炼铁全流程铁矿石评价体系构建及难处理矿高效利用

中国优质铁矿石资源短缺，钢铁企业普遍面临原料复杂化、劣质化等问题，导致炼铁过程难以精准控制，生产成本增加，产品质量下降。从技术经济角度全面合理评价铁矿石是解决上述问题的根本出路。然而，传统的铁矿石评价方法局限于单一矿种、单个工序，无法从炼铁全流程评价并合理利用资源。

该项目通过十余年的理论研究与技术攻关，建立了多品种铁矿石炼铁全流程评价体系，可有效指导钢铁企业扩充原料来源，降低生产成本，稳定生产过程；经在多个企业应用与不断改进，形成了高铝型铁矿利用、高配比钒钛磁铁矿高炉冶炼等关键技术，攻克了劣质复杂矿高炉合理高效利用的难题。

主要技术创新如下：

1. 构建了炼铁全流程铁矿石评价体系。以铁水质量和成本为评价核心，以各工序的技术经济指标为重要支撑，以后工序的技术要求作为前工序的约束条件，构建了多约束条件下多目标优化的铁矿石评价体系。对各工序关键环节进行了技术开发，分别建立了基于遗传算法的配矿模型，提出了铁矿粉湿容量概念，开发了制粒效果预测模型，发展了多界面还原动力学模型，突破了传统单工序评价的局限，将铁矿石评价终点由烧结工序延伸到高炉工序，实现了全流程评价。

2. 基于炼铁全流程铁矿石评价体系的结果，针对高铝型铁矿石高炉流程规模化利用的关键技术进行了系统研究，开发了预配铁酸钙烧结技术，有效提高了高铝型铁矿烧结成品率，降低了工序能耗；提出了铝酸盐型高炉渣系的新概念，系统研究了铝酸盐型炉渣物理化学性质，表明高炉渣Al₂O₃含量可提高到26%，避开了高硅高铝型的高熔点物相成渣区域，攻克了高炉规模化使用高铝型铁矿的技术难题，入炉比例可达10%，实现了从难利用到可利用的重大转变。

3. 基于炼铁全流程铁矿石评价体系的结果，针对高配比钒钛磁铁矿高炉冶炼关键技术进行了系统研究，开发了钒钛磁铁矿高碱度烧结技术，烧结矿强度大幅提高，冶金性能明显改善；设计了高配比球团矿配合高碱度烧结矿的炉料结构，解决了冶炼过程中炉渣泡沫化问题；提出以镁代钙的造渣理念，保障了炉况顺行，将钒钛矿入炉比例由61%提高到70%。

4. 基于炼铁全流程铁矿石评价体系的理念，集成开发了炼铁全流程铁矿石评价软件。综合考虑工序衔接及矿种“配伍”，分别对铁矿石在配料、制粒、烧结及高炉冶炼等各工序中的行为，建立了一体化的技术和经济指标评价模块。

研究成果实现了矿石资源优化配置，促进了炼铁生产精准控制和工序降本增效；解决了国内难处理资源利用问题，可降低铁矿石对外依存度；全流程评价体系的应用推动了冶金工业智能制造进程。

该成果在宝山钢铁、南京钢铁、山东钢铁、昆明钢铁、攀枝花钢铁等国内主要钢铁单位得到工业应用，近三年新增利润13.62亿元。获授权发明专利25项，在国际权威杂志发表SCI检索论文60余篇，获两项省部级科学技术一等奖。

中国优质铁矿石资源短缺，钢铁企业普遍面临原料复杂化、劣质化等问题，导致炼铁过程难以精准控制，生产成本增加，产品质量下降。从技术经济角度全面合理评价铁矿石是解决上述问题的根本出路。然而传统的铁矿石评价方法局限于单一矿种、单个工序，无法从炼铁全流程评价并合理利用资源。该项目通过十余年的理论研究与技术攻关，建立了多品种铁矿石炼铁全流程评价体系，可有效指导钢铁企业扩充原料来源，降低生产成本，稳定生产过程；经在多个企业应用与不断改进，形成了高铝型铁矿利用、高配比钒钛磁铁矿高炉冶炼等关键技术，攻克了劣质复杂矿高炉合理高效利用的难题。主要技术创新如下： 构建了炼铁全流程铁矿石评价体系。以铁水质量和成本为评价核心，以各工序的技术经济指标为重要支撑，以后工序的技术要求作为前工序的约束条件，构建了多约束条件下多目标优化的铁矿石评价体系。对各工序关键环节进行了技术开发，分别建立了基于遗传算法的配矿模型，提出了铁矿粉湿容量概念，开发了制粒效果预测模型，发展了多界面还原动力学模型，突破了传统单工序评价的局限，将铁矿石评价终点由烧结工序延伸到高炉工序，实现了全流程评价。 基于炼铁全流程铁矿石评价体系的结果，针对高铝型铁矿石高炉流程规模化利用的关键技术进行了系统研究，开发了预配铁酸钙烧结技术，有效提高了高铝型铁矿烧结成品率，降低了工序能耗；提出了铝酸盐型高炉渣系的新概念，系统研究了铝酸盐型炉渣物理化学性质，表明高炉渣Al₂O₃含量可提高到26%,避开了高硅高铝型的高熔点物相成渣区域，攻克了高炉规模化使用高铝型铁矿的技术难题，入炉比例可达10%,实现了从难利用到可利用的重大转变。 基于炼铁全流程铁矿石评价体系的结果，针对高配比钒钛磁铁矿高炉冶炼关键技术进行了系统研究，开发了钒钛磁铁矿高碱度烧结技术，烧结矿强度大幅提高，冶金性能明显改善；设计了高配比球团矿配合高碱度烧结矿的炉料结构，解决了冶炼过程中炉渣泡沫化问题；提出以镁代钙的造渣理念，保障了炉况顺行，将钒钛矿入炉比例由61%提高到70%。 基于炼铁全流程铁矿石评价体系的理念，集成开发了炼铁全流程铁矿石评价软件。综合考虑工序衔接及矿种“配伍”，分别对铁矿石在配料、制粒、烧结及高炉冶炼等各工序中的行为，建立了一体化的技术和经济指标评价模块。 研究成果实现了矿石资源优化配置，促进了炼铁生产精准控制和工序降本增效；解决了国内难处理资源利用问题，可降低铁矿石对外依存度；全流程评价体系的应用推动了冶金工业智能制造进程。 该成果在宝山钢铁、南京钢铁、山东钢铁、昆明钢铁、攀枝花钢铁等国内主要钢铁单位得到工业应用，近三年新增利润13.62亿元。获授权发明专利25项，在国际权威杂志发表SCI检索论文60余篇，获两项省部级科学技术一等奖。