CN114970098A - 一种利用数学模型计算c型料场贮料量的方法 - Google Patents

一种利用数学模型计算c型料场贮料量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用数学模型计算C型料场贮料量的方法，属于原料场库存管理方法技术领域。本发明的技术方案是：建立计算原料场C型料场储料量的数学模型；收集钢铁原料场基本条件、在用物料品种数目及特性；分析处理上述数据，根据生产实际制定各品种堆数、合理库存和具体摆放位置，设置必要的机动货位；计算可存物料最大质量和可操作质量；根据生产实际情况和需要作进一步调整。本发明的有益效果是：计算更加符合实际的储存量，对生产起到有力的指导作用，对设计部门和新料场筹备给予有力的支撑作用；在物料实际库存超出最大储存量值时及时报警，避免物流运输和发运失衡,保证原料质量，或者通过减少品种、减少堆数提高储存量，以满足生产需要。可以在同类型料场进行推广。

Description

一种利用数学模型计算C型料场贮料量的方法
技术领域
本发明涉及一种利用数学模型计算C型料场贮料量的方法，属于原料场库存管理方法技术领域。
背景技术
原料场担负着高炉、烧结、焦化等工序的物料受卸、储存、加工、输送等工作任务，原料场最大储料量指标是依据工程设计中确定的料堆尺寸和料堆数计算全部料堆的几何总容积，并据此计算出总容量和总吨位。
C型料场是继B型料场之后一种新的布置型式，C型料场相对B型料场，具有单位面积贮料能力大，相同储料量可以节省土地，在土地紧缺地价昂贵地区，采用C型料场优势更加明显，由于C 型料场混凝土量大，造成初期投资升高，随着槽数增加投资增大，投资成本收益需要综合测算。由于设计院在原料场设计中对料堆数目考虑不全，对C型料场操作经验不足，只是利用料场总的几何容积，给予0.75的操作系数，取得料场储存量，导致该储存量同实际储存量出现较大偏差，致使物料储存天数达不到设计要求，对生产指挥产生误导，在压减料场投资的情况下，甚至影响到原料场的初步设计，因储存量低达不到安全库存，从而对生产造成危害。
采用半门式刮板取料机的C型料场由两个料条加盖组成，两个料条中间可加设挡墙或立柱，料堆截面方向增加了隔墙，从而大大提高料堆高度和堆料品种数，其最大堆高可达到30m左右，C型料场平面布置图如图1，其工艺断面图如图2所示。其主要工艺设施包括：料条、堆料胶带机、卸（堆料）用卸矿车、刮板取料机和胶带机等。卸矿车和输入胶带机设置在料条顶部平台上，每个料条由一条胶带机输入并设置一台卸矿车卸料和堆料，取料时，每个料条由对应的刮板取料机取出。
发明内容
本发明目的是提供一种利用数学模型计算C型料场贮料量的方法，通过建立计算原料场C型料场储料量的数学模型，提供了一种利用数学模型计算原料场C型料场储料量的方法，结合料场生产实际，品种数目，操作特点，物料特性，用户需求，合理库存，堆存特点，物料发运等方面，计算更加符合实际的储存量，对生产起到有力的指导作用，对设计部门和新料场筹备给予有力的支撑作用；利用数学模型测算，在物料实际库存超出最大储存量值时及时报警，避免物流运输和发运失衡,保证原料质量，或者通过减少品种、减少堆数提高储存量，以满足生产需要。可以在同类型料场进行推广，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种利用数学模型计算C型料场贮料量的方法，包含以下步骤：第一步，建立计算原料场C型料场储料量的数学模型；第二步，收集钢铁原料场基本条件、在用物料品种数目及特性；第三步，分析处理上述数据，根据生产实际制定各品种堆数、合理库存和具体摆放位置，设置必要的机动货位；第四步，计算可存物料最大质量和可操作质量；第五步，根据生产实际情况和需要作进一步调整。
所述第一步，建立计算原料场C型料场储料量的数学模型，包含四个步骤：一、计算料堆截面积；二、计算料堆端头体积；三、计算C型格增加一堆料的体积损失；四、建立C型料场储料量的数学模型。
所述第一步的步骤四中，计算原料场C型料场储料量的数学模型为料条可存料最大体积同料场物料堆数之间的数学模型，正常料堆宽度、高度、堆间距、料条数、料条总长度和每个料条C型格数量确定为常数，唯一变量为料堆总数，
计算公式为：设常数E=SL总+28(2VS+ST)，常数F=(2VS+ST),
V总=E-F N总
此方程为典型的二元一次方程，当N总≥28时，V总和N总呈负线性相关，当N总＝1～28时，V总最大,当N总-28＝E/F时，V总=0 ，当N总≥28时，随着堆数的增加，存料体积在下降，堆数达到一定数值时，存放体积归零，意思是料条全部成为了堆间距。
本发明的有益效果是：通过建立计算原料场C型料场储料量的数学模型，提供了一种利用数学模型计算原料场C型料场储料量的方法，结合料场生产实际，品种数目，操作特点，物料特性，用户需求，合理库存，堆存特点，物料发运等方面，计算更加符合实际的储存量，对生产起到有力的指导作用，对设计部门和新料场筹备给予有力的支撑作用；利用数学模型测算，在物料实际库存超出最大储存量值时及时报警，避免物流运输和发运失衡,保证原料质量，或者通过减少品种、减少堆数提高储存量，以满足生产需要。可以在同类型料场进行推广。
附图说明
图1是本发明背景技术C型料场平面布置图；
图2是本发明背景技术C型料场工艺断面图；
图3是本发明料堆截面形状示意图；
图中：B-料堆宽度（m) α-物料堆积角（°)
b1-卸料点与中间挡墙边缘距离（m) b2-卸料点与料堆堆底边缘距离（m)
β-底面倾角（°) L-料堆长度（m)
h 1-料堆水平面以上高度（m） h 2-料堆水平面以下高度（m）
S1-料堆截面水平面以上面积（m2） S2-料堆截面水平面以下面积（m2）；
图4是本发明料堆端头体积V端示意图；
图5为料堆端头水平面以上体积V上示意图；
图6 为料堆端头水平面以下体积V下示意图；
图7 为本发明实施例中料场可存料最大体积和料条总堆数负线性关系图
图中横轴为料条总堆数（个），纵轴为料条可存料最大体积（万m3）。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种利用数学模型计算C型料场贮料量的方法，包含以下步骤：第一步，建立计算原料场C型料场储料量的数学模型；第二步，收集钢铁原料场基本条件、在用物料品种数目及特性；第三步，分析处理上述数据，根据生产实际制定各品种堆数、合理库存和具体摆放位置，设置必要的机动货位；第四步，计算可存物料最大质量和可操作质量；第五步，根据生产实际情况和需要作进一步调整。
所述第一步，建立计算原料场C型料场储料量的数学模型，包含四个步骤：一、计算料堆截面积；二、计算料堆端头体积；三、计算C型格增加一堆料的体积损失；四、建立C型料场储料量的数学模型。
所述第一步的步骤四中，计算原料场C型料场储料量的数学模型为料条可存料最大体积同料场物料堆数之间的数学模型，正常料堆宽度、高度、堆间距、料条数、料条总长度和每个料条C型格数量确定为常数，唯一变量为料堆总数，
计算公式为：设常数E=SL总+28(2VS+ST)，常数F=(2VS+ST),
V总=E-F N总
此方程为典型的二元一次方程，当N总≥28时，V总和N总呈负线性相关，当N总＝1～28时，V总最大,当N总-28＝E/F时，V总=0 ，当N总≥28时，随着堆数的增加，存料体积在下降，堆数达到一定数值时，存放体积归零，意思是料条全部成为了堆间距。
在实际应用中，包括以下步骤：
第一步：建立计算原料场C型料场储料量的数学模型：
一、计算料堆截面积
设料堆截面积为S,由图3可知：
S=S1+S2
S1=1/2[ (b1+B) h1-b1 2tanα]
S2=1/2B2tanβ
S=S1+S2=1/2[ (b1+B) h1-b1 2tanα]+ 1/2B2tanβ；
二、计算料堆端头体积
卸矿车堆积物料下落时，忽略空气阻力，在重力和物料内摩擦力作用下，物料会自行成堆，
C型料场可看做是在中间挡墙、基础承载面与相邻料堆共同约束下的非正态圆锥体，其形状需满足一定的边界条件。料堆体积与落料点位置、物料堆积角、落料点间隔、基础承载面形状等有关，当一个C型格存放一堆物料时为截面在长度方向的延伸，存放两堆物料时，出现两个端头和堆间，料堆端头体积为V端，端头体积示意图见图4，以X轴水平面为分界，分为上下两部分，记为V上和V下。
V端=V上+V下
体积V上示意图如图5。
体积V上等于二分之一的大圆锥（高h1堆底半径b2的圆锥）体积减去四分之一的小圆锥（高h1- b1tanα堆底半径b2-b1的圆锥）体积。
V上=1/2 *1/3πb2 2 h1-1/4*1/3π（b2-b1）2（h1- b1tanα）
体积V下示意图见图6 。
V下=1/2h2(b1+b2) b2（1+tanβ/tanα）fv
式中fv--料堆体积修正系数。
物料堆积时会形成一个锥体，由于堆底部有负10度，料堆形状为非正态圆锥。如果精确计算水平面以下部分料堆体积，需要采用双重积分，在实际生产中，经过刮板取料机作业，水平面以下部分，弧形外缺口基本被填补，近似三角形在长度方向的延伸。因此按三角形截面乘以长度方式计算体积，为减小误差，引进一个料堆体积修正系数fv，计算时，该系数可按0. 7~0. 95选取。缺口填补少取小值，填补多取大值。
V端=V上+V下=1/2 *1/3πb2 2 h1-1/4*1/3π（b2-b1）2（h1- b1tanα）+ 1/2h2(b1+b2) b2（1+tanβ/tanα）fv
三、计算C型格增加一堆料的体积损失
当一个C型格存放两堆物料时，将损失堆间距和两个端部相对于完整体积的量。
一个端部损失料体积：
VS= V- V端=S b2-｛1/2 *1/3πb2 2 h1-1/4*1/3π（b2-b1）2（h1- b1tanα）+ 1/2h2(b1+b2) b2（1+tanβ/tanα）fv｝
=｛1/2[ (b1+B) h1-b1 2tanα]+ 1/2B2tanβ｝b2-｛1/2 *1/3πb2 2 h1-1/4*1/3π（b2-b1）2（h1- b1tanα）+ 1/2h2(b1+b2) b2（1+tanβ/tanα）fv｝
一个C型格存放两堆料的体积损失：
V堆S=2 VS+ST
四、建立C型料场储料量的数学模型
C型原料场设计完成，每个料条的格数和长度就固定下来，邯钢物流公司一料场有四个料条，每个料条7个格，共28个格。当物料堆数超出格数时，就出现一个格存放两堆料情况，甚至三堆料情况。
A、B、C、D料条可存料长度,记为LA、LB、LC、LD，按照完整截面形状计算体积，记为VAW、VBW、VCW、VDW。料堆数目为NA、NB、NC、ND, 堆间距T。
以A料条为例，NA个料堆，则堆间数目为NA-7。当NA≤7时，可保证每个格存放一堆料；当7<NA≤14时，出现一个格存放两堆料情况；当14<NA≤21时，出现一个格存放三堆料情况。隔墙保证足够的高度，否则堆料不能靠近隔墙，会造成储量损失。C型格的长度必须保证一定的长宽比i，当i≥1时，可存放一堆料，当i≥2时，可存放两堆料，当i≥4时，可存放三堆料，当i≥6时，可存放三堆料。否则不但造成堆间距和端头的储量损失，而且出现堆高受限带来的储量损失。另外，如果隔墙不能保证足够的高度，堆料点不能靠近隔墙，会造成储量损失，前面的条件需要考虑堆料点距隔墙的量。因此在设计C型格时要考虑这一因素，同时联系实际物料消耗量，按需求设计格子长度。否则，不能发挥有效作用，造成储量大的损失。
一个C型格存放两堆料（每增加一堆料）的体积损失：
V堆S=2VS+ST
A料条可存料最大体积：
VA =VAW-（NA-7）V堆S=SLA-（NA-7）(2VS+ST)=SLA-NA (2VS+ST)+7(2VS+ST)=
SLA+7(2VS+ST)-(2VS+ST)NA
同理四个料条的可存料最大体积：
V总= VA+VB+VC+VD=SLA+7(2VS+ST)-(2VS+ST)NA+SLB+7(2VS+ST)-(2VS+ST)NB+SLC+7(2VS+ST)-(2VS+ST)NC+SLD+7(2VS+ST)-(2VS+ST)ND=S(LA+LB+LC+LD)+28(2VS+ST)-(2VS+ST)(NA+NB+NC+ND)=SL总-(2VS+ST)（N总-28）=SL总+28(2VS+ST)-(2VS+ST)N总
L总=LA+LB+LC+LDN总=NA+NB+NC+ND
当一个C型料场初步设计完成后，正常料堆宽度、高度、堆间距、料条数、料条总长度、每个料条C型格数量基本可以确定为常数，唯一变量为料堆总数。
设常数E=SL总+28(2VS+ST)，常数F=(2VS+ST),
V总=E-F N总
此方程为典型的二元一次方程，当N总≥28时，V总和N总呈负线性相关，当N总＝1～28时，V总最大,当N总-28＝E/F时，V总=0 。当N总≥28时，随着堆数的增加，存料体积在下降，堆数达到一定数值时，存放体积归零，意思是料条全部成为了堆间距。
实施例 ：
以邯钢一料场为例，B=26.83m，H=17.78m，L总=1360m，M=4，T=3m，
α=370，β=100，b1=7.7m，b2=19.13m，h1=14.41m，h2=4.73m，fv=0.9
V总=SL总-(2VS+ST)（N总-28）=393888.368-(3453.77+868.8714)（N总-28）
=393888.368-4322.6414（N总-28）=514922.327-4322.6414N总
S=S1+S2=1/2[(b1+B) h1-b1 2tanα]+1/2B2tanβ=1/2[(7.7+26.83)*14.41-7.72tan370]+1/2*26.832tan100=226.1594+63.4644=289.6238
VS=V-V端=Sb2-｛1/2 *1/3πb2 2h1-1/4*1/3π（b2-b1）2（h1-b1tanα）+1/2h2(b1+b2)b2（1+tanβ/tanα）fv｝
=｛1/2[(b1+B) h1-b1 2tanα]+1/2B2tanβ｝b2-｛1/2 *1/3πb2 2h1-1/4*1/3π（b2-b1）2（h1-b1tanα）+1/2h2(b1+b2)b2（1+tanβ/tanα）fv｝
=289.6238*19.13-（2759.7664-294.2554+1348.1073）=1726.8850
Figure DEST_PATH_IMAGE002
第二步：收集钢铁原料场基本条件、在用物料品种数目及特性。
根据目前邯钢在用物料品种统计如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
邯钢一料场共计品种数24个。
第三步：分析处理上述数据，根据生产实际制定各品种堆数、合理库存、具体摆放位置、设置必要的机动货位。
邯钢一料场按照双堆双取原则，堆数为48个，为了防止进料品种置换过程中，新老品种并存情况，避免影响卸车作业，每个料条设置一个机动货位，相当于增加4个堆。考虑两个小品种料占一个货位，总堆数确定为50个。
由公式计算可存物料最大体积为29.8790万m3。
第四步：计算可存物料最大质量和可操作质量。
平均堆密度取2.0吨/m3,则可存物料储存最大质量：
Q大=29.8790X2=59.758万吨。
操作系数取0.75，贮存可操作质量：
Q作1=59.758X0.75=44.8185万吨。
该数据同日常操作的实际最大库存45万吨比较接近，同初步设计提供的最大80万吨，操作储量60万吨差距较大。因此，有必要考虑物料品种和堆数，该算法对生产操作具有一定的指导作用。对料场初步设计可起到一定支撑。对于料场布置选型，可达到的储存天数，建立了基本的框架。
第五步：根据生产实际情况，需要作进一步调整。
以平均堆比重2.0吨/m3、堆积角370为基准建立模型，实际生产储存物料品种比例或高或低，仅仅按照堆数调整还不够精准，得到精准数据还需要具体核算，甚至采取盘库措施。
本发明利用基本理论知识，通过对一个C型格存放一个料堆、两个料堆的分析计算，结合生产实际延伸对一个料条、一个料场的分析计算，发现并建立了料场可存料最大体积同料场总堆数的负线性关系数学模型，从而对料场库存管理和初步设计提供了一个方便快捷实用的符合生产实际的计算方法，为生产库存管理、料场初步设计起到有力的支撑作用，可以在同型料场进行推广。

Claims (3)

1.一种利用数学模型计算C型料场贮料量的方法，其特征在于包含以下步骤：第一步，建立计算原料场C型料场储料量的数学模型；第二步，收集钢铁原料场基本条件、在用物料品种数目及特性；第三步，分析处理上述数据，根据生产实际制定各品种堆数、合理库存和具体摆放位置，设置必要的机动货位；第四步，计算可存物料最大质量和可操作质量；第五步，根据生产实际情况和需要作进一步调整。
2.根据权利要求1所述的一种利用数学模型计算C型料场贮料量的方法，其特征在于：所述第一步，建立计算原料场C型料场储料量的数学模型，包含四个步骤：一、计算料堆截面积；二、计算料堆端头体积；三、计算C型格增加一堆料的体积损失；四、建立C型料场储料量的数学模型。
3.根据权利要求2所述的一种利用数学模型计算C型料场贮料量的方法，其特征在于：所述第一步的步骤四中，计算原料场C型料场储料量的数学模型为料条可存料最大体积同料场物料堆数之间的数学模型，正常料堆宽度、高度、堆间距、料条数、料条总长度和每个料条C型格数量确定为常数，唯一变量为料堆总数，
计算公式为：设常数E=SL总+28(2VS+ST)，常数F=(2VS+ST),
V总=E-F N总
此方程为典型的二元一次方程，当N总≥28时，V总和N总呈负线性相关，当N总＝1～28时，V总最大,当N总-28＝E/F时，V总=0 ，当N总≥28时，随着堆数的增加，存料体积在下降，堆数达到一定数值时，存放体积归零，意思是料条全部成为了堆间距。
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