鄭 偉， 陳 勇， 李廷剛， 馬仲群， 孫建鵬， 毛 勇， 王大博

（五礦營口中板有限責(zé)任公司， 遼寧 營口 115000）

摘 要：以某鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉過程中的合金配加工序?yàn)檠芯繉ο螅ㄟ^研究合金的成本、收得率以及現(xiàn)場操作的實(shí)際情況等特性，自主開發(fā)了使用于本廠情況的轉(zhuǎn)爐合金配加系統(tǒng)。利用單純形法對元素配比進(jìn)行了線性規(guī)劃，規(guī)劃后平均噸鋼成本降低 5 元，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法與現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練仿真預(yù)測函數(shù)，預(yù)測結(jié)果的最大誤差小于 3.5%。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐冶煉；元素配比；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法；仿真預(yù)測函數(shù)

轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，合金配加過程作為轉(zhuǎn)爐冶煉的最后環(huán)節(jié)，決定著前一道工序的成功與否，同時(shí)也直接影響著后一道精煉工序的冶煉難度與周期，在多方面影響著冶煉成本。傳統(tǒng)合金配加工藝主要以轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場合金操作工人的操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，始終存在著成本偏高、實(shí)際成分與目標(biāo)成分偏差較大等缺點(diǎn)。因此，需要一種能夠?qū)辖鹋浼恿窟M(jìn)行精確計(jì)算的合金配加系統(tǒng)，為現(xiàn)場合金配加量提供準(zhǔn)確的量化指導(dǎo)方案，在減少合金配加工人操作負(fù)擔(dān)的同時(shí)降低成本，提高工藝精度。

1 合金配加系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)

合金配加系統(tǒng)的登陸界面，與主界面分別如圖1、圖 2 所示。圖 1 為登陸界面，用戶通過用戶名與密碼進(jìn)行登陸，程序內(nèi)部有用戶注冊功能。用戶權(quán)限分為管理員權(quán)限與普通用戶權(quán)限，以確保只有已經(jīng)注冊的場內(nèi)相關(guān)工作人員擁有使用權(quán)限及管理權(quán)限。

圖 2 為合金配加系統(tǒng)主界面，界面的中的數(shù)據(jù)輸入主要由兩個(gè) DataGridView 數(shù)據(jù)展示控件導(dǎo)入。用于顯示材質(zhì)終點(diǎn)成分要求的 DataGridView 控件中的數(shù)據(jù)由 access 數(shù)據(jù)庫調(diào)入，鑒于實(shí)際生產(chǎn)過程中使用的每一批合金的合金成分及價(jià)位都會存在部分差異，合金成分及成本數(shù)據(jù)需要時(shí)常變更，本程序的設(shè)計(jì)為，界面中顯示合金成分的 DataGridView 控件中的數(shù)據(jù)由現(xiàn)場較為熟悉 Excel 軟件調(diào)入，以方便煉鋼廠工程師定期更新合金成分?jǐn)?shù)據(jù)。

2 成本規(guī)劃與收得率的計(jì)算

2.1 單純形法優(yōu)化合金配比

在實(shí)際生產(chǎn)過程中由于合金的種類、價(jià)格、合金元素成分含量、有害元素成分含量等條件的不同，在相同條件下有會有多種不同的合金配比方案，不同方案之間合金成本存在有較大變動，筆者應(yīng)用單純形法編寫的優(yōu)化程序?qū)辖鸬呐浼舆M(jìn)行線性規(guī)劃，在滿足實(shí)際鋼種合金需求的條件下選出成本最低的合金配比方案，以降低工藝成本。

單純形法作為求解線性規(guī)劃問題的最優(yōu)方法，其基礎(chǔ)思本思路：先從限制條件內(nèi)部找出一個(gè)可行解，判斷該解是否為最優(yōu)解，如果為最優(yōu)解則停止計(jì)算，若不是最優(yōu)解則尋找更好的解，反復(fù)執(zhí)行上述過程直至找出最優(yōu)解，或判斷該條件下無解^[1]。單純形法的一般形式由目標(biāo)函數(shù)與約束條件組成如公式 （1）、公式（2）所示。

目標(biāo)函數(shù)：

在求合金配比的最優(yōu)解時(shí)目標(biāo)函數(shù)中的 Z 為合金總價(jià)，現(xiàn)場生產(chǎn)時(shí)合金成本最低 Z 取最小值。c₁、 c₂、…、c_n 為合金 1、合金 2、…、合金 n 的單價(jià)，a_ij 為合金 j 中元素 i 的單位增量，x₁、x₂、…、x_n 為合金 1、合金2、…、合金 n 的用量均大于 0，b_i 為鋼液中元素的限制條件。

以某鋼廠轉(zhuǎn)爐煉鋼車間 2018 年 12 月生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，使用合金配加系統(tǒng)后噸鋼成本可降低 5 元。

2.2 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法預(yù)測合金收得率

合金收得率會受實(shí)際生產(chǎn)操作影響而發(fā)生變化，應(yīng)用仿真擬合函數(shù)對合金收得率進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測，可有效提高合金配加精度^[2]。筆者選用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對合金收得率進(jìn)行預(yù)測。由現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)可得，在脫氧劑使用制度相同的情況下，合金收得率主要由終點(diǎn) C 含量、Si 含量、氧含量，終點(diǎn)出鋼溫度決定。筆者以上述 4 個(gè)變量為輸入變量 x，以合金元素收得率為輸出變量 y，通過 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法訓(xùn)練仿真預(yù)測函數(shù)^[2]。統(tǒng)計(jì)得預(yù)測函數(shù)預(yù)測結(jié)果的最大誤差小于3.5%低于原操作誤差。

3 結(jié)論

1）本程序設(shè)計(jì)了適用度較高的數(shù)據(jù)引用方式，直接引入 Excel 表格作為數(shù)據(jù)源，方便了數(shù)據(jù)的維護(hù)與更新。

2）應(yīng)用單純形法對合金成本進(jìn)行線性規(guī)劃，得出最佳配比，經(jīng)計(jì)算得噸鋼成本降低 5 元。

3）應(yīng)用 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法訓(xùn)練的仿真預(yù)測函數(shù)對收得率進(jìn)行預(yù)測，收得率預(yù)測結(jié)果最大誤差小于3.5%，低于原操作誤差。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉春華.煉鋼鐵合金最優(yōu)結(jié)構(gòu)消耗標(biāo)準(zhǔn)制定模型[D].上海：上海 交通大學(xué)，2007.

[2] 朱光俊，梁本川.轉(zhuǎn)爐煉鋼靜態(tài)控制優(yōu)化模型[J].煉鋼，1999，15 （4）：25- 28.