新鋼燒結(jié)配料整體優(yōu)化程序的開發(fā)

張武剛

(新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西新余338001)

摘要: 為發(fā)揮各品種鐵料的互補(bǔ)優(yōu)勢，降低燒結(jié)配料結(jié)構(gòu)成本，新鋼鐵前系統(tǒng)采用線性規(guī)劃算法，使用C#2012編程語言和SQL SEＲVEＲ 2012 數(shù)據(jù)庫技術(shù)，結(jié)合新鋼鐵前系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，自主開發(fā)了燒結(jié)配料整體優(yōu)化程序。該程序具有原料參數(shù)導(dǎo)入功能、計算結(jié)果導(dǎo)出功能、計算燒結(jié)礦最低噸礦或噸鐵成本等功能。

關(guān)鍵詞: 燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu); 低成本配礦; 整體優(yōu)化程序; 開發(fā)

0 前言

2011 年新鋼在鐵前配礦中開始使用“鐵礦石—燒結(jié)—高爐煉鐵”的全過程鐵礦石冶金價值評價系統(tǒng)，用以指導(dǎo)鐵前配礦及鐵料采購。采用該系統(tǒng)后，新鋼生鐵制造成本與行業(yè)的差距由2011 年的+ 112． 65 元/( t·Fe) 縮小至2017 年1—11 月的－ 2. 73 元/( t·Fe) 。由于鐵前配礦是多品種鐵料、多成分相互組合與互補(bǔ)的結(jié)果，而該系統(tǒng)只考慮了燒結(jié)鐵料中TFe 和SiO₂兩個主要的化學(xué)成分，其中的Al₂O₃，MgO，CaO，As，Sn，Pb，Zn，P 等化學(xué)成分均未考慮; 同時燒結(jié)礦配比在新鋼高爐用鐵料中高達(dá)84%，因此優(yōu)化燒結(jié)配礦、降低其配料結(jié)構(gòu)成本，對降低生鐵制造成本具有重要意義。為此，新鋼自動化部、技術(shù)中心、原料部三家單位共同進(jìn)行了燒結(jié)配料整體優(yōu)化程序的開發(fā)。

1 工序要求及相關(guān)參數(shù)、約束條件

1． 1 工序要求

為滿足不同品種鋼材的生產(chǎn)需求，新鋼鐵水質(zhì)量實行分級冶煉，其中6 號和7 號高爐、8 號和11 高爐、9 號和10 號高爐分別生產(chǎn)不同質(zhì)量要求的鐵水，其對應(yīng)的燒結(jié)礦成分也不相同，因此配料優(yōu)化程序不僅要滿足燒結(jié)物流和工藝的要求，還要滿足鐵水分級冶煉的質(zhì)量要求。新鋼鐵前系統(tǒng)原料→燒結(jié)→高爐的物流工藝流程示意圖見圖1。

1． 2 相關(guān)參數(shù)、約束條件

根據(jù)高爐煉鐵的工藝要求及對鐵水質(zhì)量的要求，將燒結(jié)礦中要求控制的化學(xué)成分( TFe，SiO₂，Al₂O₃，MgO，As，Sn，Cu，Cr，Pb，Zn，Na₂O，K₂O，S，P，Mn，TiO2) 和R₂要求以及各種物料的總量作為約束條件輸入。各種原料的價格、成分、燒損及使用量要求作為基本參數(shù)輸入。燃料配比根據(jù)實際生產(chǎn)情況的測算量直接輸入。4 號和5 號燒結(jié)機(jī)、6 號和7 號燒結(jié)機(jī)、8 號燒結(jié)機(jī)的燒結(jié)礦產(chǎn)量，4號、5 號、8 號燒結(jié)機(jī)的混勻礦總量及混勻礦的分配比根據(jù)實際生產(chǎn)需求設(shè)定月度總量為計算參數(shù)。具體約束條件如下: 上述三組燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的燒結(jié)礦化學(xué)成分上下限約束、4 和5 號燒結(jié)機(jī)單配的原料投入量約束、6 號和7 號燒結(jié)機(jī)的原料投入量約束、8 號燒結(jié)機(jī)單配的原料投入量約束、老區(qū)混勻料的原料投入量約束、4 號和5 號燒結(jié)機(jī)各原料單配使用量約束、6 號和7號燒結(jié)機(jī)各原料使用量約束、8 號燒結(jié)機(jī)各原料單配使用量約束、老區(qū)混勻料各原料使用量約束。

2 項目程序設(shè)計

由于目標(biāo)函數(shù)是決策變量的線性函數(shù)，約束條件為線性等式和不等式，因此采用線性規(guī)劃算法，計算出最優(yōu)解，目標(biāo)是計算4 號和5 號燒結(jié)機(jī)、6 號和7 號燒結(jié)機(jī)、8 號燒結(jié)機(jī)及混勻料聯(lián)合配比后的最低成本。系統(tǒng)使用C#2012 編程語言和SQL SEＲVER2012 數(shù)據(jù)庫技術(shù)，開發(fā)了一套簡便易用的優(yōu)化配礦系統(tǒng)。

3 軟件功能

3． 1 原料參數(shù)導(dǎo)入功能

在EXCEL 模板中輸入原料種類、價格、化學(xué)成分、目標(biāo)成分、原料總使用量、各原料使用量上下限等參數(shù)，即可導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

3． 2 計算結(jié)果導(dǎo)出功能

計算成功后，可將計算結(jié)果導(dǎo)出到EXCEL，結(jié)果包括原料配比明細(xì)、燒結(jié)礦成分及價格明細(xì)、燒結(jié)配礦及消耗等。其中原料配比明細(xì)包括各燒結(jié)機(jī)單配的原料使用量明細(xì)和混勻料使用量明細(xì)，燒結(jié)礦成分及價格明細(xì)包括各燒結(jié)機(jī)的原料使用量、產(chǎn)量、總價格、單位燒結(jié)礦成本、單位鐵成本和各化學(xué)成分明細(xì)，燒結(jié)配礦及消耗明細(xì)包括各原料價格、配比、月消耗和合計消耗。

3． 3 計算燒結(jié)礦最低噸礦成本、噸鐵成本

設(shè)定好各燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量、混勻料投入量和分配比例并選定配方，即可開始計算燒結(jié)礦噸礦最低成本;設(shè)定好各燒結(jié)機(jī)的產(chǎn)量、混勻料投入量和分配比例并選定配方，即可計算燒結(jié)礦噸鐵最低成本。噸鐵成本最低配置界面見圖2。計算開始前，還可以微調(diào)各原料的價格、使用量上下限。

3． 4 輔助分析工具

運(yùn)用計算機(jī)語言及圖形、表格工具，制作了直觀的展示工具，用于輔助分析，讓使用人員可以快速地發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整參數(shù)設(shè)置。當(dāng)計算結(jié)果為無解時，可以取消一些元素的輸入，讓它們不參與計算。圖3為取消Cu 和Cr 后的計算結(jié)果。此外還以表格形式列舉出燒結(jié)礦配比中各原料的消耗百分比和元素占有百分比，可以直觀了解每種原料對燒結(jié)礦化學(xué)成分的影響程度。

4 程序配料與人工配料結(jié)果對比

為便于分析程序配料系統(tǒng)和人工配料對生鐵成本的影響，選取同時段月度計劃配料所用鐵料品種、成分、價格及相同設(shè)定參數(shù)，在新鋼自產(chǎn)鐵料、二次資源全部用完的情況下，對計劃配料中外購資源進(jìn)行優(yōu)化，兩者配料結(jié)果見表1。從表1 可以看出，兩組配料成分接近，程序配料成本優(yōu)于人工配料成本。

5 結(jié)語

1) 新鋼燒結(jié)配料整體優(yōu)化程序開發(fā)，是鐵前配料由單品種性價比評價模式向配料結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)展的一次償試，該程序的使用有利于降低燒結(jié)配料的結(jié)構(gòu)成本，對鐵料的采購有一定指導(dǎo)意義。

2) 受運(yùn)輸條件及市場變化的影響，鐵料進(jìn)廠時間、品種變化大，不確定因素多，成分波動大，造成目標(biāo)配料難以執(zhí)行，品種及其化學(xué)成分的波動又會造成配料結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的變化，因此該程序的使用受到了較大制約。