（工商管理专业论文）宝钢厚料层烧结技术创新的经济学分析.pdf

摘要 本论文以宝钢厚料层烧结生产的发展为背景，重点介绍了厚料层 烧结优化试验技术及其运用。宝钢在一期工程建设中，从日本引进了 一号烧结机全套设备。之后，针对其工艺参数不合理的现象我国开始 了自主研究。该研究采用现代烧结试验技术，运用数理统计方法，得 出了合理科学的结论。为日后一号烧结机改造取得成功奠定了理论基 础，也为宝钢二期工程、三期工程少走弯路提供了设计依据。在本论 文导论和第一章里对这一过程和技术开发情况分别做了详细说明，着 重对该技术的运用进行定量化分析。该技术从开发到现在已经二十 年。在这段时间里，我国的钢铁需求一直保持强劲的增长势头。随着 我国钢铁产量在国际上所占比重越来越大，技术引进已经越来越减 少，自主开发技术的步伐远远赶不上经济飞速发展的需要，技术空心 化的现象越来越严重。这一点可以通过全国自1 9 9 5 年以来全要素生 产力的增长在逐年下降得到证明。因此可以说，我国的基础产业的生 产和经营还是以粗放型为主，能源耗费极大，这对可持续发展极其不 利。针对这种情况，本论文的第三章从经济学方法入手，着重对厚料 层烧结技术的运用进行定性化分析。阐释了厚料层烧结生产的基本模 型，提出了经济生产区概念，对不正确认识正本清源，对“厚料层” 进行界定，给出了它的定义，这是多年来无人重视、又十分重要的问 题。“厚料层”的定义包容性很大，容易被更多企业或企业家认同并 接受。第四章对厚料层烧结生产的技术创新与制度创新问题进行了初 步探讨，指出了制度创新的重要性，以致于它可以在很大程度上决定 技术成果的推广和运用；本章还谈到了我国现代企业家所应新增加 的、与熊彼特所定义的企业家不同的素质，这就是尊重科学和知识、 尊重人才；也谈到了市场发育成熟的重要性，提请人们更多地注意提 高对这一方面问题的认识。 关键词厚料层烧结，工艺优化，t f p ，技术创新，制度创新 a b s t r a c t t a k i n gt h ep r o c e s so fb a o s t e e ls i n t e r i n gp l a n t 鹊i t sb a c k g r o u n d , t h i s t h e s i si sp u ti t sf o c a lp o i n to v e rt h ed e e p - b e do p t i m i z e ds i n t e r i n gt e s t t e c h n i q u ea n di t sp o p u l a r i z i n ga n da p p l y i n g i t sw e l lk n o w nt h a tt h e c o m p l e t es e to fe q u i p m e n ti nb a o s t e e lw a si n t r o d u c e df r o mj a p a ni n 施1 s t a g ep r o j e c t b e c a u s et h ep r o c e s sp a r a m e t e r so fs i n t e r i n gm a c h i n ew e r e u n s u i t a b l e ，t h er e s e a r c h e ss t a r t e de a r l yt i m eb yu st h a tf o rs i n t e r i n g e n e r g ys a v i n g t h e s er e s e a r c h e sa d o p t e dm o d e ms i n t e r i n gt e s tt e c h n i q u e ， a p p l i e d m a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c s m e t h o d ，a n ds u c c e e di na c c u r a t e c o n s e q u e n c et h a te s t a b l i s h e daf i r mf o u n d a t i o ni nt h e o r e t i c a l l yf o rn o1 s t a g ep r o j e c t sr e m o l d i n g m e a n w h i l et h i st e s t sr e s u l t sw e r et a k e na s d e s i g n sb a s i so f k o2s t a g ep r o j e c ta n d 3s t a g ep r o j e c to fb a o s t e e l i n t h ei n t r o d u c t i o na n dt h ef i r s tc h a p t e r ，t h ea b o v e - m e n t i o n e dp r o g r e s sa n d t h em o s ti m p o r t a n tr e s u l t so ft h es a i dt e s tt e c h n i q u ew e r ed e s c r i b e d d e t a i l e di nt h ei n t r o d u c t i o na n dt h ef i r s tc h a p t e rr e s p e c t i v e l y i tt r i e df r o m t h el a t e rt om a k ea na n a l y s i sa b o u td e e p - b e ds i n t e r i n gt e c h n i q u ei n q u a n t i t a t i v e l y t h es a i dt e c h n i q u ew a sd e v e l o p e dt w e n t yy e a r sa g o o u r c o u n t r y ss t e e lp r o d u c t sd e m a n d sh a v eb e e nk e e p i n gs h a r pf r o mt h et i m e t on o w o nt h eo t h e rh a n d ，t h es c a l eo ft e c h n i q u ei n t r o d u c e df r o m o v e r s e a si ss h r i n k i n ga n di t sq u a n t i t i e sa r ed e c r e a s i n gi ni r o n & s t e e l i n d u s t r y , w h i l et h ep a c eo fo u r s e l v e st e c h n i q u er e n e wc a r l tf o l l o wu pt h e s p e e do fe c o n o m i cd e v e l o p m e n ts ot h a tt h ep h e n o m e n ao ft e c h n i q u e h o l l o wi ss e r i o u sm o r ea n dm o r e i tc a r lb ep r o v e df r o mo u rc o u n t r y s 盯p ( t o t a lf a c t o rp r o d u c t i v i t y ) d e c r e a s i n gy e a ra f t e ry e a rs i n c e1 9 9 5 i t c a nb es a i dt h a to u rb a s i ci n d u s t r i e si ss t i l li nt h em a i nc o n d i t i o no f e x p a n d i n gm a n a g e m e n t ，i n w h i c he n e r g y $ o b r c e ss u p e r st r e m e n d o u sl o s s a sw e l la sc o n t i n u a ld e v e l o p m e n ts u f f e r sd a m a g e i nt h et h i r dc h a p t e ro f t h et h e s i s ，t h ef o c a lp o i n ti sp u to v e re x p l a n a t i o nw i t he c o n o m i cp r i n c i p l e t o d e e p b e ds i n t e r i n gp r o d u c t i o n i nw h i c haq u a l i t a t i v ea n a l y s i st o d e e p b e ds i n t e r i n gi sm a d eo u ta n ds o m ei m p o r t a n c en e wc o n c e p t sa r e p u tf o r w a r d ，s u c ha sm o d e l so ft h ed e e p b e ds i n t e r i n gp r o d u c t i o n ，t h e e c o n o m i cr e g i o na n dd e f m i t i o no f d e e p b e da ss oo n c o u n t e rt ob l u r r e d o p i n i o n si nt h ed e e p b e d ，t h en e wc o n c e p ta b o v ei sc l e a ra n dc a l lb et a k e n d e l i g h t i nb ye n t r e p r e n e u r s i nt h ef o u r t h c h a p t e r , t h eq u e s t i o n s o f t e c h n o l o g y i n n o v a t i o na n di n s t i t u t i o ni n n o v a t i o na b o u t d e e p - b e d s i n t e r i n gp r o d u c t i o na r ee x p l o r e de l e m e n t a r y 1 1 1 ei n s t i t u t i o ni n n o v a t i o n i ss o i m p o r t a n c e t h a ti tc a l ld e t e r m i n e s t e c h n o l o g ya c h i e v e m e n t s p o p u l a r i z i n ga n da p p l y i n gt og r e a te x t e n t i nt h i sc h a p t e r , o n eo f n e wt y p e e n t r e p r e n e u r s s t a n d a r d si no u rc o u n t r yi sp o i n t e do u tw h i c hi st or e s p e c t s c i e n c ea sw e l lt or e s p e c ts p e c i a l i s to f t e c h n i q u e k e yw o r d sd e e p b e ds i n t e r i n g ，p r o c e s so p t i m i z e d ，1 f p ， t e c h n o l o g yi n n o v a t i o n ，i n s t i t u t i o ni n n o v a t i o n 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名_ 二磁日期：适年尘塑自 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签导师 硕士学位论文 第1 章导论 1 1 问题的提出 第1 章导论 目前，我国已进入加速工业化阶段，成为世界制造大国，工业增加值居世界 第四位，约为美国的l 4 、日本的l 2 ，与德国接近【l 】。改革开放以来中国经 济( g d p ) 年均增长达9 3 ，g d p 总量世界排名第六位，外贸进出口总量排名 世界第三，1 0 0 多种产品产量雄踞世界第一【2 】。长达2 6 年( 1 9 7 9 - 2 0 0 4 年) 奇迹 般的高速增长举世无双，极大的改变了中国一穷二白的面貌，令国人自豪亦使 世界震惊。中国2 5 来的巨大变化的确是有目共睹的，但代价也是巨大的。近两 年我国能源、原材料和交通运输供给能力大幅度增加，但煤电油运供求紧张的 矛盾却依然突出。在我国经济规模已经较大而经济增长方式粗放的情况下，如 果增长速度过高，对资源供给和环境保护的压力会更大，经济运行会绷得更紧， 矛盾会更加突出。因此，坚持走新型工业化道路，依靠科技进步，围绕提高自 主创新能力，推动结构调整，加快开发对经济增长有重大带动作用的高新技术， 以及能够推动传统产业升级的共性技术、关键技术和配套技术，努力增强自主 创新能力和核心竞争力，成为了我国在相当长的时间内的基本国策【3 一。特别是 在我国加入w t o 以后，还面临全球自由贸易的竞争和挑战，面临知识经济的发 展对传统工业化模式提出的挑战。对已经跨入世界先进行列的一些国内企业， 也面临着新一轮的竞争，肩负着推动传统产业升级的重要历史使命，必须努力 实现从引进技术和跟踪研究向自主创新和引进技术相结合转变，不断进行技术 创新、市场创新和制度创新。 我国的冶金行业经过多年来的建设，已形成了包括由矿山、烧结、焦化、炼 铁、炼钢、轧钢以及相应的铁合金、耐火材料、炭素制品和地质勘探、工程设 计、建筑施工、科学研究等部门构成的完整工业体系。冶金工业“十五”规划 曾经提出的总目标是要通过技术进步、产业升级和企业的联合重组，搞好结构 调整，优化资源配置，实现专业化分工，切实避免重复建设，迸一步提高规模 效益和竞争力，走可持续发展的道路。上海宝钢集团公司、鞍山钢铁集团公司、 武汉钢铁( 集团) 公司、首钢集团等企业，在产品质量、工艺技术、生产装备和劳 动生产率等方面达到或接近世界先进水平，在国际市场上占有一定份额 s l 。 如今，上海宝钢正朝着这样的目标奋进，提出了要“锻造成国际钢铁巨头前 硕士学位论文 第1 章导论 三强”的战略目标。让人深切地感到：像宝钢这样在国际市场上拥有发言权的 中国企业还实在太少。凭着世界一流的实物质量与全球较低的吨钢成本宝钢 成为中国率先全面打入国际市场的国有企业。宝钢集团公司c e o 谢企华说：“宝 钢工程在其建设历史中，实现了对世界领先技术学习及创新的既定目标”，“宝 钢与国内同行争一日之短长，算不得英雄。宝钢的竞争对手是外国钢铁巨头。” 6 1 把科技自主创新摆在突出位置，促进产业技术升级，是增强宝钢竞争力和实现 可持续发展的需要。目前，一方面宝钢的汽车板、家电板和管线钢在国内市场 占有率已分别达到4 5 ，5 3 和5 6 ，而且宝钢还是国内重要的镀锡板和无取 向冷扎硅钢板的生产商，其国内市场占有率分别达到2 5 和1 5 t 7 1 。另一方面， 全球化又使得对客户的竞争在全球范围内展开。走在世界前列的钢铁巨头，如 新日铁( n i p p o ns t e e lc o r p ) 和浦项( p o s c o ) ，4 0 的产品都是销往国外的， 但宝钢9 0 的市场在本国。宝钢产品在欧洲市场的量还不多，尚处于试探阶段。 国内钢铁企业的软肋是所需矿石的6 0 依赖进口，而宝钢超过9 8 的原料来自 海外。受我国经济发展的强劲拉动，2 0 0 3 年国际上铁矿石价比上年上涨了9 0 0 以 上，运价更是涨了2 到3 倍，国内煤价也上涨了1 1 以上；2 0 0 4 年全球钢铁价 格大涨了3 0 的基础上，2 0 0 5 年钢铁价格增幅已趋平缓但还在保持增势。国外 钢铁巨头一方面将廉价、优质钢材囤积周边国家，虎视眈眈中国市场，另一方 面，加紧对全球铁矿石资源的控制。众多的中国钢铁企业因为等“料”下炉而 毁约订单。2 0 0 5 年，国家的宏观指标是将全年国内生产总值增长控制在8 左 右。在这一整体指标调控下，资源的争夺将以各种形式展开。谁具有自主创新 能力和核心竞争力谁就会抢到先机。宝钢在这些严峻挑战面前，未雨绸缪，运 筹帷幄。早在2 0 0 1 年，宝钢就与巴西多西河谷公司( c m ) 在巴西合资建立 了一家矿业公司，共同开采一个年产6 0 0 万吨的铁矿，所产铁矿石优先供应宝 钢；之后，又与澳大利亚哈默斯利矿业公司合资建立了一家更大规模的采矿公 司，预计铁矿年产量达到l ，0 0 0 万吨。同时，为了应对成本压力，宝钢和日本 商船三井( m o l ) 签订了长期运输合约。从2 0 0 4 年起的1 5 年，商船三井公司 负责向上海每年运送5 0 0 万吨铁矿石这一措施为宝钢锁定了超过5 0 的澳洲 运价，和近3 0 的巴西运价 8 1 要看到这只是竞争的一方面，竞争胜负的另一方 面是否有可持续发展的能力。 宝钢之所以取得如此大的业绩，是与国家在其初期历年强力投资2 0 5 亿元分 不开的。改革开放新时期的中国第一大工程就是建设宝钢。经过2 7 年建设，宝 钢总资产在5 年前就已扩张到1 千亿元以上，跨出了由国家出钱“买”现代化 2 硕士学位论文 第1 章导论 向企业自我投资建设现代化的步伐。诚然，宝钢的技术来源的确开始是大量依 靠引进和仿制( 或合作铝4 造) 。可以这样说，在宝钢全体建设者的共同努力和全国 的大力支持之下，国家投资的这2 0 5 亿元所产生的效益使我国的钢铁生产水平 与国外水平相比至少缩短了2 0 年。在此期间，宝钢也开展了卓有成效的技术创 新，并通过技术传递将这些引进的，消化移植的、和自主创新的技术使用在国 内其他企业，取得了巨大的经济效益和社会效益。下文要谈的是这种技术之一 的厚料层烧结技术的深入发掘、进步提高技术自主创新的能力，和围绕技术 创新的推广在制度创新方面的一点问题。 本课题研究首先来自于烧结生产实践要求，上个世纪八十年代我国从日本引 进了宝钢生产技术。从宝钢一期的生产实践来看，烧结机的工艺设计是不尽合 理的，存在着很大的能源浪费，而国内对烧结机的工艺参数设计也还基本上处 于经验设计阶段，特别是对大规模的设备更是照抄照搬。宝钢一期上马后，紧 接着而来的是宝钢二期，三期工程建设。为了避免同样的错误，需要用科学实 证的方法对烧结主工艺参数的设计问题加以解决。 一 在这种背景下，由冶金工业部某设计研究院针对宝钢期烧结机负压过高、 风量偏大的问题，于1 9 8 3 年向当时的冶金部科技司申报了“厚料层、低负压、 小风量烧结节能”试验研究课题。试验室试验于1 9 8 5 年年底结束。1 9 8 6 年6 月 由冶金部组织进行“德尔菲”专家评审。所有评审资料寄往全国本行业内最主 要的科研、教学，生产和设计单位，由理论和实践经验都很丰富的专家们进行 评审。在专家中，有来自北京科技大学的周取定教授，上海宝钢总厂技术部的 曾令元教授级高级工程师等。直至1 9 8 7 年1 2 月1 2 日，以上所有专家的意见均 汇出。所有专家都对试验的完成予以了充分肯定 9 1 。其中一条至今不失见地的意 见是，建议根据试验的实际完成的情况，将研究项目名称改为“最优化条件试 验研究”。1 9 8 9 年1 1 月，宝钢一号烧结机结合年修，将台车挡板高由原5 0 0 m m 提高到6 2 0 m m ，提高2 4 蚶1 0 1 6 9 1 。这一台车挡板高度与试验结论一致，改造后的 生产结果也于试验的预测值十分吻合。因此，在1 9 9 1 年8 月再一次由冶金部组 织专家对这一研究成果进行专家评议。鉴定意见的第三条是：“通过试验并对试 验数据优化处理，预测到在宝钢原料条件下，当料层高度为6 2 0 毫米时，最优 的风机负压为1 6 1 7 千帕，与宝钢实践基本相近。”【l l l 正是由于以上结论，本研究已经被生产实践检验是靠得住的、实用的，科学 的，在当时乃至现在都称得上是较为先进的。然而为获得这一结论所开发的技 术，由于种种历史原因，却并不太被人知晓。 3 硕士学位论文 第1 章导论 1 2 烧结生产工艺及基本概念简介 1 2 1 现代烧结生产工艺流程 烧结工艺是作为非铁金属粉矿的预处理法和造块技术而开发的，后来被用于 处理铁矿石烧结生产作为炼铁生产前的一道工序，它是将含铁细粒原料配加 熔剂和固体燃料，经表面点火往下抽风烧结，在短时间高温状态下，烧结物料 表面熔融粘结成块，经破碎冷却筛分后送高炉炼铁。烧结生产详细工艺流程见 图1 1 ，烧结生产原理见图1 2 。烧结过程要消耗大量的能源，其中配入含铁原 料中去的固体燃料煤、焦碳，和往下抽风所需要的电力占了烧结工序能耗的绝 大部分钢铁生产是国民经济中的能耗大户，钢铁企业能耗占全国能耗的1 2 左右【1 3 2 】。烧结生产在钢铁生产中的能源消耗比例如图1 3 所示2 ，而钢铁生产中 最大能耗的高炉生产能耗指标也直接受烧结矿质量的影响。 图卜1 现代烧结生产工艺流程图1 1 图i - i ，i - 2 资料来源：李桃烧结过程智能实时操作指导系统的研究中南大学博士学位论文2 0 0 0 本 文做了修正。 2 图i - 3 资料来源；胡传斌宝钢炼铁节能降耗的生产实践与展望( 2 ) 冶金能源，2 0 0 2 0 2 1 ( 0 0 3 ) ：1 5 1 9 4 硕士学位论文 第l 章导论 i 瞳着炼铁生产技术的发展，高炉对烧结矿质量的要求越来越严格。主要指标 有烧结矿的冷强度( 用转鼓指数t i 表示) ，还原粉化率( 用r d i 表示) ，高温性 能，高还原度( 此两项体现在烧结矿中碱度r 、铁酸钙和f e o 的含量上) 和低 渣量( 用含全铁品位表示) 。 覆 蚤 幢 茸 鬟 羹 图i - 2 烧结生产原理 其他1 0 5 0 炼焦7 1 0 图卜3 钢铁企业能耗比例示意图 1 2 2 现代烧结生产的范式 作为我国炼铁的最主要原料之一的烧结矿，其质量的好坏对炼铁过程中高炉 顺行起着很重要的作用。因此高炉炼铁的要求，在很大程度上决定了烧结生产 技术的发展。烧结生产形成今天的规模，形成了众多“范式”，它们按时间顺序 简单排列如表i - i 所示： 硕士学位论文 第1 章导论 表卜1 现代烧结生产范式表1 3 1 顺序年代 烧结范式原创国首创者 l德拉沃一鲁奇烧结机( d l 式)德国鲁奇公司 1 9 5 4 年自熔性烧结矿( i b l )日本小仓厂2 号高炉 2 2 0 c5 0 s 初现已基本被“3 ”取代中国鞍钢5 0 m 2 烧结机 32 0 ，c5 0 ，s 末6 0 s 初 高碱度烧结矿( r = 1 6 2 2 ) 日本 41 9 5 7 年烧结原料矿石堆场日本小仓厂1 0 万t 5添加石灰石，铁酸钙理论日本小仓厂 61 9 6 1 焦 厚料层烧结自动蓄热操作 日本( 高负压条件下) 7 1 9 6 1 1 9 7 0 年烧结机趋于大型化日本和歌山等厂 81 9 6 5 焦用中子仪自动控制烧结水分日本 92 0 c 6 0 s 以后混合料自动配料日本 1 01 9 7 5 焦排烟脱硫装置日本住友金属和歌山厂 l l2 0 c7 0 s 8 0 s 细精矿烧结混合料预热中国 将低温还原份化指数r d i 作小仓厂2 号高炉解剖 1 2 1 9 7 7 焦 日本 为烧结矿质量的管理指标 调查 1 31 9 7 7 焦烧结矿自动取样日本和歌山厂5 台烧结机 1 41 9 7 7 焦原料堆放场也建成控制系统日本鹿岛厂、小仓厂 1 51 9 7 8 在 烧结工艺控制系统投入运行 日本 和歌山、鹿岛和小仓 1 61 9 7 9 芷 烧结机冷却余热回收系统日本和歌山厂4 号烧结机 1 71 9 8 1 年主排气排热回收系统日本 和歌山厂、小仓厂 1 81 9 8 2 篮 主排气循环系统日本小仓厂3 号烧结机 1 9 1 9 8 2 生烧结矿整粒和铺底料技术日本住友金属和歌山厂 2 01 9 8 6 年以后团粒( 球团、小球、h p s ) 法日本鹿岛厂2 号烧结机 从表1 1 可见，在以上所列的烧结范式中，有一项保留下来的技术是由我国 原创，其余大多数国内普遍使用的烧结范式( 如n 0 4 、6 、7 、8 、9 、1 2 、1 3 1 9 ) 均由宝钢技术引进。到2 0 世纪9 0 年代( 2 0 c9 0 s ) 之后，烧结技术日趋成熟， 新技术开发脚步放慢，新烧结范式的形成几乎停顿。 1 2 3 烧结料层透气性的意义 烧结料层透气性的问题很早就有人提出，后来由v o i c e 等人将其加以总结， 他认为烧结过程的透气性应当可以表示成如下数学模型1 4 l ： p ：曼堡 as “ 这一公式已广泛被业界作为范式接受， 变形，也可写为： 6 公式( 1 1 ) 并被称为v o i c e 公式。v o i c e 公式有 硕士学位论文 第1 章导论 p = 署学” 公式( 1 - 2 ) 式中：p 一料层的透气性指数；卜_ 通过料层的风量，m 3 m i n ；a 抽 风面积，m 2 ；h 一料层高度；s 抽风负压，p a ：m 、n 分别为料层高度和抽 风负压的弹性系数。p 的单位不定，p 值依流动状态取不同值。料层的原始透气 性要比过程透气性好，而烧结矿带透气性比原始透气性要好。因此，从图1 2 看， 延烧结机长度方向的每一个截面的透气性都是不同的，但因烧结终点保持相对 稳定( 且设备漏风与抽风负压共线性) ，故整个烧结料层下的透气性也是保持相 对稳定的。对应不同的烧结制度就有不同的烧结透气性。单从强化烧结过程分 析，烧结机生产率q 可以表达如下 t f , - t l q ： q = 6 0 k b l y d 公式( t - 3 ) 式中：q 一生产率( t ，台时) ，k 成品率，；b 台车宽，m ；卜 烧结机长，m ；，松装密度，t m 3 d - - - - - _ 垂直烧结速度，m r a i n 。 q o c d ( 其他在一定工艺制度下为常数) 。d 主要与散料粒度、料层空隙度 和气流相对密度有关。所有制粒技术的改进都对透气性提高从而对生产率提高 有益。在适当范围，提高烧结料层可以提高成品率，但使气流阻力增加，气流 通过不畅，因此必须提高负压；负压提高使风机电耗大大提高，负压提得过高， 使透气性恶化，反而会降低生产率。在这此范围，烧结负压和烧结料层高度的 关系能够用v o i c e 公式描叙。在一定试验条件下获得的结论，一般只能在代表该 条件的料层透气性指数p 所圈定的范围内使用。不同的原料条件、烧结制度下 获得的p 值不同。 1 2 4 提高烧结料层高度的动因 众所周知，厚料层烧结能够提高烧结料层的自动蓄热作用，降低固体燃料配 量，高温时间缩短，冷脆烧结表层比例减少，烧结内层氧化气氛增强，使高价 铁氧化物的分解减少，有利于促进复合铁酸钙( s f c a ) 粘结相的生成，而降低 烧结矿f e o ，又有利于改善烧结矿的还原性，如果烧结矿中的复合铁酸钙数量较 多且大多以熔蚀交织状态存在，则烧结矿的还原性和强度均会明显改善，使高 炉增铁节焦【1 9 】。但是厚料层烧结不得当的话，将使烧结负压提得过高，使电耗 增大。只要强化措施有力，厚料层烧结对烧结机生产率和单位电耗等不会产生 不良影响。 7 硕士学位论文 第1 章导论 1 3 国内外研究的发展与现状 由于本研究牵涉的层面较多、专业跨度很大，这为文献综述工作带来了很大 的困难和不便。又由于所讨论问题之间存在相互渗透、相互借鉴、相互交织之 处，下面的文献综述也只是大致按技术、经济和管理两大部分稍加区分。 1 3 1 厚料层烧结技术 厚料层烧结生产问世以来，围绕如何实现这一技术，业内一直存在着不同见 解。在2 0 世纪8 0 年代初，不同认识还相当对立 2 0 2 “。有的认为，高料层就必 须高负压，大产量就必须大风量，至今这种提法还有一定市场阱】。宝钢一期烧 结工艺生产参数的确定是此思路的体现，其必然结果是带来有效资源配置的浪 费，生产产品质量降低。与此相反，另一些专家根据沃依斯( v o i c e ) 公式提出 低负压小风量大面积的厚料层烧结思路，这正是本课题得以立项的最初缘由， 至今这种提法还在出现瞄】。显然，以上两种提法在技术上是矛盾的，都没有回 答什么是厚料层、什么是低负压。 宝钢i d l ( 德拉沃- 鲁齐式烧结机的简称，即一号烧结机，下同) 2 0 0 0 年将 料层高度提高到了年平均料层厚6 5 3 m m ，固体燃耗由1 9 8 9 年的4 7 3 k g t 1 下降到 了2 0 0 0 年的4 7 k g t 1 左右。这是因为白1 9 9 5 年以来增加了褐铁矿的配比。即从 1 9 9 5 年的1 0 2 逐步提高到了2 0 0 0 年的2 7 6 。褐铁矿是含结晶水的赤铁矿 ( f e 2 0 3 n h 2 0 ) ，它粒度较粗，疏松多孔，堆密度小，熔化温度低，易同化，结 晶水的分解需要消耗大量热能渊。料层提高了，固体燃耗会减少，减少幅度与 原料性能密切相关。 在宝钢1 9 9 1 年6 月投产的2 d l 工序能耗构成中，固体燃耗和电耗所占比例 在9 6 以上。降低固体燃耗和电力消耗在产量够用的条件下成为烧结主攻目标。 2 0 0 0 年实现5 5 3 k g 标煤f 1 的工序能耗使宝钢2 d l 的能耗水平跃居世界领先水 平 2 5 1 。 宝钢3 d l 于1 9 9 8 年2 月建成，采用了常年使用的基本矿种，即巴西里奥多 西粉矿、澳大利亚纽曼山粉矿，和澳大利亚杨迪粉矿跚。国际上虽多达1 3 个国 家的6 6 家大铁矿公司具有向我国出口铁矿的商业价值，其中包括巴西的2 2 个 矿业公司、澳大利亚的1 6 个矿业公司、美国和加拿大的1 1 个矿业公司以及南非、 印度、伊朗、新西兰、秘鲁、智利、毛里塔尼亚、委内瑞拉和瑞典的一些矿业 硕士学位论文 第1 章导论 公司1 ，但是，对于一个要求碱度波动率在士o 0 5 o 1 的烧结生产来说2 ，无论 技术上配矿方案如何优化，基本矿种在技术上不一定是最优的，还有一个市场 操作的可行性问题必须考虑。 宝钢的2 d l 投产后第二个月就使用了5 0 0 m i l l 料层，第六个月即实施了6 0 0 m m 厚料层操作。而i d l 投产后第三年( 1 9 8 7 年2 月，是第一次“德尔菲法” 专家评审的半年以后) 才达到5 0 0n l l b 料层 2 7 1 。 宝钢的1 d l 在2 0 世纪9 0 年代初为降低固体能耗，总结的经验有：采取了 严格控制燃料平均粒度( 1 s m m 左右) ，强化混合料制粒，严格控制水分，添加 生石灰等【2 8 l 。这些都是改善料层透气性的措施，使烧结料层得以提高。料层的 提高得以使配碳量降低，从而也达到降低烧结矿f e 0 含量的目的。 就如何确定烧结工艺参数，早在1 9 7 5 年7 月，西德鲁奇公司的h 塞德尔和 h 达赫尔盟等人就进行过研究。研究了烧结机上混合料厚度、篦条下负压对烧 结生产费用的影响，并通过试验改进了曾获得的数学模型，以便确定“料层高 度”和“负压”等参数的最佳值，达到尽可能降低烧结矿价格的目的。经研究， 随着料层的提高，产量下降；随着负压的提高，产量上升；随着料层的提高， 单位燃料消费降低。随着负压的提高，燃料消耗增加。故此，研究结果指出：“在 设计建造一台新的烧结机时，一定要仔细研究烧结矿可能的生产费。常常有这 种可能性，稍微增加少量投资经费就会使烧结机的经营费大大减少。”这是因为 “增加料层高度尽管要增加设备投资价格，但能节省燃料，降低烧结矿成本； 而对于某一个混合料料层高度存在某个最适宜的负压值。这个一定的负压又 随烧结混合料料层高度的增加而提高( 指负压绝对值) ” 2 9 1 。 1 9 7 6 年英国的f b 特雷斯在炼铁会议录( “l r o n m a k i n gp r o c e e d i n g s ”v 0 1 3 5 e 5 3 9 - 5 6 4 ) 中，也发表过“根据矿石性能预测烧结厂生产率的数学模型的编制”。 研究表明“工厂的实际操作值和模型预测值相当吻合”。并认为“这种模型能使 控制烧结产率的三个因素，即烧结混合料在烧结机炉篦条上的定量、烧结混合 料的烧成率和烧结时间，不需要进行中问试验而估计产率1 3 0 。” 1 9 7 7 年美国学者g a 卡吉柯发表了“为烧结和球团厂的最佳设计提供依据 的实验室试验” 3 1 1 , 提出要以生产率及产品的物理化学性能的综合指标作为选 择最佳工艺参数的依据。 从过去文献中所看到的这些研究情况表明。国外早就已经着手通过试验寻找 适当的数学模型解决生产问题和进行预测，尽管当时的数学模型还处于初始阶 1 冶金工业信息标准研究院文献网络中心内部资料铁矿石成本分析2 0 0 2 年 2 宝钢主要指标计算方法( 内都发行) 1 9 9 0 年2 月 9 硕士学位论文 第1 章导论 段，处理问题的方法和手段很简单，但是现代决策思想已见端倪。 我国在烧结试验中最先采用最优化技术进行研究的是北京科技大学1 9 8 5 年由周取定教授和徐瑞图等人完成了“强弱磁精矿配比6 0 ：4 0 原料条件下最优 烧结操作参数的选数”试验研究，也许是输入变量太多，研究的理论性很强， 得出的结果却不能令人满意。同年，中南大学黄天正教授等在“宝钢铁矿粉烧 结加生石灰的试验研究”中，也用了最优化技术。在处理数据时，采用地毯式 扫描搜索方式，虽然也得出了众多的角点解，但是没有证明什么是最优解。说 明试验要获得成功来之不易，存在偶发性误差的可能性亦很大。到1 9 9 0 年，梅 山冶金公司( 现属宝钢的一部分) 殷吉余专家发表了“烧结试验产质量优化” 的研究成果，运用了寻优的方法，不足之处是没有突破单一函数作为目标的局 限，而且是采用先定结果再寻条件的次优理论口”。 四川省旺苍煤铁厂的萄继聪和重庆钢专的梁中渝、邓能运合作【3 3 1 ，以及中 南大学的李云涛都从不同侧面研究了烧结矿的配矿对烧结生产的影响剐。前者 根据线性规划的原理，建立线性规划最优化烧结配料的数学模型，该模型用计 算机求解得到最佳结果。优化模型是用来解决多种矿合理搭配使用的问题，它 把炉料中的有害元素及杂质控制到允许的范围内，以最佳炉料配比获得最大的 经济效益；后者针对烧结配矿的特点，建立了由化学成分约束和产质量优化组 成的优化配矿模型，解决如何配矿可以比较经济的满足烧结矿生产化学成分要 求及在一定的产质量指标要求下如何得到多种配矿方案的难题。优化配矿模型 由化学成分约束模型和产质量优化模型构成，其中产质量优化模型包含了配矿 模拟模型。前者是针对本地可用矿物资源，只能处理线性问题，但在烧结过程 中各种指标之间存在很多非线性关系，碰到如此问题此方法就无能为力了；后 者通过运用面向对象技术、可视化编程技术、数据库a d o 接口技术和混合编程 技术实现各种矿物的优化配制，然而配矿更多地是受市场制约而不是技术说了 算。而且，通过优化配矿只是获得产质量优化的必要条件，不是充分条件。 更为基础性的工作是由e i k ik a s a i 和北京科技大学吴胜利教授等提出的铁矿 石同化性能的研究【1 9 1 。其指导思想是认为现有的烧结工艺很大程度上是通过操 作制度的调整去迎合烧结原料，导致理想的烧结工艺原则和先进的烧结技术无 法得到有效的遵循和实施。基于铁矿石的烧结基础特性的精料技术的开发，有 助于改变上述以“工艺”去迎合“原料”的被动、落后状态，通过应用铁矿石 的烧结基础特性和新型的优化配矿系统，用“原料”去适应“先进工艺”，从而 有利于实现烧结过程的整体优化【3 5 】。结论是：“不同种类铁矿石的烧结基础特性 各不相同。把握和应用铁矿石的烧结基础特性，可以使铁矿石种类与烧结效果 i o 硕士学位论文 第1 章导论 之间的“黑箱”清晰化，从而对完善烧结精料的基础理论、实施烧结的自主优 化配矿、优化烧结工艺过程等具有十分重要的意义。遗憾是仅用某种配矿指标 来把握综合性的整体工艺条件也存在上述问题。 1 9 9 9 年北京科技大学的米浩和包头钢铁公司烧结厂的曹立刚针对包钢烧结 矿f e o 偏高、t i ( 转鼓指数，下同) 偏低情况，以烧结生产过程中的料层高度、 烧结机速度，点火温度、烧结负压、混合料温度、混合料水分，燃料配比等七 个工艺因素的实测数据为依据，运用s a s 统计分析系统软件，将数据转化为标 准化【o ，1 1 数据，建立了烧结矿质量指标f e o 、和1 1 的预测模型。在此之前， 利用生产实测数据建摸的是中南大学的范晓慧博士等人研究的“以透气性为中 心的烧结过程状态控制专家系统” 3 6 1 。为了改善料层透气性、控制烧结终点、 稳定烧结过程，该研究提出了烧结过程热状态和透气状态相结合的烧结过程控 制方案以及以透气性为中心的控制策略；研究了烧结过程状态控制专家系统的 知识库和推理机的设计，建立了烧结过程状态控制专家系统。在此之后，利用 烧结生产实测数据建摸研究越来越多，比如有2 0 0 0 年中南大学李桃博士开展的 “烧结过程智能实时操作指导系统的研究m 】，该论文研究内容包括主系统的数 据采集和总体工况识别功能，烧结终点控制子系统和烧结过程异常状况诊断子 系统的实现。该文研究了烧结过程实时信息的在线采集和预处理方法，以实现 系统的实时在线控制。该研究提出了烧结异常模糊诊断处理办法。将实时操作 指导系统软件应用于武钢4 3 5 m 2 烧结机生产过程的在线操作指导，获得验证。 还有2 0 0 1 年北京科技大学龚一波博士开展的“烧结机尾断面图像的获取处理和 烧结矿质量在线预测”研究1 3 8 1 。该研究为了实现烧结矿质量在线检测，利用烧 结机尾烧结饼断面图像，实现烧结矿强度、氧化亚铁含量在线预测。2 0 0 0 东北 大学张宏勋博士还专门为了同一目的进行了烧结机尾烧结质量智能检测仪的研 制。 以上这些智能化等高科技手段的研究，代表着未来研究的一种趋势，或抓住 生产过程中的难题、或抓住烧结料层透气性、或抓住烧结机尾的最终出口等环 节。利用烧结过程的各种输出信息推断出烧结矿的质量指标，对于提高烧结矿 成品率、改善烧结矿质量、稳定烧结和炼铁生产及对冶金工业降耗节能具有十 分重要的意义然而这些研究的共同点是：首先都是在已建成的烧结机上完成， 对烧结生产工艺参数存在的先天不足，是无能为力的；其次，烧结生产过程流 程长、环节多，从控制论的观点看，烧结过程具有复杂性、非线性、时变性和 不确定性，属于典型的复杂被控对象，而烧结生产须达到的目标是综合性的， 抓住某一单质指标进行控制，有时会离生产的实际要求渐行渐远。比如，烧结 硕士学位论文 第l 章导论 终点控制得十分准确，是否就能保证烧结矿质量水平达到优化呢? 在上述研究 中，综合性较强的是范晓慧博士从烧结料层透气指标谈控制问题，只是透气性 内在问题没再深入从经济学角度深入研究。 1 3 2 技术创新与制度创新 中国钢铁工业要在国内外市场上应对全面的挑战，必须在继续进行结构调 整，全面提高质量，进一步节能降耗、降低成本，大力提高市场竞争能力上进 行努力。尤其是为了适应采用高新技术和先进适用实用技术改造钢铁工业的要 求，必须加快淘汰仍占钢铁生产能力7 l o 的落后的小钢铁企业和土焦，热 烧结，化铁炼钢等落后的工艺与装备；必须坚持系统精料方针，既为充分利用 宝贵的资源又为稳定生产工艺，有效地利用信息技术，为实现智能化生产创造 良好的基础；必须建立产学研相结合，大幅度增加技术创新资金的投入强度， 努力做好引进技术消化吸收及主要立足自主开发创新的有效机制；必须树立从 产品设计，资源开发及充分利用，高效生产，尽可能少排放或“零”排放，排 放物资源化、无害化处理到提高钢铁产品“绿色度”的可持续发展体系【帅】。 经济增长是世界各国经济的关键问题之一，在发展中国家，经济增长更是特 别为人们所关注。在这种情况下，2 0 世纪4 0 年代产生了哈罗德经济增长理论， 之后美国经济学家索洛在此基础上提出了新古典经济增长理论的模型。该模型 是封闭的，仅研究某一国家的经济增长，以资本边际收益递减、完全竞争经济 和外生技术及其收益不变为其理论假设。该模型认为，技术进步是经济增长的 主要动力，从长期看可称之为唯一的动力。另外，新古典经济增长理论还假定 各个国家有相同的机会得到同样的技术，因而各国间没有技术水平的区别。该 模型由此得出结论：各个相互独立的国家有很强的使经济发展水平和增长率趋 于一致的倾向，在各国间要素可自由流动的情况下将增强这一趋势f 4 。我国宝 钢技术和设备的引进，在一定程度上体现出该理论的现实意义。 经济界创新理论的鼻祖、美籍奥地利经济学家熊彼特于1 9 1 2 年出版了他的 经济发展理论，他在该书中将创新定义为“执行新的组合”，或“建立一种 新的生产函数”，凡属以下五种情况之一均称为创新：引入新产品：引入新 技术，即新的生产方法；开辟新的市场；开拓并利用原材料新的供应来源； 实现工业的新组织【4 2 】。不仅如此，熊彼特还明确地将发明与创新区别开来， 熊彼特虽没