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关于烧结配料优化的认识
作者：詹卫华
来源：《中国科技纵横》2014年第04期
【摘 要】 概述了铁矿粉的烧结基础性能，指出以铁矿粉烧结性能为基础，建立综合全面的烧结配矿系统达到烧结优化配矿的目的。应充分利用数据挖掘技术，对历史的配矿数据进行分析，最终建立相应的网络模型，对新配矿数据按照烧结矿技术指标进行预测，从而指导并调整配矿比例。
【关键词】 铁矿粉 烧结基础性能 优化配矿 数据挖掘技术
目前我国高炉的炉料结构是以高碱度烧结矿为主，配以适量的酸性球团矿和少量块矿。烧结矿的质量直接影响着高炉生产的顺行和生铁质量。但是，随着烧结矿用量的增大，优质的铁矿粉资源越来越少。尤其是近年来，各钢铁企业使用的低品位复杂铁矿粉和外矿粉量呈上升趋势。复杂的铁矿资源给生产带来了一定的麻烦，矿粉怎么搭配最经济，效果最理想是亟待解决的问题。在这种情况下烧结配矿研究显得尤为重要。合理的配矿方案能有效降低成本，改善烧结矿质量，降低能源和资源消耗。基于此，本文分析了铁精粉的烧结基础性能和烧结配矿的研究现状，提出了以铁精粉烧结基础性能为基础，建立烧结优化配矿专家系统。 1 铁矿粉烧结基础性能
长期以来，人们多用铁矿粉的常温性能来考察铁矿粉对烧结矿性能的影响。研究表明，烧结矿的性能不仅与矿粉的常温性能有关，还与矿粉的高温性能，即烧结基础性能有非常密切的关系。铁矿粉的烧结基础性能是指铁矿石在烧结过程中呈现出的自身的物理性质，是评价铁矿粉对烧结矿各种冶金性能影响的基本指标，为改善烧结矿质量提供了依据。它主要包括同化性、液相流动性、黏结相强度和铁酸钙生成能力。 1.1 铁矿粉的同化性
铁矿粉的同化性是指铁矿石在烧结过程中液相的生成能力。通过对铁矿粉同化性的研究分析可知，矿粉同化性受下列因素的影响：第一，铁矿石的常温物理特性，包括铁矿粉的孔隙率、结晶水含量、矿物形貌等。这些物理性质都是影响矿粉与CaO反应的传质因素，孔隙率大，铁矿粉与CaO的反应界面大，反应就容易发生，而且矿石中的结晶水分解增加了气孔率，使反应更容易发生，孔隙率和结晶水含量与同化性正相关。第二，铁矿石的化学成分。铁矿石中SiO2易与CaO反应，SiO2含量的增加对同化性的提高起促进作用，但随着含量的增加会影响Fe2O3与CaO的反应，所以SiO2含量的变化与同化性的线性关系不太明显。矿石中的Al2O3促进复合铁酸钙的生成，而且Al2O3能增加液相表面张力，促进氧离子扩散，有利于铁氧化物的氧化，使铁矿粉的同化性增强。矿石中的MgO反应形成高熔点的物质影响矿石的同化性，MgO含量越高矿石的同化性越弱。
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1.2 铁矿粉的液相流动性
铁矿粉的液相流动性是指矿粉与CaO反应生成的液相的流动能力，表征了黏结相的有效黏结范围。矿粉的液相流动性直接影响着液相对周围物料的黏结程度，进而影响烧结矿的成品率和转鼓强度。温度、碱度和结晶水含量都是影响液相流动性的因素。随着温度的升高，液相的过热度增加使液相的黏度随之下降，液相流动性增强，不同铁矿石随温度的改变液相流动性变化程度也不相同。铁矿石中的结晶水在分解过程中残留于液相中的气孔会直接影响液相的黏度。分析表明，化学成分对液相流动性的影响程度为：SiO2>MgO>CaO>Al2O3，SiO2与液相流动性正相关，MgO、CaO和Al2O3与液相流动性负相关。 1.3 黏结相强度
铁矿粉的黏结相强度是指铁矿粉在烧结过程中形成的液相黏结其周围矿粉的能力。黏结相强度的高低直接影响烧结矿的成品率和转鼓强度。研究表明，铁矿粉的黏结相强度受碱度的影响比较大，而且不同铁矿粉受碱度变化的影响程度也不同；黏结相强度还受铁矿粉中结晶水含量和自身矿物组成的影响，铁矿粉中的结晶水在分解的过程中使黏结相中气孔增加，黏结相中的气孔会使黏结相产生缝隙和内裂，从而影响黏结相强度；当黏结相中复合铁酸钙含量较高时一般有较好的黏结相强度。 1.4 铁酸钙的生成能力
铁矿粉的铁酸钙生成特性是指在烧结过程中复合铁酸钙的生成能力，通常在一定的碱度、温度和烧结气氛下对铁酸钙生成能力进行测定。在保证强度的同时烧结矿还应具备较强的还原性，铁酸钙是影响烧结矿还原性的主要因素。铁矿粉的铁酸钙生成特性受焙烧温度、焙烧气氛、碱度、铁矿石的自身性质和致密性等因素的影响，这些影响因素之间是互相影响、互相作用的。 2 烧结配矿
铁矿粉烧结基础性能对烧结矿质量的影响很大，以烧结基础性能为基础配矿的重要性已日益凸显。但目前人们多是针对铁矿粉基础特性对烧结配矿进行定性的指导，以铁矿粉烧结基础性能为基础的烧结配矿模型研究并不多。建议充分利用铁矿粉烧结基础性能的研究成果和烧结配矿数学模型建立综合全面的烧结配矿系统。
烧结配矿模型分为优化配矿模型和预报模型两部分。优化配矿多用线性规划和遗传算法建立模型。预报模型多用数据分析法建模。两部分相铺相成，优化配矿离不开前期数据的收集分析，而数据的准确预报要以线性规划为基础。因此要解决好烧结配矿问题，应以铁矿粉烧结基础性能为基础，将这两部分合理有效地应用起来。
新钢公司烧结厂的原料主要有铁精粉、巴西粉、印度粉、返矿、石灰、焦粉、煤粉、白云石粉、污泥、钢渣、铁屑、国内粗精粉等组成，种类较多，数量较大，物理化学性能差异也较
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大。为了使烧结矿的物理化学性能稳定，并符合高炉冶炼的要求，必须把不同成分的各种原料按一定比例混合起来形成混匀料，再添加一定比例的辅料进行配料，使其达到一定的性能指标。由于矿粉及辅料的种类较多，以及矿粉之间的相互作用和交叉影响比较严重，使烧结矿的质量控制变得十分复杂。如何优化配料既保证烧结矿质量又能实现效益最大化具有重要的意义。
3 数据挖掘技术
目前，各企业普遍采用计算机信息技术进行管理和运营，使企业收集、存储、处理数据的能力大大提高。这些“海量”的数据对于企业来说无异于1个巨大的宝库，其实质是企业经验的积累，当积累到一定程度时，必然会反映出一定的规律。数据挖掘技术是使用数据库技术、统计技术、人工智能技术、神经计算技术和模式识别技术对数据进行组织、处理、分析、综合和解析，以及从这些数据中挖掘出规律的一门综合学科。根据烧结厂的生产实际情况，在不同的矿粉种类、不同成分的配矿比例的数据中，寻找哪些配矿比例实例能最终生产出合格的烧结矿，而哪些配矿比例实例最终生产出不合格的烧结矿，所有这些数据建立起知识库，随着时间的推移，经过知识库不断地增大和更新，就为降低烧结成本和提高烧结矿质量提供有力的保障，从而为企业创造利润。 4 结语
铁矿粉烧结基础性能对烧结矿质量的影响很大，充分利用铁矿粉烧结基础性能的研究成果建立综合全面的烧结配矿系统。
在优化烧结配矿系统的过程中，应充分发挥数据挖掘技术的优越性。