CN109583118B

CN109583118B - 一种烧结配比计算及烧结矿成本优化方法

Info

Publication number: CN109583118B
Application number: CN201811504318.8A
Authority: CN
Inventors: 张剑明; 周伟; 移小义
Original assignee: Wugang Group Kunming Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wugang Group Kunming Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2038-12-10
Also published as: CN109583118A

Abstract

本发明公开一种烧结配比计算及烧结矿成本优化方法，包括根据烧结原料与烧结矿配比关系，以成本作为优化目标，建立线性规划模型；获取各烧结原料的化验成分并计算均值；获取各烧结原料一定周期内的平均价格；将各造堆铁矿石TFe品位及价格输入线性规划模型中，计算出烧结配比最优解；将烧结原料化验成分及价格输入线性规划模型中，在满足烧结矿碱度和MgO含量符合要求前提下，调整烧结溶剂配比使烧结溶剂成本最小化；在满足烧结燃料用量前提下，调整各造堆烧结原料中各燃料的配比使烧结燃料成本最小化；将上述结果输入线性规划模型中，得烧结矿优化的成本及烧结配比。本发明具有配比的烧结矿质量稳定、成本控制合理、计算速度快的特点。

Description

一种烧结配比计算及烧结矿成本优化方法

技术领域

本发明属于冶炼技术领域，具体涉及一种烧结矿质量稳定、成本控制合理、计算速度快的烧结配比计算及烧结矿成本优化方法。

背景技术

铁矿球团是指把铁矿石研磨成精粉，滚动成球后，再经高温焙烧固结成型的球形含铁原料。高炉工序向来是冶炼过程中成本消耗最大的环节，其成本约占钢铁企业整个冶炼过程的60～70％，而烧结生产对整个高炉冶炼工序都具有重要的影响，因此，优化调整烧结生产的成本是降低高炉工序成本的重点环节。

在烧结生产中，成本主要由铁矿石成本、溶剂成本与燃料（焦比与煤比）成本构成，铁矿石成本涉及到合理选择矿石品种与优化配矿技术。即要选择物有所值、利用价值较高的矿石，然后通过优化配矿，能够达到高炉冶炼要求与降低成本的目的；燃料涉及高炉冶炼的技术水平，即如何通过控制并调整高炉参数实现生铁产量的增加、焦比的降低等目标。由于烧结生产使用的物料（炉料）品种多，冶炼机理复杂，投入与产出要达到理想化，为了保证烧结矿TFe、碱度、MgO等化学指标达到一定要求，都必须进行复杂的物料平衡与成本计算。传统上烧结生产中一般采用人工配料，是在保证装炉总重量的前提下，主要考虑如何搭配原材料以保证该炉钢化学成分的技术要求，而无法全面考虑如何搭配能同时做到成本最低，这是因其相关因素太复杂，用人工是难以实现。虽然如此，计算过程中由于烧结物料较多导致计算量大、繁琐，配比调整量直接受操作人员经验的影响，没有任何数据支撑，准确性低，且受操作人员人为因素影响较大，对于相同工况来说，不同的操作人员对烧结原料配比的调整量也不尽相同，很难保证烧结矿成品的质量稳定性。

当前的现有技术中也存在一些高炉冶炼领域配比、成本优化方面的方法，但往往存在计算过程复杂、人工干预过程多、计算速度慢的问题。目前，也有基于线性规划的方法可以做到成本最低。它的基本思想是：在保证该炉钢化学成分的前提下，对各种原材料根据其化验单、价格进行最合理的搭配，利用线性规划中单纯形法在约束条件范围内进行逐步寻优，使各种原材料的价钱总和为最小。但是，在实际生产中烧结工艺性和质量性的精确量化比较困难，并且与线性规划偏离甚远，导致部分基于线性规划的优化方法结果偏差较大，也会对生产形成误导，导致按照优化后的配体烧结的烧结矿质量波动较大。采用上述方法一般需要设置一定的限制，才能对生产形成一定的指导，如基于铁料和熔剂所需的燃料配比是基本稳定的，不同批次的返矿所需的燃料配比是不相同的，而以尽量降低燃料的配比，实现燃料优化、节约能源为目标的优化方法，但其仅能局限于部分特定的情形。因此，提供一种适应性强、烧结矿质量稳定、成本控制合理、计算速度快的烧结矿的配比及成本优化方法，对指导烧结生产“降本增效”具有重要的意义。

发明内容

根据上述存在的不足，本发明提供了一种烧结矿质量稳定、成本控制合理、计算速度快的烧结配比计算及烧结矿成本优化方法。

本发明是这样实现的：包括建立数学模型、烧结原料参数获取、烧结配比计算、调整烧结溶剂配比、调整燃料配比、烧结矿成本计算步骤，具体包括：

A、建立数学模型：根据烧结原料与烧结矿配比之间的关系，以成本作为优化目标，建立线性规划模型；

B、烧结原料参数获取：获取各造堆烧结原料的多组化验成分含量并计算平均值，作为对应烧结原料的化验成分含量；获取各烧结原料一定周期内的平均价格，作为对应烧结原料的价格；

C、烧结配比计算：将B步骤中获得的各造堆烧结原料之各造堆铁矿石的TFe品位及价格输入A步骤建立的线性规划模型中，计算出铁矿石烧结配比的最优解；

D、调整烧结溶剂配比：将B步骤中获得的烧结原料化验成分含量及价格输入A步骤建立的线性规划模型中，在满足烧结矿的碱度Ro和MgO含量Per_MgO符合要求前提下，调整烧结溶剂的配比使烧结溶剂成本最小化；

E、调整燃料配比：在满足烧结燃料用量的前提下，以烧结燃料成本最小化为目标，调整各造堆烧结原料中各燃料的配比；

F、烧结矿成本计算：将C步骤、D步骤及E步骤中的结果输入A步骤的线性规划模型中，得到烧结矿的优化成本U及优化烧结配比。

本发明根据烧结生产原理，利用烧结物料与烧结矿成本之间的关系，将容易量化，也符合线性关系（比利性、可加性、连续性、确定性）的经济性—成本作为优化目标，而以工艺性和质量性作为约束性条件处理，通过获取烧结原料的化验成分含量及价格，根据造堆铁矿石TFe品位、价格建立数学模型，从而解算出配矿最优解，即最经济配矿；然后在满足烧结矿碱度、烧结生产的同时，通过调整熔剂之间的配比，获得基于价格的烧结溶剂优化配比；而在满足烧结燃料用量的同时，调整无烟煤、焦末的配比，获得基于价格的烧结燃料优化配比；通过以上措施对烧结矿成本进行整体控制，从而得到烧结矿质量稳定、成本控制合理的烧结配比。本发明相比现有技术能够显著节约计算时间，有效避免计算过程中的失误；能够快速计算出烧结矿配比，快速预测烧结矿消耗，对成本控制提出指导性意见；提高了烧结矿质量稳定，减少了因换堆时造成的烧结矿质量波动。因此，本发明具有烧结矿质量稳定、成本控制合理、计算速度快的特点。

附图说明

图1为本发明的流程框图；

图中：S100-建立数学模型，S200-烧结原料参数获取，S300-烧结配比计算，S400-调整烧结溶剂配比，S500-调整燃料配比，S600-烧结矿成本计算。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明包括建立数学模型、烧结原料参数获取、烧结配比计算、调整烧结溶剂配比、调整燃料配比、烧结矿成本计算步骤，具体包括：

所述A步骤中建立的线性规划模型以工艺性和质量性则作为约束性条件，所述线性规划模型包括：

决策变量：X_i=（x₁，x₂，x₃……，x_n），

目标函数：，

约束条件： g _j （X）≤1（j=1，2，……m，m），

其中：X_i∈R，X_i为第i种原料的烧结物料消耗；R为烧结矿指定的碱度基数，即为烧结矿成分中CaO含量与SiO₂含量比值；i为自然数，i＝1，2，3，…，n，n为烧结原料的种类； minf（X _i ）=第i种原料在烧结矿中的成本/烧残；j为自然数，j=1，2，……m，m为约束条件的数量。

所述约束条件包括烧结矿碱度碱度Ro、MgO指标Per_MgO符合要求、生石灰配比根据所用原料条件及上料量取最佳值、燃料使用比例q_燃取决于工艺水平及所有原料配比≥0。

所述D步骤中Ro=M±0.1，Per_MgO=N±0.1，其中M为烧结矿碱度基数，N为烧结矿MgO含量基数，M及N根据高炉需求而定。

所述M≤2.5，N≤2.6%。

所述D步骤中生石灰配比的最佳值为0～6%，所述燃料的使用比例q_燃为3～7%。

所述D步骤中q_燃=C/C₁，其中C为烧结混合料中固定碳的含量，范围为3～5%；C₁为燃料中固定碳含量。

所述E步骤中烧结燃料为无烟煤—焦末构成的混合燃料，当R＞85.47%P，则增加无烟煤在混合燃料中的比例可减低燃料成本，否则增加焦末在混合燃料中的比例可减低燃料成本；其中R为无烟煤单价，P为焦末单价。

所述C步骤中利用线性规划求解计算出铁矿石烧结配比的最优解。

所述F步骤中烧结矿的优化成本，其中 m _i为第i种原料的单位成本。

实施例1：

S100：根据烧结原料与烧结矿配比之间的关系，以成本作为优化目标，建立线性规划模型并带入Excel表格中，线性规划模型包括：

决策变量：X_i=（x₁，x₂，x₃……，x_n），

目标函数：，

约束条件： g _j （X）≤1（j=1，2，……m，m），

其中：X_i∈R，X_i为第i种原料的配入量；R为烧结矿指定的碱度基数，即为烧结矿成分中CaO含量与SiO₂含量比值；i为自然数，i＝1，2，3，…，n，n为烧结原料的种类； minf（X _i ）=第i种原料在烧结矿中的成本/烧残；j为自然数，j=1，2，……m，m为约束条件的数量；

在此实施例中由于原料为湿料，因此，将原料的湿单耗作为决策变量，则根据原料湿单耗和原料含水量可计算出干单耗 Yi作为决策变量：

Y _i =x _i （1-a _i2 /100），

其中：a_i2为第i种原料的含水量，此处i, j=1，2，……20。

S200：获取各造堆烧结原料的多组化验成分含量并计算平均值，作为对应各烧结原料的化验成分含量；获取各烧结原料一定周期内的平均价格，作为对应各烧结原料的价格。

S300：将上述获得的各造堆烧结原料之各造堆铁矿石的TFe品位及价格输入S100的Excel表格中，计算出铁矿石烧结配比的最优解（如表1所示）。

表1 烧结配比及成本预测表

S400：将上述获得的烧结原料化验成分含量及价格输入S100的Excel表格中，在满足烧结矿的碱度Ro=M±0.1（M为烧结矿碱度基数）和MgO含量Per_MgO=N±0.1（N为烧结矿MgO含量基数）的前提下，调整烧结溶剂中的生石灰配比在0～6%，调整燃料的使用比例q_燃为3～7%，从而使烧结溶剂成本及燃料成本最小化；其中M及N根据高炉需求而定，一般情况下M≤2.5，N≤2.6%。

S500：在满足烧结燃料用量的前提下，S100的Excel表格中调整燃料构成配比，当R＞85.47%P，则增加无烟煤在混合燃料中的比例可减低燃料成本，否则增加焦末在混合燃料中的比例可减低燃料成本；其中R为无烟煤单价，P为焦末单价。

S600：在S100的Excel表格中调整混匀料配比如表1，则原料成本U为：

，其中 m _i为第i种原料的单位成本，

再将烧结矿其它项目带入如表2中：

表2 烧结成本预测表

由表2可知烧结矿单位成本的测算值U=737.963元/t。

实施例2：

S100～S500同实施例1。

S600：在S100的Excel表格中调整混匀料配比如表3，则原料成本U为：

，其中 m _i为第i种原料的单位成本；

再将烧结矿其它项目带入如表4中：

表3 烧结配比及成本预测表

表4 烧结成本预测表

由表4可知烧结矿单位成本的测算值U=831.188元/t。

Claims

1.一种烧结配比计算及烧结矿成本优化方法，其特征在于，包括建立数学模型、烧结原料参数获取、烧结配比计算、调整烧结溶剂配比、调整燃料配比、烧结矿成本计算步骤，具体包括：

A、建立数学模型：根据烧结原料与烧结矿配比之间的关系，以成本作为优化目标，建立线性规划模型；所述线性规划模型以工艺性和质量性则作为约束性条件，线性规划模型包括：

决策变量：X_i=（x₁，x₂，x₃……，x_n），

目标函数：，

约束条件：g _j （X）≤1（j=1，2，……m，m），

其中：X_i∈R，X_i为第i种原料的烧结物料消耗；R为烧结矿指定的碱度基数，即为烧结矿成分中CaO含量与SiO₂含量比值；i为自然数，i＝1，2，3，…，n，n为烧结原料的种类；min f （X _i ）=第i种原料在烧结矿中的成本/烧残；j为自然数，j=1，2，……m，m为约束条件的数量；约束条件包括烧结矿碱度Ro、MgO指标Per_MgO符合要求、烧结溶剂生石灰配比根据所用原料条件及上料量取最佳值、燃料使用比例q_燃取决于工艺水平及所有原料配比≥0；q_燃=C/C₁，其中C为烧结混合料中固定碳的含量，范围为3~5%，C₁为燃料中固定碳含量；

C、烧结配比计算：将B步骤中获得的各造堆烧结原料的各造堆铁矿石的TFe品位及价格输入A步骤建立的线性规划模型中，计算出铁矿石烧结配比的最优解；

2.根据权利要求1所述烧结配比计算及烧结矿成本优化方法，其特征在于，D步骤中Ro=M±0.1，Per_MgO=N±0.1，其中M为烧结矿碱度基数，N为烧结矿MgO含量基数，M及N根据高炉需求而定。

3.根据权利要求2所述烧结配比计算及烧结矿成本优化方法，其特征在于，所述M≤2.5，N≤2.6%。

4.根据权利要求1所述烧结配比计算及烧结矿成本优化方法，其特征在于，所述烧结溶剂生石灰配比的最佳值为0~6%，所述燃料的使用比例q_燃为3~7%。

5.根据权利要求1所述烧结配比计算及烧结矿成本优化方法，其特征在于，E步骤中烧结燃料为无烟煤-焦末构成的混合燃料，当R＞85.47%P，则增加无烟煤在混合燃料中的比例可减低燃料成本，否则增加焦末在混合燃料中的比例可减低燃料成本；其中R为无烟煤单价，P为焦末单价。

6.根据权利要求1所述烧结配比计算及烧结矿成本优化方法，其特征在于，C步骤中利用线性规划求解计算出铁矿石烧结配比的最优解。

7.根据权利要求1所述烧结配比计算及烧结矿成本优化方法，其特征在于，F步骤中烧结矿的优化成本，其中m _i为第i种原料的单位成本。