烧结矿配料方案与质量预测的优化

该文章主要探讨了以理论推算为主，根据铁矿粉物料成分建立不同配比方案，再以实践累积经验为辅组建系统烧结矿配料方案。此配料系统方案的建立，克服了烧结原料品种变换频繁带来的质量波动，稳定了混匀料和烧结矿（铁矿粉）的化学成分。

1 前言

    炼铁以精料为本，烧结矿质量是高炉优质、高产、低耗的基础，混匀料成分的稳定则是烧结矿质量的保证。受国际矿产品供求关系紧张等因素的影响，型钢烧结厂两台265 m2烧结机自2004年4月、7月先后投产以来，烧结生产用料一直呈现出矿源复杂、变换频繁的趋势，2004年下半年所用铁矿粉高达15种，尤其在7～9月，因雨季卸车困难、料种短缺，整堆称重配料中变换配比最频繁时高达7次重量，致使混匀料TFe平均偏差跌至0．378、SiO2平均偏差跌至0．356，给烧结矿的稳质高产带来了极大困扰。

2  配料工艺及存在问题

2．1  配料工艺

    如图1所示，配料生产工艺主要是将各种物料(铁矿粉)按预定比例配合混匀，再添加适当辅料送至烧结机焙烧。从宏观上讲，国内铁矿粉多是地方小矿，其优点是成本低廉、运输方便；缺点是品位低、品种多、波动大，与“精料生产”方针不符。进口铁矿粉品位高、理化性能指标稳定，但其运输困难、成本太高，尤其进入2005年后进口矿产品价格更是一路飙升。综合现有技术和经济条件，通常把多种铁矿粉配合混匀，通过相互作用和交叉影响达到平衡目的。这使得配料比例的确定和质量预测有着很强的非线性特征，难以进行单因素分析，质量预测与烧结配料方案的确定变得复杂，烧结矿的质量控制问题也相应复杂化，物料及辅料的种类越多，越难以把握物料配比。

2．2  烧结矿配料存在问题

在烧结配料工艺中的最大难题是：缺料种。缺料所引发的问题有：(1)缺料种配料；(2)代料种配料；(3)换配比称重配料。

  “缺料种配料”会引发混匀料成分波动，唯一的补救措施是尽快将所缺料种如数均匀补撤到混匀料堆上。根据实际累积经验值，当缺料量≤3％时，混匀料成分尚能满足偏差要求≤0．2；当缺料量＞3％时，混匀料成分将超出偏差要求＞0．2。“代料种配料”会加大混匀料的成分和理化性能差距，其差距大小取决于替代料种双方的成分和性能差距，因此替代料种成分要尽可能相似。而同一预测质量本身就具备不同的配比方案，因此“换配比配料”如果计算得当，原则上不会引起太大波动。

3  系统配料方案

    一个完善的配料方案必须解决5个基本问题：(1)、选用哪几种物料；(2)、确定怎样的配比；(3)、预算混匀料、烧结矿的化学成分；(4)配料成本；(5)预算烧结矿的性能指标。

    配料规律和知识的总结是建立系统配料方案的关键环节，由于烧结配料制约因素繁杂，许多机理方面的问题还没有解决，目前学术界的配料专家也很难全面、明确的表述配料规律和知识，这给系统配料方案的建立带来了很大的困难。针对此现状，确定在知识的获取和系统配料方案的建立上，采用科学理论推算为主、实际经验累积为附的办法，即首先利用“能量守恒定律"和现代电算知识，根据物料成分建立不同配比方案，推算其对应的化学成分和配料成本等，预测其质量指标，初步建立起“系统配料方案”；再在实际应用中逐步完善各配料方案对烧结矿的影响。本系统的特点是：正向预测质量指标，反向推算料种配比。其原理图如下：

    其函数关系可表达为：

 在建立系统配料方案时，我们取变量Xi(i＝1，2，3……，n)为各物料及辅料的用量百分比(配IL)，输出变量Y为烧结矿的某种质量指标，如：筛分、碱度、还原性等。一个配料方案为一组输人变量，称为一个样本，每个样本都对应着一组质量指标。将这些样本逐次输入计算网络，反复模拟预算，结合实际经验值，最终就会形成一组对应质量指标的配料模型，形成一个方便实用、反应快捷的系统配料方案。 

    建立起较为完善的系统配料方案后，可以根据要求质量指标，沿不同坐标方向轮流进行搜索，直至找到最优组合点为止

4质量预测与配料方案的优化

    一个配料方案实际是一个物料配比与质量指标的函数关系

式。因此，将选取物料及其配比带人计算公式，得出相应质量指标，这就是“质量预测”。企业追求的是效益，从效益角度出发，质量指标往往并不要求极点，而有一个度或最佳结合点。配料方案的优化，就是根据企业需求，反向寻求最佳配料方案。

    例如：从某一配料方案开始，保持其它物料配比不变，每调整一次物料1，都将新方案带人上述函数公式，得到一个确定质量指标值，若干次调整后，选出其极值，并记住相应物料1的配比。在此基础上，再用类似的方法调整物料2的配比，以此类推，直至所有物料。如果结果不满足要求，可变更起始计算物料料种，重复上述计算，直至满意为止。为适应生产需求，实际确定配料方案时，应制定出2～3个应急配比方案，以备应用。

5  配料方案的实际应用

    通过制定系统配料方案，我们对2005年混匀料生产采取了科学的成分预控，改善了混匀料生产的被动局面，混匀料平均月产量较2004年提升了37％，Tfe波动平均降低了0．45％。2005年11月型钢烧结厂虽然频繁出现一次料场缺料换配比现象，TFe平均偏差仍提升到了0．198、SiO2平均偏差提升至0．156烧结矿综合合格率高达95．30％。多年的生产实践证明，Tfe波动每降低0．1％，烧结矿产量提升0．28 ％，固体燃耗降低1．2％，高炉产量提升0．56％。

配料系统方案制定繁琐，但基层烧结矿配料配比调节简便易行。因为：(1)、实际生产中配比往往是基本固定的，只是偶尔因某个料种缺货造成调配比，只需要一唯搜索即可得到满意效果；(2)、质量指标虽然影响因素不固定，但其主要影响因素一目了然，调节指标只需对主要影响物料进行变动，往往一唯搜索即可得到满意效果。如：烧结矿MgO含量偏高，对应原料中只有智利、张精MgO含量偏高，则只需考虑调这两种物料配比即可得到满意效果；(3)、建立系统配料方案后，只需搜索，操作简单，易于初学人员迅速掌握。