CN112749487B - 一种废钢优化配料方法、系统及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金技术领域，具体公开了一种废钢优化配料方法、系统及其应用，所述系统包含生产模块、市场废钢模块、库存废钢模块、废钢性能模块、废钢优化配料模块。本发明综合考虑了市场和库存的供应量约束、生产计划中不同产品对废钢比和废钢种类约束、废钢堆比重与料斗容量和装入量的约束、废钢装料操作中每次废钢最小加入量约束，由不同废钢性能差异和对不同钢种产品的收得率差异得到由废钢产生的增钢量，并由最终产品增钢量的效益与废钢价格差异得到废钢总增钢效益，以废钢总增钢效益最大为优化目标建立模型并求解得到不同产品的废钢配料单。本方法解决了现有方法不能及时将市场价格波动和废钢使用效果相关联的问题，有利于低成本炼钢生产。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，特别是涉及一种废钢优化配料方法、系统及其应用。
背景技术
废钢是炼钢生产的主要原料之一，也是炼钢成本的主要组成部分。作为原料的废钢种类众多，成分和密度波动大，价格差距也大，在满足生产的前提下尽量采用低价格的废钢配料，可有效的降低生产运行成本。
目前，钢铁企业废钢的主要来源途径为采购。常规的废钢管控模式中，生产人员根据产品目标提出废钢成分、尺寸的性能要求；废钢现场工作人员根据库存容量提出采购申请；采购人员仅以申请单为要求，从价格和服务水平角度采购废钢，而不关注不同废钢之间的可替代性。这种分阶段的废钢管控方法不能及时有效地将市场价格波动和废钢使用效果相关联，无法确保废钢使用的经济性，不利于炼钢的低成本生产；分阶段的废钢管控模式意味着生产部门、废钢管理部门、采购部门的逐层信息传递以及领导审批，效率低下，难以适应市场多变的购销节奏。因此，废钢的管控模式引入模型管理势在必行。
鉴于以上原因，为满足废钢管控的生产保障性、经济性和及时性，本发明提出一种废钢优化配料方法和系统。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种废钢优化配料方法、系统及其应用，以解决现有废钢管控方法不能及时有效地将市场价格波动和废钢使用效果相关联，无法确保废钢使用的经济性和及时性，不利于低成本炼钢生产的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种废钢优化配料方法，根据市场和库存的供应量约束、生产计划中不同产品对废钢比和废钢类型的约束、废钢堆比重与料斗容量和装入量的约束、废钢装料操作中每次废钢最小加入量约束，建立废钢装入重量约束方程、废钢装入体积约束方程、废钢质量约束方程、废钢最小装入量约束方程、废钢最大可用量约束方程；以废钢总增钢效益最大为目标函数建立目标方程，根据所述目标方程构建线性规划数学模型，由所述线性规划数学模型计算得到各类废钢的加入量，即配料单。
进一步，由不同废钢性能差异和对不同产品的收得率差异得到由废钢产生的增钢量，并由最终产品增钢量的效益与废钢价格差异得到废钢总增钢效益。
进一步，所述线性规划数学模型的构建过程如下：
（1）所述废钢装入重量约束方程为：
，
式中，废钢为m种，生产的钢种为n种，为第j种钢种加入的每种废钢重量，/>为每炉钢的钢水量，/>为每种钢种对应的废钢比，/>为每炉废钢加入量的波动值；
（2）所述废钢装入体积约束方程为：
，
式中，C为废钢料斗的容量，为每炉废钢加入体积的波动值，/>为每种废钢的堆比重；
（3）所述废钢质量约束方程为：
，
式中，为第j种钢种的产品对第i种废钢的质量要求，/>表示第j种钢种的产品可以加入第i种废钢，/>表示第j种钢种的产品禁止加入第i种废钢；
（4）所述废钢最小装入量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最小装入量；
（5）所述废钢最大可用量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最大供应量，该值与应用对象不同而不同，若是用于实际生产配料，则/>值为厂内库存的各类废钢量；若是用于废钢采购，则/>值为可采购的最大废钢量；
（6）所述废钢总增钢效益最大的目标函数为：
，
式中，为每种钢材的售价，/>为生产每种钢材的可变成本，/>为每种废钢的含杂率，/>为每种废钢生成钢坯的综合收得率，/>为钢水到钢坯的成材率，/>为每种废钢的购买价格。
本发明第二方面提供一种废钢优化配料系统，包含生产模块、市场废钢模块、库存废钢模块、废钢性能模块、废钢优化配料模块；所述生产模块包含计划信息、生产条件信息和生产效果信息；所述废钢优化配料模块，用于根据生产产品对废钢重量、废钢类型、废钢料斗容量、废钢堆比重、废钢收得率、废钢可用量和最小装入量的要求，建立废钢装入重量约束方程、废钢装入体积约束方程、废钢质量约束方程、废钢最小装入量约束方程、废钢最大可用量约束方程，然后以废钢总增钢效益最大为目标函数建立目标方程，根据所述目标方程构建线性规划数学模型，由所述线性规划数学模型计算得到各类废钢的加入量，即配料单。
进一步，所述计划信息包含：计划生产的钢种、每炉钢水量、废钢比、钢种对废钢类型的特殊要求、产品价格和可变成本，所述生产条件信息包含：废钢料斗容量、废钢装料操作中每次废钢最小加入量，所述生产效果信息包含：每种废钢生成钢坯的综合收得率和产品成材率。
进一步，所述市场废钢模块包含市场内可购买的废钢类型、数量和价格。
进一步，所述库存废钢模块包含钢厂废钢库存区内已购买的废钢类型、数量和价格。
进一步，所述废钢性能模块包含各类废钢的使用性能参数，具体有：废钢类型、堆比重、含杂率。
进一步，所述线性规划数学模型的构建过程如下：
（1）所述废钢装入重量约束方程为：
，
式中，废钢为m种，生产的钢种为n种，为第j种钢种加入的每种废钢重量，/>为每炉钢的钢水量，/>为每种钢种对应的废钢比，/>为每炉废钢加入量的波动值；
（2）所述废钢装入体积约束方程为：
，
式中，C为废钢料斗的容量，为每炉废钢加入体积的波动值，/>为每种废钢的堆比重；
（3）所述废钢质量约束方程为：
，
式中，为第j种钢种的产品对第i种废钢的质量要求，/>表示第j种钢种的产品可以加入第i种废钢，/>表示第j种钢种的产品禁止加入第i种废钢；
（4）所述废钢最小装入量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最小装入量；
（5）所述废钢最大可用量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最大供应量，该值与应用对象不同而不同，若是用于实际生产配料，则/>值为厂内库存的各类废钢量；若是用于废钢采购，则/>值为可采购的最大废钢量；
（6）所述废钢总增钢效益最大的目标函数为：
，
式中，为每种钢材的售价，/>为生产每种钢材的可变成本，/>为每种废钢的含杂率，/>为每种废钢生成钢坯的综合收得率，/>为钢水到钢坯的成材率，/>为每种废钢的购买价格。
进一步，所述生产模块由生产工艺人员根据实际生产情况进行数据维护，所述市场废钢模块和废钢性能模块由市场人员根据实际情况进行数据维护，所述库存废钢模块由库管人员根据实际生产情况进行数据维护。
进一步，废钢总增钢效益目标函数的最大值采用最优化理论中的单纯形法进行计算。
本发明第三方面提供如第一方面所述的废钢优化配料方法和/或如第二方面所述的废钢优化配料系统在炼钢生产上的应用。
如上所述，本发明的废钢优化配料方法、系统及其应用，具有以下有益效果：
本发明提供的一种废钢优化配料方法和系统，综合考虑了市场和库存的供应量约束、生产计划中不同产品对废钢比和废钢种类约束、废钢堆比重与料斗容量和装入量的约束废钢装料操作中每次废钢最小加入量约束，通过不同废钢性能差异和对不同产品的收得率差异而得到废钢产生的增钢量，并由最终产品增钢量的效益与废钢价格差异得到废钢总增钢效益，以废钢总增钢效益最大为优化目标建立数学模型并求解得到不同产品的废钢配料单。
本发明的废钢优化配料方法将市场、库存、计划、生产条件、生产效果、价格关联起来，解决了现有方法不能及时有效地将市场价格波动和废钢使用效果相关联，无法确保废钢使用的经济性和及时性的问题，有利于低成本炼钢生产；同时，根据本方法构建的模型系统，通过线性规划模型可快速计算得到各类产品的废钢配料单，计算结果快速、精确，可操作性强，有利于提高生产效益，易于推广普及。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明的废钢优化配料方法为：根据市场和库存的供应量约束、生产计划中不同产品对废钢比和废钢类型的约束、废钢堆比重与料斗容量和装入量的约束、废钢装料操作中每次废钢最小加入量约束，建立废钢装入重量约束方程、废钢装入体积约束方程、废钢质量约束方程、废钢最小装入量约束方程、废钢最大可用量约束方程；以废钢总增钢效益最大为目标函数建立目标方程，根据所述目标方程构建线性规划数学模型，由所述线性规划数学模型计算得到各类废钢的加入量，即配料单。
进一步，所述线性规划数学模型的构建过程如下：
（1）所述废钢装入重量约束方程为：
，
式中，废钢为m种，生产的钢种为n种，为第j种钢种加入的每种废钢重量，/>为每炉钢的钢水量，/>为每种钢种对应的废钢比，/>为每炉废钢加入量的波动值；
（2）所述废钢装入体积约束方程为：
，
式中，C为废钢料斗的容量，为每炉废钢加入体积的波动值，/>为每种废钢的堆比重；
（3）所述废钢质量约束方程为：
，
式中，为第j种钢种的产品对第i种废钢的质量要求，/>表示第j种钢种的产品可以加入第i种废钢，/>表示第j种钢种的产品禁止加入第i种废钢；
（4）所述废钢最小装入量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最小装入量；
（5）所述废钢最大可用量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最大供应量，该值与应用对象不同而不同，若是用于实际生产配料，则/>值为厂内库存的各类废钢量；若是用于废钢采购，则/>值为可采购的最大废钢量；
（6）所述废钢总增钢效益最大的目标函数为：
，
式中，为每种钢材的售价，/>为生产每种钢材的可变成本，/>为每种废钢的含杂率，/>为每种废钢生成钢坯的综合收得率，/>为钢水到钢坯的成材率，/>为每种废钢的购买价格。
本发明的废钢优化配料系统包含生产模块、市场废钢模块、库存废钢模块、废钢性能模块、废钢优化配料模块。
其中，生产模块包含了计划信息、生产条件信息和生产效果信息这三方面的信息。具体而言，计划信息有：计划生产的钢种、每炉钢水量、废钢比、钢种对废钢类型的特殊要求、产品价格和可变成本；生产条件信息有：装废钢料斗容量、废钢装料操作中每次废钢最小装入量；生产效果信息有：每种废钢生成钢坯的综合收得率和产品成材率。生产模块由生产工艺人员根据实际生产情况进行数据维护。
其中，市场废钢模块包含了市场内可购买的废钢类型数量和价格。市场废钢模块由市场人员根据实际情况进行数据维护。
其中，库存废钢模块包含钢厂废钢库存区内已购买的废钢类型、数量和价格。库存废钢模块由库管人员根据实际生产情况进行数据维护。
其中，废钢性能模块包含各类废钢的使用性能参数，具体有：废钢类型、堆比重、含杂率。废钢性能模块由市场人员根据实际情况进行数据维护。
其中，废钢优化配料模块，用于根据生产产品对废钢重量、废钢类型、废钢料斗容量、废钢堆比重、废钢收得率、废钢可用量和最小装入量的要求，建立废钢装入重量约束方程、废钢装入体积约束方程、废钢质量约束方程、废钢最小装入量约束方程、废钢最大可用量约束方程；然后以废钢总增钢效益最大为目标函数建立目标方程，根据所述目标方程构建线性规划数学模型，由所述线性规划数学模型计算得到各类废钢的加入量，即配料单。
具体的，所述线性规划数学模型的建立构建过程如下：
（1）废钢装入重量约束方程为：
，
式中，废钢为m种，生产的钢种为n种，为第j种钢种加入的每种废钢重量，/>为每炉钢的钢水量，/>为每种钢种对应的废钢比，/>为每炉废钢加入量的波动值。
（2）废钢装入体积约束方程为：
，
式中，C为废钢料斗的容量，为每炉废钢加入量的波动值，/>为每种废钢的堆比重。
（3）废钢质量约束方程为：
，
式中，为第j种钢种的产品对第i种废钢的质量要求，/>表示第j种钢种的产品可以加入第i种废钢，/>表示第j种钢种的产品禁止加入第i种废钢。
（4）废钢最小装入量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最小装入量。
（5）废钢最大可用量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最大供应量，该值与应用对象不同而不同，若是用于实际生产配料，则/>值为厂内库存的各类废钢量；若是用于废钢采购，则/>值为可采购的最大废钢量。
（6）废钢总增钢效益最大的目标函数为：
，
式中，为每种钢材的售价，/>为生产每种钢材的可变成本，/>为每种废钢的含杂率，/>为每种废钢生成钢坯的综合收得率，/>钢水到钢坯的成材率，/>为每种废钢的购买价格。
废钢总增钢效益目标函数的最大值采用最优化理论中的单纯形法进行计算。
本废钢优化配料系统计算的废钢配料单可让生产工艺人员制定不同产品的配料单，也可让废钢采购人员得到不同废钢的采购总量。
本发明提供的废钢优化配料方法、系统及其应用，综合考虑了市场和库存的供应量约束、生产计划中不同产品对废钢比和废钢种类约束、废钢堆比重与料斗容量和装入量的约束，废钢装料操作中每次废钢最小加入量约束，通过不同废钢性能差异和对不同产品的收得率差异而得到废钢产生的增钢量，并由最终产品增钢量的效益与废钢价格差异得到废钢总增钢效益，以废钢总增钢效益最大为优化目标建立数学模型并求解得到不同产品的废钢配料单。
本发明的废钢优化配料方法将市场、库存、计划、生产条件、生产效果、价格关联起来，解决了现有方法不能及时有效地将市场价格波动和废钢使用效果相关联，无法确保废钢使用的经济性和及时性的问题，有利于低成本炼钢生产；同时，根据本方法构建的模型系统，通过线性规划模型可快速计算得到各类产品的废钢配料单，计算结果快速、精确，可操作性强，有利于提高生产效益，易于推广普及。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种废钢优化配料方法，其特征在于，根据市场和库存的供应量约束、生产计划中不同产品对废钢比和废钢类型的约束、废钢堆比重与料斗容量和装入量的约束、废钢装料操作中每次废钢最小加入量约束，建立废钢装入重量约束方程、废钢装入体积约束方程、废钢质量约束方程、废钢最小装入量约束方程、废钢最大可用量约束方程；以废钢总增钢效益最大为目标函数建立目标方程，根据所述目标方程构建线性规划数学模型，由所述线性规划数学模型计算得到各类废钢的加入量，即配料单；
由不同废钢性能差异和对不同产品的收得率差异得到由废钢产生的增钢量，并由最终产品增钢量的效益与废钢价格差异得到废钢总增钢效益；
所述线性规划数学模型的构建过程如下：
（1）所述废钢装入重量约束方程为：
，
式中，废钢为m种，生产的钢种为n种，为第j种钢种加入的每种废钢重量，/>为每炉钢的钢水量，/>为每种钢种对应的废钢比，/>为每炉废钢加入量的波动值；
（2）所述废钢装入体积约束方程为：
，
式中，C为废钢料斗的容量，为每炉废钢加入量的波动值，/>为每种废钢的堆比重；
（3）所述废钢质量约束方程为：
，
式中，为第j种钢种的产品对第i种废钢的质量要求，/>表示第j种钢种的产品可以加入第i种废钢，/>表示第j种钢种的产品禁止加入第i种废钢；
（4）所述废钢最小装入量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最小装入量；
（5）所述废钢最大可用量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最大供应量，该值与应用对象不同而不同，若是用于实际生产配料，则/>值为厂内库存的各类废钢量；若是用于废钢采购，则/>值为可采购的最大废钢量；
（6）所述废钢总增钢效益最大的目标函数为：
，
式中，为每种钢材的售价，/>为生产每种钢材的可变成本，/>为每种废钢的含杂率，/>为每种废钢生成钢坯的综合收得率，/>为钢水到钢坯的成材率，/>为每种废钢的购买价格。
2.一种废钢优化配料系统，其特征在于：包含生产模块、市场废钢模块、库存废钢模块、废钢性能模块、废钢优化配料模块；所述生产模块包含计划信息、生产条件信息和生产效果信息；所述废钢优化配料模块，用于根据生产产品对废钢重量、废钢类型、废钢料斗容量、废钢堆比重、废钢收得率、废钢可用量和最小装入量的要求，建立废钢装入重量约束方程、废钢装入体积约束方程、废钢质量约束方程、废钢最小装入量约束方程、废钢最大可用量约束方程，然后以废钢总增钢效益最大为目标函数建立目标方程，根据所述目标方程构建线性规划数学模型，由所述线性规划数学模型计算得到各类废钢的加入量，即配料单；
所述线性规划数学模型的构建过程如下：
（1）所述废钢装入重量约束方程为：
，
式中，废钢为m种，生产的钢种为n种，为第j种钢种加入的每种废钢重量，/>为每炉钢的钢水量，/>为每种钢种对应的废钢比，/>为每炉废钢加入量的波动值；
（2）所述废钢装入体积约束方程为：
，
式中，C为废钢料斗的容量，为每炉废钢加入体积的波动值，/>为每种废钢的堆比重；
（3）所述废钢质量约束方程为：
，
式中，为第j种钢种的产品对第i种废钢的质量要求，/>表示第j种钢种的产品可以加入第i种废钢，/>表示第j种钢种的产品禁止加入第i种废钢；
（4）所述废钢最小装入量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最小装入量；
（5）所述废钢最大可用量约束方程为：
，
式中，为每种废钢的最大供应量，该值与应用对象不同而不同，若是用于实际生产配料，则/>值为厂内库存的各类废钢量；若是用于废钢采购，则/>值为可采购的最大废钢量；
（6）所述废钢总增钢效益最大的目标函数为：
，
式中，为每种钢材的售价，/>为生产每种钢材的可变成本，/>为每种废钢的含杂率，/>为每种废钢生成钢坯的综合收得率，/>为钢水到钢坯的成材率，/>为每种废钢的购买价格。
3.根据权利要求2所述的废钢优化配料系统，其特征在于：所述计划信息包含：计划生产的钢种、每炉钢水量、废钢比、钢种对废钢类型的特殊要求、产品价格和可变成本，所述生产条件信息包含：废钢料斗容量、废钢装料操作中每次废钢最小加入量，所述生产效果信息包含：每种废钢生成钢坯的综合收得率和产品成材率。
4.根据权利要求2所述的废钢优化配料系统，其特征在于：所述市场废钢模块包含市场内可购买的废钢类型、数量和价格；
所述库存废钢模块包含钢厂废钢库存区内已购买的废钢类型、数量和价格；
所述废钢性能模块包含各类废钢的使用性能参数，具体有：废钢类型、堆比重、含杂率。
5.根据权利要求2-4任一项所述的废钢优化配料系统，其特征在于：所述生产模块由生产工艺人员根据实际生产情况进行数据维护，所述市场废钢模块和废钢性能模块由市场人员根据实际情况进行数据维护，所述库存废钢模块由库管人员根据实际生产情况进行数据维护。
6.根据权利要求2所述的废钢优化配料系统，其特征在于：废钢总增钢效益目标函数的最大值采用最优化理论中的单纯形法进行计算。
7.如权利要求1所述的废钢优化配料方法和/或如权利要求2-6任一项所述的废钢优化配料系统在炼钢生产上的应用。
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