CN102722652B - 一种高炉冶炼成本计算及优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生铁冶炼领域，尤其涉及一种高炉冶炼成本计算及优化方法。本发明的高炉冶炼成本计算及优化方法包括如下几个步骤：使用烧结原料之间的配比来计算烧结矿的成分含量、碱度及烧结矿单价；使用所述烧结矿的成分含量以及单价，在此基础上使用各个高炉炉料的配比，从而计算入炉品位、炉渣量以及炉渣成分含量；对烧结计算出的烧结矿的成分含量、碱度及烧结矿单价以及高炉计算出的入炉品位、炉渣量以及炉渣成分含量进行优化，这是计算烧结矿成分或炉渣成分及成本的逆过程。本发明经过反推计算得到使成本较低的铁矿石配比，并用于指导生产，达到满足高炉生产要求与最佳冶炼成本的效果。

Description

一种高炉冶炼成本计算及优化方法

技术领域

本发明涉及一种生铁冶炼领域，尤其涉及一种高炉冶炼成本计算及优化方法。

背景技术

随着自然界资源的短缺，优质铁矿石越来越少，矿石价格也不断上涨，从而给钢铁行业带来巨大的冲击。高炉工序向来是冶炼过程中成本消耗最大的环节，其成本约占钢铁企业整个冶炼过程的60-70％，因此降低钢铁成本的重点环节应放在于高炉工序。现代高炉冶炼必须实现高效(利用系数)与低成本冶炼才能获得生存与发展空间。

在高炉冶炼中，成本主要由铁矿石成本与燃料(焦比与煤比)成本构成，前者涉及到合理选择矿石品种与优化配矿技术。即，要选择物有所值、利用价值较高的矿石，然后通过优化配矿，能够达到高炉冶炼要求与降低成本的目的；后者涉及高炉冶炼的技术水平，即如何通过控制并调整高炉参数实现生铁产量的增加、焦比的降低等目标。

然而高炉冶炼使用的物料(炉料)品种多，冶炼机理复杂，投入与产出要达到理想化，都必须进行复杂的物料平衡与成本计算。因此在高炉冶炼领域特别需要一种能够实现优化冶炼的计算软件。并且希望通过使用这种计算软件，可以实现以下目的的一种或多种：

(1)在众多的铁矿石中，如何实现选择价格合理、利用价值高的矿石；

(2)铁矿石成分与价格变化后对高炉成本的影响程度如何；

(3)调整铁矿石与其它物料配比后对冶炼成本的影响如何；烧结调整铁矿石配比后，烧结矿成分与成本如何变化；

(4)高炉调整炉料结构后，渣量、炉渣成分及成本如何变化。

(5)要达到期望的入炉品位与炉渣成分要求，应如何调整铁矿石配比，达到理想的冶炼成本；

(6)如何调整冶炼参数预测生铁产量与焦比，反过来利用这些参数去指导现场操作，使产量与焦比达到预测的理想目标；

(7)当冶炼参数发生变化后或变化单位数量的参数值后，对生铁产量与焦比影响幅度多大；

(8)高炉与烧结如何联合优化达到经济运行的目的；

(9)综合评价高炉体系的经济效益。

目前国内外高炉冶炼领域还没有这种实现多目的的专业计算软件，本发明根据烧结与高炉计算需求设计了一种实现经济运行的专业计算软件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种逆向计算实现优化配矿与合理的炉料结构，达到高效低耗、经济冶炼的高炉冶炼成本计算及优化方法。

本发明的高炉冶炼成本计算及优化方法，包括如下几个步骤：使用烧结原料之间的配比来计算烧结矿的成分含量、碱度及烧结矿单价；使用所述烧结矿的成分含量以及单价，在此基础上使用各个高炉炉料的配比，从而计算入炉品位、炉渣量以及炉渣成分含量；根据烧结计算出的烧结矿的成分含量、碱度及烧结矿单价以及高炉计算出的入炉品位、炉渣量以及炉渣成分含量对铁矿石配比进行优化。

优选地，在所述烧结计算步骤中，预先存储各个烧结原料的成分含量、水分含量以及单价；设置各个烧结原料之间的配比；基于烧结原料之间的配比以及每个烧结原料的成分含量，计算出烧结矿中TFe、SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、V₂O₅、TiO₂、S的含量、碱度以及烧结矿的单价；将烧结原料之间配比、对应于所述配比的烧结矿的成分含量以及单价进行存储的同时显示于烧结模块界面。

优选地，在所述高炉计算步骤中，预先设置高炉炉料的成分、水分含量以及单价；接收通过上述烧结计算而得出的所述烧结矿的化学成分及其单价；预先设置炉料中的各个高炉炉料之间的配比；基于各个高炉原料之间的配比来计算炉料的入炉品位、铁矿石单耗、铁矿石成本、炉渣量、炉渣成分SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、V₂O₅、TiO₂、FeO、S的含量、碱度以及生铁原燃料成本；将高炉炉料之间的配比、对应于所述配比的炉渣的成分含量均存储的同时显示于高炉模块界面。

优选地，在成本优化的烧结成本优化处理中使用迭代循环方法，并且包括如下几个步骤：预先设置作为约束值的期望全铁含量、期望二氧化钛含量以及期望碱度；调整烧结原料的配比，计算烧结矿的TFe、TiO₂含量以及碱度，使烧结矿TFe、TiO₂含量以及碱度分别收敛到期望全铁含量、期望二氧化钛含量以及期望碱度。

优选地，在成本优化处理中的高炉烧结联合成本优化中使用迭代循环方法，并且包括如下几个步骤：预先设置期望入炉品位、期望炉渣TiO₂含量以及期望炉渣二元碱度；计算当前高炉炉料配比下的入炉品位、炉渣TiO₂含量以及炉渣二元碱度；调整烧结原料的配比，使烧结矿的全铁含量、TiO₂含量以及碱度产生变化，最终使入炉品位、炉渣TiO₂含量以及炉渣二元碱度分别收敛到期望入炉品位、期望炉渣TiO₂含量以及期望炉渣二元碱度。

优选地，高炉冶炼成本计算及优化方法还包括使用高炉参数来计算每天的生铁预测产量以及预测焦比，并与从工地现场采集的实际生铁产量与实际焦比进行比较，其中，高炉参数为入炉品位、富氧率、冶炼强度、炉顶压力、炉温、球团配比、渣量、烧结矿碱度等13参数。

优选地，将烧结计算结果、高炉计算以及成本优化结果存储并显示在显示单元中。

在当今钢铁行业已进入微利时代，本发明可以优化计算烧结铁矿石配比，并达到希望的烧结矿成分与炉渣成分，最终降低冶炼成本。

从计算技术角度讲，就是在规定炉渣成分或烧结矿成分后，经过反推计算得到使成本较低的铁矿石配比，并用于指导生产。这是计算烧结矿成分或炉渣成分及成本的逆过程。本发明在充分考虑了烧结与炼铁专业知识与生产实际后，提出迭代循环算法，实现了优化铁矿石配比与控制成本的目的。

附图说明

图1是示出本发明的计算输入输出流程与模块功能示意图。

图2是示出本发明的高炉冶炼成本计算及优化方法的流程图。

图3是示出本发明的烧结计算与结果的界面示意图。

图4是示出本发明的高炉计算与结果的界面示意图。

图5是示出本发明的成本优化结果的界面示意图。

图6是示出烧结计算处理的流程的示意图。

图7是示出高炉计算处理的流程的示意图。

图8是示出成本优化处理的具体流程的图。

图9是示出生铁产量-焦比回归处理界面的示意图。

图10是预测产量和预测焦比与实际产量和实际焦比分别比较的趋势图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实现过程与实施例。

本发明的高炉冶炼成本计算及优化系统包括烧结模块、高炉模块、成本优化模块以及产量-焦比回归模块。

首先，说明对该系统对应的高炉冶炼成本计算及优化方法。

图1是示出本发明的计算输入输出流程与模块功能示意图。图2是示出本发明的高炉冶炼成本计算及优化方法的流程图。图3是示出本发明的烧结计算与结果的界面示意图。图4是示出本发明的高炉计算与结果的界面示意图。图5是示出本发明的成本优化结果的界面示意图。

高炉冶炼中铁矿石成本优化先从烧结矿的成本优化开始。因此，本发明先计算烧结矿的成本。

参照图2可知，在步骤S100，使用烧结原料之间的配比来计算烧结矿的成分含量、碱度及烧结矿单价进行烧结计算；在步骤S200，使用所述烧结矿的成分含量以及单价，在此基础上使用各个高炉炉料的配比，从而计算入炉品位、炉渣量以及炉渣成分含量进行高炉计算；在步骤S300，对烧结计算出的烧结矿的成分含量、碱度及烧结矿单价以及高炉计算出的入炉品位、炉渣量以及炉渣成分含量对烧结铁矿石配比进行优化。

在此为了便于用户使用各项数据，在步骤S：700，可将烧结计算以及高炉计算结果显示在显示单元中。具体的的显示可参照图3至图5。

下面详细说明计算处理过程的各个步骤。

§1  烧结计算处理

图6是示出烧结计算处理的流程的示意图。

高炉冶炼的主要炉料为烧结矿，其配比占到所用铁矿石的60％-100％，因此高炉冶炼的优化离不开烧结矿配矿方案的优化。由此，必须先从烧结矿的原料成本的计算开始。

参照图6，在步骤S101中，每次使用新类型的烧结原料(各种矿石)时，都需要将该烧结原料的成分含量、水分含量以及单价进行存储，可以避免用户每次需要输入大量的数据，存储时可以使用数据库。在步骤S103中，设置各个烧结原料之间的配比，不添加(或使用)的烧结原料的配比一律设置为0。需要说明的是，返矿作为烧结过程的必然产物，它是成品烧结矿的筛下料，成分与烧结矿接近，粒度＜5mm，高炉不能使用，必须返回到烧结工序重新利用，并参加配料计算。

在步骤S105中，基于烧结原料之间的配比以及每个烧结原料的成分含量，计算出烧结矿中各成分(例如TFe、SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、V₂O₅、TiO₂、S等)的含量、碱度以及烧结矿的单价(即成本)。下面详细介绍一下计算过程中用到的公式。

设有I种原料，每种烧结原料含有的化学成分TFe，SiO₂，CaO，MgO，Al₂O₃，V₂O₅，TiO₂，S，TFe(％)是烧结矿中的全铁TFe的含量，SiO₂(％)、CaO(％)、MgO(％)等依次类推；TFe_i％表示第i个烧结原料中的全铁TFe的含量，其他依次类推；设每种烧结原料的烧损为Ig，水分为H₂O，价格为P元/t，烧结矿成本为C元/t，参加烧结的原料湿配比为M，干配比为N，则N_(i)＝M_(i)×(1-H₂O_(i)％)。通过如下公式来计算烧结矿的化学成分，

$\mathrm{TFe}(\%)=[\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_i\×{\mathrm{TFe}}_{\left(i\right)}\%)/\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_i\×(1-{\mathrm{Ig}}_i\%)]\×100\%$     公式1

${\mathrm{SiO}}_2(\%)=[\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×{\mathrm{SiO}}_{2\left(i\right)}\%)/\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×(1-{\mathrm{Ig}}_{\left(i\right)}\%)]\×100\%$     公式2

$\mathrm{CaO}(\%)=[\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×{\mathrm{CaO}}_{\left(i\right)}\%)/\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×(1-{\mathrm{Ig}}_{\left(i\right)}\%)]\×100\%$     公式3

$\mathrm{MgO}(\%)=[\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×{\mathrm{MgO}}_{\left(i\right)}\%)/\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×(1-{\mathrm{Ig}}_{\left(i\right)}\%)]\×100\%$     公式4

${\mathrm{Al}}_2{O}_3(\%)=[\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×{\mathrm{Al}}_2{O}_{3\left(i\right)}\%)/\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×(1-{\mathrm{Ig}}_{\left(i\right)}\%)]\×100\%$     公式5

$V_2{O}_5(\%)=[\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×V_2{O}_{5\left(i\right)}\%)/\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×(1-{\mathrm{Ig}}_{\left(i\right)}\%)]\×100\%$     公式6

${\mathrm{TiO}}_2(\%)=[\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×{\mathrm{TiO}}_{2\left(i\right)}\%)/\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×(1-{\mathrm{Ig}}_{\left(i\right)}\%)]\×100\%$     公式7

$S=(1-85\%)\×\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×S_{\left(i\right)}\%)/\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×(1-{\mathrm{Ig}}_{\left(i\right)}\%)\×100\%$     公式8

Ro＝CaO％/SiO₂％    公式9

并通过如下公式来计算烧结矿成本：

    公式10

其中，η为产量折算系数，I为烧结原料的种类数，i表示第i个烧结原料，i和I为自然数，Ig_(i)为第i种烧结原料的烧损，N_(i)为第i种烧结原料的干配比，N_(i)＝M_(i)×(1-H₂O_(i)％)，M_(i)为第i种原料含有水分的湿配比，TFe_(i)％为第i种烧结原料的TFe含量，SiO_2(i)％为第i种烧结原料的SiO₂含量，CaO_(i)％为第i种烧结原料的CaO含量，MgO_(i)％为第i种烧结原料的MgO含量，Al₂O_3(i)％为第i种烧结原料的Al₂O₃含量，V₂O_5(i)％为第i种烧结原料的V₂O₅含量，TiO_{2 (i)}％为第i种烧结原料的TiO₂含量，S_(i)％为第i种烧结原料的S含量，脱硫率按85％计算，则烧结矿残硫为Ro为烧结矿碱度，P_i为第i中烧结原料的单价，单位为元/t。

在步骤S107中，将烧结原料之间配比、对应于所述配比的烧结矿的各种成分含量以及单价存储在数据单元的同时显示于烧结模块显示单元(即，烧结模块界面)中。从而使用户容易了解烧结矿的成本以及相关数据。

并且，其中的烧结矿成本与成分自动地传输给高炉计算模块，用于高炉计算步骤。而且，烧结计算步骤(S100)相当于烧结模块。

§2  高炉计算处理S200

图7是示出高炉计算处理的流程的示意图。

在步骤S201中，在数据单元中预先设置高炉炉料的成分、水分含量以及单价。

在步骤S203中，从数据单元中接收所述烧结矿的化学成分及其单价。因为，在烧结计算处理中将烧结矿的成分以及成本都已经存储在数据单元，因此，在此只要使用数据单元中的相关数据即可。

在步骤S205中，预先设置炉料中的各个高炉炉料之间的配比。在步骤S207中，基于各个高炉原料之间的配比来计算炉料的入炉品位、铁矿石单耗、铁矿石成本、炉渣量、炉渣成分SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、V₂O₅、TiO₂、FeO、S的含量、碱度以及生铁原燃料成本。在此需要说明的是，炉渣成分的确定与预先控制对高炉冶炼十分重要，造渣制度不合理不仅对渣铁分离与炉渣流动性影响很大，可能还出现渣铁不分，流动性差的情况。情况严重时，高炉出铁除渣受阻与中止。因此，在高炉冶炼中，炉渣的成分是非常重要的参数之一。

在步骤S209中，将高炉炉料之间的配比、对应于所述配比的炉渣的成分含量、成本等均存储在数据单元的同时显示于高炉模块显示单元中，其中高炉数据显示为高炉模块界面。

在此，详细说明一下步骤S205中计算炉料的入炉品位、铁矿石单耗、铁矿石成本、炉渣量、炉渣成分SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、V₂O₅、TiO₂、FeO、S的含量、碱度以及生铁原燃料成本的公式以及参数。

根据物料平衡可知，各种高炉炉料的元素其去向有三种：一是进入到炉渣，如脉石成分，如CaO，SiO₂，MgO，Al₂O₃等；二是进入到生铁，如Fe，Si，S、C等；三是进入到气相即高炉煤气中，如CO₂，CO，SO2，ZnO等。

假设，高炉炉料(原燃料)成分一般为TFe，SiO₂，CaO，MgO，Al₂O₃，V₂O₅，TiO₂，S，P，其它未知的成分统统设为M表示，并且设有I种原料，且每种原料的水分为H₂O，价格为Pt元/t，生铁成本为Cb元/t，日产生铁为Wc；参加高炉冶炼的铁矿湿配比为K％，干配比为N％，则N_(i)＝K_(i)×(1-H₂O_(i)％)；各种燃料与辅料单耗为Q kg/tP。这些条件可由用户设定。

在此，需要说明的是，高炉炉料仅指铁矿石(烧结矿、块矿、球团矿)，燃料仅指焦炭与煤炭，高炉原燃料指铁矿石、焦炭、煤炭、其它辅料(如石灰石、萤石)的总称。

并且，在高炉冶炼中生产出来的生铁除了铁元素Fe之外，含有少量的钒(用TV表示)、钛(用TTi表示)，硅(用TSi表示)，硫(用TS表示)，磷(用TP表示)，碳(用TC表示)。

设有I种铁矿石参与高炉冶炼，则高炉的入炉品位(混合矿品位)为：

$\mathrm{TFe}\%=\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}(N_{\left(i\right)}\×{\mathrm{TFe}}_{\left(i\right)}\%)/\underset{i=1}{\overset{i=I}{\mathrm{\Σ}}}{N}_{\left(i\right)}\×100\%$     公式11

其中，I为自然数，且i为小于等于I的自然数。

设铁损为Tg，生铁中铁元素含量为Fe，则冶炼1t生铁时所需要的铁矿石的消耗Tk(单位kg/tP)，即当前配比下，生产1t生铁所需的总的铁矿石量。

Tk＝(1000×(Fe/100)+Tg×10)/(TFe/100)kg/tP    公式12  其中，tP表示“吨生铁”。

接着计算铁矿石的成分中进入到炉渣的数量，其单位是kg/tP。

x1SiO₂＝∑Tk×N_(i)×SiO_2(i)/10000kg/tP    公式13

x1CaO＝∑Tk×N_(i)×CaO_(i)/10000kg/tP    公式14

x1MgO＝∑Tk×N_(i)×MgO_(i)/10000kg/tP    公式15

x1Al₂O₃＝∑Tk×N_(i)×Al₂O_3(i)/10000kg/tP    公式16

x1V₂O₅＝∑Tk×N_(i)×V₂O_5(i)/10000kg/tP    公式17

x1TiO₂＝∑Tk×N_(i)×TiO_2(i)/10000kg/tP    公式18

x1FeO＝∑Tk×N_(i)×FeO_(i)/10000k g/tP    公式19

x1S＝∑Tk×N_(i)×S_(i)/10000kg/tP    公式20

x1P＝∑Tk×N_(i)×P_(i)/10000kg/tP    公式21

x1M＝∑Tk×N_(i)×M_(i)/10000kg/tP    公式22

并且，在当前配比下，生产1t生铁所需的铁矿石的成本，即铁矿石成本为，

x1Cb＝∑Tk×Pt_(i)×(N_(i)/100)/1000元/tP    公式23

而且，生产1t生铁时共I个铁矿石的用量，即铁矿石单耗为，

x1Tkdh＝∑Tk×N_(i)/100kg/tP    公式24

另外，铁矿石日耗为，

x1Tkrh＝∑Wc×Tk×(N_(i)/100)/1000t/d    公式25

其中，Tk为吨铁矿石单耗，单位是kg/tP；X1SiO₂为共有I种铁矿石SiO₂进入炉渣的总和，单位是kg/tP，其它成分求和的意义类似。SiO_2(i)为第i种铁矿石SiO₂含量，单位是％，其它成分的意义类似。

接着，计算燃料与其它辅料带入的成分渣量：

X2SiO₂＝∑Q_(i)×SiO_2(i)/10000kg/tP    公式26

X2CaO＝∑Q_(i)×CaO_(i)/10000kg/tP    公式27

X2MgO＝∑Q_(i)×MgO_(i)/10000kg/tP    公式28

X2Al₂O₃＝∑Q_(i)×Al₂O_3(i)/10000kg/tP    公式29

X2V₂O₅＝∑Q_(i)×V₂O_5(i)/10000kg/tP    公式30

X2TiO₂＝∑Q_(i)×TiO_2(i)/10000kg/tP    公式31

X2FeO＝∑Q_(i)×FeO_(i)/10000kg/tP    公式32

X2S＝∑Q_(i)×S_(i)/10000kg/tP    公式33

X2P＝∑Q_(i)×P_(i)/10000kg/tP    公式34

X2M＝∑Q_(i)×M_(i)/10000kg/tP    公式35

并且，冶炼1t生铁时，所需的燃料与辅料成本为，

x2Cb＝∑Pt_(i)×Qi/1000元/tP    公式36

生产1t生铁时，所有燃料与辅料使用量，即单耗为，

x2Qdh＝∑Q_(i)kg/tP    公式37

燃料与辅料日耗为，

x2Qrh＝∑Wc×Q_(i)/1000t/d    公式38

其中，Q_(i)为第i种燃料或辅料的单耗，单位为kg/tP；X2SiO₂为共有I种燃料与辅料SiO₂进入炉渣的总和，单位是kg/tP，其它成分求和的意义类似。SiO_2(i)为第i种燃料或辅料的SiO₂含量，单位是％，其它成分的意义类似，且I是自然数，i是属于I的自然数。

最后，计算总渣量与炉渣组份。

计算方法为，将铁矿石与燃料辅料各种成分带入的渣量相加起来，再减去进入生铁的杂质含量(元素折算成氧化物)，即为最后进入炉渣的渣量。

则进入炉渣中各成分的渣量为(单位kg/tP)，

∑SiO₂＝(X1SiO₂+X2SiO₂)-(60×(1000×TSi/100)/28)，    公式39

式中TSi为生铁中Si含量。

∑CaO＝X1CaO+X2CaO    公式40

∑MgO＝X1MgO+X2MgO    公式41

∑Al₂O₃＝X1Al₂O₃+X2Al₂O₃    公式42

∑V₂O₅＝(X1V₂O₅+X2V₂O₅)-(364×(1000×TV/100)/204)    公式43

式中，TV为生铁中V含量。

∑TiO₂＝(X1TiO₂+X2TiO₂)-(80×(1000×TTi/100)/48)    公式44

式中，TTi为生铁中Ti含量。

∑FeO＝((1000×Fe/100)×(0.006/0.994)×(72/56))    公式45

式中，(0.006/0.994)为进入渣中与生铁的分配系数。

∑S＝0.9×(X1S+X2S)-(1000×(TS/100))    公式46

式中，TS为生铁中S含量，0.9为进入渣中的比率，0.1为进入煤气中的比率。

∑P＝(X1P+X2P)-(1000×(TP/100))    公式47

式中，TP为生铁中P含量。

∑M＝X1M+X2M    公式48

并且，生铁原燃料成本为(单位元/tP)，

∑Cb＝X1Cb+X2Cb    公式49

而且，总渣量∑ZZL(单位kg/tP)的计算公式为，

∑ZZL＝∑SiO₂+∑CaO+∑MgO+∑Al₂O₃+∑V₂O₅+∑TiO₂+∑FeO+∑S+∑P+∑M    公式50

并且，渣量中各种成分百分含量(％)为

SiO₂＝100×∑SiO₂/∑ZZL    公式51

CaO＝100×∑CaO/∑ZZL    公式52

MgO＝100×∑MgO/∑ZZL    公式53

Al₂O₃＝100×∑Al₂O₃/∑ZZL    公式54

V₂O₅＝100×∑V₂O₅/∑ZZL    公式55

TiO₂＝100×∑TiO₂/∑ZZL    公式56

FeO＝100×∑FeO/∑ZZL    公式57

S＝100×∑S/∑ZZL    公式58

P＝100×∑P/∑ZZL    公式59

M＝100×∑M/∑ZZL    公式60

R2＝CaO/SiO₂(二元碱度)    公式61

R3＝(CaO+MgO)/SiO₂(三元碱度)    公式62

R4＝(CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)(四元碱度)    公式63

其中，钒钛矿比例计算为，

Vtkbl＝[∑VTTki/∑x1Tkdh]×100％    公式64

式中，∑VTTki为I种钒钛铁矿石单耗之和，∑x1Tkdh为各种铁矿石单耗之和。

另外，高炉使用的铁矿矿种类有烧结矿，球团矿、天然块矿等铁矿石。燃料有焦炭、煤粉等；其它辅助熔剂有石灰石、硅石、萤石等，但是用量很少。这些高炉原料中只有块矿的品种多，其它原料品种相对固定，变化不大。天然块矿经常变料，为此将历史上或生产中可能用到的块矿成分与价格都输入数据单元并存于数据库，在计算时调出。

计算结果出来后，可以指导高炉调整炉料配比与操作参数，达到事先调控的目的，而非事后把关。这对于高炉冶炼十分重要。经实践检验，计算结果与实际生产结果十分相符，精度很高。该高炉计算处理可用于任何高炉计算。并且，高炉计算处理S200相当于高炉模块。

§3  成本优化处理S300

图8是示出成本优化处理S300的具体流程的图。

参照图8可知，在步骤S301，首先判断是否进行烧结优化处理。若进行烧结成本优化处理(步骤S301中的“是”)，则转到步骤S400。若进行高炉烧结联合成本优化处理(步骤S301中的“否”)，则转到步骤S500。

§3.1  烧结成本优化处理S400

在步骤S401中，预先设置作为约束值的期望全铁含量、期望二氧化钛含量以及期望碱度。

在步骤S403中，计算烧结矿成分与成本。为了计算这些数据，可直接使用前述的烧结模块(即，烧结计算步骤)，也可以另外建立计算模块。可根据实际需求(运算负荷、计算速度等)来选择。

在步骤S405，比较烧结矿成分与约束值，且根据比较结果来调整烧结原料的配比。即，将烧结矿TFe、TiO₂含量以及碱度分别分别与期望全铁含量、期望二氧化钛含量以及期望碱度进行比较。然后在此，利用使用迭代循环方法使烧结矿TFe、TiO₂含量以及碱度分别收敛到期望全铁含量、期望二氧化钛含量以及期望碱度。迭代计算收敛后时得到的烧结铁矿石配比即为生产指导配比，在此铁矿石配比条件下的烧结矿原燃料成本即为期望的烧结成本。并且，重点说明一下收敛过程。

迭代的基本原理是设定铁矿石与石灰石的初始配比(即，烧结原料的配比)，按照上述烧结计算模块的方法，第一步计算出烧结矿TFe含量、TiO₂含量以及Ro值，再与约束值(希望值)比较误差。如果TFe偏高，则撤高品位铁矿石配比，加低品位铁矿石配比，反之亦然；如果TiO₂偏高，则撤钒钛铁矿石配比，加普通铁矿石配比，反之亦然；如果碱度偏高，则撤石灰石配比，反之亦然。按照这种方法进行循环迭代计算，直至三个指标的误差绝对值同时达到可以接受的范围，例如误差为0.01，则认为迭代收敛，停止计算，最终得到的铁矿石与石灰石配比就是我们希望的配比，同时计算出烧结矿成本。这就实现了根据烧结矿成分反向计算铁矿石配比的目的。

更具体地，首先设定烧结铁矿石的初始配比及其它燃料配比等。设作为烧结矿成分的约束值的期望全铁含量YTFe、期望二氧化钛含量YTiO₂、期望碱度YRo(步骤S401)。

接着，在初始配比条件下，按照以上的计算公式，计算出烧结矿的全铁含量TFe、二氧化钛含量TiO₂，碱度Ro等各种成份及成本。

然后，计算出烧结矿成分与约束值的误差

eTFe＝TFe-YTFe    公式65

eTiO₂＝TiO₂-YTiO₂    公式66

eRo＝Ro-Yro    公式67

在本发明中，仅当同时满足Abs(eTiO₂)＜＝0.001、Abs(eRo)＜＝0.001、Abs(eTFe)＜＝0.01时完成迭代过程，其中任一误差绝对值未达到要求，则继续进行迭代。并且，函数Abs()是获得绝对值的通用函数。但是，Abs(eTiO₂)、Abs(eRo)、Abs(eTFe)需要满足的精度条件可根据实际条件变化。

若不满足Abs(eTiO₂)＜＝0.001，则需要调整烧结铁料配比。其过程如下。并且，在此还需要设置配比的调整步长h，为了方便说明，将h设为0.01。

当eTiO₂＞0时，则精矿配比撤一个步长，[精矿配比＝精矿初始配比-0.01]，为了平衡铁矿石配比，则有一种铁矿石配比必须加一个步长，一加一减才能平衡，首选国高粉加配比，则[国高粉配比＝国高粉初始配比+0.01]；若eTiO₂＜0，则精矿配比加一个步长，[精矿配比＝精矿初始配比+0.01]，且[国高粉配比＝国高粉初始配比-0.01]。

若不满足Abs(eTFe)＜＝0.01，仍然需要调整烧结铁料的配比。在此还将调整步长h设为0.01。

当eTFe＜0时，则[进口矿配比＝进口矿初始配比+0.01]，且[低铁料配比＝低铁料初始配比-0.01]，并且减小低铁料配比之后，则需判断低铁料的配比是否为0，当低铁料的配比为0，表示低铁料已经撤完，就撤国高粉配比，此时操作为低铁料配比为0，则[国高粉配比＝国高粉初始配比-0.01]；反之，当eTFe＞0时，则[进口矿配比＝进口矿初始配比-0.01]，[低铁料配比＝低铁料初始配比+0.01]，并且减小进口矿的配比之后，则需判断进口矿的配比是否为0，若进口矿配比为0，则表示进口矿配比撤完，则撤国高粉配比，[国高粉配比＝国高粉初始配比-0.01]。

若不满足Abs(eRo)＜＝0.01，则调整石灰石和生石灰的配比，且调整步长为0.001。

当eRo＞0时，则首先撤石灰石配比，[石灰石配比＝石灰石初始配比-0.001]，当石灰石的初始配比撤完后，碱度还未达到约束值，则撤生石灰配比，[生石灰配比＝生石灰初始配比-0.001]，此时[石灰石配比＝0]。

当eRo＜0，则加石灰石配比，[石灰石配比＝石灰石初始配比+0.001]。

为了使计算过程更加直观与明朗化，现以一个采用VB编程的实施例说明本发明的算法设计，采用其它语言编程的设计思路类似。

(1)首先设定烧结铁矿石的初始配比及其它燃料配比等，采用循环迭代方法计算烧结矿成分与成本，设烧结矿成分的约束值(期望值)YTFe、YTiO₂、YRo；

(2)计算烧结矿成分

在初始配比条件下，按照以上的计算公式(公式1-10)，第一次计算出烧结矿的TFe、TiO₂，Ro等各种成份及成本；

(3)计算出烧结矿成分与约束值的误差

eTFe＝TFe-YTFe

eTiO₂＝TiO₂-YTiO₂

eRo＝Ro-YRo

(4)判断误差符号与调整铁矿石配比，步长设为0.01

A：TiO₂成分调整

B：TFe成分调整：

(5)调整熔剂配比，步长为0.001

(6)迭代计算

将以上调整后的铁矿石与熔剂配比第二次作为(替代)初始配比，重复以上(2)-(5)的步骤，即进行迭代计算，即进行反复迭代计算，重复判断Abs(eTiO₂)是否＜＝0.001、Abs(eRo)是否＜＝0.001、Abs(eTFe)是否＜＝0.01。直到误差的绝对值达到我们期望的要求，则迭代计算收敛，收敛后的铁矿石配比与熔剂配比就是我们所期望的优化配比，这时用该配比计算出烧结矿成本，就是我们期望的成本，并将计算结果存入数据单元，整个优化过程完成。

在这个过程中采用VB重要的循环结构语句执行循环操作：Do……LoopUntil Abs(eTiO₂)＜＝0.001And Abs(eRo)＜＝0.001And Abs(eTFe)＜＝0.01，即三个误差绝对值未同时达到要求时则一直进行迭代计算。“Do……LoopUntil(条件满足)”意思是在满足某个设置条件前一直进行重复迭代计算过程，直到条件同时满足时为止。

“If…then…end if”的意思是如果满足某个条件则进行一种或几种特定任务的计算，条件不满足则不计算。“If…then…ElseIf…end if”的意思是如果满足条件一则进行一种或几种任务的计算，否则如果满足条件二则进行另一种或几种任务的计算，条件一与条件二都不满足，则不计算。“If…then…end if”与“If…then…ElseIf…end if”的内部都可以嵌套一层或几层条件语句，本是实施例中就进行了一层嵌套。

在这里，精矿是指含有TiO₂成分的钒钛磁铁精矿，主要用于调整烧结矿的TiO₂含量，进口矿主要是指含铁成分较高(TFe达62％以上)但价格最贵的进口铁矿石，如澳大利亚矿、巴西矿、印度矿、秘鲁矿等，但一次只能使用一种进口矿；国内高粉是指含铁成分在50-60％的一类国内高品位铁矿石，价格低于进口矿，每次只能使用一种，或将各种不同品种的国内高粉经过混匀后形成一种高品位混匀粉，配料时只有一种混匀粉；低铁料是指含铁品位在40-50％的一类国内低品位铁矿石，价格低于国内高粉，每次只能使用一种，或将各种不同品种的国内低品位矿石经过混匀后形成一种低铁料，配料时只有一种低铁料。石灰石或生石灰是含有CaO成分的熔剂，几乎不含铁份，石灰石CaO含量40-55％，价格最低；生石灰CaO含量70-90％，价格较高。熔剂主要用于调整烧结矿碱度，碱度不符合要求时，首先调整石灰石，只有当石灰石撤完后才调整生石灰。

§3.2  高炉烧结联合成本优化处理S500

在步骤S501，预先设置作为约束值的期望入炉品位YTFe、期望炉渣TiO₂含量YTiO₂以及期望炉渣二元碱度YRo。

在步骤S503，计算当前高炉炉料配比下的入炉品位TFe、炉渣TiO₂含量TiO₂以及炉渣二元碱度Ro。计算公式采用公式11-64。

在步骤S505，使入炉品位、炉渣成分与约束值进行比较，且根据比较结果来调整烧结原料的配比。其中，具体操作为，入炉品位、炉渣TiO₂含量以及炉渣二元碱度分别与期望入炉品位、期望炉渣TiO₂含量以及期望炉渣二元碱度进行比较，并且根据该比较结果来调整烧结铁矿石配比，使烧结矿的全铁含量、TiO₂含量以及碱度产生变化，最终使入炉品位、炉渣TiO₂含量以及炉渣二元碱度分别收敛到期望入炉品位、期望炉渣TiO₂含量以及期望炉渣二元碱度。迭代计算收敛后时得到的烧结铁矿石配比即为生产指导配比，在此铁矿石配比条件下的生铁原燃料成本即为期望的高炉成本。

烧结铁矿石配比优化的烧结矿成分与成本最终要反映到高炉原料成分与成本上。因此高炉烧结联合优化处理与烧结成本优化处理基本类似，不过约束值为高炉的入炉品位、炉渣TiO₂与二元碱度R₂。

高炉烧结联合优化处理的基本原理为，烧结在初始配比下计算烧结矿成分与成本，将成分与成本传递给高炉炉料，高炉再计算炉渣成分与成本，在固定其它炉料的条件下，烧结矿成分与成本变化必然影响到炉渣成分与成本。通过调整烧结铁矿石配比即可调整炉渣成分及生铁成本。基于这一思想，如果高炉入炉品位偏低，则烧结工序加高品位铁矿石，撤低品位铁矿石，反之亦然；如果炉渣TiO₂偏高，则烧结工序撤钒钛磁铁精矿配比，反之亦然；如果炉渣碱度R2偏低，则烧结加石灰石配比，反之亦然。按照这种方法在烧结部分反复计算铁矿石配比，同时计算炉渣成分，当高炉入炉品位、炉渣TiO₂与R2与约束值比较之误差绝对值同时达到期望的范围，例如0.01时，则停止计算，认为循环迭代收敛。烧结得到的最终配比就是我们希望的配比，同时得到烧结矿成分与成本、炉渣成分与生铁成本，并用于指导生产。

具体的设计为，烧结配比调整后产生的烧结矿最终是要用到高炉冶炼的，则烧结矿成分与成本对高炉冶炼技术经济指标影响特别大。在高炉球团矿与块矿配比固定的情况下，则高炉生铁原料成本则由烧结矿成本唯一决定，因此烧结铁矿石配比优化就是高炉成本优化，这就是高炉烧结联合成本优化。优化过程与烧结工序单独优化基本一样，所不同的是约束条件不是烧结矿成份，而是入炉品位(混合矿品位)YTFe，炉渣YTiO₂，炉渣二元碱度YR₂。

更具体地，首先设定炉料结构，即烧结矿配比，球团矿、块矿种类与配比。接着，在烧结初始配比条件下，计算出烧结矿TFe、SiO₂、TiO₂、Ro等各种成份与成本。然后，将烧结矿成份与成本传递给高炉进行计算，按照以上的高炉相关计算公式计算出入炉品位、炉渣TiO₂、炉渣R₂，生铁成本。

接下来，计算出入炉品位TFe、炉渣TiO₂、炉渣二元碱度R₂与约束值的误差。

etTFe＝TFe-YTFe    公式68

etTiO₂＝TiO₂-YTiO₂    公式69

etRo＝R2-YR2    公式70

在此，Abs(eTiO₂)、Abs(eRo)、Abs(eTFe)的判断操作与后续的烧结铁矿石配比调整，调整步长、方法、过程与烧结单独优化完全一样，在此不赘述。

从上可知，烧结成本优化处理起到烧结成本优化模块的作用，高炉烧结联合成本优化处理起到高炉烧结联合成本优化模块的作用。

不管是烧结成本优化或高炉烧结联合成本优化，其最终目的是为了降低成本，同时又能满足冶炼需要。与正向计算比较，不需要反复通过人工调整配比计算烧结矿成分，而将这个过程交给计算机自动完成，实质是计算机人工智能技术。计算机在这个优化过程中，首先是选择低价格的铁矿石来满足入炉品位，其成本是最低，只有当低价铁矿石不能满足烧结矿成分时，才开始加高价铁矿石。因此计算得到的烧结矿或生铁成本是满足冶炼约束条件下的最优成本。

本成本优化模块还能通过修改约束条件经过优化计算得到相应的铁矿石配比、烧结矿成分、炉渣成分及成本。这对于降成本很有用，例如期望入炉品位降低0.1％，则可以计算出成本能降低多少，为生产经营提供决策参考。

§4  高炉生铁产量与焦比预测

高炉影响因素多，过程机理复杂，有许多反应机理并不清楚。生铁产量与焦比是冶炼的两个最重要的技术经济指标，在生产中要预测这两个指标难度很大，主要在于实时计算所需的时间较长，通过对预测产量与焦比已形成的数学模型编程进行计算，可达到预测目的。这两个回归模型各有13个参数变量，而且模型复杂。编程后使计算过程固化下来，实现快速计算。在预测时，在界面上输入这13个参数，通过模型计算则可立即得到生铁产量与焦比，并用曲线显示出来。生产中如果要达到预测的产量与焦比，则可用预测用的参数去控制生产，在该组参数条件下生产实际发生的产量与焦比，可与预测值进行对比，可得到预测精度。

在实际生产中，不是所有参数都发生大的变化，有的参数变化很小，对产量与焦比有利的关键参数希望变化大些，这时可计算参数变化量对产量与焦比的影响量，这样可以指导参数调整，因此预测计算对指导生产具有重要意义。

本发明以计算烧结矿成分、炉渣成分及优化烧结矿成本与冶炼成本为主要功能，但本发明还包括使用高炉参数来计算每天的生铁预测产量以及预测焦比，并与从工地现场采集的实际生铁产量与实际焦比进行比较。其中，高炉参数为入炉品位、富氧率、冶炼强度、炉顶压力、炉温、球团配比、渣量、烧结矿碱度。而且，参照图9与图10可知，通过本方法计算出来的预测产量和预测焦比与实际产量和实际焦比基本接近。

尽管上面结合实施例示出并描述了本发明的以烧结与冶炼钒钛磁铁矿为主的高炉冶炼成本计算与优化方法，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，同样适用于烧结与冶炼普通铁矿石的高炉冶炼成本计算与优化方法，并可以在这里做出形式和细节上的各种改变。

Claims (6)

1.一种高炉冶炼成本计算及优化方法，其特征在于，该方法包括如下几个步骤：

使用烧结原料之间的配比来计算烧结矿的成分含量、碱度及烧结矿单价；

使用所述烧结矿的成分含量以及单价，在此基础上使用各个高炉炉料的配比，从而计算入炉品位、炉渣量以及炉渣成分含量、冶炼成本，其中，炉渣成分包括：TFe、SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、V₂O₅、TiO₂、S；

对烧结计算出的烧结矿的成分含量、碱度及烧结矿单价以及高炉计算出的入炉品位、炉渣量以及炉渣成分含量进行优化，得出烧结铁矿石配比与烧结矿与生铁原燃料成本；

其中，烧结铁矿石为钒钛磁铁矿，

其中，在成本优化处理中的烧结成本优化使用迭代循环方法，并且包括如下几个步骤：

预先设置作为约束值的期望全铁含量、期望二氧化钛含量以及期望碱度；

采用初始配比计算烧结矿的TFe、TiO₂含量以及碱度；

计算过程自动调整烧结原料的配比，使烧结矿TFe、TiO₂含量以及碱度分别收敛到期望全铁含量、期望二氧化钛含量以及期望碱度。

2.根据权利要求1所述的高炉冶炼成本计算及优化方法，其特征在于，在所述烧结计算步骤中，

预先存储各个烧结原料的成分含量、水分含量以及单价；

设置各个烧结原料之间的配比；

基于烧结原料之间的配比以及每个烧结原料的成分含量，计算出烧结矿中TFe、SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、V₂O₅、TiO₂、S的含量、碱度以及烧结矿的单价；

针对烧结原料之间配比、对应于所述配比的烧结矿的成分含量以及单价，进行存储的同时显示于烧结模块显示单元。

3.根据权利要求2所述的高炉冶炼成本计算及优化方法，其特征在于，在所述高炉计算步骤中，

预先设置高炉炉料的成分、水分含量以及单价；

接收通过上述烧结计算而得出的烧结矿的化学成分及其单价；

预先设置炉料中的各个高炉炉料之间的配比；

基于各个高炉原料之间的配比来计算炉料的入炉品位、铁矿石单耗、铁矿石成本、炉渣量、炉渣成分SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、V₂O₅、TiO₂、FeO、S、P的含量、碱度以及生铁原燃料成本；

针对高炉炉料之间的配比、对应于所述配比的炉渣的成分含量，进行存储的同时显示于高炉模块显示单元。

4.根据权利要求3所述的高炉冶炼成本计算及优化方法，其特征在于，

在成本优化处理中的高炉烧结联合成本优化中使用迭代循环方法，并且包括如下几个步骤：

预先设置期望入炉品位、期望炉渣TiO₂含量以及期望炉渣二元碱度；

使用当前高炉炉料配比计算入炉品位、炉渣TiO₂含量以及炉渣二元碱度；

计算过程自动调整烧结原料的配比，使烧结矿的全铁含量、TiO₂含量以及碱度产生变化，最终使入炉品位、炉渣TiO₂含量以及炉渣二元碱度分别收敛到期望入炉品位、期望炉渣TiO₂含量以及期望炉渣二元碱度。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的高炉冶炼成本计算及优化方法，其特征在于，还包括使用高炉参数来计算每天的生铁预测产量以及预测焦比，并与从工地现场采集的实际生铁产量与实际焦比进行比较，并进一步指导调整冶炼参数。

6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的高炉冶炼成本计算及优化方法，其特征在于，将烧结计算结果、高炉计算以及成本优化结果存于数据库并显示在显示单元中。