本发明属于铁前优化配矿领域，更具体的说，涉及一种基于烧结-球团-炼铁联动的优化配矿方法。
背景技术：
铁矿石价格的疯涨和质量的下降给钢铁行业带来了巨大的压力，因而实现低成本炼铁是钢铁企业今后能否生存和发展的重要决定因素，合理的矿料结构是高炉获得最大经济效益的基础之一，在高炉生产中，基本炉料有天然块矿、烧结矿和球团矿，各种含铁炉料的性能和使用情况对铁水的质量和成本有着重要的影响。对于有多种含铁炉料可选择的情况下，如何搭配使用才能在最优的性能和最低的成本之间找到合适的平衡点，用较低的成本维持较高的产量，是合理使用含铁炉料的重点。因此，必须建立新形势下的优化配矿体系，给企业带来直接的经济效益。
经检索，发明创造的名称为：一种合理高炉综合炉料配矿比的优选方法(申请号：201410717304.X，申请日：2014-12-01)，该专利充分考虑了综合炉料的冶金性能对高炉生产技术经济指标的影响，避免了冶金性能很差的炉料造成冶炼条件恶化，甚至可能导致高炉停产的可能性，合理综合炉料结构所需要满足的多方面的要求，在不造成生产损失的情况下，使用比较短的时间定位合理的综合炉料结构以及得到合理的综合炉料结构中适合于操作者本高炉的最佳炉料配合比例。但是，该方法并不能通过铁水成本反馈优化铁矿石的配比，使得难以有效的降低炼铁成本。
此外，经检索，发明创造的名称为：一种球团矿与高炉入炉块矿配矿比例的确定方法(申请号：201510220998.0申请日：2015-05-04)该专利将准备好的球团矿与各种高炉入炉块矿制成试样，然后装入内石墨坩埚中，底层和上层各铺上焦块，再将装有试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置中进行测定，该技术对“高碱度烧结矿与酸性球团矿”的“适当比例”进行调整之前先对“球团矿与少量天然块矿”的“适当比例”进行优选；使用本发明的技术方案，既能够达到“高碱度烧结矿+酸性炉料”这种合理炉料结构在冶金性能上的优势互补，使高炉生产获得最佳操作指标，又能够在酸性炉料中缺乏球团矿熟料的情况下，配入适当比例的高品位块矿，使得降低高炉冶炼成本，提高高炉产量成为可能。但是，该方法并不能通过铁水成本反馈优化铁矿石的配比，使得难以有效的降低炼铁成本。
技术实现要素：
1.发明要解决的技术问题
本发明针对现有的铁矿优化配矿方法的局限性，提供一种基于烧结-球团-炼铁联动的优化配矿方法，充分考虑到矿石市场资源情况、矿石烧结性能搭配互补、高炉对有害元素负荷、各种矿石的性价比互补等因素，实现烧结配料、球团配料、高炉配料同步优化，达到优化配矿的目的。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于烧结-球团-炼铁联动的优化配矿方法，具体步骤如下：
步骤一：建立模型
建立铁水成本计算模型，该计算模型包括烧结配料计算模块、球团配料计算模块和高炉配料计算模块；
步骤二：设置约束条件
根据烧结粉、球团精粉和块矿的性能不同，设定各个原料的约束条件；
步骤三：计算吨铁成本；
结合铁矿石市场资源的价格、性能情况，计算吨铁成本；调整烧结粉、球团精粉和块矿的原料配比，并利用规划求解方程不断迭代运算，求出成本最低时的原料配比。
优选地，吨铁成本的计算公式为：
T＝{[(ΣXi×Ji+ΣMi×Li)×W1+R1+Z1+G1]×A+[(ΣYi×Ki)×W2+F×E+R2+Z2+G2)]×B+ΣPi×Ci}×W+ΣRi×Di+G+H+Z
式中：Xi为烧结粉矿配比，％；Ji为烧结粉矿价格，元/t；Mi为烧结熔剂配比，t/t；Li为烧结熔剂价格，元/t；Yi为球团精粉配比，％；Ki为球团精粉价格，元/t；F为吨球膨润土消耗量，t/t；E为膨润土配比价格，元/t；Pi为入炉块矿比，％；Ci为入炉块矿价格，元/t；Ri为吨铁燃料消耗量，t/t；Di为入炉燃料价格，元/t；R1为吨烧燃料成本，元/t；R2为吨球燃料成本，元/t；G1为吨烧固定费用，元/t；G2为吨球固定费用，元/t；Z为各因素影响铁水成本的修正值，元/t；Z1为FeO、S含量影响烧结燃料成本的修正值，元/t；Z2为FeO、S含量影响球团燃料成本的修正值，元/t；G为吨铁固定费用，元/t；H为吨铁副产品回收成本，元/t；A为入炉烧结比，％；B为入炉球团比，％；W为吨铁矿石消耗量，t/t；W1为吨烧粉矿与熔剂消耗总量，t/t；W2为吨球精粉消耗量，t/t；T为铁水成本，元/t。
优选地，其中的约束条件为：褐铁矿粉配比为≤30％，磁铁矿配比为：15％～18％，烧结矿的MgO质量百分比为：2.00％～2.20％。
优选地，烧结矿(w(Al2O3)/w(SiO2))≤0.4，且烧结矿的Al2O3质量分数≤2.0％。
优选地，球团精粉赤铁矿配比≤20％。
优选地，球团精粉＜200目粒度比例：78％～95％。
优选地，高炉配料约束条件，炉渣镁铝比：0.58～0.72；入炉品位：57％～59％。
优选地，高炉配料约束条件，烧结矿(w(Al2O3)/w(SiO2))≤0.4，且烧结矿的Al2O3质量分数≤2.0％。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的一种基于烧结-球团-炼铁联动的优化配矿方法，提供一种全面地优化配矿方法，基于铁水成本的优化配矿模型，可根据实际情况选择不同计算方式，寻求不同计算条件下铁水成本最低的配比方案；特别是本发明实现通过铁水成本反算铁矿粉的配比情况，打破了现有技术根据铁矿配比吨铁成本的技术偏见，从而实现了低冶炼成本的矿粉配比；
(2)本发明的一种基于烧结-球团-炼铁联动的优化配矿方法，能够满足原料成本最低且兼顾烧结矿、球团矿性能优良，能够满足适当的原料配比准确的铁水成分以及炉渣碱度的预测；
(3)本发明的一种基于烧结-球团-炼铁联动的优化配矿方法，充分考虑到矿石市场资源情况、矿石烧结性能搭配互补、高炉对有害元素负荷、各种矿石的性价比互补等因素，从而从原料上优化原料配比，降低吨铁的炼铁成本；从而为对钢铁企业进行铁矿石采购和生产配比调整提供了重要参考和技术支持。
附图说明
图1为本发明的一种基于烧结-球团-炼铁联动的优化配矿方法的流程图；
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。
实施例1
基于烧结-球团-炼铁联动配矿模块可以更好地指导采购，使采购服务于生产。因此，后续开发了烧结-球团-炼铁联动优化配矿模型，以实现烧结配料、球团配料、高炉配料同步优化。
本发明的一种基于烧结-球团-炼铁联动的优化配矿方法，具体步骤如下：
步骤一：建立模型
建立铁水成本计算模型，该计算模型包括烧结配料计算模块、球团配料计算模块和高炉配料计算模块；
步骤二：设置约束条件
根据烧结粉、球团精粉和块矿的性能不同，设定各个原料的约束条件；以多年经验数据为指导，结合市场资源情况，合理设置各个品种配比、生产过程参数、烧结矿成分的控制范围，确保烧结、球团、高炉生产操作顺行；
步骤三：计算吨铁成本；
结合铁矿石市场资源的价格、性能情况，计算吨铁成本；调整烧结粉、球团精粉和块矿的原料配比，并利用规划求解方程不断迭代运算，求出成本最低时的原料配比。
结合铁矿石市场资源情况、有效化学成分，性能搭配以及生产过程有害元素负荷等因素，再以铁水成本为优化目标，利用Excel规划求解程序不断迭代运算功能，计算出最优的原料配比，并准确预测出铁水、炉渣成分，从而根据已知的其他生产消耗计算出最终生产吨铁的成本。根据已知的其他生产消耗计算出最终生产吨铁的成本。
吨铁成本的计算公式为：
T＝{[(ΣXi×Ji+ΣMi×Li)×W1+R1+Z1+G1]×A+[(ΣYi×Ki)×W2+F×E+R2+Z2+G2)]×B+ΣPi×Ci}×W+ΣRi×Di+G+H+Z
式中：Xi为烧结粉矿配比，％；Ji为烧结粉矿价格，元/t；Mi为烧结熔剂配比，t/t；Li为烧结熔剂价格，元/t；Yi为球团精粉配比，％；Ki为球团精粉价格，元/t；F为吨球膨润土消耗量，t/t；E为膨润土配比价格，元/t；Pi为入炉块矿比，％；Ci为入炉块矿价格，元/t；Ri为吨铁燃料消耗量，t/t；Di为入炉燃料价格，元/t；R1为吨烧燃料成本，元/t；R2为吨球燃料成本，元/t；G1为吨烧固定费用，元/t；G2为吨球固定费用，元/t；Z为各因素影响铁水成本的修正值，元/t；Z1为FeO、S含量影响烧结燃料成本的修正值，元/t；Z2为FeO、S含量影响球团燃料成本的修正值，元/t；G为吨铁固定费用，元/t；H为吨铁副产品回收成本，元/t；A为入炉烧结比，％；B为入炉球团比，％；W为吨铁矿石消耗量，t/t；W1为吨烧粉矿与熔剂消耗总量，t/t；W2为吨球精粉消耗量，t/t；T为铁水成本，元/t。
其中，烧结矿的约束条件为：褐铁矿粉配比宜控制在30％以下，磁铁矿配比15％～18％，烧结矿的MgO质量分数应该控制2.00％～2.20％。烧结矿(w(Al2O3)/w(SiO2))≤0.4且烧结矿的Al2O3质量分数≤2.0％是形成强度好且结晶形态合适的铁酸钙的必要条件。烧结矿的R＞1.90。
针对球团、赤铁精矿粉代替磁铁精矿粉后，由于没有Fe3O4的氧化放热和连晶长大，造成预热焙烧温度高、时间长，难焙烧，导致利用系数和抗压强度下降，工序能耗大幅度上升。由于部分国内赤铁矿精粉价格较进口磁铁矿精粉价格低较多，目前柳钢球团原料结构中配有少量赤铁矿，以降低球团配矿成本。采用模型分析并综合上述情况，球团精粉赤铁矿配比控制在20％以下。
烧结配料、球团配料、高炉配料约束条件设置：根据上述研究结果数据以及多年生产经验对烧结、球团、高炉配料约束条件进行以下设置。烧结配料约束条件设置：
(1)中和矿＜1mm粒度比例≤58％，确保料层透气性。
(2)烧结矿SiO2质量分数范围：5.8％～6.2％；烧结矿Al2O3质量分数范围：1.80％～2.00％；烧结矿MgO质量分数范围：2.00％～2.20％；确保合理烧结矿成分和转鼓强度。
(3)烧结矿(m(Al2O3)/m(SiO2))≤0.40，确保液相流动性能。
(4)烧结R范围：1.90％～2.20％，R在区间内自动调节，确保炉渣碱度与基准期理论计算值一致，实现计算过程碱度平衡。
(5)褐铁矿比例：0～30％；磁铁矿比例：15％～20％；确保同化性能满足生产要求。
(6)烧结粉矿配比范围：根据库存或市场资源情况设置各个品种烧结粉配比范围。
球团配料约束条件设置：
(1)赤铁矿配比为b1：0～20％，配比过高，则燃料消耗上升。
(2)球团精粉＜200目(孔径0.074mm)粒度比例：78％～95％，确保造球性能；球团精粉＜200目(孔径0.074mm)粒度比例k1＝(78％+b1)*a1；a2的取值为1.0～1.2。
高炉配料约束条件设置：
(1)有害元素：入炉S负荷：0～4.5kg/t；入炉Pb负荷：0～0.3kg/t；入炉Zn：0～0.8kg/t；入炉碱金属负荷：0～3.5kg/t。
(2)炉渣碱度：保持与上一旬炉渣碱度理论计算值一致，并要求波动值小于0.05。
(3)炉渣镁铝比：0.58～0.72，确保炉渣流动性能。
(4)入炉品位：57％～59％，其中炉渣镁铝比：k2＝(57％～59％)*a2；a2的取值为1.05～1.26；即炉渣镁铝比为入炉品位的a2倍；炉渣镁铝比是关于铁矿原料入炉品位的函数。
根据上述公式，先利用Excel表格规划建立铁水成本计算模型，包括烧结配料计算板块、球团配料计算板块、高炉配料计算板块等3大部分。再规划求解程序功能，以铁水成本为优化目标单元格，计算出最优的原料配比。
由于不同品种烧结粉、球团精粉的烧结性能、物理性能、化学成分不同，因此各个品种配比约束范围的设置是否科学合理，直接影响优化配比结果的可操作性。据此，本发明以多年经验数据为指导，结合市场资源情况，合理设置各个品种配比、生产过程参数、烧结矿成分的控制范围，确保烧结、球团、高炉生产操作顺行。
在烧结配料、球团配料、高炉配料同步优的情况下，Excel表格规划程序不断迭代不同的“三大配比”。在此过程中，烧结矿、球团矿的成分以及高炉炉料配比不断变化，为确保整个优化求解过程中炉渣碱度与基准期理论计算值保持一致，模型设计中将烧结配料计算板块的生石灰配比、轻烧白云石配比设置为可变单元格(即烧结矿碱度自动调节)，可实现烧结配料、球团配料、高炉配料同步优化下的碱度动态平衡。
下面将结合具体的示例性实施例来描述本发明的一种基于烧结-球团-炼铁联动的优化配矿方法各种铁矿石中的元素含量和采购价格如下表1所示。
运用该方法优化配矿的计算结果如下表2所示。
表2
通过上述计算结果可以计算出吨铁成本，结合铁矿石市场资源情况、有效化学成分，性能搭配以及生产过程有害元素负荷等因素，再以铁水成本为优化目标，利用Excel规划求解程序不断迭代运算功能，计算出最优的原料配比，并预测出铁水、炉渣成分，从而根据已知的其他生产消耗计算出最终生产吨铁的成本，达到优化配矿的目的。充分考虑到矿石市场资源情况、矿石烧结性能搭配互补、高炉对有害元素负荷、各种矿石的性价比互补等因素，实现烧结配料、球团配料、高炉配料同步优化，达到优化配矿的目的。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、(例如各个实施例之间的)组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。例如，在本发明中，术语“优选地”不是排他性的，这里它的意思是“优选地，但是并不限于”。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。