漢鋼公司燒結(jié)配料優(yōu)化的探究

徐號(hào)鋒， 惠宏智

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司， 陜西　漢中　724200）

漢鋼公司燒結(jié)配料優(yōu)化的探究

徐號(hào)鋒， 惠宏智

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司， 陜西漢中724200）

在滿足工藝與生產(chǎn)的條件下，應(yīng)用EXCEL表格中的規(guī)劃求解的方法，對(duì)漢鋼燒結(jié)配料優(yōu)化進(jìn)行探索。結(jié)果表明：燒結(jié)配料中引入規(guī)劃求解的方式，可快速得出滿足燒結(jié)生產(chǎn)工藝且燒結(jié)成本優(yōu)于實(shí)際配比的組合方案。

規(guī)劃求解燒結(jié)配料優(yōu)化燒結(jié)成本

近年來，鋼鐵行業(yè)持續(xù)低迷，鋼材售價(jià)持續(xù)走低，而生產(chǎn)成本的高低直接決定鋼鐵企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。燒結(jié)礦作為煉鐵的主要原料，占到生鐵成本的65%以上，自然是成本控制的重點(diǎn)［1］。

陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司（全文簡稱漢鋼）屬于新建企業(yè)，無自有礦山。使用礦粉基本全部為外購礦粉（當(dāng)?shù)氐V使用比例為20%，國內(nèi)礦使用比例為10%，進(jìn)口礦使用比例為70%）。因外購礦品種多，質(zhì)量差異大，所以能夠在現(xiàn)有條件下，尋求一種簡單快捷的配礦方法，使品質(zhì)優(yōu)劣不等的各種礦粉得以合理搭配，既能滿足燒結(jié)、煉鐵生產(chǎn)實(shí)際要求，又能使燒結(jié)生產(chǎn)成本最低，就顯得至關(guān)重要［2]。

以此為啟發(fā)，通過查找資料，漢鋼公司在燒結(jié)配料中引用了線性規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型，借助計(jì)算機(jī)EXCEL表格中的“規(guī)劃求解”的方法，計(jì)算出滿足燒結(jié)工藝且生產(chǎn)成本較低的優(yōu)化配料方案。

1　原理及設(shè)置

1.1線性規(guī)劃原理

線性規(guī)劃是統(tǒng)籌學(xué)最基本也是應(yīng)用最廣泛的方法之一，是輔助人們進(jìn)行科學(xué)管理的一種數(shù)學(xué)方法。通過此種方法實(shí)現(xiàn)有限資源最優(yōu)分配和使成本最小、效益最大的目標(biāo)。

線性規(guī)劃包含決策變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)。

決策變量：向量（X1，…，Xn）T決策人要考慮和控制的因素。

約束條件：線性等式或不等式。

目標(biāo)函數(shù)：Z=f（X1，…，Xn），線性式，求Z的極大或極小值。

1.2規(guī)劃求解設(shè)置

雖然線性規(guī)劃設(shè)定條件比較方便，但線性規(guī)劃的求解涉及到復(fù)雜的矩陣運(yùn)算，計(jì)算費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還會(huì)出現(xiàn)無解的現(xiàn)象。通過查找資料，可使用計(jì)算機(jī)中的規(guī)劃求解來實(shí)現(xiàn)。

在計(jì)算機(jī)OFFICE軟件中，有一個(gè)規(guī)劃求解的加載宏。加載宏之后，就可以利用其中的規(guī)劃求解功能進(jìn)行求解。以2007版本為例，通過點(diǎn)擊EXCEL選項(xiàng)—加載項(xiàng)—轉(zhuǎn)到EXCEL加載項(xiàng)，然后加載【規(guī)劃求解加載項(xiàng)】便可以加載規(guī)劃求解的宏。

2　規(guī)劃求解在燒結(jié)中的應(yīng)用探索

如何利用規(guī)劃求解方式，在燒結(jié)配料中進(jìn)行條件約束，并最終在滿足工藝、生產(chǎn)條件的前提下，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦成本最低的目標(biāo)，作以下探索。

2.1變量

Xi代表第i種含鐵料在燒結(jié)總配比中的所占比例。

2.2條件約束

2.2.1一般約束

0≤ΣXi≤100%，i=1，2，…，n。其中n與含鐵料的種類有關(guān)。

2.2.2化學(xué)成分約束

根據(jù)原料的化學(xué)成分，按照規(guī)劃求解的方式，測算出的燒結(jié)礦化學(xué)成分必須滿足生產(chǎn)及工藝要求。例如：Σ［w（Fe）iXi］≥56.5%；4.8%≤Σ［w（SiO2）iXi］≤6.0%；Σ［w（Al2O3）iXi］≤1.8%……

其中對(duì)化學(xué)成分的約束條件數(shù)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行設(shè)定。

2.2.3其他約束

因漢鋼使用的除塵灰、鋼渣粉、氧化鐵皮回收物料全部在燒結(jié)過程中按期使用完，根據(jù)產(chǎn)生量及消耗量，設(shè)定除塵灰質(zhì)量配比為6%，氧化鐵皮質(zhì)量配比為2%，鋼渣粉質(zhì)量配比為1%。對(duì)高返不作考慮。

2.3目標(biāo)函數(shù)

在滿足以上約束條件的前提下，燒結(jié)礦成本最低。

設(shè)Pi代表第i種含鐵料的價(jià)格，i取值為1，…，n。n取決于原料的種類。含鐵料成本=Σ（PiXi），熔劑成本根據(jù)堿度及含鐵料的成分確定被設(shè)為M，燃料成本被設(shè)定為N，其他費(fèi)用被設(shè)為A。因此，燒結(jié)礦成本C=ΣPiXi+M+N+A。

目標(biāo)函數(shù)為：CM in=Σ（PiXi）+M+N+A，其中i取值為1，…，n。

3　實(shí)例分析

將2016年某月實(shí)際配料情況與規(guī)劃求解結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出規(guī)劃求解測算出的燒結(jié)配料方案能夠滿足工藝要求而且成本最低的結(jié)論。

3.1漢鋼2016年某月燒結(jié)用原燃料化學(xué)成分（見表1）

表1　漢鋼2016年某月燒結(jié)用原燃料化學(xué)成分　%

3.2漢鋼2016年某月原燃料單價(jià)（見表2）

表2　漢鋼2016年某月燒結(jié)用原燃料單價(jià)　元/t

3.3條件約束

參照漢鋼實(shí)際配礦中對(duì)燒結(jié)礦工藝要求進(jìn)行約束。

3.3.1燒結(jié)礦配比約束條件

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)燒結(jié)礦配比要求如下：0≤X高硅礦≤100%；0≤XPB粉≤100%；0≤X金布巴粉≤100%；0≤X卡粉≤100%；0≤X主流三≤25%，受庫存影響，配比最大為25%；X除塵灰=6%，X氧化鐵皮=2%；X鋼渣粉=1%，確保每天產(chǎn)生量全部消耗完；X主流三+X高硅礦+XPB粉+ X金布巴粉+X卡粉=100%。

3.3.2燒結(jié)礦化學(xué)成分約束條件

根據(jù)2016年某月漢鋼的生產(chǎn)情況，要求燒結(jié)礦中w（TFe）≥56.5%，4.8%≤w（SiO2）≤6.0%，1.5%≤w（Al2O3）≤2.0%，1.90≤R≤2.0。

3.4目標(biāo)成本測算

通過計(jì)算機(jī)規(guī)劃求解運(yùn)算，得到滿足以上約束條件下的最優(yōu)質(zhì)量配比為：主流三25%+金布巴粉礦50%+卡粉25%。計(jì)算出：燒結(jié)礦成分w（TFe）= 57.86%，w（SiO2）=4.91%，w（Al2O3）=1.97%，R=1.90；燒結(jié)礦成本為596元/t。

若將主流三的質(zhì)量配比上限設(shè)定為30%，得到滿足以上約束條件下的最優(yōu)配比為：主流三30%+金布巴粉礦41%+卡粉29%。計(jì)算出：燒結(jié)礦成分w（TFe）= 57.95%，w（SiO2）=4.85%，w（Al2O3）=1.86%，R=1.90；燒結(jié)礦成本為593元/t。

而2016年某月份實(shí)際使用的燒結(jié)礦質(zhì)量配比為：主流三15%+金布巴粉礦55%+卡粉30%，計(jì)算出：燒結(jié)礦成分w（TFe）=58.10%，w（SiO2）=4.77%，w（Al2O3）=2.01%，R=1.90；燒結(jié)礦成本為601元/t。

通過試驗(yàn)可知，在一定范圍內(nèi)調(diào)整約束條件，都可得出滿足條件的最優(yōu)原料配比，并且成本最低。3.5效益分析

通過對(duì)比燒結(jié)實(shí)際生產(chǎn)配料比和規(guī)劃求解配料比測算過程及結(jié)果，發(fā)現(xiàn)規(guī)劃求解配料測算出的燒結(jié)礦理論成分都滿足工藝要求，并且指標(biāo)稍優(yōu)于實(shí)際配比。

2016年某月全月漢鋼按照規(guī)劃求解出的配料比進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，每噸燒結(jié)礦將節(jié)省5～8元/t，按照雙系統(tǒng)高爐日消耗燒結(jié)礦11 000 t，全月30 d，燒結(jié)工序?qū)⒐?jié)省成本165萬元以上。

4　結(jié)論

1）燒結(jié)配料中引入規(guī)劃求解的方式，可快速得出滿足燒結(jié)生產(chǎn)工藝、燒結(jié)礦成本最低的組合方案。

2）通過對(duì)比規(guī)劃求解優(yōu)化方案與燒結(jié)實(shí)際配料方案，優(yōu)化方案降本效果明顯，待成熟后可推廣至燃料、熔劑優(yōu)化等方面。

3）漢鋼在燒結(jié)配料中引入EXCEL規(guī)劃求解的方式，屬于初步探索階段，后續(xù)可繼續(xù)優(yōu)化完善。

[1]王道群.線性規(guī)劃在燒結(jié)礦配料中的應(yīng)用[J].中國冶金，2005，15（8）：19-22.

[2]王煒，陳畏林，賈斌，等.基于線性規(guī)劃和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化燒結(jié)配料系統(tǒng)開發(fā)[J].燒結(jié)球團(tuán)，2006，31（1）：27-30.

（編輯：胡玉香）

Research on Sintering Burdening Optimization of Hangang Company

XU Haofeng，HUI Hongzhi
（Hanzhong Iron and Steel Company of Shaangang Group，Hanzhong Shaanxi 724200）

This paper discusses the function of planning in the process and production conditions with the help of in the EXCEL spreadsheet to explore the application of burdening optimization in Hangang Company.The results show that the burdening introduced in planning the way can quickly meet the sintering production process，and the sintering cost solutions is better than the combination of the actual ratio.

sinter burdening，programming solve，optimization，sinter cost

TF046.4

A

1672-1152（2016）04-0032-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.11

試（實(shí)）驗(yàn)研究

2016-04-06

徐號(hào)鋒（1986—），男，助理工程師，從事爐料優(yōu)化和燒結(jié)配料生產(chǎn)工作。