ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY
May.202117控制炼铁系统co2排放量配料研究
经文波阮小恒李耀正
(百色学院)
摘要在原有炉料成分、特性要求优化配料成本基础上，增加了影响高炉燃料比、进而影
响炼铁系统CO2排放量的配料后入炉炉料成分和高炉工艺参数变化控制等因素。以炼铁系统
C02排放量为优化目标，根据最优化原理与方法、原燃料条件、物化性能和炉料特性与高炉
工艺控制等，利用模糊线性规划原理建立炼铁系统C02排放量控制配料数学模型，便于指导
生产获取更多效益。通过一家炼铁厂模拟优化配料计算，在烧结碱度降低0.19、入炉品位降
低0.42个百分点、炉渣镁铝比降低0.20、炉顶压力增加lOkPa，煤气C02利用提高0.5个百
分点等条件下，优化配料比计划预测：炼铁系统C02排放量降低9.35%，成本降低5.65%。
关键词炼铁系统CO2排放量配料研究
文献标识码：A文章编号：1001-1617(2021)03-0017-05
Rearch on CO2emission control of iron making system
Jing Wenbo Ruan Xiaoheng Li Yaozheng
(Bai University)
Abstract In original furnace charge composition,features,the study for optimizing ingredients bad
on cost,increas the effect of blast furnace and fuel ratio,in turn,affect the iron-making system of
the C02emissions ingredients after charging furnace charge composition and other factors,such as blast
furnace process parameters change control content,C02emissions in iron-making system as the opti
mization goal,according to the principle and method of optimum,the original fuel condition,physical
and chemical properties and the characteristics and the blast furnace process control burden,etc.,u-
sing the fuzzy linear programming principle to establish mathematical model of iron-making system
C02emissions control ingredients to direct production get more benefits.By simulating and optimizing
the batting calculation in an iron-making plant,under the conditions of0.19reduction in sintering
basicity,0.42percent reduction in furnace grade,0.20reduction in slag magnesium aluminum ratio,
lOkPa increa in furnace top pressure,and0.5percent increa in gas CO2utilization,the optimized
batting ratio was predicted as follows:CO2emission of iron making system was reduced by9.35%,
and cost was reduced by5.65%.
Keywords iron-making system CO2emissions ingredients rearch
钢铁工业能耗占全国总能耗的&9%,CO2排放量占全国总排放量的11-2%左右。而钢铁企业的炼铁系统能源消耗和CO2排放量占整个
收稿日期：2021-01-05
经文波(1963-)，教授级高级工程师;533000广西壮族自治区百色市。流程的比例分别为70%和80%，因此炼铁工序是钢铁企业节能减排的重点工序。炼铁系统包括烧结、球团、焦化、高炉炼铁等，以煤、炭为主要燃料的高能耗工序，碳氧化物排放非常大，是co2排放的主要源头。co2的大量排放会造成全球变暖，严重危害生态环境。减少物流损失和能
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源介质不必要的排放，建立整体能源效率模型，然后进行整体分析的节能减排研究模式应在中国进行推广⑷。合理利用资源，优化配料提高烧结矿质量，降低炼铁系统CO?排放量，对于高炉炼铁系统的可持续发展具有重大的战略意义和现实意义。
国内外学者在利用数学模型优化配料方面进行了很多研究，降低成本，节能减排，提高效益的方法可行［5_6］，取得了一些显著成果。田卫红、胡敏E针对烧结配料过程的工艺特点及技术的要求，开发了烧结配料优化控制专家系统，通过神经网络及机器学习等技术对烧结配料进行专家优化控制。吕学伟、白晨光等人凶运用遗传算法和逐步回归分析的方法建立烧结配料优化模型并应用到实际生产中进行烧结配料优化。张琦、姚彤辉和蔡九菊等人⑼研究构建高炉炼铁过程多目标优化模型及应用到某大型钢铁企业，建立以能耗、成本和CO?排放的多目标优化数学模型。优化结果表明：能耗、成本和CO?排放量均有不同程度的降低。
过去一般在满足炉料成分、特性基础上要求优化配料成本最低，没有考虑影响高炉燃料比、进而影响炼铁系统CO2排放量的配料后入炉炉料成分和高炉工艺参数变化控制等因素。研究在根据炉料成分、特性要求优化配料成本的基础上，考虑增加了影响高炉燃料比、进而影响炼铁系统CO2排放量的配料后入炉炉料成分和高炉工艺参数变化控制等因素，以炼铁系统CO2排放量为优化目标，根据最优化原理与方法、原燃料条件、物化性能和炉料特性与高炉工艺控制等，利用模糊线性规划原理建立炼铁系统CO2排放量控制配料数学模型，便于指导生产获取更多效益。
1研究内容
1.1铁矿石性能检测
系统检测单一和多种铁矿石炉料特性34］：包括粘附比、矿相结构、烧结基础特性陀］、低温还原性能和高温软熔性能⑴］等。根据炉料特性，在原有配料基础上，优化炉料的配比。
七大洲英文
1.2建立炼铁系统C02排放量优化配料数学模型
根据最优化原理与方法「⑷、铁矿石化学成分、物化性能和炉料特性等，利用模糊线性规划原理建立炼铁系统co2排放量配料数学模型：目标函数如炼铁系统co2排放量、成本、效益等：
n n
Ji=min（Ye^）或乃=max（ge阿）,j=1,2,3••…-p 1=11=1
式中:e；为目标函数的第i种料相关系数。
约束条件S./：
第i种料配比：签M0和比W定值
各料种配比之和:
i=1
相关成分:c m=L c”肉，c”m定值或c”w定
1=1
值,zn=1,.q
根据经验，配料后入炉原燃料数量、质量以及高炉工艺等因素影响高炉燃料比（表1），进而影响炼铁系统C02排放量，根据工艺经验对其进行修正，在以上基础上建立炼铁系统CO2排放量控制配料数学模型，可对炼铁系统co2排放量目标优化配料计算。
表1影响高炉燃料比变化因素
名称变动量燃料比焦炭灰分+1%+1%~+2%
焦炭硫分+0.1%+1.5%~+2%
烧结碱度+0.1+3.0%~+3.5%
烧结MgO+1%+4kg/t
入炉品位+1%-1.5%
矿石含S+0.1%+5%
入炉SiO2+1%+1%
熟料率+10%-3%矿石金属化率+1%—5%~-6%风温+100弋-15kg/t 鼓风湿度+lg/m3+lkg/t
富氧率+1%-0.5kg/t
休风率+1%+2.4kg/t
顶压+lOkPa-0.3%~-0.5%炉顶温度+100X：+30kg/t 煤气CO2含量+1%-20kg/t
[Si]-0.1%-4~-5kg/t 炉渣碱度+0.1+15kg/t
2应用分析
某炼铁厂某月配料数据，应用炼铁系统C02排放量配料数学模型模拟在满足约束条件下优化
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配料计算，获取相对应的配料比和工艺控制。其化学成分及约束条件见表2，铁矿石性能见表3，取生铁价格3000元/t，优化配料计算炼铁系统工艺指标与计划对比见表4。
从表2、3、4可知，在满足约束条件下和同等炼铁产量情况下：提高矿粉1、2、3、4、5和国内精粉配比，降低其他矿粉配比，铁矿石性能基本保持不变；增加烧结矿配比，减少球团和块矿配比，虽然入炉品位降低，烧结矿总成本有所增加，但炼铁系统总成本是降低的，尤其是烧结矿中MgO含量和烧结矿碱度下降明显，熔剂配比降低，炉渣镁铝比降低到0.40-0.55水平，渣量减少18kg/t，加上富氧率、顶压提高，铁水含Si降低，强化冶炼，煤气CO?利用改善，在喷煤比147kg/t不变情况下，预计燃料比
可大幅度下降，炼铁系统CO2排放量下降。炼铁系统无论是总成本和CO?排放量都是降低的，对今后降本增效、节能减排均有利。
优化配料显示：在烧结碱度降低0.19、入炉品位降低0.42个百分点、炉渣镁铝比降低0.20、炉顶压力增加lOkPa，煤气CO2利用提高0.5个百分点等条件下，优化配料比计划预测：炼铁系统co2排放量减少6.94万t/月、降低9.35%，成本减少5147万元/月、降低5.65%。对今后降本增效、节能减排均有利。
表2炼铁配料化学成分及约束条件
名称
化学成分
-烧损
%
单价-
JE/t
配比
TFe
%
SiO2
%
CaO
%
MgO
%
山25
%
h2o
%
计划
%
优化
%
矿粉162.00 2.180.010.05 1.10 5.00 2.90628.13 6.908.20矿粉261.50 3.290.100.06 1.709.50 5.76623.06 3.10 3.48矿粉360.708.200.070.15 1.508.00 1.76614.967.478.39矿粉459.14 6.840.040.05 1.60 5.00 2.00599.159.2910.43矿粉534.6210.94 2.000.20 1.508.00 2.50350.74 4.99&00矿粉661.22 4.820.030.03 1.557.09 5.29620.23 4.32 4.04
烧矿粉753.009.000.040.030.53 5.000.55536.95 5.89 4.13矿粉856.38氐040.010.02 1.70 3.50&80571.19 5.23 4.19矿粉967.12 2.83 3.030.19 1.70 5.040.22680.00 6.62 4.13
结
返矿54.00 4.609.02 1.80 1.80 5.00300.0010.7511.62国内精粉64.76 2.080.480.97 1.43 3.50 4.50656.0814.9516.77高钙灰 2.5080.00 5.00526.75 4.00 6.00白云石粉 1.9529.8021.02 1.4043.00125.95 5.00 1.00石灰石粉0.8452.03 2.20 1.2443.00125.95 6.00 4.13高炉返焦（灰分中成分）(44.56)(5.10)(3.09)(35.09)&0085.00700.00 1.84 1.63外购焦粉（灰分中成分）(41.09)(5.10)(3.09)(29.08)1&2385.001105.01 2.220.87无烟煤（灰分中成分）(3氐54)(7.30)(2.45)(34.45)&608氐001068.22 1.44 3.00烧结矿616.9180.0085.90球团矿64.12氐420.82 1.77 1.38803.3025.0019.95
高
块矿63.94 4.500.10 1.200.20500.00 6.00 5.15返矿54.00 4.609.02 1.80 1.80300.00-11.00-11.00干熄焦（灰分中成分）(44.30)(4.98)(1-24)(34.34)2035.5820.0020.00
炉
返焦粉（灰分中成分）(45.04)(4.98)(1.26)(33.23)700.00-7.55-7.55二级焦（灰分中成分）(46.13)(4.93)(1-20)(35.13)1967.0887.5587.55烟煤（灰分中成分）(42.34)(4.00)(1.00)(35.08)761.8830.0030.00无烟煤（灰分中成分）(43.12)(3.51)(0.96)(34.24)1115.3270.0070.00
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表3铁矿石性能
矿相结构烧结基础特性低温还原性能软熔性能
名称粘附比
赤铁矿
%磁铁矿
%
褐铁矿镜铁矿
%%
同化性
温度
X.
会计证怎么考液相
流动性
粘结
相强度
N
铁酸钙
生成
能力
%
连晶
强度
N
低温
还原
粉化率
%
还原度
指数
%
软化
温度
r
unconditional
熔化
温度
Xluggage room
软熔
区间
X.
矿粉10.3434203041200350050510757912001334134矿粉20.3625104021190554053500797611651290125矿粉30.462683561213854345500757711071287180矿粉40.333382731234754155600787112301353123矿粉50.313182931200655034580757312121367155矿粉60.332972551230552446543587712451367122矿粉70.4332102781238648034499677111801347167矿粉80.3230133031180556060570808112311378147矿粉90.27258254117684906748078761245147022
5国内精粉0.3823153491159746556490767811781320142计划0.342812315119965165252675761195134339优化0.342912315120065205153175761191133636
表4配料计算炼铁系统工艺指标预测结果对比
名称单位一
范围
计划优化比计划下限上限
MgO%&0010.3710.379.57-0.79
碱度 1.80 2.10 1.99 1.80-0.19烧结成本jc/t617614-3总成本万元/月33684362542570
产量万t/月54.6159.08 4.46入炉品位%5氐3062.005氐3055.88-0.42
入炉Sio2% 4.00 5.50 5.46 5.500.04
富矿率%90.00100.0094.0094.850.85
渣镁铝比0.400.550.700.50-0.20
炉渣碱度 1.15 1.25 1.13 1.150.02
富氧率%0.00 4.00 3.00 4.00 1.00
顶压kPa20025024025010炼铁[S订%0.300.600.400.30-0.10煤气CO2利用%17.500017.5018.000.50喷煤比kg/t1401601471470
北京新东方英语学校地址焦比kg/t383383323-60
燃料比kg/t530530470-60
产量万U月404040400
成本7C/t227822782149-129
总成本万元/月911069110685959-5147总C02排放量万U月74.1374.1367.20-6.93效益万元/月2889428894340415147注：生铁价格3000元/t，效益=生铁价格X产量-总成本
3结论
(1)研究在原有根据炉料成分、特性要求优化配料成本基础上，增加了影响高炉燃料比、进而影响炼铁
系统C02排放量的配料后入炉炉料成分和高炉工艺参数变化控制等因素内容，以炼铁系统C02排放量为优化目标，根据最优化原理与方法、原燃料条件、物化性能和炉料特性与高炉工艺控制等，利用模糊线性规划原理建立炼铁系统C02排放量控制配料数学模型，便于
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May.202121
指导生产获取更多效益。
(2)通过一家炼铁厂模拟优化配料计算，在烧结碱度降低0.19、入炉品位降低0.42个百分点、炉渣镁铝比降低0.20、炉顶压力增加lOkPa，煤气CO2利用提高0.5个百分点等条件下，优化配料比计划预测：炼铁系统CO2排放量减少6.94万1/月、降低9.35%，成本减少5147万元/月、降低5.65%o对今后降本增效、节能减排均有利。
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