实现优化配料。特点是需要反复尝试计算，才能同时满足各项要求，计算速度慢、效率低，且依赖于工作经验。2）采用Excel规划求解模块建立配矿优化模型。速度快，且能够在规定的约束值下得到最优解。但是，可能会因为限制条件设置不合理相互冲突出现没有解的情况。3）多目标规划法。应用上存在各目标权重分配问题，实际应用较困难。4）遗传算法。存在权重分配问题，惩罚函数值适用范围小。同时遗传代数不同会造成结果各异，即每次计算结果可能都不同。甚至有时会找不到最优解。5）蒙特卡洛法。概率计算法，特点与遗传算法类似。但在求解速度、简便程度、解的准确性等方面都不如遗传算法。6）经济价值评价法。采用前苏联巴普洛夫公式或改良公式。有一定的参考价值。但只是一个评价方法，不能得到配矿方案。以上这些方法都存在各自的不足之处，归结起来有以下几个方面：1）烧结配矿方法与原料采购互不相关。采购什么矿粉就配什么矿粉，在采购之后才进行优化配矿。2）经济价值评价法指导的采购方案考虑因素不全面，采购方案有时不能形成配矿方案。3）约束条件容易相互冲突，得不出配矿结果4）缺乏铁矿粉特性数据，难以达到优化配矿的效果。5.3 中南大学范晓慧教授创建的优化配矿方法［5］
该优化配矿方法基于线性规划法择和确认优化烧结配矿的计算方法：遗传算法的烧结优化配矿模型，基于支持向量机的烧结工艺参数和产质量的预测模型，还配备有配矿方案综合评价模型，是一种比较有价值的烧结优化配矿和计算方法。5.4 创建烧结优化配矿的最佳方法：
该优化配矿方法釆用线性规划计算方法，其中包括：1)对原料采购进行供给侧结构性改革，实现原料采购与烧结配矿一体化,做到降低釆购成本,不降低入炉料的质量,实现烧结成本的最优化；2)运用铁矿石冶金价值评价体系,创建了铁矿粉综合品位性价比的计算方法及其软件；3)釆用依据铁矿粉综合品位性价化的排序,建立企业优化配矿的主矿体系,确保企业优化配矿的烧结成品矿质量和成本的稳定性；4)采用数学模型与烧结专家系统相结合的方式,对烧结质量和工艺操作参数寻优,实现烧结质量和工艺操作的最优化；5)具备国内外铁矿粉化学成分、物理性能、烧结基础特性及冶金性能的完备数据库。6 结语
烧结优化配矿是一个多方位的系统工程，它不仅要求具备原料矿情、实现釆购与配矿一体化，还需要具备计算铁矿粉综合品位及其性价比的软件和选择合理的配矿方法计算方法，更需结企业主管领导的正确结念与具有掌控铁矿质量分析、烧结和炼铁工艺技术配矿工程師的良好配合，才能做好烧结优化配矿。烧结优化配矿的关键技术应包括以下七个方面：1)应具备一个有国内外铁矿粉全方位特性的数结库；2)具备原料采购与烧结配矿一体化的改革机构；3)具备铁矿粉综合品位及性价比的计算软件；4)建立按综合品位性价比排序组成的主矿体系；5)优化的烧结矿质量和成本标准；6)具有烧结矿质量和工艺操作参数的专家寻优系统；7)选择和确认科学合理的配矿方法和计算软件。7 参考文献
［1］许满兴 优化原料釆购与烧结配矿一体化的实践与分析2017年全国烧结球团技术交流年会论文集2017.6.宜昌(9-13)
［2］许满兴 创建铁矿粉综合品位性价比计算法提高企业低成本竞争力2015年度全国烧结球团技术交流年论文集2015.6. (1-6)
［3］许满兴、张天启《铁矿石优化配矿实用技术》冶金工业出版社2017.5.
［4］李扬 北科亿力优化配矿交流文档 内部资料 2017.8.
［5］范晓慧《铁矿烧结优化配矿原理与技术》冶金工业出版社2013.2.
