收稿日期:2011-04-15 联系人:马西武(338001)江西新余钢铁公司原料部浅谈烧结低成本配矿马西武 彭志强(江西新余钢铁公司)摘 要:讨论了低成本配矿的方法、面临的问题及解决措施。

新(余)钢利用数学模型优化烧结配矿,初步实现了低成本配矿和原料采购指导。

下一步将从基础工作做起,收集详实、准确、完整的生产资料,为建立专家系统数据库做好准备。

关键词:烧结;配矿;成本中图分类号:TF046 4 文献标识码:B 文章编号:1000-8764(2011)05-0027-03On Low Cost Proportioning of SinteringMa X iwu et alAbstract T he met hod,problems and counter -measures of low cost propor tioning w er e discussed M at hemat ical model was used to optimize sinter ing proportioning in Xin (yu)steel,and lo w cost proportioning and raw material procurement guidance w ere realized preliminarily T he nex t step will be star ted from basic wor k and collecting detailed,cor rect and complete production data,making pr epar atio ns for establishing ex pert system databaseKeywords sintering,proport ioning,cost1 前 言目前,国内铁矿资源日益紧缺,进口矿、国内矿种类繁多、质量价格各异。

在此情况下,合理利用铁矿石资源,使之满足钢铁工业降本增效的需要,是各钢铁企业研究的重点之一。

因此,在制定烧结配矿方案的过程中,除满足其物化性能和冶金性能的要求外,还要特别考虑成本因素,实现低成本配矿,为企业在微利时代争得更多赢利空间。

2 低成本配矿的方法2 1 低成本配矿要求烧结配料的目的是在获得化学成分和物理性质稳定、合乎高炉冶炼要求、具有良好的烧结指标的基础上,尽量降低烧结成本。

一般来说,一个合适的配矿方案应达到以下四个要求[1]:(l)成分达标:满足高炉需要的烧结矿化学成分;(2)性能达标:满足高炉需要的烧结矿物理性能和冶金性能指标;(3)资源可供:铁矿石的可供资源量能满足配矿需要;(4)成本经济:在满足前三项要求的条件下烧结矿成本最低(或炼铁成本最低)。

其中(1)、(2)体现的是质量,需满足高炉要求;(3)体现的是可执行性,方案再好,资源不到位,也无法实现;(4)体现的是目标。

总而言之,要求配矿方案质量达标、成本最优、切实可行。

2 2 成本最优计算方法一般配矿方法是根据对烧结矿成分的要求,对各种矿粉进行配料计算,然后通过烧结杯试验,确定各种矿石的适宜配比和工艺参数,从而得出优质高产的烧结配矿方案。

但是,当所使用的含铁原料达十几种乃至数十种、其单位价格各不相同时,要从这些种类繁多、价格各异的矿石中优选出既能满足烧结矿质量要求,又27第36卷 第5期2011年10月烧结球团Sintering and Pelletizing能使烧结配矿成本最低的配矿方案,单凭配矿经验和简单计算是不能解决的。

基于线性规划原理开发的数学模型为解决这一问题提供了便利,运用线性规划建立优化模型即可达到上述配矿要求。

3 利用数学模型寻求成本最优配矿结构3 1 优化目标函数的设定目标函数的设定主要考虑两个: 达到目标值的吨矿成本最低; 吨度成本最低。

若按 设定目标函数,约束为烧结矿TFe 56%,运行模型求得吨烧结矿配矿成本最低方案;按 设定目标函数,不约束烧结矿TFe,运行模型求得吨度烧结矿配矿成本最低方案。

两相比较,前一方案的烧结矿吨度成本可能最低,也可能不是,这是因为后一方案求解时烧结矿T Fe允许变化,吨度成本也在变化之故。

具体采用哪个,要视情况而定。

3 2 约束条件的设定设定的约束条件可以有多个,主要包括:(1)烧结矿化学成分范围设定,如TFe、SiO2,Mg O,碱度R等。

值得注意的是,烧结矿品位、碱度等变化会影响高炉矿比、焦比、利用系数等指标,最终反映到炼铁成本上。

因此,其化学成分范围设定(特别是TFe品位)要综合考虑炼铁成本变化。

(2)原燃料可供配入量范围设定(为计算方便,可折合成配比范围输入计算模型)。

一般假定燃料配比不变,熔剂、铁料根据原料库存,采购、进场计划确定。

3 3 方案择优可分别对多目标、不同约束条件逐一进行优化,得出多个配矿方案。

综合考虑炼铁成本,进行分析比较,从中选出最好的方案。

3 4 炼铁成本变化计算以烧结矿TFe品位提高引起炼铁成本变化为例,炼铁成本变化可按以下方法估算[2]:(1)生铁成本增加部分。

TFe品位提高,烧结矿成本更高,高炉使用更高成本的烧结矿入炉,生铁成本要增加,其计算如下:生铁成本增加额(元/t铁)=烧结矿成本增加额(元/t) 烧结矿入炉率 矿比(2)生铁成本减少部分,包括节焦和增产两方面:高炉使用更高TFe品位烧结矿入炉,焦比下降,生铁成本要减少,按入炉品位每提高1%,焦比下降2%计算:生铁节焦成本减少额(元/t铁)=烧结矿TFe增加% 2% 高炉基准焦比(kg/t铁) 焦炭价格(元/t)高炉使用更高TFe品位烧结矿入炉,产量提高,生铁成本要减少,按入炉品位每提高1%,增产3%计算:生铁增产成本减少额(元/ t铁)=烧结矿T Fe增加% 3% 高炉基准产量(t/d) 吨铁纯利润(元/t铁) 高炉增产后产量(t/d)综合(1)、(2)得出炼铁成本变化额。

以上计算也可归入到数学模型中实现。

3 5 对铁矿石采购的指导对铁矿石进行经济评价,要综合考虑单烧值、吨(烧结矿)矿价格与吨(烧结矿)度价格;通过铁矿石烧结价值和炼铁价值的比较,将各种矿石按优劣进行排序,选择较优的铁矿石采购进场。

在配矿模型中输入相应约束条件,很容易得到铁矿石单烧值、吨(烧结矿)矿价格与吨(烧结矿)度价格,再进行优劣排序,供采购参考。

由于资源条件是变化的,使得以资源条件约束得出的配矿方案有一定的时效性。

随资源条件变化,配矿方案要及时再优化。

在满足烧结矿成分等要求条件下,后续资源具体要采购哪些矿种,采购多少为好,需参照不断优化的配矿方案来调整。

以下介绍一种利用配矿模型为原料采购提供参考的方法,即逐步收紧约束法。

假设烧结矿化学成分范围约束确定,放开各资源量约束,运行模型优化选择矿种及配比,存档;再根据资源条件约束已选择矿种配比,由28烧结球团第36卷 第5期模型再优化选择矿种及配比,存档;依次收紧各资源量约束,得到一系列选择矿种及配比。

这些数据显示的优先选择矿种趋势及相应配比,便可作为采购的优先次序及某些矿种相互取代的参考。

放开所有资源量约束得到的配矿方案,是在目标条件下的理论最优方案,由于资源可供量、烧结指标等因素的限制,往往是做不到的。

而其它方案也都是相对优化的方案,故要参考相对优化方案,综合考虑其它因素(如烧结性能等),从中优选出可执行方案。

当然,也可以反向操作,即在既有配矿结构的基础上,逐步放开约束来求解,结果类同。

4 存在的问题及解决措施实际上,利用已有的数学模型完全可以实现满足烧结矿成分、资源条件下的配矿成本最优。

但问题在于,烧结矿性能达标这个要求很难以数学模型来实现。

铁矿石烧结性能的差异直接影响到烧结矿的物理性能和冶金性能。

由于铁矿石在烧结过程中所表现出的行为是极其复杂的,不同的矿种具有不同的烧结性能,不同配矿方案即使在计算所得烧结矿成分相同的情况下,烧结性能也有差异。

要验证模型优选的方案是否能使烧结矿性能达标,一般都要对备选配矿方案进行烧结配矿试验。

通过试验,摸索配矿结构与烧结产、质量指标的关系以及适宜的工艺条件,并与现有的烧结产、质量指标进行比较。

如果满足烧结矿质量指标,则得到的配矿方案合适,否则,需要对配矿方案进行调优。

由于烧结试验指标有很多个(如利用系数、转鼓指数、筛分指数、成品率等等),一个配矿结构不可能每项指标都好。

在对多个配矿方案比较时,往往采取对各个指标赋予一定权重的方法来进行综合比较,从试验结果中选出较优的配矿方案用于实际生产,同时采取相应的工艺强化措施,使烧结产、质量达到高炉要求。

通过烧结杯试验可以较好地模拟烧结生产,进行工艺参数摸索和原料配比、冶金性能等方面的研究,但其试验工作量大,需要人员多,在进行机理方面的研究时也受到很大限制。

由河北理工大学研发的小型烧结试验装置(加热用高温电炉),每次试验用原燃料3kg左右,减小了配料和混料工作量,降低了劳动强度,更适合于一个人进行操作。

由北京科技大学研发的微型烧结试验装置(加热用红外线快速高温炉),是根据剖析烧结过程中的温度分布、废气气氛和不同烧结带的矿相结构而设计的一种烧结固结机理研究装置。

可以测定反映铁料高温行为和作用的基础特性,用于指导配矿。

在对配矿结构调优时,可以根据基础特性互补关系来调节,减少调节的盲目性。

5 结 语1)利用数学模型优化烧结配矿方案,为实现低成本配矿提供了有力手段。

根据不同的生产要求,通过改变约束条件,利用数学模型获得各种不同成本的烧结配矿方案,再对备选方案进行烧结试验,根据多方案技术经济分析、比较,找出经济上合理、技术上可行的烧结配矿方案用于生产及指导铁料采购,有利于更经济、更合理地组织生产,使企业获得更好的经济效益。

2)需不断丰富、扩展数学模型功能,为将来建立配矿专家系统打下基础。

现在国内外很多企业、科研院所都在研究或已经开发出烧结配矿专家系统,如日本的铁矿石烧结综合模拟模型;巴西CVRD公司应用人工神经网络模拟铁矿石微观结构与烧结性能和烧结矿质量之间的关系;上海宝钢应用神经网络技术建立的配矿专家系统等等。

目前,我厂在此方面尚处于起步阶段,难点在于找到配矿方案与烧结矿质量指标之间的内在关系。

下一步我们打算从基础工作做起,持之以恒,收集详实、准确、完整的生产资料,为建立专家系统数据库作好准备。

同时,还要密切关注国内外研究动态,学习、引进先进的配矿技术,进一步把我厂的配矿水平提升到更高层次,实现低成本配矿,为提高企业经济效益作出更大贡献。

(下转第37页)292011年第5期马西武等 浅谈烧结低成本配矿表6 各检测指标可信度及相关性系数对比方法指标可信度相关性系数抗压强度落下强度抗压强度落下强度现行检测方法蒙脱石含量 0 04450 00450 21090 067 膨胀容 0 06339 10-60 25150 0031吸水率 0 23320 22270 48190 472新检测方法改善性指数0 28850 38420 53710 6198 -0 05530 16150 05520 1478由表6可知,生球质量与现行检测方法中蒙脱石、膨胀容回归方程的可信度值很低,换言之,这两项指标无法评价粘结剂的质量;生球质量与吸水率回归方程的可信度稍高一些,相对而言其评判性略强,但总体评价性较弱,也验证了行业的公论。