优化入炉结构实现成本最低研究

王盟

石横特钢集团有限公司炼铁厂，中国·山东 泰安 271612

工艺控制标准；配矿结构；经济料；生产工艺

1 引言

入炉结构优化工作是我公司长期坚持开展的一项重点研究课题，项目的持续开展为我公司近几年增加了巨大经济效益。但随原燃料整体质量水平的逐年下滑、环保管控力度的加大，配矿结构优化空间变小。同时在增加经济料消耗后，烧结矿质量及产量控制难度增加，高炉稳定运行水平及指标提升也面临了一定的压力。另外因高炉冶炼强度提高，高炉对于精料的控制要求也相应提高。2019年围绕以上问题炼铁厂进行有针对性的重点研究，提出了多项管理及技术应对措施，有效地推动了结构优化工作的开展，降低了生产成本。

2 优化工艺质量标准

2.1 有害元素控制

结构优化工作开展的先决条件是要守住生产、质量稳定的红线，近年来炼铁厂依据实际原燃料质量、高炉炉型及周边钢企控制经验等，制定了入炉有害元素控制标准：锌负荷不超0.35kg/t、碱负荷不超3.8kg/t，尤其重点控制钾元素入炉负荷，日常配矿中烧结矿、球团矿K2O 含量分别控制不超0.06%、0.07%。每周对入炉锌及碱金属负荷进行计算、平衡，制定《高炉排碱、排锌管理办法》，出现富集时，按照确定的工艺控制标准，调整炉渣碱度、炉渣流动性及布料制度等，进行排锌、排碱操作。

2.2 烧结矿质量控制

2019年，高炉冶强大幅提高，烧结机提产压力增大，生产模式的变化，进一步要求烧结提高成品矿质量，2019年烧结矿低温还原粉化指数在公司管控标准65%的基础上提高了要求，按不低于68%控制。同时为提高烧结主要操控及管理人员质量服务意识，制定烧结矿粒度质量评价标准及考核办法，其中烧结矿10～25mm 粒级、＜10mm 粒级标准分别按≤47%、≤26%控制。

3 科学经济配矿

3.1 理顺配矿思路

2019年，矿石价格震荡运行，在参考各品种铁料性价比排序的同时，根据我公司实际生产应用效果，并结合其它钢企、院校的研究成果，对我公司配矿主结构进行优化。在烧结矿化学成分按方针控制前提下，以长期稳定配用2～3 种理化品质及烧结性能均较好的富矿粉，外加不低于15%国产精粉为原则组织烧结配矿，主体结构的富粉加精粉总配比控制在55%左右，该结构可确保烧结料的整体粒度、制粒效果及烧结性能满足日常烧结过程控制要求。

3.2 常用矿粉烧结性能指标及配矿方案确定

表1 常用矿粉烧结性能参数

依据各品种矿粉试验性能指标及实际应用效果，技术科对常用矿粉的烧结性能进行了评价，选择了同化性、高温液相下流动性及冷却过程中粘结强度均较好的纽曼粉[1]、巴西混合粉这两种矿粉作为烧结主配矿结构，并配用部分酸性精粉，以提高烧结矿强度。2019年我公司精粉开发品种及数量较多，因酸性精粉有利于改善矿相整体粘结强度，炼铁厂对烧结、球团精粉结构进行优化，烧结重点提高了东平宏达、中钢苍山等质量较稳定的酸性精粉配比，适当下调了鲁中、金岭等碱性精粉配比，该部分碱性精粉由球团配用消化。经优化后烧结配矿主结构确定如表2所示。

表2 烧结配矿主方案

在配矿主结构确定后，其它可配用部分性价比较好的经济料，2019年该部分配比控制5～10%。

3.3 特殊情况下的配矿预案

正常情况下纽曼粉、巴混等主流矿现货资源是较充足的，我公司BHP 及Vale 长协资源也以该类矿粉为主，但现货市场资源受价格、钢企消耗等不确定因素影响较大，会出现短期内资源短缺甚至无货的情况。针对该问题，炼铁厂一方面与采购部门及时沟通，降低纽曼粉或巴混配比，提前对烧结主配矿结构进行调整应对；另一方面制定了纽曼粉、巴混断料情况下的配矿预案，具体如表3所示。

表3 烧结配矿预案

在烧结无法配用纽曼粉、巴混时，烧结配料结构按以上方案执行，其中作为日常配矿用的副矿品种如FMG 粉、麦克粉、超特粉暂停采购及配用，配用理化指标及烧结性能相对较好的PB 粉、巴粗及岩迪粉代替纽曼粉、巴混，可实现配矿结构及生产调整的平稳过渡。

3.4 适当配用部分经济料

烧结主配矿结构优化后，进一步稳定了烧结过程及烧结矿质量，在此生产条件下，炼铁厂及时对经济料的使用问题跟进研究，积极开发使用新品种矿。

经济料多为铁品位低、硅铝含量及有害元素含量较高的含铁料[2]，按照单一性价比公式测算其倒折成本对比主流矿性价比优势在10 美元以上，但实际上该类料存在品质波动大、烧结配矿后影响入炉品位降低等问题，从分厂、公司范围上讲，其在烧结的使用有使系统成本升高的潜在风险，因此经济料使用效益问题应利用综合配矿模型，并结合实际生产指标变化等，进行系统测算后确定。按照以上原则，在确保生产稳定及系统效益最大化前提下，对比2018年，2019年提高了经济料使用量，截止11月份经济料总消耗达15.0 万t，创效889.17万元/年。其中新开发使用的矿有WPF粉、吉布森粉、泰和矿、伊朗粉、朝鲜粉、南非块（低品位）。具体使用数量、效益如表4所示。

表4 经济料使用品种、消耗量及效益

3.5 提高烧结精粉配比

2019年随周边矿山开工率的提高，精粉供应较充足，其对比外矿的价格优势达到4 美元/吨以上。为降低烧结配矿成本，2019年下半年对如何提高精粉配比问题进行了重点研究，主要工作有以下两点：一是在块矿对比粉矿有性价比优势时，高炉提高块矿入炉比例、降低烧结矿消耗，在烧结产量压力较小，通过优化配矿结构，烧结可适当提高精粉配比。二是通过优化烧结工艺细节，为提高精粉配比创造技术条件。2019年通过优化配混系统加水方式及布料系统、提高混合料料温、改善混合料制粒效果等措施，精粉配比逐步由上半年的18%提高至22%，按对比外矿优势4 美元/吨测算精粉消耗增量可创效246.76 万元/年。

4 优化生产工艺、合理组织生产

我司高炉冶强提高后，烧结产能压力持续紧张，正常生产时烧结矿入炉比例仅可维持在71～72%。进入采暖季烧结阶段性停限产，烧结矿入炉比例降低至不足70%，高炉被迫增加了性价比较差的外购烧结矿及块矿配比。为最大程度减少外购烧结矿及块矿消耗，降低高炉配矿成本，通过优化生产工艺，10月份后两台烧结机日产始终稳定在13900t 以上，大烧结日产突破9100t，并组织老3#烧结复产，主要工作开展如下。

4.1 提高混合料温度与强化制粒

混合料经二混制粒再由皮带倒运、分料漏斗碰撞时料温会出现降低，且水分蒸发严重，不利于稳定混合料成球性及烧结生产过程，通过以下措施可有效减轻以上现象。

（1）提高并稳定二混蒸汽压力至0.3Mpa 以上，把二混圆筒内的蒸汽管道改造为安装在出料端，并使通入蒸汽直接与物料接触。这样蒸汽预热完的物料直接通过皮带运输走，比原来的头部安装蒸汽管道减少了一段距离的蒸汽发散。

（2）在蒸汽管道进入圆筒前500mm 的位置开孔增加一处水管道，加入一定量的水通过蒸汽管道喷入圆筒内，使水能够更均匀的与混合料接触，提高了混合料中＞3mm 小球的比例，使烧结过程表现出良好的透气性，也为精粉比例提高创造有利条件。

（3）改进一混加水方式，把原直径100mm、长10m 的水管截去一半，将头部接进去的水管喷头按圆弧形安装在进料斗正面和两侧，正面的喷头与直冲下来的物料成垂直角度，两侧喷头方向呈V 形顺物料而下，90%的水分由头部水管加入；另一路水管竖向加在一混进料端的皮带上面，水管上面加装喷头使水直接喷在生石灰上面，改善了石灰粉消化效果及混合料成球性，也减少了扬尘。

4.2 优化烧结布料系统

1#烧结机上采取圆辊+多辊的布料方式，长期以来因烧结产能压力大，烧结料层厚度偏低，多辊布料器下沿离烧结料面距离大（达300mm），混匀料下料轨迹是垂直落到台车上，很大一部分大颗粒到不了烧结台车底部，布料偏析效果差，同时会产生压料现象，影响烧结料层透气性。通过增设反射板可有效解决该现象，具体做法：在多辊布料器下方，沿料流运动方向安装一块长3m、宽350mm 的反射板，将落料点与台车上沿距离缩小至30～50mm，改变混合料下料轨迹，可使一部分混合料大颗粒落到烧结台车底部，布料偏析趋于合理，减轻压料现象，改善烧结料层透气性[3]。

4.3 做好老3#烧结复产工作

按单一性价比公式测算，2019年大部分时间内块矿倒折成本对比粉矿、烧结矿均倒挂，为提高烧结矿入炉比例，降低块矿消耗，2019年炼铁厂对老3#烧结阶段性生产运行方式中涉及的相关问题进行了研究，通过分析现场工艺流程及设备运行情况等，制定了老3#烧结临时复产方案，解决了三条烧结机并行生产时的原料供应、物流运输、生产人员组织及设备维护等问题。2019年老3#烧结阶段性复产期间生产运行稳定，1～10月份累计完成产量15.85 万t，按全年对比块矿优势3 美元/吨测算代替块矿可创效332.85 万元/年。

5 结语

通过优化入炉原料结构可有效降低生产成本，但结构优化的过程往往伴随着原料质量下滑以及生产指标的退步，需针对性地采取管理及技术应对措施，确保生产及质量稳定。目前，对于含铁料价值的评估还是以单一性价比公式测算为主，实际生产中部分含铁料对炼铁指标的影响在性价比公式中未体现，需对性价比公式作相应修订。对于部分经济料的烧结性能、冶金性能及在生产中的应用缺乏较深入的研究，需进一步总结配矿结构调整对工艺参数、技术指标及质量变化的影响。