铁矿冶炼工艺的优化研究

朱俊涛

摘要：近年来，我国对矿产资源的需求不断增加，铁矿工程建设越来越多。为解决当前高品位铁矿冶炼成本高导致钢铁企业经济效益不理想的问题，将当前低品位铁矿作为未来主流冶炼对象，本文就铁矿冶金工艺进行研究，以供参考。

关键词：铁矿冶炼；原料配比；燃料配比

引言

我国拥有丰富的铁矿资源，但是，统计数据显示，我国铁矿石的平均品位仅为33％，且高品位与低品位铁矿石的价格相差很大。对于钢铁企业而言，若使用低品位铁矿石作为生产原料，可大幅降低采购成本，提升企业的竞争力。

1工厂设备管理总体要求

状态监测系统的创建目的在于建立一个全面且统一的系统运行状态监测系统。通过这个系统可以给设备管理创造更具创新性且更加高效的机组管理模式，能够提供建立在更具专业化的图谱分析以及监测诊断报警手段，从而能够为将来实现广域网监测以及远程专家诊断服务，还有远程维护以及远程升级服务等多项功能的拓展，打下更加坚实的技术基础，也能够实现对运行设备的远程状态进行监测并实现联网传输，使其成为备品备件物联网智能管理以及低成本维修十分重要的组成部分，从而更好地满足机组人员对设备运行的完整性以及信息管理系统的高效运行要求创造基础。这一系统的主要配件囊括传感器以及监测数据采集器，还有数据应用管理器以及无线网关，还兼备了远程状态监测诊断系统软件，等等，从而能够实现在线实时诊断并且分析机组在具体运行过程中出现的故障，并且对机组安全运行和科学维修提供必要的决策支持，从而进一步对设备的良好运行进行优化。在线监测故障诊断系统平台通过安装在设备上的振动传感器，实现对设备运行状态进行实时监测以及分析诊断，实现预知维修，有效地降低停机维修的时间以及成本。本系统包括监测所需要的传感器、数据采集器、无线网关、数据应用管理器、状态监测分析软件等，维护人员以及分析诊断人员都能够通过公司内部局域网以及广域网实现随时随地浏览，甚至是调用设备运行现场的数据，第一时间掌握设备管理器的运行状态及相关数据，可以及时地对设备运行的具体信息进行查看，并第一时间进行故障的分析和诊断，通过创建这一设备，能够大大节约故障的排查时间，并且也不需要消耗大量的人力成本。油液系统设备把相关数据通信到数据采集器中，通过数据采集器把数据传输至平台上进行显示。

2高炉冶炼技术概况

高炉冶炼对原料的要求较高，要求原料的成分稳定、粒度均匀，原料高炉炼铁渣的比例＜300kg/t，炉料的结构相对合理。此外，高炉冶炼技术对采用的燃料也有较高要求，如焦炭中的硫含量、灰分含量、水分含量、焦炭块度以及焦炭强度等指标。近年来，企业为降低原材料采购成本，提升企业竞争力，所购买的铁矿石品位逐渐下降，最低仅为53.51％。由于铁矿品位的大幅降低，导致高炉在实际冶炼钢铁的过程中出现了高炉难行甚至悬料的问题，给高炉冶炼带来极大的挑战，严重影响了企业的经济效益。目前，企业冶炼工序所包含的分系统设备主要有槽下供料系统、炉顶系统、高炉本体、渣处理系统、热风炉系统和制粉喷吹系统等。

3铁矿冶炼工艺

3.1生产执行

生产执行可理解为铁矿冶炼过程包括配料、熔炼、电解、硫酸等关键生产过程。配料是铁矿冶炼行业的最基本工序，是衔接原料和产品生产过程的重要环节。铁矿矿种比较多，成分复杂不稳定，质量参差不齐，配料比例难以精准控制，配料计划的管理是配料的前提工作，合理的配料计划能够保持炉况的稳定和产品质量合格。借助人工智能技术完成配料过程计算，自动生成配料单，应用无人行车、智能电子秤、原料成分在线检测等装备完成配料执行过程，实现配料的自动化、智能化。熔炼作为火法冶炼的核心工序，对整个铁矿生产线起着至关重要的作用，因此对熔炼过程的管控可有效提高生产效率，保障产品质量。运用APC技术、机理模型、数字孪生等技术实现冶金炉窑的智能控制，实现熔炼工艺控制的智能化。电解工序在铁矿冶炼过程中是必不可少的环节，电解过程能否稳定高效运行直接决定了产品的品质，因此电解工序的管理可采用数模系统和红外热成像等技术，通过在线控制系统控制新液供给量、酸液比、槽温和电流强度等过程参数，最终使电解槽产出的产品品位和产量比趋向目标值。铸锭工序可应用视觉+AI机器学习方式进行产品质量判定，通过自动化系统串联浇筑、码垛、打包、称重和贴标等功能实现产品计量打包全流程的无人化作业。

3.2等离子束熔炼炉基本形式

等离子熔炼炉由熔炼炉体、等离子枪、水冷铜坩埚、真空系统和充气系统等组成。突破大功率离子束技术、研究等离子体发生机理、设计制作大功率等离子枪是等离子熔炼炉的发展方向。等离子枪是离子束熔炼炉的核心部件，常用的等离子枪有①空心阴极等离子枪；②钨尖电极等离子枪；③石墨电极等离子枪；④水冷铜电极等离子枪等。空心阴极等离子枪，其空心阴极一般用钽管制作，工作真空度相对较高，钽管受正离子轰击而产生高温，形成热电子发射，大量电子在电场的加速下轰击阳极，使阳极材料熔化，所以也可称为等离子电子束熔炼。以钨尖作为阴极的等离子枪，由于其结构型态设计，钨尖处无法水冷，而钨尖处等离子弧温度很高(3500~6000K)，这就导致钨尖会逐渐烧损，并掺杂在熔炼金属中，形成高密度夹杂。此种等离子枪常用于非自耗电弧炉，气体消耗量较低。石墨电极等离子枪，可使用直流电也可使用交流电，交流等离子枪可以单支使用，也可以成组使用，每组的数量通常为3的倍数。在使用交流电时，石墨电极与钢液之间形成电弧，所以也叫单相/三相电弧炉。在使用直流电时，由于石墨耐高温，所以相对容易获得大功率离子束。水冷铜电极等离子枪，有尖型铜电极和中空铜电极两种，由于铜熔点比较低，所以工作中铜电极需通水冷却。水冷铜电极等离子枪在惰性气体保护下使用，其将惰性气体电离产生等离子体导电，阴极表面会不断吸热发射电子并受到氩气离子的轰击，使得阴极温度高于阳极温度，所以水冷铜电极等离子枪一般作为阳极使用。中空型铜电极的中空形式增大了铜电极接收电子轰击的表面积，所以其使用寿命要大于尖型铜电极，也更容易获得大功率等离子枪。

3.3系统集成与优化

铁矿冶炼智能工厂系统集成可采用基于工业互联网平台的云、边、端架构，实现各系统、各区域和各层级的信息传输与集成。建立生产管控与业务经营两个层面的管理系统，实现采购、生产、销售和决策于一体的管控平台。建设系统对接的网络、车间联通的网络和全厂互联的网络，实现网络互联、信息互通。根据工厂大小以及信息安全要求，考虑网络安全建设，可对网络进行物理隔离或防火墙隔离，将办公网与工控网、生产网进行隔离。智能工厂运行过程中产生大量的数据，系统集成不仅需要软件系统、网络建设，还需服务器、存储器等硬件设施的建设，因此智能工厂必须建有数据中心对数据进行汇总、存储和监视。

结语

随着全球钢铁行业进入微利时代，越来越多的廉价低品位铁矿被利用，成为未来钢铁市场的主流。因此，优化低品位铁矿的冶炼工艺、降低成本、提高产量成为当前急需解决的问题。

参考文献

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