当前，国际地缘政治形势复杂多变，资源安全问题已成为国家战略层面的重要议题；同时，钢铁业减量化发展，竞争激烈，降低成本成为企业生存发展的关键。大高炉炼铁面临着资源多样化、优质资源与经济料价差持续扩大、质量稳定性下降、生产波动性加大等多重挑战。此外，传统配煤配矿技术采用分段式优化模式，即焦炭、烧结矿、球团矿等物料独立进行配比计算，缺乏全流程协同机制。这种模式存在明显的“局部优、整体不优”的协同盲区，且响应速度滞后，无法动态适应高炉实际需求、资源市场价格波动及库存结构变化，难以实时平衡成本、质量与能耗之间的复杂关系，导致铁水成本居高不下，资源利用效率低下。如何在不影响高炉稳定性的前提下，突破传统经验决策模式，增加经济料使用比例，实现从单纯使用“好料”到科学“用好料”的技术转变，成为行业已成为制约钢铁企业高质量发展的共性难题。该项目成果基于这个背景，通过技术创新，实现“粗粮细做”，把经济料“用好”，解决了这一问题，达到稳定生产、降本增效的目的。

基于传统配煤配矿技术往往只关注局部优化，比如单独优化配煤或配矿，但忽略了整体效益的局限。该成果创新性地提出了“矿焦协同耦合”与“多目标一体化”智能优化理念。由此，该成果确立的技术主线是：高炉基于焦矿耦合机理及稳定需要提质量需求，炼焦、烧结根据需要精准预测与控制质量及成本，通过智能系统，一体化考虑配煤、配矿和高炉配料方案。如果系统判断某个方案可能影响稳定性，就会自动调整，给出最优建议。具体步骤是：先以铁水成本最优为核心目标，以高炉稳定顺行、焦矿耦合性能优异、炉渣碱度为基本约束，厘清焦矿耦合、烧结性能预测、焦炭强度精准预测与控制等关键科学问题，构建全流程质量与成本协同控制的一体化智能配煤配矿逻辑框架；然后，针对逻辑框架中的关键环节，机理创新与技术创新双轮驱动，开发多目标协同一体化优化模型与系统，实现动态、实时的一体化成本核算与配比调整，确保铁前全流程的整体优化。

该项目取得了多项原创性技术突破，形成了完整的知识产权体系，并产生了显著的经济效益。在三个方面有独到的技术创新点：

一是基于焦矿耦合的高炉低耗、低成本冶炼技术。开发了荷重-热重-气体分析联动试验装置，模拟高炉内矿焦耦合行为，突破了传统单一物料性能测试的局限。通过该装置的试验研究与探索，创新性提出耦合因子概念，定量化找到焦矿耦合的限制性环节，首次揭示了焦矿耦合关键结合点与控制点，并依据高炉内温度场的变化和反应条件的不同状况，既分区又总体评价焦矿耦合能效，构建了“焦矿耦合综合能效量化评价体系”，以此指导生产，填补了该领域的技术空白。基于焦矿耦合的新发现与新认识，高炉以确保全局最优为目标，串联炼焦、烧结模型系统，开发了铁前多目标一体化协同的智能配煤配矿模型系统。该系统突破传统工艺模型条块分割、不串联的局限，一体化考虑与设置系统内逻辑规则，多目标约束同时考虑优先级，并采用高效算法实现动态优化，响应时间小于5分钟，实现动态输出铁前配煤、配煤方案。

图3焦矿耦合综合能效量化评价体系

图4铁前多目标一体化智能配煤配矿系统

应用以上技术成果，高炉实现了基于焦矿耦合性能动态输出优化配料方案，长期保持稳定顺行，经济炉料使用比例提升，块矿比提升2.5%，入炉矿品位下降0.3%；高炉仍稳定、低耗生产，利用系数提升5.9%，燃料比下降4.6kg/t-p。铁水成本大幅削减，最高达118.9元/吨铁。

二是基于微观形貌的炼焦配煤和焦炭质量控制技术。首创了煤粒界面结合指数和胶质体质量特性参数，采用森氏悬浮液算法计算配合煤溶液粘度，再转化为流动度，攻克了配合煤粘结性不具加和性的技术难题；开发了煤粒界面结合指数定量化表征胶质体的热塑性；结合胶质体流动度与煤粒界面结合指数，首创了胶质体质量特性指数，并结合不同煤种贡献系数，实现了焦炭无质量波动煤种替换；开发了焦炭结晶度指数并从煤质指标、焦炭微观结构及宏观质量等维度构建了包括12项关键指标的焦炭强度预测体系，预测偏差缩小至±1.9%。

应用以上技术成果，使宝钢炼铁厂炼焦配煤技术路线由“单纯强粘比”控制，转变为”强粘比+经济料比例“双通道稳质降本。2020-2024年，焦炭CSR稳定在68.7±1%，经济料使用比例年度增长比例为5.78%，累计成本削减24.5元/t-p。

图5 炼焦配煤降本情况

三是基于混匀矿综合价值指数及烧结品质预测的配矿技术。独创了“五位一体”矿石评价体系，构建综合价值指数的配矿新方法。针对仅用“吨度价+杂质+有害元素”评价单种矿的局限性，首创从价格、成分、粒度、造球和高温性能五个维度评价矿的真实价值。在此基础上，依据不同矿种比例构建了混合矿综合价值指数，实现配矿成本与烧结品质协同优化。同时，基于机理-数据联合驱动，开发了烧结关键性能指标预测模型：一是根据混合矿的结构情况，以及经济矿的配入情况，精准预测适宜燃料配比，稳定生产过程，实现低碳生产；二是在线预测产量水平和转鼓强度等质量指标，动态响应高炉需要，提升调整精度。

图6 基于矿石评价体系的综合价值指数配矿方法

应用以上技术，取得了开发新矿种27个，经济料比例大幅提升到50.5%，铁水成本降低12元/吨的良好效果。

图7 新矿种开发及经济料比例提升情况

该成果获发明专利18件，技术秘密13项，国家标准1项，行业标准2项，发表论文12篇，申请软件著作权11项，解决了行业大高炉大比例使用经济料的共性难题，经中国金属学会组织鉴定，整体技术达到国际领先水平。

与国内外同类相比，该成果在技术路线的科学性、方法的突破性、以及模型系统的准确性、可靠性、高效性均具有优势，核心技术优势在于：基于冶金原理一体化考虑，抓住关键因素，指数化、定量化揭示、精准预测不同物料配入后关键指标本质性的变化，并通过智能化手段赋能调控，实现无产品质量波动的物料替代。