CN114378272A - 一种连铸机优化切割方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连铸机优化切割方法，其方法包括：建立预测浇铸铸坯总长与实际定尺铸坯总长上限、要求连铸机参数约束的优化切割模型，由生产计划单判断相邻连铸机炉次的混浇结果、获取实际定尺铸坯总长上限和要求连铸机参数，优化切割模型依据混浇结果判断预测浇铸铸坯总长补偿、与实际定尺铸坯总长上限、要求连铸机参数逻辑运算，采用分支定界法以最大预测浇铸铸坯总长为目的、计算预测连铸机每流每种定尺铸坯的整支数，生成优化切割结果，满足约束要求且考虑炉次间的混浇情况下、满足定尺铸坯的生产调度单，优化切割结果形成每流每种定尺铸坯最优排列组合，减少铸坯切尾米数，实现钢水最大化利用，显著提高了钢水的利用率、节约炼钢成本。

Description

一种连铸机优化切割方法

技术领域

本发明属于钢铁冶炼铸坯切割控制方法技术领域，尤其涉及一种连铸机优化切割方法。

背景技术

炼钢过程中钢水的消耗主要包含五个部分：大包钢水量、大包剩余量、中包钢水量、铸坯和产生的废坯，切头米数、切尾米数、中间包的余钢量是一个范围值，切割损耗是固定值，如何在炼钢过程中做到钢水收得率的最大化，是炼钢节约成本的关键一环。为了提高钢水收得率，需要在生产中尽可能的实际拟浇铸成定尺铸坯所耗的钢水量上限转换成铸坯。

优化切割是节约炼钢成本的技术之一，它对提高金属收得率、降低连铸生产过程中的综合成本有着重要的影响。传统的优化切割理论往往具有局限性，它在单流单定尺、单流多定尺或者多流单定尺方面研究的较多，而对当前炼钢行业经常出现的多流多定尺带混浇的切割方案研究较少，同时现有优化切割方法研究也只是针对停浇阶段的尾坯进行优化，难以真正结合连铸机生产指导现场切割。因此，需要研发一种特别是适用于多流多定尺带混浇的连铸机优化切割方法、解决人工计算和现有切割方法、优化切割方法的弊端，对提高连铸机钢水收得率、节约炼钢成本具有重要意义。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明提出了一种连铸机优化切割方法，利用分支定界法运算优化切割模型、满足约束要求且考虑炉次间的混浇情况下、满足定尺铸坯的生产调度单，实现钢水最大化利用，显著提高了钢水的利用率、节约炼钢成本。

本发明的技术方案是：

一种连铸机优化切割方法，其方法包括：

建立预测浇铸铸坯总长与实际定尺铸坯总长上限、要求连铸机参数约束的优化切割模型；

由生产计划单判断相邻连铸机炉次的混浇结果、获取实际定尺铸坯总长上限和要求连铸机参数；

优化切割模型依据混浇结果判断预测浇铸铸坯总长补偿、与实际定尺铸坯总长上限、要求连铸机参数逻辑运算，采用分支定界法以最大预测浇铸铸坯总长为目的、计算预测连铸机每流每种定尺铸坯的整支数，生成优化切割结果。

上述一种连铸机优化切割方法，优选地，优化切割模型中预测浇铸铸坯总长L与实际定尺铸坯总长上限Y的约束关系为：L≤Y。

上述一种连铸机优化切割方法，优选地，优化切割模型中要求连铸机参数包括连铸机拉速v、开机流数k、炉数、连铸机每炉钢水在中间包中的最大浇铸时间T_max，预测浇铸铸坯总长L与要求连铸机参数的约束关系为：

依据连铸机相邻炉次钢水浇铸标准判断混浇结果、混浇时优化切割模型中预测浇铸铸坯总长L包括松弛变量δ，炉数为一组钢水浇铸标准一致的炉数；

要求连铸机参数包括连铸机相邻混浇炉次之间的结余长度上限D，连铸机相邻混浇炉次之间的结余长度为δ_j，|δ_j|≤D，j为连铸机混浇顺号，δ＝±δ_y+1或δ＝±|-δ_y+δ_y+1|或δ＝±δ_y，y为炉数中连铸机首炉混浇顺号，y+1为炉数中连铸机尾炉混浇顺号；

连铸机相邻混浇炉次之间的钢水结余量为G，钢水混浇断面每单位长度的重量为b，δ_j＝G/b；

上述一种连铸机优化切割方法，优选地，优化切割模型中预测浇铸铸坯总长L包括

要求连铸机参数中包括i种定尺铸坯，n为i种定尺铸坯中第n种定尺铸坯，w_n为预测第n种定尺铸坯的支数，m_n为要求连铸机参数中第n种定尺铸坯的长度；

优化切割模型中w_n≥x_n，x_n为要求连铸机参数中第n种定尺铸坯的下限支数，w_n为整数；

优化切割模型中

要求连铸机参数包括k流开机流数，h为k流中第h流，a_hn为预测第h流生产第n种定尺铸坯的支数，优化切割结果包括a_hn最优排列组合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)炉次间无混浇情况时，优化切割模型依据预测浇铸铸坯总长与实际定尺铸坯总长上限、要求连铸机参数约束的优化切割模型，采用分支定界法以最大预测浇铸铸坯总长为目的、计算预测连铸机每流每种定尺铸坯的整支数，有利于结合连铸机生产快速有效地指导现场切割，优化单流单定尺、单流多定尺、多流单定尺、特别是适用于多流多定尺的连铸机切割。

(2)优化切割模型依据混浇判断预测浇铸铸坯总长补偿，计算预测连铸机每流每种定尺铸坯的整支数，优化带混浇、特别是适用于多流多定尺带混浇的连铸机切割。

综上，采用连铸机优化切割方法，在钢水量一定，满足约束要求且考虑炉次间的混浇情况下满足定尺铸坯的生产计划单，优化切割结果形成每流每种定尺铸坯最优排列组合，让连铸机的每个流尽可能拉出更多的铸坯，减少铸坯切尾米数，实现钢水最大化的利用，显著提高了钢水的利用率、节约炼钢成本。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明的优化切割模型逻辑运算流程图。

图3是本发明生产计划单示例图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1所示为所连铸机优化切割方法的一种较佳实施方式，其方法包括：

S1：建立预测浇铸铸坯总长与实际定尺铸坯总长上限、要求连铸机参数约束的优化切割模型，具体地：

优化切割模型中预测浇铸铸坯总长L与实际定尺铸坯总长上限Y的约束关系为：L≤Y；

优化切割模型中要求连铸机参数包括连铸机拉速v、开机流数k、炉数、连铸机每炉钢水在中间包中的最大浇铸时间T_max，预测浇铸铸坯总长与要求连铸机参数的约束关系为：

依据连铸机相邻炉次钢水浇铸标准判断混浇结果、混浇时优化切割模型中预测浇铸铸坯总长L包括松弛变量δ，炉数为一组钢水浇铸标准一致的炉数；

要求连铸机参数包括连铸机相邻混浇炉次之间的结余长度上限D，连铸机相邻混浇炉次之间的结余长度为δ_j，|δ_j|≤D，j为炉数中连铸机首炉混浇顺号，j+1为炉数中连铸机尾炉混浇顺号，δ＝±δ_j+1或δ＝±|-δ_j+δ_j+1|或δ＝±δ_j；

连铸机相邻混浇炉次之间的钢水结余量为G，钢水混浇断面每单位长度的重量为b，δ_j＝G/b；

优化切割模型中预测浇铸铸坯总长L包括

要求连铸机参数中包括i种定尺铸坯，n为i种定尺铸坯中第n种定尺铸坯，w_n为预测第n种定尺铸坯的支数，m_n为要求连铸机参数中第n种定尺铸坯的长度；

优化切割模型中w_n≥x_n，x_n为要求连铸机参数中第n种定尺铸坯的下限支数，w_n为整数；

优化切割模型中

要求连铸机参数包括k流开机流数，h为k流中第h流，a_hn为预测第h流生产第n种定尺铸坯的支数。

S2：由生产计划单判断相邻连铸机炉次的混浇结果、获取实际定尺铸坯总长上限和要求连铸机参数，具体地：

连铸机优化切割方法所采用的连铸机优化切割系统包括优化切割模型、输入模块、查询模块、存储模块；

所述优化切割模型依据步骤S1建立；

所述输入模块用于输入生产计划单、实际定尺铸坯总长上限Y和要求连铸机参数；

生产计划单包括钢种牌号、钢种所属质量标准、钢种所属炉数、钢种定尺要求包括i种定尺铸坯；

要求连铸机参数包括连铸机拉速v、开机流数k、生产计划单的炉数、i种定尺铸坯，连铸机每炉钢水在中间包中的最大浇铸时间T_max，连铸机相邻混浇炉次之间的结余长度上限D，连铸机相邻混浇炉次之间的钢水结余量为G，钢水混浇断面每单位长度的重量为b；

所述查询模块用于依据生产计划单、要求连铸机参数调用优化切割模型逻辑运算、显示优化切割模型逻辑运算结果；所述存储模块用于存储逻辑运算结果；

S3：优化切割模型依据混浇结果判断预测浇铸铸坯总长补偿、与实际定尺铸坯总长上限、要求连铸机参数逻辑运算，采用分支定界法以最大预测浇铸铸坯总长为目的、计算预测连铸机每流每种定尺铸坯的整支数a_hn，生成优化切割结果，优化切割结果包括a_hn最优排列组合，具体地：

优化切割模型依据生产计划单中相邻顺次钢种牌号的钢种所属质量标准比较判断混浇结果：

以相邻顺次钢种牌号的钢种所属质量标准一致判断为无混浇；

采用下式(1)分支定界法以最大预测浇铸铸坯总长L为目的、计算预测连铸机每流每种定尺铸坯的整支数，即a_hn；

公式(1)中各参数说明参见下表1：

表1：参数说明

参数	参数说明
		L	预测浇铸铸坯总长
Y	实际可浇铸成定尺铸坯总长度的上限
		i	i种定尺铸坯
n	i种定尺铸坯中第n种定尺铸坯
		T<sub>max</sub>	连铸机每炉钢水在中间包中的最大浇铸时间
w<sub>n</sub>	预测第n种定尺铸坯的支数
		x<sub>n</sub>	第n种定尺铸坯的下限支数
Z	整数
		k	连铸机开机流数
h	连铸机k流中第h流
		a<sub>hn</sub>	预测第h流生产第n种定尺铸坯的支数
炉数	钢种所属炉数

以相邻顺次钢种牌号钢种所属质量标准不一致判断为混浇、对预测浇铸铸坯总长补偿；采用下式(2)分支定界法以最大预测浇铸铸坯总长L为目的、计算预测连铸机每流每种定尺铸坯的整支数，即a_hn；

公式(2)中各参数说明参见下表2：

表2：参数说明

公式(2)中j按照生产计划单中连铸机混浇顺次排号，δ_j取正值或负值；

当一组钢水浇铸标准一致的炉数中仅包括连铸机尾炉混浇时，δ＝±δ_y+1；

当一组钢水浇铸标准一致的炉数中包括连铸机首炉和尾炉混浇时，δ＝±|-δ_y+δ_y+1|

当一组钢水浇铸标准一致的炉数中仅包括连铸机首炉混浇时，δ＝±δ_y

前一组钢水浇铸标准一致的炉数中尾炉与后一组钢水浇铸标准一致的炉数中首炉混浇时，δ_j互为加减法带入计算δ。

以一组调度单中总结有8炉中存在j为2个混浇炉，即第2炉和第3炉之间存在混浇计为δ₁、第5炉和第6炉存在混浇计为δ₂为例，第2炉与第3炉之间的钢水结余量G或即第2炉结余到第3炉中进行生产或者第2炉不够，第3炉补充到第2炉中的钢水量，对应b计算第2炉和第3炉之间的δ₁；第5炉和第6炉之间的钢水结余量G即第5炉结余到第6炉中进行生产或者第5炉不够，第6炉补充到第5炉中的钢水量，对应b计算第5炉和第6炉之间的δ₂，δ₁和δ₂取正值或负值，|δ₁|≤D,|δ₂|≤D，D为连铸机相邻混浇炉次之间的结余长度上限；

8炉中第1炉和第2炉为一组，δ_y+1为δ₁，炉数为2，

8炉中第3炉、第4炉、第5炉为一组，δ_y为δ₁，δ_y+1为δ₂，炉数为3，

8炉中第6炉、第7炉、第8炉为一组，δ_y为δ₂，炉数为3，

参见附图3，以k为4流、i为13种定尺铸坯、j为4炉混浇炉这种高度复杂的生产计划单为例，来分析铸机优化切割方法在提高钢水收得率方面的效果，下表3为图1生产计划单、由人工计算制定的实际生产定尺铸坯支数的切割计划；

表3实际切割计划

采用上述铸机优化切割方法，j中排号：标准GB/T699-2015与顺次炉次标准BD-YCL-45之间为混浇炉次1，标准BD-YCL-45与顺次炉次标准YGJX-CA-508-2020之间为混浇炉次2，标准YGJX-CA-508-2020与顺次炉次标准YGGH-A-503-2020之间为混浇炉次3，标准YGGH-A-503-2020与顺次炉次标准YGGH-A-501-2021之间为混浇炉次4，使δ_j依次设为δ₁、δ₂、δ₃、δ₄，以标准一组钢水浇铸标准一致的炉数为炉数代入公式(2)计算；

下表4为图1生产计划单、在钢水量一定的情况下采用铸机优化切割方法的定尺铸坯支数；

表4铸机优化切割方法的切割计划

连铸机依据表3、表4的切割计划、在每流相邻定尺之间切割，下表5为实际切割计划与铸机优化切割方法的切割计划的钢水量消耗结果；

表4钢水消耗

准备生产铸坯钢水总量/吨	1854.8吨
		实际切割所耗钢水量/吨	1827.1吨
方法切割所耗钢水量/吨	1845.55吨

综合分析表3、表4和表5，在钢水量一定的情况下，生产计划单中6.09米的定尺为增加的收缩定尺，由人工计算制定的切割计划生产的6.09米的定尺，与生产计划单差3支，表明生产计划单需要的钢水与实际钢水生产的钢水量存在27.7吨的钢水浪费，而优化切割方法其余定尺支数符合要求的情况下，钢水浪费9.25吨，与人工制定切割计划相比，提高了18.45吨的铸坯产量；在钢水量一定，连铸出坯时间满足时间要求且考虑炉次间的混浇的情况下满足定尺铸坯的生产计划单，预估连铸机第h流生产第n种定尺铸坯的支数,让连铸机的每个流尽可能拉出更多的铸坯，有利于减少铸坯切尾的米数和中包回水率，提高钢水的收得率。

综上，依据相邻连铸机炉次的混浇结果引入松弛变量后很好的优化了炉次间存在混浇的情况，通过预测浇铸铸坯总长与实际定尺铸坯总长上限、要求连铸机参数约束的优化切割模型，计算预测连铸机每流每种定尺铸坯的整支数、有利于结合连铸机生产快速有效地指导现场切割，优化特别是适用于多流多定尺带混浇的连铸机切割，考虑到了炉次间存在钢水混浇的情况，在所有排列组合中、实现了连铸机切割不能作为正常铸坯的材料损失的最小方案，优化切割结果形成a_hn最优排列组合，显著提高了钢水的利用率、节约炼钢成本。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连铸机优化切割方法，其特征在于，其方法包括：

建立预测浇铸铸坯总长与实际定尺铸坯总长上限、要求连铸机参数约束的优化切割模型；

由生产计划单判断相邻连铸机炉次的混浇结果、获取实际定尺铸坯总长上限和要求连铸机参数；

优化切割模型依据混浇结果判断预测浇铸铸坯总长补偿、与实际定尺铸坯总长上限、要求连铸机参数逻辑运算，采用分支定界法以最大预测浇铸铸坯总长为目的、计算预测连铸机每流每种定尺铸坯的整支数，生成优化切割结果。

2.根据权利要求1所述的一种连铸机优化切割方法，其特征在于，优化切割模型中浇铸铸坯总长L与实际定尺铸坯总长上限Y的约束关系为：L≤Y。

3.根据权利要求1所述的一种连铸机优化切割方法，其特征在于，优化切割模型中要求连铸机参数包括连铸机拉速v、开机流数k、炉数、连铸机每炉钢水在中间包中的最大浇铸时间T_max，预测浇铸铸坯总长L与要求连铸机参数的约束关系为：

4.根据权利要求3所述的一种连铸机优化切割方法，其特征在于，依据连铸机相邻炉次钢水浇铸标准判断混浇结果、混浇时优化切割模型中预测浇铸铸坯总长L包括松弛变量δ，炉数为一组钢水浇铸标准一致的炉数。

5.根据权利要求4所述的一种连铸机优化切割方法，其特征在于，要求连铸机参数包括连铸机相邻混浇炉次之间的结余长度上限D，连铸机相邻混浇炉次之间的结余长度为δ_j，|δ_j|≤D，j为连铸机混浇顺号，δ＝±δ_y+1或δ＝±|-δ_y+δ_y+1|或δ＝±δ_y，y为炉数中连铸机首炉混浇顺号，y+1为炉数中连铸机尾炉混浇顺号。

6.根据权利要求5所述的一种连铸机优化切割方法，其特征在于，连铸机相邻混浇炉次之间的钢水结余量为G，钢水混浇断面每单位长度的重量为b，δ_j＝G/b。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的一种连铸机优化切割方法，其特征在于，优化切割模型中预测浇铸铸坯总长L包括

要求连铸机参数中包括i种定尺铸坯，n为i种定尺铸坯中第n种定尺铸坯，w_n为预测第n种定尺铸坯的支数，m_n为要求连铸机参数中第n种定尺铸坯的长度。

8.根据权利要求7所述的一种连铸机优化切割方法，其特征在于，优化切割模型中w_n≥x_n，x_n为要求连铸机参数中第n种定尺铸坯的下限支数，w_n为整数。

9.根据权利要求7所述的一种连铸机优化切割方法，其特征在于，优化切割模型中

要求连铸机参数包括k流开机流数，h为k流中第h流，a_hn为预测第h流生产第n种定尺铸坯的支数。

10.根据权利要求9所述的一种连铸机优化切割方法，其特征在于，优化切割结果包括a_hn最优排列组合。

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