新鋼燒結配料整體優化程序的開發

張武剛

(新余鋼鐵集團有限公司，江西新余338001)

摘要: 為發揮各品種鐵料的互補優勢，降低燒結配料結構成本，新鋼鐵前系統采用線性規劃算法，使用C#2012編程語言和SQL SEＲVEＲ 2012 數據庫技術，結合新鋼鐵前系統的工藝特點，自主開發了燒結配料整體優化程序。該程序具有原料參數導入功能、計算結果導出功能、計算燒結礦最低噸礦或噸鐵成本等功能。

關鍵詞: 燒結配礦結構; 低成本配礦; 整體優化程序; 開發

0 前言

2011 年新鋼在鐵前配礦中開始使用“鐵礦石—燒結—高爐煉鐵”的全過程鐵礦石冶金價值評價系統，用以指導鐵前配礦及鐵料采購。采用該系統后，新鋼生鐵制造成本與行業的差距由2011 年的+ 112． 65 元/( t·Fe) 縮小至2017 年1—11 月的－ 2. 73 元/( t·Fe) 。由于鐵前配礦是多品種鐵料、多成分相互組合與互補的結果，而該系統只考慮了燒結鐵料中TFe 和SiO₂兩個主要的化學成分，其中的Al₂O₃，MgO，CaO，As，Sn，Pb，Zn，P 等化學成分均未考慮; 同時燒結礦配比在新鋼高爐用鐵料中高達84%，因此優化燒結配礦、降低其配料結構成本，對降低生鐵制造成本具有重要意義。為此，新鋼自動化部、技術中心、原料部三家單位共同進行了燒結配料整體優化程序的開發。

1 工序要求及相關參數、約束條件

1． 1 工序要求

為滿足不同品種鋼材的生產需求，新鋼鐵水質量實行分級冶煉，其中6 號和7 號高爐、8 號和11 高爐、9 號和10 號高爐分別生產不同質量要求的鐵水，其對應的燒結礦成分也不相同，因此配料優化程序不僅要滿足燒結物流和工藝的要求，還要滿足鐵水分級冶煉的質量要求。新鋼鐵前系統原料→燒結→高爐的物流工藝流程示意圖見圖1。

1． 2 相關參數、約束條件

根據高爐煉鐵的工藝要求及對鐵水質量的要求，將燒結礦中要求控制的化學成分( TFe，SiO₂，Al₂O₃，MgO，As，Sn，Cu，Cr，Pb，Zn，Na₂O，K₂O，S，P，Mn，TiO2) 和R₂要求以及各種物料的總量作為約束條件輸入。各種原料的價格、成分、燒損及使用量要求作為基本參數輸入。燃料配比根據實際生產情況的測算量直接輸入。4 號和5 號燒結機、6 號和7 號燒結機、8 號燒結機的燒結礦產量，4號、5 號、8 號燒結機的混勻礦總量及混勻礦的分配比根據實際生產需求設定月度總量為計算參數。具體約束條件如下: 上述三組燒結機生產的燒結礦化學成分上下限約束、4 和5 號燒結機單配的原料投入量約束、6 號和7 號燒結機的原料投入量約束、8 號燒結機單配的原料投入量約束、老區混勻料的原料投入量約束、4 號和5 號燒結機各原料單配使用量約束、6 號和7號燒結機各原料使用量約束、8 號燒結機各原料單配使用量約束、老區混勻料各原料使用量約束。

2 項目程序設計

由于目標函數是決策變量的線性函數，約束條件為線性等式和不等式，因此采用線性規劃算法，計算出最優解，目標是計算4 號和5 號燒結機、6 號和7 號燒結機、8 號燒結機及混勻料聯合配比后的最低成本。系統使用C#2012 編程語言和SQL SEＲVER2012 數據庫技術，開發了一套簡便易用的優化配礦系統。

3 軟件功能

3． 1 原料參數導入功能

在EXCEL 模板中輸入原料種類、價格、化學成分、目標成分、原料總使用量、各原料使用量上下限等參數，即可導入數據庫。

3． 2 計算結果導出功能

計算成功后，可將計算結果導出到EXCEL，結果包括原料配比明細、燒結礦成分及價格明細、燒結配礦及消耗等。其中原料配比明細包括各燒結機單配的原料使用量明細和混勻料使用量明細，燒結礦成分及價格明細包括各燒結機的原料使用量、產量、總價格、單位燒結礦成本、單位鐵成本和各化學成分明細，燒結配礦及消耗明細包括各原料價格、配比、月消耗和合計消耗。

3． 3 計算燒結礦最低噸礦成本、噸鐵成本

設定好各燒結機產量、混勻料投入量和分配比例并選定配方，即可開始計算燒結礦噸礦最低成本;設定好各燒結機的產量、混勻料投入量和分配比例并選定配方，即可計算燒結礦噸鐵最低成本。噸鐵成本最低配置界面見圖2。計算開始前，還可以微調各原料的價格、使用量上下限。

3． 4 輔助分析工具

運用計算機語言及圖形、表格工具，制作了直觀的展示工具，用于輔助分析，讓使用人員可以快速地發現問題，調整參數設置。當計算結果為無解時，可以取消一些元素的輸入，讓它們不參與計算。圖3為取消Cu 和Cr 后的計算結果。此外還以表格形式列舉出燒結礦配比中各原料的消耗百分比和元素占有百分比，可以直觀了解每種原料對燒結礦化學成分的影響程度。

4 程序配料與人工配料結果對比

為便于分析程序配料系統和人工配料對生鐵成本的影響，選取同時段月度計劃配料所用鐵料品種、成分、價格及相同設定參數，在新鋼自產鐵料、二次資源全部用完的情況下，對計劃配料中外購資源進行優化，兩者配料結果見表1。從表1 可以看出，兩組配料成分接近，程序配料成本優于人工配料成本。

5 結語

1) 新鋼燒結配料整體優化程序開發，是鐵前配料由單品種性價比評價模式向配料結構優化發展的一次償試，該程序的使用有利于降低燒結配料的結構成本，對鐵料的采購有一定指導意義。

2) 受運輸條件及市場變化的影響，鐵料進廠時間、品種變化大，不確定因素多，成分波動大，造成目標配料難以執行，品種及其化學成分的波動又會造成配料結構發生較大的變化，因此該程序的使用受到了較大制約。