實現智能優化燒結配料的研究

李俊

摘要：傳統的燒結生產中主要以驗算法進行燒結配料計算，此種方法存在配料成分不穩定、成本偏高、配礦能力不強等問題，因此需要建立優化配料模型。燒結配料模型主要以配礦成本作為目標函數，以鐵礦石供應條件、燒結礦化學成分及堿度等作為約束條件，通過對比線性規劃法、蒙特卡洛優化法以及遺傳算法的計算特點，燒結配礦模型可以采用Matlab和線性規劃法進行求解，在較短的時間內就能獲得一組配礦成本較低的方案。

關鍵詞：燒結配料;數學模型;線性規劃法

1前言

燒結礦是高爐煉鐵的主要原料，燒結礦的質量將直接影響到高爐爐況和鋼鐵產量。燒結配料是鋼鐵冶煉生產過程的首道工序，配料效果好壞直接影響燒結礦的質量[1]。傳統的配料計算有理論算法、單燒計算法和驗算法等，在生產現場最常用的是驗算法[2]。它的方法簡單、調整方便，但是其計算調整速度在某種程度上要取決于操作者的經驗豐富程度，不同的操作者之間操作習慣可能存在差異，因此此種配礦方法存在配料成分不穩定、配料成本偏高、配礦能力不強的問題，資源的利用也不合理。

隨著計算機技術的不斷發展，人工智能應用于鋼鐵生產方面的技術已經相對成熟，因此可以應用數學建模技術來優化燒結配料生產，實現鐵礦石的高效合理利用，穩定燒結生產，從而達到鋼鐵企業降本增效的需求。

2建立優化配料模型

混勻配礦是將多種含鐵原料以及燃料和熔劑按照一定的配比進行混合，獲得化學成分和粒度組成相對穩定的混勻礦。混勻配礦的優化通常以混勻礦配礦成本為重要指標，因此優化配礦模型以配礦成本作為目標函數，可表述為：

（1）

其中：xi為各種原料的配比，取1，2，…n，ci為各種原料單價。

模型的建立過程中，還需考慮鐵礦石供應條件、燒結礦化學成分及堿度等作為約束條件進行尋優的過程[3]。

（1）鐵礦石配比約束

燒結配礦過程中應充分考慮各種原料的供應情況，單種原料配比必須滿足設定的配比范圍要求;同時，各種原料配比總和必須為100%。

（2）燒結礦化學成分及堿度約束

燒結礦的主要化學成分有TFe、 SiO2、CaO、 MgO、FeO等;模型計算過程中需要考慮各種原料的燒損，燒結礦化學成分和堿度計算值要符合燒結礦化學成分要求的范圍，并以此作為模型計算的約束條件：

3優化配礦模型的求解

（1）模型計算工具：

數學模型計算主要用到的軟件有：Lingo/LinDo、SAS、Matlab、Mathmatic等，其中第一個主要為優化軟件，中間那個為統計分析軟件，最后兩個為計算軟件（也可做優化）。燒結配料屬于小規模的最優化問題，用Matlab 就能簡單的實現模型。

（2）模型計算方法：

數學模型的建立主要依據物質守衡原理，且采用合適的算法求得最優解。目前應用較為廣泛的最優化模型的計算方法主要有以下三種：

1） 線性規劃法，對于關系簡單、規模較小的模型，該方法方便易用，反應迅速且求解精度高;

2） 蒙特卡洛優化法，求解效率較低，一般情況下不提倡使用;

3） 遺傳算法，對于線性規劃不能解決的大規模復雜問題，當約束條件的重要程度不同時，該方法能有效解決問題。

對比以上三種計算方法，燒結配料計算采用線性規劃法最為簡單和方便，在Matlab中只要把變量的取值區間和約束條件按照一定的格式輸入即可，由于其求解過程通常使用單純形法，求解效率較高，在較短的時間內就可以獲得一組配礦成本較低的方案。

4小結

1） 傳統的生產過程中配料計算主要采用的是驗算法，但此種配礦方法存在配料成分不穩定、配料成本偏高、配礦能力不強的問題，隨著人工智能的不斷發展，應用數學模型已能很好解決傳統燒結配料計算中的問題。

2） 建立優化配礦模型應考慮配礦成本作為目標函數，同時需要考慮把鐵礦石供應條件、燒結礦化學成分及堿度等作為約束條件。

3） 應用Matlab能實現燒結配料模型的計算，由于燒結配料計算屬于小規模的最優化問題，可以采用線性規劃法對燒結配料計算模型進行求解。

參考文獻：

[1] 吳敏，王春生，曹衛華. 基于預測模型與調整規則的燒結配料優化綜合集成方法[J].系統仿真學報， 2008.

[2] 高丙寅. 用Excel作燒結配料計算[J].燒結球團， 2001.

[3] 黃曉賢. 鐵礦燒結優化配礦數學模型的研究[D].湖南長沙：中南大學， 2013.

（作者單位：中冶華天南京工程技術有限公司）