专利名称：一种炼钢车间钢水加工节奏的控制方法
技术领域：
本发明属于钢铁企业炼钢生产技术领域，具体为一种炼钢车间钢水加工节奏的控制方法。
背景技术：
钢铁企业是典型的流程工业，随着钢铁市场竞争的日趋激烈，钢铁产品生产呈现多品种小批量的趋势，同时要求产品质优价廉、准时交货并提供优质的售后服务。炼钢-连铸生产过程是现代钢铁企业的核心工序，炼钢车间高温液态物流节能降耗的控制对确保钢铁企业生产的高效运行，成本降低起着非常重要的作用。炼钢车间对应的主要生产工序为炼钢、精炼、连铸，主要生产设备包括转炉、精炼炉、连铸机等，运输设备包括台车、吊机等，主要生产过程是炼铁厂生产的高温液态铁水运输到炼钢厂后，与废钢一起装入转炉进行吹炼，吹炼完的高温液态钢水再倒入空钢包中，台车将钢包运到吊车跨，吊车再将钢包吊到相应精炼设备的台车上，然后精炼台车进入精炼工位，精炼设备对高温液态钢水进行处理，处理结束后，精炼台车将钢包运至吊车跨，吊车再将钢包吊到连铸设备处进行连铸。将同时在同一个转炉内冶炼，从开始冶炼到浇注为止的整个过程称为一个炉次，将在同一台连铸机上连续加工的多个炉次组合称为一个浇次。 从上面过程可见，炼钢-连铸生产在钢铁生产中起着承上启下的作用，它直接影响着上游高炉的生产以及下游热轧生产线的生产，在钢铁生产中占有极其重要的位置。炼钢-连铸生产过程是一个高温高能耗的过程，连铸工艺对液态钢水温度要求十分严格，等待会导致液态钢水温度降低，等待时间过长的液态钢水需要重新回到精炼设备升温，这样既要耗费大量能源，也占用精炼设备的产能，从而导致生产成本的消耗。在实际生产过程中减少炉次等待时间有利于降低炼钢厂能源消耗，充分发挥炼钢-连铸设备产能，降低生产成本。合理有效的高温液态物流生产节奏控制，能够有效减少炉次等待时间，达到节能降耗控制，是实现物流紧密衔接，保证生产柔性、产品质量和准时交货的重要途径。炼钢车间的生产工艺十分复杂，多工序、多设备、工艺路线复杂，并且生产异常扰动频繁，具有高温液态的特殊性及难以求解性，由于炼钢车间生产的这种复杂性以及各钢铁企业的生产模式以及生产条件的差异，目前，许多大型钢厂对炼钢车间高温液态物流节能降耗的控制基本是基于经验的。本发明则主要针对钢铁行业炼钢-连铸工艺特点，提供一种炼钢车间高温液态物流生产节奏的控制方法来实现节能降耗的控制，通过对炼钢车间高温液态物流生产节奏控制方法的优化，协调炼钢、精炼和连铸三个作业工序的生产节奏， 目标是在满足对高温液态钢水温度和时刻的要求、保证生产持续性的前提下，充分利用有限的设备资源，降低热能损失量，使生产顺畅，保证产品质量。现有炼钢车间高温液态物流生产节奏的控制是采用基于事件驱动的人工经验模式，而缺乏预测性和整体调控性，不能很好地实现节能降耗的控制，造成热能的损失及成本的增加。
发明内容
本发明针对现有技术之不足，提供一种炼钢车间钢水加工节奏的控制方法，通过考虑实际生产中的工艺约束(包括钢水等待时间限制、转炉倒渣时间间隔、生产方案时间长度限制、连铸机连续浇铸要求等实际约束)，以降低钢水热能损失量为指标，描述该问题， 得到炼钢车间钢水加工节奏控制工艺、保证生产节奏顺畅、降低断浇次数、提高炼钢车间产能、优化物流、节省能源、降低成本的目的。本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤步骤1 获取生产过程原始工艺数据，包括浇次信息、炉次信息、机器信息、工序 信息；步骤2 根据炼钢车间生产工艺和约束，建立炼钢车间钢水加工节奏的描述方式， 以数学模型的形式描述工艺特征与钢水加工节奏的联系，具体如下步骤2. 1 将生产数据和工艺参数映射为数学模型参数，包括生产周期，记为 Tspan ；待生产炉次(每个炉次为分配给某个客户一炉钢水)，记为P ；所有生产工序，记为Q ={1，2，3，4，5}，其中1表示炼钢，2表示RH精炼，3表示LF精炼，4表示CAS精炼，5表示连铸；每个工序s包含的机器数目用表示，seQ;用P表示炉次集合，P= {1，2，Λ，Ν}； 炉次序号为i，i e P ；炉次i个工序中的个机器上生产，用&表示炉次i的工序集合，“0;步骤2. 2 选取控制炼炼钢车间钢水加工节奏控制方案的数学模型决策变量，包括Xis 炉次i在工序S的开始时间，i e P。对于炉次不经过的精炼工序，Xis等于上一工序的完成时间
权利要求
1. 一种炼钢车间钢水加工节奏的控制方法，其特征在于包括如下步骤 步骤1 获取生产过程原始工艺数据，包括浇次信息、炉次信息、机器信息、工序信息； 步骤2 根据炼钢车间生产工艺和约束，建立炼钢车间钢水加工节奏的描述方式，以数学模型的形式描述工艺特征与钢水加工节奏的联系，具体如下步骤2. 1 将生产数据和工艺参数映射为数学模型参数，包括生产周期，记为Tspan ；待生产炉次，记为P ；所有生产工序，记为Q = {1，2，3，4，5}，其中1表示炼钢，2表示RH精炼，3 表示LF精炼，4表示CAS精炼，5表示连铸；每个工序s包含的机器数目用表示，s e Q； 用P表示炉次集合，P= {1,2, Λ, N}；炉次序号为i，i e P ；炉次i在个工序中的个机器上生产，用A表示炉次i的工序集合，Q1CQ;步骤2. 2 选取控制炼钢车间钢水加工节奏控制方案的数学模型决策变量，包括 Xis 炉次i在工序s的开始时间，i e P，对于炉次不经过的精炼工序，Xis等于上序的完成时间
2.根据权利要求1所述的炼钢车间钢水加工节奏的控制方法，其特征在于步骤3. 3 中所述的禁忌搜索与线性规划混合算法，可以采用插入邻域与线性规划混合算法、限制邻域与线性规划混合算法或者基于交换移动的kick和限制邻域混合与线性规划混合算法， 所述插入邻域与线性规划混合算法，按如下步骤进行第1步初始化各参数，包括算法最大运行代数Maxlter、禁忌表长度TabuListLen，禁忌表T= Φ，历史最优目标值hisBestObj =①，历史最优排列Jihbst= Φ，当前排列π = Φ，当前迭代次数iter = 0，浇次、炉次信息以及机器之间的运输时间等；第2步判定各连铸机上的浇次是否超出连铸机的日可生产能力，连铸机的日可生产能力按连铸机的日可生产时间计算，如果连铸机上的浇次的总生产时间(即总处理时间加上浇次之间的必要调整时间)大于连铸机日可生产时间，则铸机上的浇次分配不合理，需要调整连铸批量计划(炉次计划与浇次计划)，算法终止，否则，进行第3步；第3步构造初始排列π °，求解线性规划f( O，η = π°，π·= ^Λπ·= ^ibst, hisBestObj = f(ji°),记录炉次处理时刻表；第4步根据插入邻域策略求出的邻域Nins(Ji),在Nins(Ji)中进行邻域搜索，找到邻域最优移动Vbst及其对应排列Hbst，π = Jibst;如果 f( π bst) < hisBestObj，则 hisBestObj = f(jibst)，Jihbst = ji bst，记录对应的炉次各工序处理时刻表，然后将Vbst信息加入禁忌表，更新禁忌表；否则，直接将Vbst信息加入禁忌表，更新禁忌表，将Vbst相关信息加入到禁忌表中第一个元素中，禁忌表最后一个元素移出禁忌表；第5步:iter = iter+1，如果iter = Maxlter，则停止，否则转第4步；所述限制邻域与线性规划混合算法，具体步骤与插入邻域与线性规划混合算法相近， 只是第4步是根据限制邻域策略求邻域，并进行邻域搜索，找到优移动Vbst及其对应排列JIbst, JI = JIbst ；所述基于交换移动的kick和限制邻域混合与线性规划混合算法，具体按如下步骤进行第1步初始化各参数，包括算法最大运行代数Maxlter、禁忌表长度TabuListLeru限制邻域规模大小L，连续未改进代数invalidlter = 0，最大容忍未改进代数KickIter，禁忌表T= Φ，历史最优目标值hisBestObj =①，历史最优排列JiHbst= Φ，当前排列π = Φ，当前迭代次数iter = 0，以及浇次信息，炉次信息以及机器之间的运输时间等；第2步判定各连铸机上的浇次是否超出连铸机的日可生产能力，连铸机的日可生产能力按连铸机的日可生产时间计算，如果连铸机上的浇次的总生产时间(即总处理时间加上浇次之间的必要调整时间)大于连铸机日可生产时间，则铸机上的浇次分配不合理，需要调整连铸批量计划(炉次计划与浇次计划)，算法终止，否则，进行第3步；第3步构造初始排列^，求解线性规划^^)，π = π °，ji· = ji0, hisBestObj =f (Z)，记录炉次处理时刻表；第4步判断是否invalidlter > KickIter，如果是，则随机选取一个工序(LD、RH、 LF、或CAS)上随机两台机器(可能相同)上的两个炉次交换位置，得到新排列JikidS Ji = ji kick, ^ f (Jikick) < hisBestObj，则 JIhbst= ji kick，hisBestObj = f (Jibst)，记录炉次处理时刻表；第5步根据基于交换移动的kick和限制邻域混合策略求出邻域π )，在π ) 进行邻域搜索，找到邻域最优移动Vbst及其对应排列Hbst，^ = Pst，如果 < hisBestObj，则hisBestObj = f(jibst)，ji腿=ji bst，记录对应的炉次各工序处理时刻表；第6步更新禁忌表，将Vbst相关信息加入禁忌表中第一个元素中，禁忌表最后一个元素移出禁忌表；第 7 步:iter = iter+1, invalidlter = invalidlter+l，如果 iter ( Maxlter，则转至第4步，否则，停止。
全文摘要
一种炼钢车间钢水加工节奏的控制方法，通过考虑实际生产中的工艺约束，以降低钢水热能损失量为指标，得到炼钢车间钢水加工节奏控制工艺。本方法可使生产准时化，降低断浇次数，提高生产设备利用率，炼钢厂生产参照每个炉次在每台机器上的开始加工时间执行生产，炉次能准时到达连铸机保证连浇，同时各精炼设备负荷均匀，故障率降低，提高连铸机及炼钢车间产能。采用本发明可在短时间内根据新的生产环境产生新的生产方案，以应对难以避免的设备故障等突发事故。合理高效的钢水加工节奏控制能够保证炉次在合理的机器上处理，减少炉次多余的运输，节省能源，降低物流成本，减少钢水在工序之间的等待，减少钢水热量损失，达到节能降耗。
文档编号G05B13/04GK102323755SQ20111023336
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月15日 优先权日2011年8月15日
发明者唐立新, 赵月 申请人:东北大学