降低生产成本提高混匀矿产质量

降低生产成本提高混匀矿产质量

冯二莲 冯士俊 张政文

(山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂)

摘 要：太钢原料场自投产以来，通过不断改进配料、堆料及取料作业过程，克服原料场建设面积狭小和原料保供不均衡等诸多困难，充分挖掘潜力，形成太钢独特的原料保供和混匀生产工艺技术，不仅显著降低生产成本，而且提高混匀矿产质量，实现效益最大化，具备年产520万吨混匀矿的生产能力。

关键词：生产成本 混匀矿 产质量

1 概况

太钢原料场自2006年7月投产以来，在积极消化国内外混匀工艺先进技术的基础上，结合自身原料组织和原料场布局，通过持续不断技术改进，强化原料管理、操作管理和设备管理，通过科研试验和建堆混匀实绩，改进配料、堆料和取料作业过程，克服原料场建设面积狭小，原料保供混乱不均衡和混匀矿生产系统设计缺陷等诸多困难，充分挖掘生产潜力，立足自有设施及工艺条件，形成太钢独特的原料保供和混匀矿生产工艺技术，不仅显著降低生产成本，而且混匀矿质量由投产初期的σTFe0.477，σSiO₂0.28稳步提高到σTFe0.392，σSiO₂0.191，达到国内先进水平，很好地满足450mm²烧结机精料要求，实现效益最大化，具备年产520万吨优质混匀矿的生产能力。

2 太钢混匀矿生产工艺技术研究背景

太钢450m²烧结机和4350 m²高炉2006年7月建成投产，标志着太钢具有现代化的烧结和炼铁生产技术装备。为适应大型烧结机和高炉精料方针，太钢原料中和混匀料场相继建成投产，它的建成标志着太钢拥有原料混匀工艺及设施，新建原料场担负着两方面的任务，一是烧结机和高炉所需原料的存储管理及输出，在一次料场完成；_是烧结含铁原料经过中和混匀得到混匀矿并输出，在二次料场完成，为新建原料场的主体部分。

太钢原料场配置一次料场占地4.8万平方米，八个料条设计储料量42万吨，所属设备一台堆料机堆料能力1200t／h，一台取料机取料能力1000t／h，二台堆取料机堆取能力均为1200t／h。预配料系统16个配料仓，两系列各8个仓，单仓有效容积均为180m。，采用三米圆盘给料皮带电子秤计量配料。二次料场占地3．2万平方米，四个料条设计储料量38万吨，所属设备两台混匀堆料机堆料能力均为1200t／h，三台混匀取料机取料能力均为1000t／h。

太钢拥有五台烧结机，两台90 m²烧结机组和两台l00 m²烧结机组为烧结旧系统，一台450 m²烧结机为烧结新系统；拥有二座高炉，一座1650 m²高炉和一座1800 m²高炉为高炉旧系统，一座一4350 m²高炉为高炉新系统。正常情况下为烧结旧系统保供高炉旧系统，烧结新系统保供高炉新系统，一烧结机组对应一高炉的生产模式。太钢原料场受限于占地面积和投资等因素，设计混匀矿生产能力为450万吨／年，仅能保供一台450 m²烧结机生产所需，两台90 m²和两台100 m²烧结机组所需铁料采用单品种保供，仍未实现原料中和混匀。

原料场投产初期，由于缺乏管理经验，原料储量和混匀矿产质量水平未得到发挥，混匀系续作业周期短，混匀矿产能接近设计水平，混匀矿质量稳定性差，仅为σTFe0.477，σSiO₂0.28未能满足450m²烧结机精料要求，尤其原1250 m²高炉扩容改造为1800 m²高炉后，高炉所需原加2700吨／天，烧结铁料数晕增大品种增多，以及随着450 m²烧结机达产达效产能不断发挥和质断提升，原料场储能和保供任务更加艰巨，迫切要求混匀矿产能提高1400吨／天，同时对混匀量捉出更高要求σTFe≤0.4，σSiO₂≤0.2。

炼铁能耗成本约占钢铁生产总能耗成本的70％，烧结铁料和混匀矿作为烧结主料，其输送和混匀矿产质量与烧结矿产质量、固体燃耗密切相关，对高炉获得高产优质低耗的炼铁技术经标将起到非常重要的推动作用。

鉴于以上因素，太钢迫切需要提高原料储能，加大原料输山能力，加强混匀矿生产工艺技究，如何能够挖潜原料场的潜能，降低生产成本，为450m²烧结机提供化学成分和粒度组成满意质混匀矿将成为炼铁厂的工作重心。

3 降低生产成本提高混匀矿产质量措施

原料混匀是一项涉及很广的系统工程，通过对国内外同行业生产经验调杏与资料分析，找出影响太钢原料储能和输出能力以及混匀矿产质最的主要冈素，并针对太钢特有的原料条件和原料场布局设施，采取有效措施加以改进。

3.1 强化入厂原料管理，降低原料保供成小，达到原料预混匀效果

高炉和烧结所用的原料先经过一次料场落地堆放然后取料输出，混匀矿则是由堆放在一次料场的多种铁料经过取料、配料、平铺堆料、直取混匀形成。可见入厂原料质量管理和一次料场原料堆放管理直接影响输出原料质量，如果单品种原料化学成分波动大，一次料场原料堆放混乱造成工艺混料，将兀从淡起稳定输出原料质量。

随着烧结产能的捉高，太钢白产矿粉将显得不足，外购进口粉比例逐渐增多，受全球铁矿粉资源紧张局势的影响，进口粉的供给不稳定不均衡，更不能按优化配矿乩种采购原料，烧结处于采购什么用什么的被动局面，为维持生产不得不频繁变料，有时甚至出现理化性能差异很大和配比较大的原料互相替代，影响烧结料化学成分、粒度组成、烧结性能大起大落。

针对以上情况，采取如下对策加以改进：

3.1.1 新品种原料入厂要求供方随料附带原料理化性能，要求原料采购部提前二天告知来料情况，一次料场提前做好新料堆放管理工作，确保不同品种原料分堆存放，方便快捷取料输出，减少原料倒搬费用和因流洒而造成混料、原料损耗及环境污染。

3.1.2 动态掌控原料平衡减少原料波动

加强原料采购协调沟通，在有限原料资源下合理配矿，改善烧结料质量。定置管理料条，准确盘点原料储量和用量，动态掌握原料平衡，严格控制原料储量(详见表一)，均衡稳定经济保供原料，杜绝突发性和较大幅度变更原料配比。生产实践得出变更原料配比时严格遵循：某品种配比≤5％时允许替代量≤2％，配比5～10％时允许替代量≤4％，配比10～15％时允许替代量≤6％，配比15～20％时允许替代量≤8％，配比≥20％时允许替代量≤10％。

3.1.3 优化一次料场作业线和料条布置

原设计一次料场料条布置仅供烧结使用三种进口粉，因全球铁矿粉资源紧张局势，进口粉增加到六种以上，使原本场地狭小的一次料场输送系统流程非常复杂，料条布置非常紧凑，甚至有混料现象发生，对此运用运筹学原理及物流技术，建立原料作业线优化模型，科学配置料条，不允许同品种原料占用多个料条及多种原料底料混杂堆积，严格大宗原料定置料条，杜绝工艺混料，简捷顺畅作业程序，杜绝倒搬和迂回运输，减少交叉作业和无效走行时间，大大降低原料输出成本。

3.1.4 盘活货位，增大储能，提高有效载荷率和输出原料质量。

按照物流路径、用料量和周期规划货位，消化多年堆放不用的死料，盘活主货位12000m²，整合扩大料堆，减少矿粉损耗，避免料堆间交叉混料，稳定原料质量，提高料场有效载荷率，储能由31.5万吨提高到45万吨，提升原料输出效率。同时主料并列错位布置，在翻车机堆料时仍不影响混匀矿造堆取料，提高翻车和混匀矿堆积效率。

通过堆取料司机技能培训和练兵实操比武，堆料料条达到“顶同线，侧同面”，严格层高2.5～3米，料流800～1100t／h分层取料，取料运输能力从600t／h提高到850t／h。

为有效利用一次料场空间，拆除、移置、规整一次料场有关设施，新增料条长400m×宽16m×高9.9m，可储矿粉7万吨。

3.1.5 充分发挥一次料场预混匀作用

根据不同特性原因料，采用不同堆料方式进行预混匀作业，力求减小因粒度偏析助长化学成分波动。采取旋转分层分段取料方式保证取料量均衡稳定，达到原料初混效果。通过分段取料充分利用料场先堆先取，提高料场利用率和设备作业率。

3.2 改进混匀矿生产过程，提高输出混匀矿质量

太钢原料混匀系统包括一次料场、配料系统和二次混匀料场三部分，这三部分之间由众多料线相连接，必须使二者成为一个有机整体才能充分发挥混匀效能。随着混匀矿生产规模扩大和生产节奏加快，中控有效发挥其指挥协调能力，及时获取生产设备等方面信息，合理选择配料品种进槽时间，准确把握原料品种切换时间，提高带料效率。协调好进料与取料作业，平衡堆料机、取料机、堆取料机的作业率，减少设各启停次数，设备连续运转最大化。

太钢设计混匀矿堆高12m，层数3640层，给料量1200t／h，实际生产中受限于配料加槽能力不足和阶段性保供烧结旧系统单品种铁料，打破混匀矿堆积作业连续性。对此一方面协调好烧结新旧系统带料储料工作，制定原料安全保供管理制度和混匀矿堆积质量保证方案，严格明确堆料、取料、配槽、混匀矿堆积等质最控制和考核制度，保预配料槽储料互保不间断，另一方面改进配料设施和工艺实现互保并无扰切换功能，为混匀矿连续准确配料创造可靠的设备功能条件。

通过生产实践，证实了预配料室原料配槽是影响混匀矿质量的关键因素之一，冈此以原料性状为突破口，兼顾含铁品位高低和原料特性进行合理配槽。特殊品种原料(如水分较大、SiO₂含量较高等)尽量分配在中间配料槽；粘性较大原料，在槽位配置上拉大间隔减少结块，减轻粒度偏析和化学成分偏析；配比较大原料，配置多个槽位，提高原料颗粒疏散度；充分利川太钢预配料室的设备优势，配料槽两个系列同时作业。通过实施以上配槽原则，改善混匀矿各组分原料分散度，减小混匀取料机靶齿移动阻力，利于取料过程中物料沿着料堆横截面自由落下，混匀矿各组分中和充分，质最稳定。

太钢450m²烧结机混匀矿由50％白产磁铁精矿粉和40％以上进口富矿粉以及少量杂矿粉组成，其原料特点是自产磁铁精矿粉粘性大，粒度极细，偏析影响小。混匀矿以人字形往返走行平铺等量堆积，理论上料层之间相互平行且每层料量相等，但实际生产中做不到，随着料堆增高，料层愈来愈薄，再加上粒度偏析的影响，导致各层平行度差且厚薄不匀。原设计及投产初期混匀矿堆积采取人字形往返走行“定起点、定终点”方式，产生的端部料量很大，且太钢混匀矿生产无端部料处理工艺，取料过程中将端部料和胴体料一并截取，影响混匀矿粒度均匀和成分稳定。对此改进混匀矿堆积方式，采取“变起点、定终点”九段堆积法，端部料量大幅减少60％，缓解了料层厚薄不一和粒度偏析问题，并改进取料设施，双斗轮取料机能够同时从料堆边缘和中部全断面纵向截取，取料过程中保持料堆断面平整不塌料，从料堆断面均匀切取混匀矿。

3.3 提高设备功能精度满足工艺要求

混匀矿质量与否设备是保障，针对投产初期设备缺陷和生产中暴露出功能精度不能很好满足工艺要求的问题，进行如下设备改进。

改进混匀堆料机限位器和极限开关，解决因限位和极限失灵造成频繁起停设备。

调整混匀堆料机走行编码器，杜绝混匀矿堆积过程中编码错误。

混匀堆料机料位监测器由水银开关改进为雷达检测开关，杜绝开关失灵问题。

混匀取料机增加耙齿数并改进其分布，多粑齿划料，既起到进一步混匀的作用，又起到均匀划料均衡给料的双重作用。

改进混匀堆料机层厚控制系统，控制堆料机悬臂落料对正对中，保持堆料往返过程中平铺厚度相同，尤其是料堆三角断面的斜面铺料厚度相同，达到混匀矿均匀平铺的目的。

完善混匀堆料机智能控制模块，提高混匀矿生产工艺技术水平。

3.4 革新烧结旧系统原料保供方式，实现工艺创新，收到可观效益

料场投运以来，烧结旧系统一直实行铁料单品种保供生产模式，精矿库需存放5种以上铁料，储量小且矿粉之间交叉混料严重，其中综合粉等小品种料靠汽车保供。

2008年10月在公司降本增效的引领下，开拓思维创新提出一种主料搭配2～3种小品种铁料通过混匀造堆，形成小混匀矿后供旧系统使用，规整二次料场开辟出小混匀矿料条，周密制定小混匀矿造堆方案，充分发挥原料场混匀功能和原料保供能力，快捷高效保供原料，减少原料倒搬量6500吨／日，节约倒搬费4万元／日，创造可观经济效益，同时精矿库矿粉品种减少到2～3种，彻底解决工艺混料现象，烧结矿质量稳定性提高，是一举双效的革新

3.5 积累经验建立生产应急档案，原料保供无任何事故发生

太钢原料场除部分皮带机有通廊和预配料室有厂房外，堆放原料和堆取料设备均为露天作业，无论是原料保供还是混匀矿生产过程都要经受气候气温的考验，降雨天皮带机极易打滑和粘料，混匀矿各组分的流动性变差，尤其是大雨、大雪和严冬，极易引起设备频繁停机，这些不可抗拒的白然件给原料保供和混匀矿正常生产带来极大的困难。

太钢原料场在经过了两个春夏秋冬轮回周转后，逐渐体会并经历积累了特殊气候下生产应急档案，已经具备冬季、大雪、暴雨、大风等恶劣天气下原料保供能力，投产连续两年多从未发生任何设备事故和原料断供事故。

4 实施效果

太钢立足白有原料场设施和工艺条件，在不增加原料场建设面积和不追加设备投资的情况下，依靠设备改进、丁艺技术研究和物流管理进步，丰富技术措施和操作经验，满足烧结增产高炉扩容产能提高的需求，混匀矿生产能力由440万吨／年逐步提高到520万吨／年，混匀矿质量指标稳步提高名列国内前茅，为450m。烧结机增产提质降耗奠定良好的原料基础，为清洁生产保护环境做出突出贡献，实施物流高效快捷保供年创效益8000余万元。

5 存在问题及改进方向

太钢原料场无论从储能还是混匀矿工艺技术装备水平，距宝钢差距很大，混匀矿输出仍采用人工间歇取样，混匀矿堆积尚未实现全智能控制，混匀矿生产无端部料处理工艺，技术装备水平有待提高和改进。针对目前存在的问题提出如下改进方向。

5.1 目前一次料场物料仅能定点堆积，将改造一次料场堆料设备，实现自动走行往复平铺堆积，改善原料混匀效果，并充分提高料条利用效率。

5.2 实施混匀矿堆积全过程自动控制技术改造，恢复混匀堆料机高度检测控制装置，实现同品种原料圆盘扰切换。

5.3 从设备改造和工艺操作两方面着手，进一步研究混匀矿堆积过程中变起点的个数，减少端部料化学成分波动，且将端部料回送到一次料场作为一种杂料重新进行配料，实现端部料处理工艺。

5.4 目前混匀矿堆积过程中恒定一个给料量，布料料面厚薄不一，影响混匀效果。今后将研究随堆积高度的增加，物料偏析和堆积角变化拐点，进一步改进堆积方案，力保布料厚薄度相同，减少因粒度偏析造成成分不均。确定适宜分段数和层数，通过试验找出最佳值，同时充分利用现有计算机控制系统，建立自动堆料配料数学模型，保证堆积料层均衡一致。

5.5 应用自动取制样和成分在线检测系统，对所有入厂原料进行自动取样和集中化验，并按品种批别、化学成分定量堆储，实现真正意义上的原料批别管理。

5.6目前根据混匀矿化学成分推算烧结矿化学成分，而真正意义上稳定烧结矿质量应以烧结矿化学成分要求为准绳，推算混匀矿主要化学成分目标值。今后将纠正本末倒置的做法，根据烧结矿SiO₂目标值，确定混匀矿配比。

5.7长周期制定原料用料计划，优化配港配车组织进料。根据主料和辅料性质合理配置料条，实现中位大比例主料，侧位小比例辅料且并列错位布局。兼顾目前在建的二期原料场，实施南翻车机给料设施和相关路径等改造，为现有450m²烧结机和年底即将投产的660m²烧结机均衡保供质量稳定的混匀矿做好物流路径方案和混匀矿生产改进等前提工作。