烧结、高炉配矿结构优化研究与应用

于  勇    姚志超    杨世山    李士琦

（北京科技大学冶金学院，北京100083）

摘  要  总结了近年来在烧结、高炉配矿结构优化研究方面所做的工作，旨在改善烧结矿品质、降低炼铁系统成本。提出了在冀东资源条件下提高烧结、高炉综合技术经济指标的根本途径和在这一优化过程中必须注意的相关问题。唐钢二炼铁厂以烧结配矿结构优化为主，高炉配矿结构优化为辅，系统地开展了优化研究工作，优化结构在实验室试验检验之后，投入生产应用，取得了令人满意的成果。

关键词  烧结  高炉  炉料结构优化

1  前言

唐钢二炼铁厂的生铁成本占公司吨材成本的70%以上，而生铁成本构成中80%以上为主料成本，即主料成本的降低对二炼铁厂，乃至唐钢公司的经营水平起着重要的作用^[1]。

在冀东地区资源条件下，降低烧结、高炉的主料成本的可能性很小，原因是特定的资源条件固定了配矿结构模式，同样也决定了产品质量、水平长期在中低档徘徊。为了企业的生存与发展，必须打破这种传统的固有认识与配矿模式，寻求新的开放性的更加科学化的思维方式，并以此来知道配矿结构优化研究的开展^[2]。

烧结、高炉配矿结构的优化即针对国际、国内铁矿石市场的变化，对烧结、高炉所用主原料配比不断进行优化，以求达到成本最低、性能最佳，改善烧结过程、烧结矿品质、高炉顺行状态及冶炼技术经济指标等^[3]。

2000～2002年，唐钢二炼铁厂以烧结配矿结构优化为主，高炉配矿结构为辅，系统地开展了优化研究工作，优化结果在实验室试验检验之后，投入生产应用，取得了令人满意的成果。

2 烧结、高炉配矿结构优化研究的思路及原则

2.1 烧结、高炉配矿结构优化研究的思路

⑴利用进口铁矿石低SiO₂的特点来改善冀东资源条件下高SiO₂烧结矿的一些缺点，提高入炉品位，降低渣量。

⑵充分研究利用冀东地区铁矿粉市场和国际铁矿石市场上各矿种的可用性及价格变化来满足最终降低生铁成本的要求。

⑶随着配矿结构的优化，烧结、高炉综合技术经济指标的改善，大幅度减少粗糙劣质的熔剂料及燃料消耗。

2.2 烧结、高炉配矿结构优化研究的原则

⑴利用冀东地区铁矿粉和国外铁矿粉的优势互补，改善烧结矿矿相结构和冶金性能，来满足高炉操作在进一步降成本过程中的新要求。

⑵充分考虑国外块矿在高炉内的冶炼行为及对操作的影响。在减少渣量的同时，充分考虑炉渣成分的合理化要求。

在满足工艺技术上合理搭配的同时，寻求最佳的价格上的合理搭配。

⑷遵循大船原则和码头贮料原则，以降低运输费用和弥补厂内贮料能力的不足。

3 烧结、高炉配矿结构优化研究

3.1 烧结、高炉配矿结构优化研究阶段

唐钢二炼铁厂烧结、高炉配矿结构优化研究于2000年开始，经历了如下阶段。

⑴初期阶段。主要是国外铁矿石品种及相关技术资料的收集、分析、研究，对优化技术的学习掌握，对优化结果的实践检验，编制计算机优化软件并应用等。

⑵发展阶段。重点是烧结配矿结构的优化。期间本着烧结矿降SiO₂含量这一宗旨引入了品位较高的印度矿粉，同澳洲哈默斯利矿粉搭配使用。为检验优化结果的可行性同时开展了以改善烧结矿品质为目的的实验研究并取得可喜成果。

⑶成熟阶段。针对国际铁矿石市场的大幅度变化（巴西矿区为求生存而大幅降价），全方位对烧结、高炉配矿结构进行优化。标志之一是：烧结进口矿粉品种增至澳矿粉、印度粉、巴西精粉、巴西粉、进口矿粉总配比由8%增至40%，高炉进口块矿品种标得到大幅度改善，烧结矿品位由53.04%增至56.72%，烧结矿品质及返矿率大幅度改善，烧结熔剂用量大幅度降低，高炉入炉品位由55.1%增至58.2%，入炉焦比大幅度降低。

3.2 烧结、高炉配矿结构优化的实验室研究工作

⑴实验室研究工作内容

①对优化结果中进口矿单品种物料对烧结过程及烧结矿品质的影响进行研究；②对优化结果进行烧结杯试验及相关工艺参数测定、烧结矿冶金性能检测分析；③对存在问题进行理论研究并提出方向性改进措施。

⑵实验室研究结果

通过上述实验室研究工作，检验各阶段配矿结构优化结果的可行性，目的是改善烧结矿品质。实验室系列研究取得以下结果。

①当澳矿粉含量为8%以上，烧结矿碱度CaO/ SiO₂在1.0～1.7时，烧结矿强度出现低凹区，因此应维持烧结矿碱度CaO/ SiO₂高于1.8；②烧结矿中含量SiO₂大于6.0%时，是造成烧结矿粉化的主要原因；③配加印度粉可改善澳矿粉对烧结矿强度的影响；④巴西精粉适宜配比为10%，超过时由于其反应性较差将影响烧结成品率；⑤高炉渣中MgO含量以8%～12%为宜，烧结矿中MgO含量以2.5%为宜；⑥巴西块矿热爆炸性能是限制其配比提高的原因，适宜配比为10%以下。

3.3 烧结、高炉配矿结构优化研究应用结果对比

唐钢二炼铁厂配矿结构的优化工作首先着眼于降低烧结矿中SiO₂的宗旨，2000年开始从烧结混匀矿配料优化到高炉炉料结构优化，期间边研究边应用，取得了较理想的效果。表1、2是2000～2002年烧结混匀矿配比组成和烧结矿成分。从表1、2中看出，在烧结配矿优化研究的不断深入过程中，随着印度矿粉直至巴西矿粉的配入，进口矿粉配比逐渐增加，唐钢自产精粉和河北地方精粉配比逐渐降低（澳矿粉配比基本稳定在13%～14%），烧结矿品位则逐步提高，SiO₂含量下降。目前烧结矿MgO含量趋于稳定在2.6%，二元碱度CaO/ SiO₂则稳定在1.86上下。

      表1 2000～2002年烧结混匀矿配比组成（%）

      表2 2000～2002年烧结矿成分

表3～5是2000～2002年高炉配矿结构组成、高炉入炉品位、矿耗、成本以及高炉生产技术经济指标。从表3、4看出，唐钢高炉的炉料结构基本稳定在75%烧结矿+25%酸性炉料（球团矿、生块矿），以巴西块矿替代部分澳块矿是高炉配矿结构优化过程的典型特征。说明随烧结矿品位逐步提高和高品位优质巴西块矿的配入，高炉入炉品位不断上升，吨铁矿耗持续下降。尽管入炉综合矿单价升高，但吨铁入炉矿成本仍有较大程度的降低。表5的高炉生产结果表明，唐钢通过烧结、高炉配矿优化研究工作并投入实际应用，在高炉煤比和小焦比有所增加的情况下，入炉焦化和综合焦比即燃料比仍然明显下降，铁产量大大增加，说明高炉透气性良好、顺行改善，吨铁成本大幅降低，取得了显著的经济效益。

     表3 高炉配矿结构组成（%）

    表4 高炉入炉品位、矿耗及成本

     表5 高炉生产技术经济指标

4 结语

在冀东资源条件下，充分利用冀东地区铁矿粉和国外铁矿粉的优势互补并进行合理搭配，是烧结和高炉配矿结构优化、改善烧结矿品质、降低炼铁系统成本、提高烧结和高炉综合技术经济指标的根本途径。在这一配矿结构优化过程中，重视各种铁矿石的特性并借助实验室试验进行系统研究是确保优化结果可靠性的必要手段。