专利名称：考虑库存因素的钢铁烧结预配料多目标优化方法
技术领域：
本发明技术属于钢铁冶金烧结生产过程的监测与优化技术领域，涉及一种考虑库 存因素的钢铁烧结预配料多目标优化方法。
背景技术：
钢铁作为我国国民经济和国防军工发展的重要基础原料和战略物资，已广泛应用 于机械、电子、建材、交通、航天、航空、国防军工等各个行业，在国民经济发展中具有十分重 要的地位。烧结是钢铁生产的关键工序，为高炉提供质量合格的烧结矿。烧结过程配料工序 是烧结生产最重要的环节之一，其包含了预配料与烧结配料两次配料工艺。预配料将各种 铁矿石均勻混合，形成产物中和粉。中和粉是烧结生产过程的重要中间产品，其化学指标包 括铁品位(中和粉中铁元素含量)、氧化钙含量、二氧化硅含量、氧化镁含量、氧化铝含量、 硫含量和磷含量。中和粉质量的优劣不仅影响烧结生产成本，也直接影响烧结矿的产量和 质量。因而，研发预配料多目标优化方法，对降低烧结矿成本，提高烧结生产效率具有重要
眉、ο由于国内钢铁企业的矿石来源众多，品种繁杂，各种矿石的品位不一，因而造成预 配料过程复杂。人工经验配料方法难以受到人员因素影响，难以同时兼顾预配料成本和中 和粉品位。针对预配料特点，研究新的方法和技术，针对预配料不同的需求进行多目标优化 计算，对于降低预配料成本，提高中和粉质量具有极其重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提出一种考虑库存因素的钢铁烧结预配料多目标优化方法。采用 该方法能有效地充分利用现有原料库存，在保证中和粉各项化学指标要求的前提下，以成 本最低为目标，计算最低成本配比，以降低预配料成本；或以铁品位最高为目标，提供高铁 配比，提高中和粉铁品位；或以二氧化硅含量最高为目标，提供高硅配比，提高中和粉二氧
化硅含量。本发明的技术解决方案如下—种考虑库存因素的钢铁烧结预配料多目标优化方法，其特征在于，包括以下步 骤步骤1 根据原料库存量和本次预配料配入量确定各单种原料的配比区间上限值 和配比区间下限值；
η原料库存量为 = ，i = 1，2，...，n，其中HIi表示本次钢铁烧结所需的η种原
料中第i种原料的库存量；用M表示本次预配料配入量；计算原料库存量与本次预配料配入量的差值Δ m Δ m = m-Μ ；如果Am < 0，给出断料报警，结束本次多目标优化步骤；否则计算每一种预配原料的配比区间上限值Ubi和配比区间下限值Ibi 步骤2 确定多目标优化的约束条件和多目标优化的模型的目标函数；其中，多目 标优化的约束条件如下 其中Xi表示η种预配料原料中第i种原料的质量；Fei表示η种预配料原料中第 i种原料的铁品位，Cai表示η种预配料原料中第i种原料的氧化钙质量含量，Sii表示η种 预配料原料中第i种原料的二氧化硅质量含量，Mgi表示η种预配料原料中第i种原料的氧 化镁质量含量，Ali表示η种预配料原料中第i种原料的氧化铝质量含量，Si表示η种预配 料原料中第i种原料硫的质量含量，Pi表示η种预配料原料中第i种原料的磷含量；Femin表示铁品位下限值，Camin表示氧化钙质量含量下限值，Simin表示二氧化硅质 量含量下限值，Mgfflin表示氧化镁质量含量下限值，Alfflin表示氧化铝质量含量下限值，Sfflin表 示硫的质量含量下限值，Pmin表示磷的质量含量下限值；Fefflax表示铁品位上限值，Cafflax表示氧化钙质量含量上限值，Sifflax表示二氧化硅质 量含量上限值，Mgfflax表示氧化镁质量含量上限值，Alfflax表示质量氧化铝含量上限值，Sfflax表 示硫质量含量上限值，Pfflax表示磷质量含量上限值；多目标优化的模型的目标函数为最低成本优化模型的目标函数为 高铁优化模型的目标函数为 高硅优化模型的目标函数为 步骤3 根据多目标优化的约束条件和多目标优化的模型的目标函数，采用线性 规划单纯形法分别求解出最低成本优化配比X1 = Ixil I i = 1，2，...，η}，高铁优化配比X2 ={xi2|i = 1，2，...，η}，高硅优化配比 X3 = {xi3|i = 1，2，...，n}。有益效果本发明提出的以单种原料库存量和预配料配入量计算单种原料配比区间上、下限 的方法，充分考虑了原料库存因素的影响，可以避免配料区间人工不合理设置可能带来的 断料、积压料问题；计算不同目标的优化配比则可以为技术人员带来更多的选择，技术人员 可根据高炉生产工况选择合适的优化配比，较人工配比而言具有更高的灵活性，降低了生 产成本或满足了铁、硅某一种化学指标的高品位要求。本发明具有计算简单、方便的特点，适合于烧结生产二次配料工艺，具有较强的实 用性，对烧结生产降低成本、提高烧结生产效率具有重要意义。
图1原料配比区间上、下限换算流程图；图2预配料多目标优化流程具体实施例方式为了更好的理解本发明的技术方案，以下结合说明书中附图对本发明的实施方式 作进一步描述，总体流程图如图2，图1为原料配比区间上、下限换算流程图。第一步，根据本次预配料所使用的原料库存量和本次预配料的配入量计算单种原 料配比区间的上、下限。由于需要应付国际上铁矿石供应相对紧张的局面，以及降低矿石库 存成本的要求，国内钢铁企业的原料库存量并不充足，一股情况下仅可以供应烧结生产线 1-3周的生产需求。若由于某种原料的持续过度消耗而造成在计划期限内盖原料提前用完， 则会造成“断料”;反之，若某种原料因长期使用量少，甚至不使用而长期积压，则会造成“积 压料”。断料造成企业在短时间内进料结构的混乱；积压料占用了企业宝贵的库存空间，增 加了额外的库存成本，均不利于烧结生产。因此，在预配料优化计算时必须考虑库存因素， 可以有效减少，甚至防止断料和积压料的发生。收集本次配料的各种原料的现有库存量Hii (i = 1，2，. . .，η，η为本次配料原料种 类数)和本次预配料配入量Μ，则原料区间上、下限的换算流程如下。步骤1 计算所有原料的累计总量m ； 步骤2 计算累计总量m和本次预配料配入量M的差值Am;Δ m = m-M(2)步骤3 对Am进行判断，若Am > 0，则当前原料累计总量足以提供本次预配料消耗，计算可以继续进行，转入步骤4 ；否则，目前已经处于断料状态，报警并结束计算；步骤4 按照公式(3)计算各原料配比区间的上限值Ubi (i = 1,2,..., η)； 步骤5 按照公式(4)计算各原料配比区间的下限值Ibi (i = 1,2,..., η)； 式中，max为取最大值函数；步骤6 分组输出原料配比区间[Ibi, UbiKi = 1，2，...，n)，换算结束。第二步，建立不同目标的优化模型。以中和粉化学成分指标的上、下限值为约束条 件，以及第一步所换算的原料配比区间上、下限，分别建立不同目标的预配料优化模型。步骤1 分别建立最低成本、高铁、高硅的目标函数，如下所示 其中，Xi (i = 1,2, ... , η)表示η种预配料原料中第i种原料的配比A(i = 1， 2，...，η)表示η种预配料原料中第i种原料的单价；FeiG = 1,2, ... , η)表示η种预配 料原料中第i种原料的铁品位；SiiG = 1,2,... ,η)表示η种预配料原料中第i种原料的
二氧化硅含量。步骤2 结合中和粉铁品位、氧化钙含量、二氧化硅含量、氧化镁含量、氧化铝含 量、硫含量和磷含量化学成分指标要求，建立优化模型的化学成份指标约束条件如下
(9)
(14) 其中，Femin, Camin, Simin, Mgmin, Almin, Smin, Pmin分别表示由技术人员根据烧结工况设 置的中和粉铁品位、氧化钙含量、二氧化硅含量、氧化镁含量、氧化铝含量、硫含量、磷含量 的下限值；Femax、Cafflax, Sifflax, Mgfflax, Almax、Sfflax, Pfflax分别表示由技术人员根据烧结工况设置的中和粉铁品位、氧化钙含量、二氧化硅含量、氧化镁含量、氧化铝含量、硫含量、磷含量的上 限值；Fe” Cai, Sii, Mgi, Ali, Si,P^i = 1,2, ... , η)分别表示η中预配料原料中第i种原 料的铁品位、氧化钙含量、二氧化硅含量、氧化镁含量、氧化铝含量、硫含量、磷含量的检、化 验值。步骤3 结合第一步中所得到的原料配比区间上、下限设置，以及原料配比和必须 为“ 100 %，，的要求，建立原料配比约束条件，如下所示Ibi ^ Xi ^ Ubi i = 1,2, . . . , η(15) 最低成本优化模型、高铁优化模型和高硅优化模型均包含了步骤2和步骤3中的 所有的约束条件，但是所采用的目标函数分别为公式(5)、公式(6)和公式(7)。第三步，根据第二步所建立的最低成本优化模型、高铁优化模型和高硅优化模型， 采用线性规划方法[1_3](即此处的线性规划方法参见参考文献1-3)分别求解出最低成本优 化配比、高铁优化配比和高硅优化配比Xj = Ixij I i = 1，2，. . .，n，j = 1,2,3} (Xij, j = 1， 2，3分别代表最低成本、高铁和高硅，i = 1，2，... η表示η种原料中第i种原料的配比)。在求解出中和粉优化配比后，可以根据物料守恒关系，对中和粉的化学成分进行 验证，以验证优化配比的效果，如下所示 其中,6、01、51、1%^1、5、？分别表示中和粉铁品位、氧化钙含量、二氧化硅含量、 氧化镁含量、氧化铝含量、硫含量和磷含量预测值。实施例1 以某钢铁厂一次预配料为例说明本发明优越性，该次预配料共使用原 料7种，如附表1所示。第一步，确定单种原料的上、下限分别为南非粉13% 30%;FMG 粉0% 15%;巴西中品位粉0% 10% ；澳粉8% 25%;
MAC 粉0% 15%;印度粉0% 7%;一类精粉0% 15%;第二步，确定中和粉化学成份指标要求，分别为铁品位Fe≤ 62%;二氧化硅含量Si≤6% ；氧化钙含量Ca≤1%;氧化镁含量Mg≤1%;氧化铝含量Al ≤ 1.8% ；硫含量S≤ 0.1%;磷含量P≤ 0.1%;代入优化模型并采用单纯形方法计算后，得到优化配比，与当日技术人员下发的 实际配比项对比，如附表2所示；第三步，采用中和分化学成分预测模型对不同配比进行化学成份预测，如附表3 所示，从附表3中可以看出所有配比均符合中和粉化学成份指标要求，并且最低成本优化配比较实际配比而言，成本降低8. 1元/吨，降幅1. 04% ；高铁优化配比较实际配比而言，铁品位提高0. 78%，升幅1. 25% ；高硅优化配比较实际配比而言，二氧化硅含量提高0.32%，升幅6. 78% ；以上结果表明本发明所提出的方法充分考虑了原料库存因素，在不同的优化目 标下，计算得到不同的优化配比，供技术人员选择。本发明以及本实例中使用的含量均为质 量含量。参考文献 [1]肖宏峰，谭冠政.单纯形搜索在遗传算法中的融合研究[J].计算机工程与应 用· 2008,44(18) 30-33.[2]贺学海.单纯形法解决LP问题的研究[J].沈阳师范大学学报(自然科学 版)· 2010,28(1) 14-16.[3]耿忠娟，王周宏，宫静等.对单纯形方法的改进[J].曲阜师范大学学 报.2009,35(1) 13-15.附表1 附表2 附表权利要求
一种考虑库存因素的钢铁烧结预配料多目标优化方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1根据原料库存量和本次预配料配入量确定各单种原料的配比区间上限值和配比区间下限值；原料库存量为i＝1，2，…，n，其中mi表示本次钢铁烧结所需的n种原料中第i种原料的库存量；用M表示本次预配料配入量；计算原料库存量与本次预配料配入量的差值ΔmΔm＝m M；如果Δm＜0，给出断料报警，结束本次多目标优化步骤；否则计算每一种预配原料的配比区间上限值ubi和配比区间下限值lbi <mrow><msub> <mi>ub</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>m</mi><mi>i</mi> </msub> <mi>M</mi></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>%</mo><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>lb</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>max</mi><mo>{</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><msub> <mi>m</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mi>Δm</mi><mo>}</mo> </mrow> <mi>M</mi></mfrac><mo>×</mo><mn>100</mn><mo>%</mo><mo>;</mo> </mrow>步骤2确定多目标优化的约束条件和多目标优化的模型的目标函数；其中，多目标优化的约束条件如下 <mrow><msub> <mi>Fe</mi> <mi>min</mi></msub><mo>≤</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>Fe</mi> <mi>i</mi></msub><msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi></msub><mo>≤</mo><msub> <mi>Fe</mi> <mi>max</mi></msub><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>Ca</mi> <mi>min</mi></msub><mo>≤</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>Ca</mi> <mi>i</mi></msub><msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi></msub><mo>≤</mo><msub> <mi>Ca</mi> <mi>max</mi></msub><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>Si</mi> <mi>min</mi></msub><mo>≤</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>Si</mi> <mi>i</mi></msub><msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi></msub><mo>≤</mo><msub> <mi>Si</mi> <mi>max</mi></msub><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>Mg</mi> <mi>min</mi></msub><mo>≤</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>Mg</mi> <mi>i</mi></msub><msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi></msub><mo>≤</mo><msub> <mi>Mg</mi> <mi>max</mi></msub><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>Al</mi> <mi>min</mi></msub><mo>≤</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>Al</mi> <mi>i</mi></msub><msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi></msub><mo>≤</mo><msub> <mi>Al</mi> <mi>max</mi></msub><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>S</mi> <mi>min</mi></msub><mo>≤</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>S</mi> <mi>i</mi></msub><msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi></msub><mo>≤</mo><msub> <mi>S</mi> <mi>max</mi></msub><mo>;</mo> </mrow> <mrow><msub> <mi>P</mi> <mi>min</mi></msub><mo>≤</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi></msub><msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi></msub><mo>≤</mo><msub> <mi>P</mi> <mi>max</mi></msub><mo>;</mo> </mrow>lbi≤xi≤ubi i＝1，2，...，n； <mrow><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>;</mo> </mrow>其中xi表示n种预配料原料中第i种原料的质量；Fei表示n种预配料原料中第i种原料的铁品位，Cai表示n种预配料原料中第i种原料的氧化钙质量含量，Sii表示n种预配料原料中第i种原料的二氧化硅质量含量，Mgi表示n种预配料原料中第i种原料的氧化镁质量含量，Ali表示n种预配料原料中第i种原料的氧化铝质量含量，Si表示n种预配料原料中第i种原料硫的质量含量，Pi表示n种预配料原料中第i种原料的磷含量；Femin表示铁品位下限值，Camin表示氧化钙质量含量下限值，Simin表示二氧化硅质量含量下限值，Mgmin表示氧化镁质量含量下限值，Almin表示氧化铝质量含量下限值，Smin表示硫的质量含量下限值，Pmin表示磷的质量含量下限值；Femax表示铁品位上限值，Camax表示氧化钙质量含量上限值，Simax表示二氧化硅质量含量上限值，Mgmax表示氧化镁质量含量上限值，Almax表示质量氧化铝含量上限值，Smax表示硫质量含量上限值，Pmax表示磷质量含量上限值；多目标优化的模型的目标函数为最低成本优化模型的目标函数为高铁优化模型的目标函数为高硅优化模型的目标函数为步骤3根据多目标优化的约束条件和多目标优化的模型的目标函数，采用线性规划单纯形法分别求解出最低成本优化配比X1＝{xi1|i＝1，2，…，n}，高铁优化配比X2＝{xi2|i＝1，2，…，n}，高硅优化配比X3＝{xi3|i＝1，2，…，n}。FDA0000024925130000011.tif,FDA0000024925130000023.tif,FDA0000024925130000024.tif,FDA0000024925130000025.tif
全文摘要
本发明提出了一种考虑库存因素的钢铁烧结预配料多目标优化方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1根据原料库存量和本次预配料配入量确定各单种原料的配比区间上限值和配比区间下限值；步骤2确定多目标优化的约束条件和多目标优化的模型的目标函数；步骤3根据多目标优化的约束条件和多目标优化的模型的目标函数，采用线性规划单纯形法分别求解出最低成本优化配比。本发明具有计算简单、方便的特点，适合于烧结生产二次配料工艺，具有较强的实用性，对烧结生产降低成本、提高烧结生产效率具有重要意义。
文档编号G05B13/04GK101900993SQ201010260800
公开日2010年12月1日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者吴敏, 周常立, 曹卫华, 李勇, 焦国华, 王春生, 阳习端 申请人:中南大学