优化配矿及低成本炼铁关键技术实践

优化配矿及低成本炼铁关键技术实践

魏志江

河钢宣钢教授级高级工程师

摘要：面对全球铁矿石资源竞争加剧、国内钢铁行业绿色转型与降本增效的双重压力，优化配矿与创新低成本炼铁技术已成为企业生存与发展的核心竞争力。本文系统梳理了“十四五”期间我国在炼铁领域的关键技术进步，重点分析了以一体化智能配矿为核心的港口集约化混矿新模式、基于数字化模型的原燃料结构优化、富氧大喷煤等节能降耗工艺创新、以及含铁固废资源化利用等关键技术路径。通过详实的数据对比，论证了这些技术实践在稳定原料质量、降低铁水成本、提升能源利用效率和减少环境负荷方面的显著成效。展望“十五五”，钢铁行业将从“量增”转向“质升”，低成本炼铁技术将进一步向源头低碳配矿、过程极致能效、全流程智能协同和绿色循环的深度融合方向发展，为新质生产力的培育和行业高质量发展提供坚实支撑。

关键词：优化配矿；低成本炼铁；一体化配矿；节能降耗；固废循环；智能化

Optimization of Ore Blending

and Key Technology Practice for Low-Cost Ironmaking

WeiZhijiang

Professor-Level Senior Engineer, HBIS GroupXuansteelCompany

Abstract: In the face of intensified global competition for iron ore resources and the dual pressures of green transformation and cost reduction/ efficiency improvement within the domestic steel industry, optimizing ore blending and innovating low-cost ironmaking technologies have become the core competitive edge for enterprise survival and development. This paper systematically reviews the key technological advances in China's ironmaking sector during the "14th Five-Year Plan" period. It focuses on analyzing critical technology pathways, including the new model of port-intensive ore blending centered on integrated intelligent blending, the optimization of raw material and fuel structures based on digital models, process innovations for energy saving and consumption reduction such as high oxygen enrichment with massive pulverized coal injection, and the resource utilization of iron-bearing solid wastes. Through detailed data comparison, it demonstrates the significant effectiveness of these technological practices in stabilizing raw material quality,reducing molten iron costs, enhancing energy utilization efficiency, and reducing environmental load. Looking ahead to the "15th Five-Year Plan" period, the steel industry will shift from "quantity growth" to "quality enhancement." Low-cost ironmaking technologies will further develop towards deeper integration of source low-carbon ore blending, process extreme energy efficiency, full-process intelligent coordination, and green recycling, providing solid support for fostering new quality productive forces and the high-quality development of the industry.

Keywords: Ore Blending Optimization; Low-Cost Ironmaking; Integrated Ore Blending; Energy Saving and Consumption Reduction; Solid Waste Recycling;Intelligentization

1.前言

钢铁工业是国民经济的支柱产业，而炼铁工序作为钢铁制造的源头，其成本约占全流程总成本的70%以上，能耗和排放占比也超过60%。因此，炼铁环节的降本增效是实现全行业高质量发展的关键。当前，我国钢铁行业面临多重挑战：对外， 铁矿石对外依存度长期高于80%，资源安全风险突出，且国际矿石市场定价话语权薄弱；对内， 行业已进入“存量优化”阶段，政策层面严禁新增产能，推动兼并重组，市场竞争从规模扩张转向质量与成本的精益化比拼。同时，“双碳”目标与环保法规趋严，倒逼企业向绿色化转型。在此背景下，传统的、依赖经验和高品位矿的粗放式生产模式难以为继。优化配矿与低成本炼铁不再是单纯的技术课题，而是关乎企业生存的战略选择。它要求从单一的“购买廉价原料”思维，升级为涵盖原料科学定制、过程智能控制、能源梯级利用、废物循环增值的系统工程。本文结合近年来的产业实践与科技进展，系统阐述相关关键技术，并通过数据对比分析其应用效果，为行业实践提供参考。

2.系统性优化配矿：从经验到模型的智能化跨越

配矿是低成本炼铁的基础，其目标是在满足高炉稳定顺行和铁水质量要求的前提下，实现入炉原料的长期综合成本最低。现代配矿技术已从单工序、孤岛式的经验配比，发展为覆盖“原料-烧结/球团-高炉”全工序协同的一体化智能优化系统。

2.1港口集约化混矿与一体化配矿技术

为应对矿源多元化和品质波动大的挑战，基于港口物流优势的集约化混矿模式应运而生。中冶赛迪集团开发的一体化配矿技术体系是其中的典范。该技术建立了行业首个覆盖铁前全工序的协同优化架构，通过前馈预测与反馈调节相融合的模型，动态设计混矿方案。

2.1.1技术创新点

（1）架构创新。首创铁区一体化配矿整体技术架构，实现了从港口混矿到高炉冶炼的全局寻优，被鉴定为国际领先水平。

（2）模型创新。开发了基于矿相特征扩增的烧结性能预测模型和基于RBF神经网络的高炉炉况指标预测模型，提高了预测精度与鲁棒性。

（3）工艺创新。首创短流程双料合流多级匀化混矿工艺，解决了港口来料复杂、精度要求高的难题。

2.1.2应用效果数据对比

该技术支撑五矿曹妃甸公司建成了千万吨级国际混矿中心。唐山地区某钢铁企业应用其混匀粉后，取得了显著效果。

（1）质量稳定性提升。Fe品位波动显著降低，烧结矿碱度合格率提高2%。

（2）冶金性能改善。烧结矿转鼓强度、还原性等关键指标得到优化。

（3）经济指标优化。高炉燃料比降低1%，实现了系统性降本。

2.2数字化配矿模型与精细化管控

（1）在企业内部，构建自主的数字化配矿模型成为精细化管控的核心。重庆钢铁的实践表明，通过自主搭建基于海量实验数据的配矿测算模型，并坚持“日跟踪、周盘库”的精细化管理，可以在保证质量的前提下，精准实现“性价比最优”。该模型的应用，为重庆钢铁实现了吨钢成本降低78.3元的显著效益。

（2）陕钢集团汉钢公司则构建了“精料+精控”双轮驱动体系，前端利用数字化模型动态优化炉料，将入炉品位波动控制在合理区间；后端通过炉温智能预测与标准化操作，稳定铁水成分。这种全流程的精准控制，为高炉长期稳定顺行、增强抗风险能力奠定了基础。

2.3经济炉料结构的探索与实践

在保证炉况稳定的前提下，科学配用经济炉料是降本的直接手段。研究表明，通过提高块矿配比、合理使用劣质焦炭等方式构建经济炉料结构是可行的。关键控制点在于：

（1）烧结矿性能调控。将烧结矿中FeO含量控制在7.0%-8.0% 以改善还原性，同时兼顾其他冶金性能。

（2）高炉操作匹配。采用大矿批、低焦比、低[Si]冶炼等操作制度，并匹配合适的富氧率和冶炼强度，以消化经济炉料可能带来的影响。

承德钒钛的案例更具突破性。其攻关小组发现，回转窑脱落的含铁废料“窑皮铁块”价格比球团矿低77元/吨。经过严谨的化学成分检测和阶梯式替代试验，最终成功将窑皮铁块对高价球团矿的替代比例提升至90%以上，累计降低原料成本116万元，且未影响钢水质量与工艺稳定。这启示我们，对各类含铁二次资源的创新性应用是重要的降本突破口。

3.低成本炼铁的关键工艺与能效提升技术

优化配矿提供了“优质优价”或“低质优用”的原料基础，而先进的冶炼工艺与能效技术则是将原料优势转化为成本优势的保证。

3.1节能降耗工艺的深度挖潜

炼铁工序是能耗大户，节能就是最大的降本。各企业通过技术创新与管理优化，在能耗上做“减法”。

（1）富氧大喷煤技术。陕钢汉钢通过优化高炉操作制度，实施富氧大喷煤，实现了焦比降低5kg/t的目标。

（2）热风炉系统优化。升级热风炉燃烧控制系统，精准调控空燃比，可使热效率提升4.7%。

（3）系统节能管理。实施循环水泵变频改造、推行用电“避峰生产”模式等，从细节处挖掘节能潜力。重庆钢铁通过全链条管控配煤，将强黏比降至44.9%的历史最优水平，吨钢成本再降35元。

3.2含铁固废的资源化循环利用

将生产过程中的含铁尘泥、渣钢等固废“吃干榨净”，既能降低环境负荷，也能创造经济价值，实现循环经济的“乘法”效应。

3.2.1关键技术与效果

（1）低成本粘结剂开发。针对含铁尘泥制球成本高的问题，中国地质科学院矿产综合利用研究所开发了新型低成本粘结剂。当添加比例为1.5%时，生球落下强度>5次/米，干球抗压强度及粉碎率均满足生产要求，吨球粘结剂成本降低35%。国际研究也表明，使用KemPel等有机粘结剂部分或完全替代传统膨润土，有助于改善球团质量，尤其适用于未来氢基直接还原等绿色工艺。

（2）固废高效返用。陕钢汉钢将高炉水渣、钢渣全部加工成超细粉，用作水泥原料；含锌除尘灰经脱锌后返回烧结，构建了资源循环链。重庆钢铁通过优化渣钢分选工艺，使渣钢粒返产量从吨钢3.4公斤大幅提升至11.4公斤，为吨钢成本贡献了1.7元的降幅。

3.3面向高端化的低成本纯净冶炼

低成本并非意味着低端化。相反，通过技术创新，在低成本原料基础上生产高附加值产品，是提升竞争力的高阶路径。例如，华北理工大学与唐钢合作，开发了长流程冶炼结合熔盐电解提纯的技术，成功实现了千吨级4N（99.99%）高纯铁的工业化低成本制备，产品应用于航空航天等高端领域，累计创效过亿元。这证明了通过工艺创新，可以打破“低成本-低品质”的传统关联。

4.实践成效的综合数据分析

为更直观地展示各项关键技术的实践效果，以下汇总了来自不同企业案例的量化数据。优化配矿及低成本炼铁关键技术实践成效数据对比见表1。

表1.优化配矿及低成本炼铁关键技术实践成效数据对比

5.结语

面对复杂的市场与政策环境，我国钢铁行业在优化配矿与低成本炼铁领域已探索出系统性的技术路径并取得显著成效。

（1）配矿模式发生根本变革。从依赖经验转向基于一体化模型和数字化平台的智能化、协同化配矿，港口集约化混矿模式提升了资源保障能力和成本控制水平。

（2）降本途径更加多元系统。降本不再局限于采购环节，而是贯穿于经济炉料结构设计、节能工艺革新、全流程精益管控以及固废资源化增值的每一个环节，产生了显著的协同效应。

（3）绿色低碳与降本深度融合。节能技术、循环经济在降低能耗物耗的同时，直接贡献于成本下降，证明了环保与效益可以协同共进。

（4）技术创新驱动价值提升。通过工艺创新，能够在控制成本的前提下，实现产品品质的高端化突破，为培育新质生产力提供了炼铁解决方案。

6.展望“十五五”

展望“十五五”，钢铁行业将在“存量优化”中加速向绿色化、智能化、高端化转型。优化配矿与低成本炼铁技术将呈现以下发展趋势：

（1）源头低碳化。配矿目标将从“成本最优”向“成本-碳足迹”双目标最优演进。氢基直接还原等新工艺对原料纯净度要求更高，将推动新型低碳粘结剂和高品质预制炉料（如高反应性焦炭、高还原性球团）的研发与应用。

（2）过程极致化。依托“人工智能+”行动，智能配矿、高炉智能操作与能源系统智能调度将深度融合，实现生产过程动态全局优化，挖掘极致能效潜力。

（3）循环闭环化。钢铁-化工-建材跨产业联营的循环经济生态将更完善，固废资源化利用率接近100%，实现真正的“无废工厂”和全生命周期成本最低。

（4）标准与品牌化。类似于“五矿标准粉”，基于一体化配矿技术的国产混矿品牌将不断涌现，通过稳定、标准化的产品性能，提升中国企业在国际原料市场的话语权。

总之，未来的低成本炼铁，是基于科技创新、智能决策和绿色循环的高质量、低成本、低消耗发展模式。它不仅是企业应对当前挑战的利器，更是推动整个钢铁行业结构优化、迈向全球价值链中高端的核心引擎。

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