一种顶装料电弧炉废钢配料方法和系统与流程

本发明涉及一种顶装料电弧炉废钢配料方法和系统，属于炼钢的。

背景技术：

1、废钢是电弧炉炼钢的重要原料，作为原料的废钢种类较多，成分、密度、尺寸波动很大，而且价格差距也较大。在满足成分及工艺指标的前提下，合理的废钢配比可以有效节约冶炼成本。

2、顶装料电弧炉装料时，首先将装有废钢的料包吊至打开炉盖的电弧炉顶部，然后打开料包底部，使废钢通过自由落体的方式坠入炉膛内。这种装料方式对废钢在料包内的分布要求比较严格。例如，大尺寸大密度的废钢不能直接装在料包最底部，防止损坏炉底耐材引起穿钢事故；中部废钢应下重上轻，防止冶炼过程中塌料砸断电极从而增加冶炼成本及热停工时间；顶部废钢应密度小，尺寸小，方便起弧及快速穿井，防止电弧辐射损坏炉盖。

3、专利申请cn110516402a提供一种优化电弧炉废钢配料的方法，该专利申请依据成品目标成分、废钢堆密度、废钢元素氧化率、合金元素收得率和废钢堆密度要求，构建成品目标成分约束方程、废钢目标堆密度约束方程、废钢和合金质量约束方程及优化配料目标函数；根据建立的约束方程及优化配料目标函数构建线性规划数学模型，并由线性规划数学模型计算得到废钢和合金的加入量，以废钢成本最小为目标对废钢配料进行优化。但该专利申请仅将废钢料包作为一个整体对成本进行优化计算，忽视了同一料包中不同料层内不同成分废钢分布所造成的影响。

4、专利申请cn112749487a提供一种废钢优化配料方法，该专利申请根据市场和库存的供应量约束、生产计划中不同产品对废钢比和废钢类型的约束、废钢堆比重与料斗容量和装入量的约束、废钢装料操作中每次废钢最小加入量约束，建立废钢装入重量约束方程、废钢装入体积约束方程、废钢质量约束方程、废钢最小装入量约束方程、废钢最大可用量约束方程，以废钢总增钢效益最大为目标函数建立目标方程，根据所述目标方程构建线性规划数学模型，由所述线性规划数学模型计算得到各类废钢的加入量。但该专利申请的技术重点在于及时调整市场价格波动和废钢使用效果之间的关联性，且该专利申请所提出的线性规划模型是通过不同废钢性能差异和对不同产品的收得率差异而得到废钢产生的增钢量，依然是将废钢作为一个整体进行技术优化，没有体现出废钢冶炼过程中不同种类的废钢在废钢料包中的位置不同所产生的影响。

5、因此目前已公开的类似技术中，大部分是从成本或最终受益的角度出发进行废钢配料优化以及构建线性规划数学模型，缺乏对实际配料操作的指导，也没有体现出料包内废钢分布对冶炼过程的影响。

技术实现思路

1、为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种顶装料电弧炉废钢配料方法和系统，其具体技术方案如下：

2、一种顶装料电弧炉废钢配料方法，包括以下步骤：

3、步骤(1)采集电弧炉废钢数据集，建立配料模型数据库；

4、步骤(2)选择废钢种类，并根据所选废钢种类名称查询配料模型数据库获取相应的废钢数据表；

5、步骤(3)对各料包内空间进行分层，根据废钢数据表中的废钢参数确定各料层中允许配入的废钢种类，获取废钢分布表；

6、步骤(4)确定废钢分布系数，废钢分布系数由一个料层中的废钢重量之和与该料层所在料包的废钢重量之和的比值决定；

7、步骤(5)确定辅助参数；

8、步骤(6)通过线性规划求解得到废钢配料表；

9、具体包括：

10、(6.1)以废钢配料成本最小为目标函数，获得废钢配料成本最小值，具体为：

11、

12、其中，min z表示废钢配料成本最小值，xi_j_k表示第i个料包第j个料层第k种废钢的重量，rk表示第k种废钢的单价；

13、(6.2)将废钢配料成本最小值和已知料包废钢分配量最大值加入约束条件，按照向电弧炉内加入废钢的次序，依次以各料包废钢分配量最大为目标函数，获得各料包分配量最大值及废钢配料表，具体为：

14、

15、其中，maxyi表示第i个料包废钢分配量最大值，xi_j_k表示第i个料包第j个料层第k种废钢的重量；

16、步骤(7)按照求解的废钢配料表准备废钢并进行冶炼。

17、进一步的，所述步骤(1)中，废钢数据集包括：废钢单价、废钢堆密度、金属收得率、废钢库存量、废钢平均长度、单炉分配量上限以及单炉分配量下限。

18、进一步的，所述步骤(2)中，配料模型数据库中的废钢单价、废钢堆密度、废钢平均长度由废钢管理人员时实更新并同步上传至配料模型数据库中；废钢库存量由计算机根据废钢入库及出库重量自动统计；金属收得率由冶金工程师分析冶炼数据后定期更新，所选废钢种类必须符合计划冶炼钢种的成分及工艺指标要求。

19、进一步的，所述步骤(5)中，所述辅助参数包括：计划出钢量、各料包承重上限、各料包体积上限和允许加料次数。

20、进一步的，所述步骤(6)具体包括：

21、步骤(6.1)同时需满足以下约束条件：

22、(6.1.1)出钢量约束条件：

23、

24、(6.1.2)料层重量约束条件：

25、yi_j＝αi_j·yi (i＝1～l，j＝1～m)   (公式4)

26、公式4函数集展开为：

27、

28、(6.1.3)料包配重约束条件：

29、yi≤yi_max (i＝1～l)   (公式6)

30、公式6函数集展开为：

31、

32、(6.1.4)料包体积约束条件：

33、vi≤vi_max (i＝1～l)   (公式8)

34、公式8函数集展开为：

35、

36、(6.1.5)废钢配重约束条件：

37、fyk_min≤fyk≤fyk_max (k＝1～n)   (公式10)

38、公式10函数集展开为：

39、

40、其中，min z表示废钢配料成本最小值，xi_j_k表示第i个料包第j个料层第k种废钢的重量，rk表示第k种废钢的单价，yc表示计划出钢量，sk表示第k种废钢的金属收得率，yi表示第i个料包的废钢重量和，yi_max表示第i个料包承重上限，vi表示第i个料包的废钢体积和，vi_max表示第i个料包体积上限，yi_j表示第i个料包第j个料层的废钢重量和，αi_j表示第i个料包第j个料层废钢分布系数，fyk表示第k种废钢的重量和，fyk_max表示第k种废钢单炉分配量上限，fyk_min表示第k种废钢单炉分配量下限；

41、步骤(6.2)中目标函数集公式2展开为：

42、

43、依次对上述函数进行线性规划求解计算，同时需满足以下约束条件：

44、(6.2.1)第1至第i-1个料包的配重约束条件：

45、

46、公式13函数集展开为：

47、

48、当计算第1个(i＝1)料包配重最大值时，该约束条件无效；

49、(6.2.2)其它约束条件：

50、

51、其中，min z表示废钢配料成本最小值，maxyi为未知量，表示第i个料包废钢分配量最大值，maxyh为已知量，表示第h个料包废钢分配量最大值，xi_j_k表示第i个料包第j个料层第k种废钢的重量，xh_j_k表示第h个料包第j个料层第k种废钢的重量，rk表示第k种废钢的单价，yc表示计划出钢量，sk表示第k种废钢的金属收得率，yi表示第i个料包的废钢重量和，yi_max表示第i个料包承重上限，vi表示第i个料包的废钢体积和，vi_max表示第i个料包体积上限，yi_j表示第i个料包第j个料层的废钢重量和，αi_j表示第i个料包第j个料层废钢分布系数，fyk表示第k种废钢的重量和，fyk_max表示第k种废钢单炉分配量上限，fyk_min表示第k种废钢单炉分配量下限。

52、进一步的，所述yi表示第i个料包的废钢重量和，具体为：

53、

54、公式16函数集展开为：

55、

56、所述vi表示第i个料包的废钢体积和，具体为：

57、

58、yi_j表示第i个料包第j个料层的废钢重量和，具体为：

59、

60、fyk表示第k种废钢的重量和，具体为：

61、

62、其中，xi_j_k表示第i包料第j料层第k种废钢的重量，ρk表示第k种废钢的密度，αi_j表示第i个包第j料层料的废钢分布系数。

63、一种实施本发明所述的顶装料电弧炉废钢配料方法的电弧炉废钢配料系统。

64、一种实施本发明所述的顶装料电弧炉废钢配料方法的信息数据处理终端。

65、一种计算机程序产品，包括指令、软件、硬件、固件或者其任意组合，当其在计算机上运行时，使得计算机执行本发明所述的顶装料电弧炉废钢配料方法。

66、本发明的原理是：

67、综合考虑顶装料电弧炉所用废钢价格，废钢堆密度，废钢金属收得率、装料次数以及各料包内废钢分布情况，通过线性规划求解得到详细的废钢配料表。

68、本发明的有益效果是：

69、该方法不仅能够快速计算出最低成本的废钢配料方案，降低生产成本，而且可以给出各种废钢在料包内分布位置，直接指导配料操作，有利于提高配料速度，同时，合理的废钢分布有利于提高炉体寿命，降低电极损耗和提高冶炼速度。