王维兴1，许满兴2

(1.中国金属学会，北京  100711；2.北京科技大学，北京  100083)

摘  要  优化配矿是要实现铁矿石的性质与烧结、球团指标的内在合理联系。矿石的脉石中SiO2和Al2O3含量对其进行综合评价有重大影响。列出了7个公式对铁矿石的含铁品位、冶金价值进行综合评价，并列出几个案例做具体分析。

关键词  烧结；配矿；综合评价；生产技术

优化配矿是要实现铁矿石的性质与烧结、球团指标之间的内在关系。在满足烧结、球团质量要求和矿石供应条件的基础上，通过优化配矿便矿石（单一或混合矿）具备优良的制粒性能、成矿性能，造出的熟料能使高炉取得良好的技术经济指标[1]。要掌握铁矿石的制粒性能、成矿行为，找出影响造块（烧结、球团）质量的主要因素，分析铁矿石成分、性能与熟料质量之间的相关内在联系；在满足熟料质量要求的基础上，实现最低成本的配矿方案。

1   铁矿石优化配矿技术

铁矿粉的优化配矿技术被普遍重视，为企业扩大铁矿资源，降低烧结和炼铁成本、提高企业竞争力，提供了有效支撑。目前，优化配矿技术的发展和应用已不再停留在对其化学成分、成本的简单要求，而是结合铁矿粉烧结条件下的高温烧结性能，在烧结过程中的作用和贡献，铁矿粉之间性能差异与性能互补性，合理的利用不同类型的铁矿粉层面。姜涛[2]等针对褐铁矿、钒钛磁铁矿、含氟铁矿、镜铁矿、赤/褐混合铁矿等的应用问题，建立了快速评价铁矿石成矿性能的铁酸钙生成曲线法，揭示了含铁原料基本物化性能与制粒、成矿性能的关系，提出了基于调控黏附粉含量、成分、比表面积和核颗粒矿物组成的配矿标准，开发出优化配矿综合技术经济系统，解决了多品种、难造块铁矿资源快速优化配矿的难题。工业生产采用该技术后，使褐铁矿、镜铁矿配比分别增加了20%、10%以上，烧结原料成本降低了25元/t以上。

1.1 铁矿石的性能

（1）化学成分

铁矿石的化学成分由含铁元素、脉石和有害杂质三部分组成[3]。

①有价成分：Fe（Fe3O4、Fe2O3、FeO、FeCO3），CaO，MgO(B2O3）。

②负价成分（酸性脉石）：SiO2·Al2O3。

③有害杂质：S、P、K2O+Al2O3、Pb、Zn、Cu、As、Cl、（TiO2）。

高炉炼铁对铁矿石有害杂质的限量要求如表1所示。

（2）铁矿石的物理性能

对块铁矿和球团矿的物理性能要求，铁矿石的物理性能包括粒度和粒度组成，强度和热爆裂指数，对块铁矿和球团矿的物理性能要求列于表2中。

（3）铁矿石的冶金性能

铁矿石的治金性能包括900℃时的还原性（RI），500℃时的低温还原粉化指数（RDI+3.15），球团矿的还原膨胀指数（RSI）对块铁矿和球团矿的冶金性能要求列于表3中。

虽然对粉矿没有冶金性能的要求，买方可根据已掌握的各种铁矿粉的烧结基础特性（同化性、黏结相强度、液相流动性、生成铁酸钙能力和固相连晶能力）或烧结反应性（利用系数和强度是反映烧结反应性的主要指标）衡量它们的质量状况。

1.2 天然铁矿石的种类和特征

用于高炉炼铁的铁矿石分天然铁矿和人造富矿两大类，常见并用于烧结、球团和高炉炼铁生产的天然铁矿石主要分四种，它们的分类和特征列于下面的表4中。

2. 铁矿石含铁品位综合评价方法

铁矿石品位综合评价法不仅考虑铁矿石的品位，同时兼顾铁矿石的有价成分和负价成分，即碱性脉石的价值和酸性脉石的影响，具体表达式依据炉渣的二元碱度（R）还是四元碱度（R）列为以下公式。

式中，R2、R4——二元和四元炉渣碱度；

SiO2、Al2O3、CaO和MgO铁矿石的化学成分含量（%）。

上述表达式可说明铁矿石的实际品位，既考虑了碱性脉石（CaO+MgO）的作用，又扣除了酸性脉石（SiO2+Al2O3）作为渣量源头对品位造成的影响，这就是铁矿石的实际品位。这种综合评价法的不足是尚没有考虑有害杂质对品位造成的影响（有害元素每增加1%，高炉增加生产成本30～50元/t），下面以表达式（2）举例作计算和分析说明。

2.1 宝钢1#高炉用进口铁矿粉与炉渣分析

例1：宝钢进口巴西的高品位低SiO2，低Al2O3矿的实际综合品位分析[4]，进口铁矿粉和炉渣（宝钢1#高炉）的化学成分列于表5中。

将表5中的数据代入（2）式得：

2.2 沿海某钢铁企业用进口铁矿粉与炉渣分析

例2：沿海某钢铁企业进口印度低品位，高SiO2。高Al2O3。矿的实际综合品位分析。进口铁矿粉和炉渣的化学成分列于表6中。

2.3 实例分析

由以上两个实例可以说明，铁矿石的脉石含量与其实际品位有直接影响。

在宝钢生产条件下，进口铁矿石的综合品位仅比标出品位低不足2.0%，ΔTFe=标出品位－综合品位=67.5%-65.6%=1.9%。

而对沿海某企业的高SiO2。高Al2O3矿而言，情况就大不一样，TFe=60.0%-51.22%=8.78%。因此，购买铁矿石必须考虑脉石的含量，特别要注意酸性脉石（SiO2+Al2O3，）对综合品位的影响，达到合理的性价比。正因为矿石的Al2O3含量会影响炉渣Al2O3和MgO含量，计算时应考虑炉渣的四元碱度，而非二元碱度，故建议采用计算式（2）作为铁矿石品位的综合评价法。

3. 铁矿石冶金价值的评价方法

铁矿石冶金价值的评价方法是前苏联M.A.巴甫洛夫院士提出的，铁矿石冶金价值的计算方法（公式）：

M.A.巴雨洛夫院士提出的上述计算公式，是上世纪40年代的事，当时铁矿石的品种很单一，主要是天然块矿入炉，高炉炼铁还没有喷煤，有害杂质对矿石冶炼价值的影响，也不如目前认识的突出，因此是很有水平的铁矿石价值计算公式。这个公式既考虑了铁矿石的品位，同时也考虑了焦比和熔剂消耗的因素，直接计算出铁矿石在某厂条件下的利用价值，计算出来的数据直观，是所用铁矿石到厂的最高价，若购买铁矿石超过P的价格，就意味着用这种铁矿石冶炼工厂就要亏本。

4. 铁矿石极限价值和实用价值评价方法

根据现代高炉炼铁喷煤和有害元素对矿石冶炼价值的影响，也参照国内河钢集团邯钢和华菱集团莲钢对M.A.巴甫洛夫院士计算公式的修正意见，提出简单易行的直接入炉铁矿石价格的评价方法（计算公式）：

铁矿石的剩余价值：

式中，PM—铁矿石用于冶炼的极限价值；

PS—铁矿石的实用价值。

4.1 矿石的极限价值

式中，C1、P1——焦比（t/t）和焦炭的价格（元/t）；

C2、P2——喷煤比（t/t）和煤粉的价格（元/t）；

C3、P3——炼铁熔剂消耗（t/t）和熔剂的价格（元/t）

C4、P4——有害杂质总量（kg/t）和其当量价值（元/kg）。

式（5）的含义是铁矿石的极限价值等于生铁成本减去焦炭、喷煤熔剂、有害杂质的消耗加上车间的加工费之和。式（5）中的F、f、P和g与（3）式中的相同。

例3：设某厂买入的铁矿石品位（F）为62%，生铁的含铁量（f）为95%，生铁的成本价格（P）为2800元/t，炼铁焦比（C1）为380kg/t，焦炭的价格为2000元/t，喷煤比（C2）160kg/t，煤粉的价格（P2）为900元/t。

吨铁有害杂质总量为3.5kg，有害杂质的当量价值（P4）为30元/kg，将以上数据代入式（5）得：

从例3计算的结果可以看出，在已知的条件下，62%品位铁矿石的最高买价（P）为1079.14元/t，若超过此值，炼铁会亏本。

4.2 铁矿石的实用价值

式中，C1——铁矿石的平均成本（元/tFe）；

C2——矿石中碱性脉石（CaO+MgO）价值

C3——矿石中酸性脉石（SiO+Al2O3）消耗熔剂的当量价值；

C4——矿石中除Fe元素外其他元素消耗燃料的当量价值。

式（6）中其余符号均为铁矿石的化学成分。式（6）的直观性很强，即铁矿石的实用价值等于其有价元素价值之和与负价元素消耗之和的差值。

例4：某厂购进铁矿石的化学成分列于下面的表7[5]中。

若把例3、例4结合起来，则P1=PM-PS=1079.14-1075.06=4.08（元/t）。

上述计算说明：在以上两种条件下，铁矿石有4.08元/t的剩余价值。相当于采用此矿价冶炼1t生铁有4.08×1.65=6.73元的效益，可见效益甚微。

注：本例中C1、C2、C3和C4的设定是根据长治钢铁公司的设定值，由矿价的涨幅作适当调整而来的（原长钢的设定值C1=585，C2=100，C3=172，C4=143）。其中1800是根据平均矿价1200元/t冶炼1t生铁，采用63.5%品位需用1.5t矿，得出吨铁平均矿价1800元，C2、C3、C4为各企业根据本企业的实际数据作修正。

以上铁矿石的极限价值和实用价值适用于直接入炉的块矿和球团矿，不适用于烧结生产和球团矿生产的粉矿和精粉，这是因为粉矿和精粉的实用价值还受其烧结特征和球团焙烧特性的影响。

4.3 烧结粉和球团精粉价值评价方法

已有的文献资料，对烧结粉的价值评价倾向于用单烧值的烧结指标和冶金性能进行经济分析，再根据所用烧结矿的炼铁价值去推算铁矿粉的价值而且以自熔性烧结矿为基础。笔者认为这实际上是很难实现的，笔者曾对18种进口铁矿粉的单烧指标作过质量分析，进行单烧试验的料层厚度不同，碱度不同配比和混合料水分不同，且目前全国都生产高碱度烧结矿，难以作出统一的价值评价。在烧结生产中，各种矿的配比是根据合理的配矿实现的，它的基础还是化学成分（包括烧损和有害杂质），物理性能和高温特性。因此，笔者认为对烧结粉矿的价值评价最基本的还是铁矿粉的化学成分（包括有价成分、负价成分和有害元素）和物理特性（烧损、粒度和粒度组成），对目前已知各种矿粉的高温特性（同化性，液相流动性、粘结相强度，生成铁酸钙能力和固相连晶能力，也包括晶体颗粒大小，水化程度等）和已有的分类（A类、B类、C类矿）要适当考虑（作修正系数，可以通过合理配矿解决），而用于球团生产的精粉也很复杂。同样是赤铁矿精粉，中国的、巴西的和印度的均有各自的不同特征。但对铁矿粉价值评价最基本的还是品位和化学成分，粒度和粒度组成（包括LOI值）。

基于以上分析，笔者认为用于烧结和球团生产的粉矿和精矿粉，它们的价值主要应采用品位综合评价法加上有害元素影响，烧损和粒度组成的调整方法简易实用。

铁矿粉的价值评价法用TFe粉综表示：

式中，C1——烧损（LOI）当量价值。根据经验，当LOI<3%时，C1取-0.6；当LOI=3%~6%时C=0；当LOI>6%时，C1=0.6，C1的取舍可由企业作调整；

C2——粒度当量价值，当粉矿的粒度+8mm>5%或1.0~0.25mm含量>22%时应作修正，C2可取绝对值超量的0.3%。

例如粒度+8mm为11%和1.0~0.25mm为28%时，C2Lm项的数值为0.3×（11-5）+0.3（28-22）=3.6，C2的数值企业也可以根据生产数据作出调整。

例5：某钢铁企业购进的烧结粉，化学成分指标列于表8中（R2为1.02）。

上述计算结果说明：某钢铁公司购进62.0%品位的铁矿粉，其实际的价值相当于52.26%的品位价值。

5. 结论

（1）铁矿石的化学成分、物料性能、冶金性能对其经济性有重大影响，特别是含高SiO2。高Al2O3，矿的经济品位下降。

（2）要综合评价铁矿石，不能仅看品位，还要看有害杂质含量和对高炉冶炼的影响。

（3）铁矿石的极限价值要用式（5）计算，计算公式科学，计算结果符合实际。

6  参考文献

[1]范晓慧.铁矿烧结优化配矿原理与技术[M].北京:冶金出版社,2013:6.

[2]姜涛.烧结球团生产工艺设计手册[M].北京:冶金出版社,2013.

[3]许满兴.改善烧结矿质量的研究与对策[C].2010年全国炼铁生产技术会议文集.

[4]许满兴.宝钢高炉合理炉料结构的试验研究与分析[C].2012年全国炼铁生产技术会议文集.

[5]吕定建.日钢低品位矿经济炼铁实践（第5版）N.中国冶金报,2013年3月18日.

[6]王维兴.炼铁炉料结构技术的发展[J].中国钢铁业,2006,(8):24-26.