一、项目实施的背景

（一）钢铁行业发展的现状

钢铁素有“工业粮食”之称，钢铁工业作为基础原材料产业，在我国国民经济发展中具有举足轻重的地位。它是衡量一个国家工业化程度和综合国力的重要指标，其产业关联度高、消费拉动大，在经济建设、国防建设、社会发展及稳定就业等方面发挥着重要作用。凡是世界上成功实现工业化的国家，尤其是经济规模较大的国家几乎无一例外优先发展了包括钢铁在内的基础产业，钢铁工业在这些国家的工业化进程中起到了不可替代的作用，作为我国国民经济的重要基础产业之一，钢铁企业承担着国家重要原材料的生产和加工任务。钢铁行业处于产业链的中间位置，支撑着国民经济中的大部分行业。钢铁行业的生产工艺流程独特而又复杂，在行业进入方面有很高的资金和技术要求，具有较高的产业关联度以及明显的经济周期性，体现着典型的规模经济应，是当今世界各国追求工业文明和提高国际地位的重要标志之一，钢铁企业是否具有核心竞争力在一定程度上展现着一个国家的经济实力。

2023年钢铁行业遭遇了近五年来最严重的挑战，钢材市场价格明显下跌，钢铁企业的利润大幅度萎缩。“产能过剩加剧，国内需求不足，出口大幅下降，原料价格坚挺，成材均价下移，行业利润微薄。”中国钢铁工业协会党委书记何文波用这样一句话概括了2023年钢铁行业的发展境况。走出行业发展的困境，活下去，成为大型钢铁联合企业的最直接、最核心、最现实的问题。

（二）铁水成本管控是关键：

钢铁企业之间的竞争主要表现在三个方面，即生产成本、产品质量以及销售服务的竟争。对于钢铁企业而言其中最基础、最关键的是成本竞争，钢铁企业为提高竞争力要采取降低成本的途径。一般来说，铁水成本占钢企全流程总成本的80%左右，见下图1。炼铁安全、稳定、高效运行对钢铁企业提高市场竞争力具有基础支撑作用。因此，铁水成本的高低是炼铁工序综合竞争力的体现，也是决定后道工序成本高低的关键所在。

图1 钢铁全流程生产成本构成饼状图

（三）配煤配矿优化是核心

对生铁制造成本数据进行分析，主要原燃料占生铁制造成本的 70%以上,见图2。含铁原燃料的性能决定了入炉焦比的高低，这也同时说明，含铁原料即高炉炉料结构是制约高炉生铁成本的主要因素。国内外钢铁企业一直普遍关注着配煤配矿优化问题。配煤配矿优化是从高炉原燃料入手降低铁水成本的有效手段之一。高炉利用系数、燃料比和生铁成本等主要技术经济指标在很大程度上取决于高炉配煤配矿。

图2 生铁成本构成饼状图

配煤配矿是钢铁企业生产的核心，高炉利用系数、燃料比和生铁成本等主要技术经济指标与高炉配煤配矿密切相关，是生产稳定及降本增效的关键。由传统注重生产过程向经营方式的转变，成本核算将成为配煤配矿重中之重，实现以成本为中心的配煤配矿运营管理，助推企业突围解困、高质量发展。

二、创新点及理论依据

（一）创新点

1.以钢铁联合企业“铁水成本核算”这个“牛鼻子”为纲，以组织结构搭建、核心技术智能化开发应用以及工作专班制度为手段，实施管理创新和技术革新。

2.开发、研究、应用烧结-球团-焦化-高炉一体化配煤配矿平台和多维度的炼焦煤评价系统。两项智能化成果获得了多项国家专利和软件著作权。

（二）理论依据

1.事物矛盾的主要方面辩证理论

解决和突破问题要掌握矛盾的主要方面辩证关系原理。钢铁联合企业生存和发展的主要矛盾是制造成本高、利润薄。矛盾的主要方面就是铁水成本这个核心，抓住铁水成本这个核心就能够牵一发而动全身，而配煤配矿则是这是铁水成本这个核心的主要矛盾和矛盾的主要方面。

2.神经网络算法大数据理论

采用神经网络算法、规划求解等大数据理论建立数据分析计算模型。神经网络是一种模仿生物神经系统的计算模型，由多个相互连接的节点（成为神经元）组成。其工作原理是基于分布式并行处理和大量节点连接，通过激活函数处理复杂的非线性关系。每个神经元通过权重与其他神经元相连，通过调整这些权重，神经网络可以实现学习和适应新的数据迭代。

3.系统管理理论。

系统管理理论是运用系统论和控制论的理论方法，以系统解决管理的理论体系。组织架构实现集中管理原则，集中管理强调信息的集中和资源的共享。

4.无边界组织的工作专班制理论

无边界组织打破固有的层级、地域、职能界限，以责任驱动，项目驱动、激励驱动完成非常规任务。工作专班制具有集思广益、统筹兼顾、高效协作、责任明确、持续跟进、工作共享的特点和优势。工作专班制度是指为了完成某项重要任务或解决某些“急难险重”的问题而特别组建的机构。工作专班一般由领导层和工作组层构成。工作专班制度由来不同的部门和专业人员组成，充分利用各部门的优势和背景，为全面完成任务提供全面支持。

三、项目实施过程

（一）组织架构与管理

机构的设置和管理是推进工作有效开展的基础和前提，为强化配煤配矿技术与管理，整合和优化资源力量，统筹配煤煤矿技术以及资源利用、质量管控、成本优化、高炉稳产高产，实现铁前系统资源的整体优化配置和能力提升。成立由总经理任组长的配煤配矿技术领导小组，下设配煤技术组和配矿技术组，统筹配煤配矿技术工作。2022年企业推进一贯制改革，强化铁前成本、技术、效益一体化管理，发挥配煤配矿技术和管理突出作用，提级至股份公司制造部，提高和充实了配煤配矿技术领导小组，赋职强能，补充技术专家，增强技术力量后成立配煤配矿管理室，全面统筹和管理公司配煤配矿技术。

起草制定配煤配矿管理的制度性文件和技术性文件，先后制定并实施了《包钢股份配煤配矿管理规定》、《包钢股份制造部新煤种新矿种开发管理办法》、《包钢股份炼焦煤库存管理规定》、《包钢股份配比变更管理办法》等管理制度，基本搭建起了配煤配矿管理的“四梁八柱”。

集中管理和提级管理的创新性实施，以管理制度为基础的规范运行，突破了管理的桎梏，在螺旋式的持续完善运行的过程中，成效显著，硕果不断。组织结构日臻完善、各项成果累累。2023年完成配煤配矿结构调整67次，焦炭、球团、烧结质量创历史最好水平。

（二）开发烧结-球团-焦化-高炉一体化配煤配矿决策系统平台

通过对成本事前预测、事中控制、事后分析，从而实现对成本的过程控制，成本的预测就成为成本核算的核心和基础，更是有效实施铁水降本的关键。

配煤配矿降本研究的关键技术是建立并实施精准的配煤配矿优化模型，依据市场条件，选矿、烧结、球团、焦化产线生产情况，高炉的工作状况设定好配煤配矿模型的约束条件，利用模型模拟测算出铁水成本最优的配煤配矿结构。公司依据配煤配矿模型提供的方案进行原燃料采购方案、配用方案进行决策，最终实现系统降低铁水成本的目标。

建立烧结-球团-焦化-高炉一体化优化配煤配矿平台，系统平台含有两大分析系统，一是成本分析系统，二是技术分析系统，并将两大系统以智能深度学习算法密切结合，通过平台可实现高炉炼铁一体化配煤配矿优化方案设计。平台包括烧结优化配矿模块、高炉优化配矿模块、焦化优化配煤模块、、铁水原料成本核算模块、高炉经济技术指标预测模块。

1.应用优化配煤配矿平台优化方案设计

以烧结矿生产原理、炼铁原理、焦化生产原理和专家知识为理论指导，结合遗传算法优化方法，以吨铁成本为目标函数，构建烧结矿质量、烧结矿原料结构、铁水质量、高炉原料结构等为约束条件的炼铁全过程优化模型，计算并得到满足所有条件下的最佳炼铁炉料结构配料方案。

首先依据各产线产能确定高炉炉料结构；其次确定满足高炉需求的烧结矿球团矿焦炭的技术质量标准；再次在平台上设定烧结矿球团矿焦炭质量约束条件，通过平台寻找到满足高炉需求的烧结矿球团矿质量、焦炭质量要求的铁水成本最低的配煤配矿结构。

方案的跟踪与修正：跟踪焦化、烧结、球团产线生产过程，保证烧结矿球团矿焦炭质量设计方案吻合，若不吻合则需及时对配煤配矿方案进行调整。跟踪高炉生产运行状况，验证高炉经济技术指标是否达到设计预期，若达不到预期指标需对高炉原燃料技术质量标准进行调整。通过持续不断的PDCA循环实现高炉稳定、高效、低耗生产。

配煤配矿智能操作系统平台，包括数据库系统、高炉优化配矿系统、烧结配矿优化系统、球团配矿优化系统、焦化优化配煤系统、高炉经济技术指标预测系统、配煤配矿决策分析系统。要实现配煤配矿优化首先要采集铁矿石炼焦煤市场信息、烧结球团高炉生产的历史数据进入系统数据库；其次以铁前系统各工艺物料平衡、工艺计算计算为基础，采用规划求解、线性回归、多元非线性回归、神经网络算法建立数据分析计算模型；通过模型计算形成配煤配矿优化初步方案。再次应用分析系统分析方案的可行性，如不可行则调整边界条件重新代入模型形再次形成配煤配矿优化方案，多次重复上述过程后确定配煤配矿最优方案；再者通过系统实现生产运行管理与优化配煤配矿计划的偏差比较分析，对生产运行或优化配煤配矿计划进行调整；最终可实现配煤配矿管理的智能化、数字化、精准化。系统流程如图3所示。

图3 系统流程图

数据库系统主系统数据库和焦化配煤子系统数据库。其中主系统统数据库包括铁矿石性能价格数据库、熔剂燃料数据库、烧结生产数据数据库、高炉生产数据数据库、烧结配矿方案数据库等；焦化配煤系统单独建立数据库，其包括炼焦煤性能价格数据库、配煤方案数据库等。

2.高炉优化配矿系统设计

要实现高炉全流程优化配矿首先要采集铁矿石市场信息、烧结球团高炉生产的历史数据进入系统数据库；其次以高炉炼铁工艺计算、物料平衡计算为基础，采用规划求解、线性回归、多元非线性回归、神经网络算法建立数据分析计算模型；通过对数据的分析形成配矿优化决策，给出特定时间、特定条件下的铁矿石最优配置方案，编制出铁矿石最优的采购与配置计划；再者通过实现生产运行管理与优化配矿计划的偏差比较分析，对生产运行或优化配矿计划进行调整。高炉全流程优化配矿系统的流程如图4所示。

图4高炉优化配矿系统流程图

要完成优化配矿，就要对高炉配矿各工序进行模拟计算，对数据库内数据进行统计分析，对配矿方案进行寻优。为此系统建立了一系列数学模型，包括选矿成本测算模型、烧结配料计算模型、球团配料计算模型、高炉物质流能量流平衡计算模型、铁矿石性价比评价模型、烧结矿质量预测模型、烧结配矿寻优模型、球团配矿寻优模型、高炉炉料结构优化模型等。

选矿成本测算模型、烧结矿配料计算模型、球团矿配料计算模型、高炉物质流能量流平衡计算模型均是基于物料平衡和炼铁工艺计算的模型。通过上述模型可计算出选矿铁精矿、烧结矿、球团矿的化学成分及成本，烧结球团所需要铁料熔剂的配比，高炉的入炉品位、矿比、渣比、炉渣碱度、炉渣镁铝比等工艺参数以及铁水的原料成本。

3.焦化优化配煤系统

优化配煤系统结构包括单种煤性质及价格数据库、配煤方案数据库、焦炭质量预测模块、配煤寻优设计模块、单种煤性价比评价模块构成。要实现焦化优化配煤首先要采集炼焦煤市场信息、焦化生产及小焦炉试验的数据进入数据库；其次以焦化工艺计算、物料平衡计算为基础，采用规划求解、线性回归、多元非线性回归算法建立数据分析计算模型；通过对数据的分析形成配煤优化决策，给出特定时间、特定条件下的单种煤最优配置方案，编制出炼焦煤最优的采购与配置计划。其实现过程如图5所示:

图5 焦化配煤系统流程图

（三）建立铁水成本测算分析专班制度

工作专班制度是指为了完成某项重要任务或解决某些“急难险重”的问题而特别组建的临时性机构。它通常由来自不同的部门或具有不同专业背景的人员组成，以确保任务得到全面、专业和高效的处理。工作专班制具有集思广益、统筹兼顾、高效协作、责任明确、持续跟进、工作共享的特点和优势。工作专班制度由来不同的部门和专业人员组成，充分利用各部门的优势和背景，为全面完成任务提供全面支持。工作专班将人力、物力、财力等资源集中起来，共同致力于某项重要任务，有利于资源的合理配置和高效利用。工作专班具有明确的工作计划和责任分工，各成员能够协同工作，快速有效的推进任务的执行。

以成本为中心的综合考量下，建立铁水成本测算分析专班制度，成立由制造部、财务部、营销中心、煤焦化工分公司、炼铁厂等单位构成的铁水成本测算分析专班，由公司主要领导牵头挂帅，明确各单位职责，形成合力，每周测算铁水成本，系统深入分析铁水成本结构、价格、与全国行业平均水平差距与优势等数据，深度实施“业财融合”，打通生产与财务的“任督二脉”，以高炉稳定顺行为中心，实现铁水成本最优为原则，统筹优化配煤配矿，对高炉所使用的原燃料烧结矿、球团矿和焦炭进行整体设计优化。

（四）多维度的炼焦煤评价系统的研究与实施

炼焦煤是铁前系统最大的原燃料，占到铁水总成本的35-42%，炼焦煤质量的客观、精准评价是有效降低炼焦配煤成本的重要前提和基础，更是实现铁前系统降本的关键。

多维度的炼焦煤评价系统的方法，总体包括：核定基准、分级权重、阶梯赋分、综和计算、总分评定、性价比判断。

将指标分为：定性指标、基础指标、核心指标、提升指标、经济指标、补充指标。其中基础指标包括灰分、硫份、粘结指数（G）；核心指标包括，反应后强度（CSR）和活惰比；经济指标包括价格；提升指标包括催化指数（MIC）、钾钠含量、吉氏最大流动度(αmax)、岩相标准偏差(SR)；补充指标包括奥亚膨胀度（b）。

将定性指标、基础指标、核心指标、经济指标、提升指标、补充指标中的各包含的子指标确定基本值，作为评定计算的基础线。具体见表1。将定性指标、基础指标、核心指标、提升指标、经济指标、补充指标中的各包含的子指标根据炼焦生产以及在焦炭质量影响中的作用赋以不同的权重值为基础分值，并以权重值为基础分值。

将定性指标、基础指标、核心指标、提升指标、经济指标、补充指标中的各包含的子指标根据炼焦生产以及在焦炭质量影响中的作用确定评定分值的大小的标准和区间范围。具体见表2。

以给定各单种煤的指标作为评定计算的基础线，以权重值为基础分值，起始分值均为100分，然后以基础指标值与待评定煤样指标值之差乘以赋分值，再乘以该指标值的权重，与该指标的基础分值进行代数计算得出该指标值的评定分值，然后将各评定分值加和计算得出总评定分值。

数学表达式为：Q=∑i1[ƒ+K（A1-A2)λ]

其中：Q—待评定单种煤总分值；

∑i1—求和，评定方法中的各指标计算值，i=1，2，……，10；

ƒ—基础分值；

K—权重；

A1-—基础指标值；

A2-—待评定煤样指标值；

λ—赋分值。

计算出总评定分值后，总评定分值与价格指标的比值作为炼焦单种煤性价比评定的最终指标，形成评价表，具体见表3；

数学表达式为：η=Q/¥

其中：η—待评定炼焦单种煤性价比评定；

Q—待评定炼焦单种煤总分值；

¥—待评定炼焦单种煤价格。

表1 炼焦单种煤评价指标明细表

该系统平台能够比较客观真实的反映炼焦煤的性能和价格，对于冶金焦炭质量管控和价格计算具有很强的指导作用，通过本发明专利的应用可以不断优化配煤技术结构，降低炼焦配煤成本，高效使用炼焦煤，产生可观的经济效益和良好的社会效益。

（五）原料低库存生产精益管理，加快物流和资金流转速度

在企业资产中，库存的数量关系到企业生产的稳定性和资金流动性，若想要提高企业的整体水平，库存管理不容忽视。

该大型钢铁联合企业股份公司为了降低进口矿库存，要求各生产单位出台一些列的降库措施。生产管理部门根据公司要求，以安全生产为前提，制定出合理的库存使用天数。生产单位严格依据计划组织生产，采购部门根据公司库存使用天数要求均衡组织到货，并严格执行公司的库存管理规定。为有效控制库存管理，对生产单位、采购单位强化技术监督和考核，每周由制造部配煤配矿管理室根据来煤情况、生产使用情况分析绘制炼焦煤周到货率、累计到货率和使用天数，并在每周一的公司早调会上全公司通报，形成强有力的监督和警示作用，营造“有人管事、事有人管”的良好局面。

四、项目实施效果及应用

（一）项目实施效果总论

1.经济效益显著，思维转变革新

创新成果经济效益显著，年经济创效1.778亿元。以铁水成本核算为核心的管理思维的变革，由生产向经营思维的蝶变。

2.智能化长足发展

配煤配矿决策系统和炼焦煤评价系统的开发与应用极大地推动公司信息化、智能化和数字化的发展与进步。

3.组织结构优化

创新组织架构，实施集中管理与提级管理，首创铁水测算工作专班制度，提升决策效率，确保技术革新与管理创新同步进行、持续推进。

4.系统应用迭代升级

铁前系统配煤配矿核心技术质得飞跃和提升，为高炉稳产高产提供根本保障，增强市场竞争力。

（二）项目实施配煤配管结构优化及经济创效

项目实施过程中，优化配矿结构、配煤结构方向，实施优化措施，取得重要成效，创造巨大经济效益。

配矿结构优化主要是降低了块矿、PB、FMG、巴西粗粉、蒙古粉配比，提高了自产精矿、高硅巴粗、区内精矿、麦克粉配比。高炉吨铁消耗矿石成本较2022年度降低17.38元/吨；增加烧结球团制造成本后高炉吨铁消耗矿石成本较2022年度降低18.3元/吨。

喷煤结构优化，无烟煤配比降低2.11%，烟煤配比提高2.67%，高炉煤比提高3Kg/T，喷煤成本降低47.69元/吨。

焦炭配煤结构优化，山西肥煤增加4.52%，有利于改善焦炭强度和粒度，降低焦粉率；蒙古焦煤增加11.56%，气煤增加3.27%，降低焦炭硫分和灰分，降低配煤成本；2023年配煤成本较2022年降低45.05元/吨。

高炉消耗焦炭成本较2022年度降低330.16元/吨。高炉燃料成本较2022年度降低377.85元/吨，其中燃料比下降5.1Kg/T，降低燃料成本10元/吨。

公司财务确认2023年实现公司配煤结构降本9957.4万元/年，实现公司配矿结构降本7826.8万元/年，为公司降本增效做出了巨大贡献。

五、项目推广

该大型钢铁联合企业生产工艺流程链条完备，生产多规格、齐品种的钢材产品，具有典型性和示范性。创新实践具有极强地可复制性、可推广性，能为举步维艰的钢铁企业的生存和发展提供一点借鉴和思路方法。

烧结-球团-焦化-高炉一体化配煤配矿决策系统软件技术先进、功能强大、适用性广泛，创效显著。

项目抓住铁水成本管理这一钢铁联合企业生存的核心和“命门”，以铁水成本管理为中心，以组织结构为基础，以智能化、信息化系统平台开发为创新手段，以配煤配矿技术与管理为抓手，以工作专班制和集中管理为突破点，成功实现了技术与管理的创新与突破。