新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统

供稿|朱国峰，那树人，张兆华，张广斌，国宏伟

新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统

供稿|朱国峰1，那树人1，张兆华2，张广斌2，国宏伟3

内容导读

随着钢铁企业薄利时代的到来，越来越多的钢铁企业开始挖掘降低成本的空间，不断对生产工艺和原料采购进行优化。文章介绍的高炉炼铁原燃料采购决策专家系统是在传统铁矿粉性价评定方法研究成果基础上开发出的基于整个高炉炼铁流程的铁矿粉综合性价评定方法，原料采购决策与优化系统将企业的采购与生产工艺融为一体，以减少企业生产成本、实现企业效益最大化为目的，为企业采购和生产提出合理的优化建议，并对生产工艺进行指导。

我国钢铁企业在当前市场低迷的背景下，降低生产成本成为众多企业提高竞争力增加经济效益的关键。

在整个钢铁流程中，炼铁工序成本占钢铁成本的70%左右，原料费用占铁水成本的50%左右，因此对于钢铁企业尤其是缺少矿石资源的钢铁企业，在保证高炉原料稳定，生产顺畅的前提下，通过选购适合自身条件的铁矿粉，实现系统最优组合，达到系统成本的降低，将会给企业带来巨大的经济效益。

新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统的研究是在传统铁矿粉性价评定方法(铁含量-吨度价方法、扣除脉石碱性成分的品位评价方法、综合脉石成分及FeO含量的评价方法、巴甫洛夫铁矿粉经济性评价方法以及单烧值法)的研究成果的基础上，开发出的基于整个高炉炼铁流程的铁矿粉综合性价评定方法。其目的是在有效评价铁矿粉的基础上为企业进行铁矿粉采购决策提供有力的信息支持。

传统评定方法

铁矿石品位是评价铁矿石价值的最重要指标，传统的铁矿石评价方法正是从品位出发，考虑价格的差异，再进一步考虑其他因素的影响，进而达到评价的目的，主要的评价方法有：铁矿石含铁量-吨度价评价方法；扣除CaO、MgO后的铁矿石品位方法；考虑脉石成分及FeO含量的综合品位方法；巴甫洛夫铁矿石价值评价方法；单烧价值评价方法。

传统的铁矿石评价法从单纯的铁矿石品位，到综合考虑脉石成分及FeO的影响，将有效的含铁品位表达出来。对于经济性而言，铁矿石含铁量-吨度价评价方法则主要从吨度价上考虑，巴甫洛夫的评价方法和单烧价值评价方法在一定程度上综合了更多的因素，但都不够全面，带有一定的片面性和局限性。

这些评价手段仅考虑入炉矿的品位(或综合入炉品位)，而未能从原矿石的角度，也未能从整个高炉生产过程的角度出发，综合评价需要采购的铁矿粉对于整个炼铁过程的价值所在。

新型专家系统

新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统是基于炼铁工艺仿真流程的原料评价系统，从“铁矿粉—烧结矿—高炉炼铁”整个工艺流程出发，综合计算高炉炼铁流程成本高低。新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统流程如图1所示。

图1 新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统流程

首先，采用单烧法，选择一种铁矿粉进行烧结，结合高炉实际用球团矿和块矿的成分和比例，以炉渣碱度作为烧结控制条件，调配所加熔剂来达到符合高炉碱度要求的熔剂性烧结矿。

其次，用熔剂性烧结矿配合规定的球团矿和块矿用量、喷吹煤比，进行高炉冶炼，计算生产1 t铁水所消耗的烧结矿、焦炭数量，计算它们及风水电气等消耗构成的铁水成本。

最后，综合高炉炼铁及烧结过程计算，确定铁水成本，进行铁矿粉性价评定。

新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统具有以下特点：

(1) 全面综合考虑各项成分因素。在系统中，除铁矿粉含铁量之外，还综合考虑了铁矿粉的其他主要成分：FeO、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、S、P、H2O、MnO及烧损等对烧结的影响，进一步将核算出来的烧结矿用于高炉生产，再综合考虑这些成分指标对高炉炼铁成本的影响。

(2) 考虑了铁矿粉及其单烧烧结矿冶金性能的影响。在整个核算过程中利用一些经验数据(如元素渣铁分配比、烧结矿成分对焦比的影响等)，将冶金工艺加入到对铁矿粉性价的评定中，而不仅仅考虑铁矿粉成分的表观效果，评价结果更接近真实生产条件。

(3) 以铁水成本为最终目标，定量化分析不同铁矿粉成分对铁水成本的影响。不单纯考虑铁矿粉烧结过程的成本大小，也不简单考虑该种铁矿粉对焦比和煤比等高炉冶炼指标可能造成的不利影响，而从冶金工艺角度出发，结合经验性的参数设定，以铁水成本为最终目标，综合评价用于生产的铁矿粉的价值，作为铁矿粉采购的依据。统一的评比参数更具有可比性。

(4) 成本核算面广，全面考虑涉及烧结矿和高炉炼铁的各项成本构成。对于烧结矿成本而言，考虑了矿粉成本、燃料(焦粉或煤粉)成本、配加熔剂成本、水电气成本、制造费用和工资等；对于铁水成本而言，考虑了烧结矿成本及返矿成本，焦炭、煤粉、辅助熔剂的成本，水电气成本，制造费用和工资等；整个成本计算接近于生产现场对成本的核算过程，具有比较大的客观性。

(5) 自动生成“矿粉采购决策专家系统汇总报表”。可根据计算过程生成“矿粉采购决策专家系统汇总报表”，对生产指标、烧结矿成本、高炉成本、有害元素负荷、铁水成分、炉渣成分、烧结配料情况、高炉配料情况等内容进行汇总，便于分析其中对铁水成本的限制因素，也有利于铁矿粉评价资料的整理和存储。

新型系统功能

(1) 现有资源性价比评测。将钢厂现有资源输入到系统，经过系统的计算对资源重新组合优化。

(2) 采购原料性价比评测。对钢厂即将采购的原料进行性价比评测，指导钢厂选择适合的资源。

(3) 生产工艺优化。在模型计算中对生产工艺参数进行调整，使整个生产工艺流程更加合理。

(4) 数据挖掘分析降本空间。对钢厂使用的原料和生产工艺进行数据分析，进一步寻找降低生产成本的空间。

新型系统优势

(1) 从企业全局利益出发，打破了各部门之间的专业界限，使原料采购与生产工艺融为一体。

(2) 弥补了现有原料评价方法的不足，从整个高炉炼铁工艺流程出发，为钢铁企业提供有力的信息支持。

(3) 利用计算机数据挖掘技术和智能优化算法对原料结构进行优化，为企业提供更加多元化的方案。

专家系统模块

新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统界面如图2所示。在系统信息录入中录入钢厂原料价格和成分(图3)，然后根据烧结模型、焦化模型、高炉模型、决策优化模型等专家系统模块建立相应信息录

图2 新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统界面

图3 系统信息录入

入和输出。新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统通过对炼铁各生产环节进行系统仿真，计算出的结果符合高炉生产过程中的原燃料配比，系统可以对矿粉、球团矿以及块矿的冶炼效果进行预测，从而对原料采购进行指导。利用采购决策专家系统，从单烧到综合评判，合理利用工艺逻辑，根据市场变化和资源途径，可以开发出适合特殊地域不同厂家的不同合理技术路线，确定路线后，通过商业谈判来降低采购成本，达到炼铁成本最低，经济效益巨大。

结束语

在当前的市场形势下，钢铁产品处于微利时代，开发铁前成本潜力成为企业保持利润的重要措施，有了新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统的帮助，将大大增加企业的盈利能力。应用实践证明，采用新型高炉炼铁原燃料采购决策专家系统能够有效降低吨铁成本10～30元，年产500万t的钢铁企业，可节约年生产成本5000～15000万元。

该项目经过北京国际高技术中心评估，认为具备较好的商业化应用前景。联系人：朱国峰，北京国际高技术中心项目经理，联系电话13466336556，E-mail：ihtc@ustb.edu.cn。联系地址：100083海淀区学院路30号 北京科技大学办公楼224。

New Expert System for Blast Furnace Ironmaking Raw and Fuel Procurement Decision-Making

/ ZHU Guo-feng1，NA Shu-ren1, ZHANG Zhao-hua2,

ZHANG Guang-bin2, GUO Hong-wei3

10.3969/j.issn.1000–6826.2015.03.22

1. 北京国际高技术中心，北京 100083 2. 北京诚人创毅科技有限公司，北京 102206 3. 苏州大学，苏州 215006