专利名称：对钢铁企业高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的优化方法
技术领域：
本发明涉及冶金工艺技术和计算机仿真模拟技术。属于冶金工艺技术领域，具体 地说是一种对钢铁企业高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的优化方法。特别适用于炼 铁与炼钢界面工艺技术的优化设计和总图布局的优化。
背景技术：
高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式，是冶金流程界面实现工程优化的一种新技 术，它是指在高炉_转炉区段取消传统的鱼雷罐车或者铁水罐进行中途倒罐兑铁，而是直 接采用受铁罐将铁水兑入转炉，此过程中受铁罐实现承接、运输、缓冲贮存、铁水预处理、转 炉兑铁、容器快速周转及铁水保温等多种功能的工艺布局。采用“一罐到底”工艺，此过程 铁水只发生一次空气冷却降温过程，而没有倒包包体吸热降温，不仅铁水温度损失减少，而 且环境负荷也大大降低。此工艺具有缩短工艺流程、紧凑总图布置等特点，可以降低投资、 减少占地面积、节能减排、减少铁损、减少烟尘污染、具有较大经济和社会效益。“一罐到底” 工艺，开始出现在日本JFE福山、京滨厂，近年来在我国的沙钢、莱钢、唐钢等大型钢铁企业 都有采用。高炉-转炉区段的工艺技术界面是钢铁生产过程中连接炼铁与炼钢两大工序的 重要区段，起到了承上启下的作用，也是关系到钢铁生产流程整体优化的关键区段。近年 来，对高炉-转炉区段的工艺技术界面进行了广泛的研究，但主要集中在区段生产过程的 物流调控、铁水供应质量、流程、结构优化问题的定性研究等方面，而关于区段界面工序间 的关系匹配优化和流程工序的重构优化、工序功能的优化研究较少。中国正在由钢铁大国 向钢铁强国的转变，新一代大型钢厂的模式必将对中国乃至世界钢铁工业的发展产生深远 影响，因此，有必要深入研究钢厂模式尤其是炼铁_炼钢界面模式，以得出适合新一代大型 钢厂炼铁-炼钢界面的最优模式，并对最优模式的高炉_转炉界面一些重要指标进行优化， 可实现生产过程中物质流、能量流、温度、时间等基本参数的匹配、衔接、协调和稳定。促进 生产流程整体运行的稳定、协调和连续化、高效化，达到提高钢铁企业生产流程资源效率、 能源效率以及节能降耗的目的。目前，人们对新一代大型钢厂的运行和生产中所存在的问 题还没有完全了解，通过建立一种能够模拟未来新一代大型钢厂生产情况的系统可以更方 便地对其进行深层次的研究。十几年来，计算机仿真技术在钢铁生产中得到了广泛的应用， 钢铁企业可以在生产中利用计算机的快速和高效，建立实时仿真管理系统对生产进行模拟 和信息处理，使生产管理最优化。基于此，我们通过计算机仿真软件建立了一个高炉_转炉 区段“一罐到底”界面模式仿真系统的仿真模型，通过仿真实验，研究了不同出铁时间和转 炉冶炼周期、铁水罐进入系统的到达率服从的最佳分布对高炉_转炉区段“一罐到底”界面 模式的一些绩效指标的影响；同时可显示高炉-转炉区段生产系统仿真的整个过程，从而 可以让使用者清楚地了解到生产过程中发生的问题，及时地对模型的参数(对应的生产参 数)进行调整，实现对物流系统优化配置。该技术的研究成功对钢铁企业的生产流程资源效率、能源效率有广泛的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对钢铁企业高炉_转炉区段“一罐到底”界面模式的 优化方法。本发明具有减小高炉_转炉区段“一罐到底”界面模式中铁水罐在运输过程中 的非正常的等待时间以降低铁水在运输过程中的温降的特点，从而缓和铁水入转炉的最终 温度，影响到钢铁流程的整个生产效率、能源效率。可以广泛的应用于炼铁与炼钢界面工艺 技术的优化设计和总图布局的优化上。本发明对钢铁企业高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的优化方法的技术方案 是该方法由计算机服务器、显示器，各类数据采集器、输入键盘、电源和输出线路构 成，采用计算机仿真软件建立高炉_转炉区段“一罐到底”界面模式计算机仿真模型，具体 步骤是(1)首先根据钢铁企业实际的高炉-转炉区段界面模式建立高炉-转炉区段“一罐 到底”界面模式的物理模型，并进行现场数据静态采集；(2)对获得现场采集的数据处理并分析，利用计算机仿真软件建立高炉-转炉区 段“一罐到底”界面模式的可视化计算机仿真模型，将分析后的数据用于计算机仿真模型 中，以模拟钢铁企业高炉_转炉区段的实际生产情况；(3)利用计算机仿真软件定义高炉_转炉区段“一罐到底”界面模式可视化仿真系 统的系统元素，根据“一罐到底”界面模式的结构和各个工位现场的布置建立可视化模型结 构图，同时可以清晰地看出各实体之间的相互关系；(4)利用计算机仿真软件对高炉_转炉区段“一罐到底”界面模式的结构模型进行 可视化设置，其中包括元素可视化设置和细节设置；(5)从仿真运行所构建的可视化计算机仿真模型，通过所得的报告对仿真结果进 行比对，分析出影响此生产过程的“瓶颈”因素和导致铁水罐在转炉前等待时间累加出现的 原因，提出解决此问题的对策，指导实际调度人员科学安排生产调度工作。步骤(4)中所述的可视化设置包括元素可视化设置和细节设置，可视化设计的 元素有兑铁包(part)，受铁(machine)，兑铁(machine)，称重或检包(machine)，高炉 (buffer)，转炉(buffer)，输送链 1 (buffer)，输送链 2 (buffer)，输送链 3 (buffer)，积分 (variable)，时间序列(timeseries)，细节设置包括对本模型定义基本参数以及各元素之 间的逻辑关系，对各个机器的加工周期、进入规则、送出规则等的参数设置。所述的解决此问题的对策是(1)在满足高炉、转炉生产节奏协调，高炉、转炉一一对应且受铁罐容量和转炉容 量相等的前提下，高炉出铁时间和转炉冶炼周期相等，即转炉冶炼周期=高炉出铁时间/ N，其中N为受铁罐的数量；(2)减小铁水罐在运输过程中的非正常的等待时间以降低铁水在运输过程中的温 降；(3)选取铁水罐进入系统的到达率服从的最佳分布为泊松分布，针对改的善对策， 通过修改参数达到缓和转炉前等待时间累加的目的。在钢铁企业高炉-转炉区段“一罐到底”生产模式中，在生产正常进行时，随着铁水罐不断地、近似规律的将铁水从高炉运至转炉，铁水罐在转炉前的等待时间会随着时间 的累加而累加。当累加时间增加到一定程度时，会严重影响到高炉-转炉区段生产过程的 铁水温降，甚至会由于铁水罐内的温降过大造成生产不能正常运行。另外，由于累加时间的 原因，会引起铁水罐在转炉前、空罐返回至高炉前出现排队现象，造成运输线路堵塞，出现 铁水运输待运时间长、倒调时间长、运输途中耽误时间长的“三长”现象，有时不得不临时启 用混铁炉，将“一罐到底”模式改为“受铁罐_混铁炉_兑铁包”模式，最终导致铁水温度损 失严重，整个生产流程能耗大幅度增加。为了提高钢铁企业高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式中由于铁水罐运行不畅 导致的铁水罐非正常等待时间过长，我们提出用计算机软件仿真实际高炉-转炉区段生产 过程并找出上述问题的解决方案。主要步骤如下(1)首先根据钢铁企业实际的高炉-转 炉区段界面模式建立高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的物理模型，并进行现场数据 静态采集；(2)对获得现场采集的数据处理并分析，利用计算机仿真软件建立高炉-转炉 区段“一罐到底”界面模式的可视化计算机仿真模型，将分析后的数据用于计算机仿真模 型中，以模拟钢铁企业高炉_转炉区段的实际生产情况；(3)利用计算机仿真软件定义高 炉_转炉区段“一罐到底”界面模式可视化仿真系统的系统元素，根据“一罐到底”界面模 式的结构和各个工位现场的布置建立可视化模型结构图，同时可以清晰地看出各实体之 间的相互关系；(4)利用计算机仿真软件对高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的结构 模型进行可视化设置，其中包括元素可视化设置和细节设置。可视化设计的元素有兑铁 包(part)，受铁(machine)，兑铁(machine)，称重或检包(machine)，高炉(buffer)，转炉 (buffer)，输送链 1 (buffer)，输送链 2 (buffer)，输送链 3 (buffer)，积分(variable)，时间 序列(timeseries)，细节设置包括对本模型定义基本参数以及各元素之间的逻辑关系，对 各个机器的加工周期、进入规则、送出规则等的参数设置；(5)仿真运行所构建的可视化计 算机仿真模型，通过所得的报告对仿真结果进行分析，得出影响此生产过程的“瓶颈”因素 和导致铁水罐在转炉前等待时间累加出现的原因，提出解决此问题的对策。同时，在实际的 高炉-转炉“一罐到底”界面模式系统中，此种方法可以方便地应用到同类问题的分析和研 究工作中。本发明的有益效果是1、大大的缩短了转炉前的等待时间，解决转炉前等待时间 的“累加效应”;2、具有更好的减少铁水温降的效果，有利于提高铁水入转炉温度，达到进一 步降低能耗的效果；3、提高了炼铁-炼钢整个过程的生产效率，有利于后续炼钢过程控制 的稳定。
图1为本发明的高炉-转炉区段“一罐到底”模式物理模型结构图；图2为本发明高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式可视化模型的结构图；图3为本发明的所建立模型未优化前报告统计图；图4为本发明的优化后的报告统计图。
具体实施例方式下面结合附图以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。实施例1 首先对某钢铁企业实际的高炉_转炉区段“一罐到底”界面模式相关数 据进行现场静态采集，例如高炉出铁时间、转炉冶炼周期、运输时间、称重或检包时间、铁水 罐一车几罐到达/离开、到达/离开时间间隔等统计数据，建立高炉_转炉区段“一罐到底” 界面模式物理模型，如图1。然后对获得的现场采集的数据处理并分析，利用计算机仿真软 件建立高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的计算机仿真模型，将所分析后的数据用于计 算机仿真模型中，以模拟钢铁企业高炉-转炉区段的实际生产情况；利用计算机仿真软件 定义高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式仿真系统的系统元素，见表1。根据“一罐到底” 界面模式的结构和各个工位现场的布置建立可视化模型结构图如图2，同时可以清晰地看 出各实体之间的相互关系。利用计算机仿真软件对高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式 的结构模型进行可视化设置，其中包括元素可视化设置和细节设置。可视化设计的元素有 兑铁包(part)，受铁(machine)，兑铁(machine)，称重或检包(machine)，高炉(buffer)，转 炉(buffer)，输送链 1 (buffer)，输送链 2 (buffer)，输送链 3 (buffer)，积分(variable)，时 间序列(timeseries)，细节设置包括一些对各个机器的加工周期、进入规则、送出规则。仿 真运行所构建计算机仿真模型，通过所得的报告对仿真结果进行分析并与实际生产数据进 行比对，分析出影响此生产过程的“瓶颈”因素和导致铁水罐在转炉前等待时间累加出现的 原因，得出解决此问题的对策(a)在满足高炉、转炉生产节奏协调，高炉、转炉一一对应且 受铁罐容量和转炉容量相等的前提下，高炉出铁时间和转炉冶炼周期相等。即转炉冶炼周 期=高炉出铁时/N(N为受铁罐的数量)(2)减小铁水罐在运输过程中的非正常的等待时间 以降低铁水在运输过程中的温降。(3)选取铁水罐进入系统的到达率服从的最佳分布为泊 松分布。针对上述的改善对策，发现在满足高炉、转炉生产节奏协调，高炉、转炉一一对应且 受铁罐容量和转炉容量相等的前提下高炉和转炉调整模型中的转炉冶炼周期和铁水罐进 入系统到达率服从的最佳分布，可以达到缓和转炉前等待时间累加、降低铁水运输过程温 降的目的。具体见优化前后报告统计图如图3、图4所示。同时，在实际的高炉-转炉“一 罐到底”界面模式系统中，此种方法可以方便地应用到同类问题的分析和研究工作中。表1模型元素定义表
元素名称类型数量兑铁包部件1积分部件1高炉缓冲1转炉缓冲1受铁机器权利要求
1.一种对钢铁企业高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的优化方法，其特征在于该 方法由计算机服务器、显示器，各类数据采集器、输入键盘、电源和输出线路构成，采用计算 机仿真软件建立高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式计算机仿真模型，具体步骤是(1)首先根据钢铁企业实际的高炉-转炉区段界面模式建立高炉-转炉区段“一罐到 底”界面模式的物理模型，并进行现场数据静态采集；(2)对获得现场采集的数据处理并分析，利用计算机仿真软件建立高炉-转炉区段“一 罐到底”界面模式的可视化计算机仿真模型，将分析后的数据用于计算机仿真模型中，以模 拟钢铁企业高炉-转炉区段的实际生产情况；(3)利用计算机仿真软件定义高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式可视化仿真系统 的系统元素，根据“一罐到底”界面模式的结构和各个工位现场的布置建立可视化模型结构 图，同时可以清晰地看出各实体之间的相互关系；(4)利用计算机仿真软件对高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的结构模型进行可视 化设置，其中包括元素可视化设置和细节设置；(5)从仿真运行所构建的可视化计算机仿真模型，通过所得的报告对仿真结果进行比 对，分析出影响此生产过程的“瓶颈”因素和导致铁水罐在转炉前等待时间累加出现的原 因，提出解决此问题的对策，指导实际调度人员科学安排生产调度工作。
2.根据权利要求1所述的对钢铁企业高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的优化方 法，其特征在于步骤(4)中所述的可视化设置包括元素可视化设置和细节设置，可视化设 计的元素有兑铁包(part)，受铁(machine)，兑铁(machine)，称重或检包(machine)，高炉 (buffer)，转炉(buffer)，输送链 1 (buffer)，输送链 2 (buffer)，输送链 3 (buffer)，积分 (variable)，时间序列(timeseries)，细节设置包括对本模型定义基本参数以及各元素之 间的逻辑关系，对各个机器的加工周期、进入规则、送出规则等的参数设置。
3.根据权利要求1所述的对钢铁企业高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的优化方 法，其特征在于所述的解决此问题的对策是(1)在满足高炉、转炉生产节奏协调，高炉、转炉一一对应且受铁罐容量和转炉容量相 等的前提下，高炉出铁时间和转炉冶炼周期相等，即转炉冶炼周期=高炉出铁时间/N，其 中N为受铁罐的数量；(2)减小铁水罐在运输过程中的非正常的等待时间以降低铁水在运输过程中的温降；(3)选取铁水罐进入系统的到达率服从的最佳分布为泊松分布，针对改的善对策，通过 修改参数达到缓和转炉前等待时间累加的目的。
全文摘要
本发明公开了一种对钢铁企业高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的优化方法，基于计算机仿真软件对钢铁企业高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式优化的新方法，能对高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式的生产过程进行实时跟踪和在线监测诊断，通过运行结果与实际生产数据进行比对，判断高炉-转炉区段生产过程中出现的问题，一方面能有效地减少入转炉前的等待时间，减少损失，另一方面能降低整个生产过程的温降，提高最终入转炉温度，达到提高生产过程效率、节能降耗的目的。本发明主要应用于涉及冶金工艺技术和计算机仿真模拟技术。同时，在实际的高炉-转炉区段“一罐到底”界面模式系统中，此种方法可以方便地应用到同类问题的分析和研究工作中。
文档编号G06F17/50GK102004815SQ20101052562
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月1日 优先权日2010年11月1日
发明者孟华, 徐建新, 李红娟, 梁素梅, 王 华, 王建军, 赵业清 申请人:昆明理工大学