CN114990281A - 一种炼钢合金低成本投入量控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金过程的生产与控制领域，涉及一种炼钢合金低成本投入量控制方法。一种炼钢合金低成本投入量控制方法，先依据实际生产数据，按照工艺分类计算合金元素收得率。后参考钢种成份及生产工艺设定，按工序设定成份控制范围。通过合金投入量计算公式，结合合金的价格、含量、收得率及工序成份控制范围，以配加的合金成本最低为目标，采用线性规划方法计算各类合金的投入量。为结合实际情况，针对优化计算的结果再一次优化，将计算得出的投入量小于一定量的合金屏蔽，重新优化计算，减少合金加入的种类，提高实际操作性，实现对钢水成份分工序精确控制，降低了合金投入成本和提高可操作性，实现合金投入量自动高效低成本控制。
Description
技术领域
本发明涉及冶金过程的生产与控制领域，尤其涉及一种炼钢过程合金低成本投入量的控制方法。
背景技术
在炼钢生产过程中，为满足钢种需要，需根据钢种添加不同合金满足成份要求。目前在生产过程中，大多按照合金成份和人工经验来计算合金加入种类及量，或者根据钢水目标成份对多种元素含量上限、中限、下限的要求，在可供选择的合金中挑选几种有效的合金，计算其需要的添加组合与数量，满足炼钢的工艺要求。几乎不会涉及合金成本，目前市场变化大，合金价格对成本影响很大，因此依据合金价格变化，及时自动按照成本最低进行炼钢合金投入量计算尤为重要，特别是针对大型综合性企业，钢种变化频繁，合金种类较多，需不断实时调整合金加入种类即重量。针对当前智能化炼钢，合金低成本配加也是需要解决的重要环节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种炼钢合金低成本投入量控制方法，该控制方法通过将钢种按照C元素、Al元素的含量要求进行分类统计，查询历史数据，计算不同类型钢种对应的合金元素的收得率。结合合金可用情况、合金价格以及钢种元素目标的设定，通过合金投入成本最低为目标，通过线性规划算法计算合金种类及对应的投入量，再次依据实际情况，针对小量合金可替代情况进行优化，减少合金投入种类，提高操作性，最终实现一种满足生产需求且合金成本最低的合金投入方案，为企业带来较好的经济效益。
本发明是这样实现的：一种炼钢合金低成本投入量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据冶炼的工艺要求设定各个元素的收得率和出钢目标成分；
S2：结合历史生产数据对各个元素的收得率进行修正，并以修正后的收得率为准进行后序操作；同时，根据修正后的元素收得率得出各个合金的收得率；
S3：导入钢种成份设定信息，依据钢种C元素设定，预测钢水残锰含量；依据钢种各元素成份设定情况，分工序设置配加目标；
S4：根据库存情况，导入合金的元素含量；导入合金的价格；并无库存合金和特殊合金设置为不可使用状态；将有库存合金和非特殊合金设置为可使用状态；
S5：根据以上可使用状态合金的种类、元素含量、价格以及钢种需要达到的元素成份控制的上下限，以投入合金成本最低为计算目标，采用线性规划算法，计算满足成份需求的基础上，各类合金配加的种类及数量；
S6：设定可替代合金设定加入操作的最低重量值，将S5所得各合金的重量对最低重量值进行比对，针对小于最低重量值的合金，将其设定为不可使用状态，重复S5，直至所有合金加入量均不小于最低重量值，则为最终投入量。
进一步的：可替代合金指该合金中所含有的元素在其他合金中同样含有。
进一步的：特殊合金指依据实际生产，特殊工序或特殊工艺要求必须使用且不可替代的合金，如低铝硅铁合金或低氮增碳剂等。
本发明的优点是：本发明通过对钢种按照C元素以及是否加铝合金进行分类计算合计元素收得率，能有效提高元素收得率的准确性。结合市场合金价格波动，以成本最优为目标，采用线性规划方式计算最佳合金配加方案。为确保与实际操作相符，合金配加采用分工序控制计算和小批量优化计算方法，能依据不同钢种在不同工序精确的计算出符合实际操作的各种合金配加方案。同时为解决特殊情况，将结果值进行呈现并与目标值进行对比，进一步验证计算的结果，保证操作的有效性。同时也为判断模型参数是否正确，采用当前计算与实际值对比，回测判断合金元素含量、收得率等数据是否正确，及时修订数据错误处，正确指导生产。由此能有效避免合金浪费及操作错误带来的损失，为企业带来较好的经济效益。
附图说明
图1是本发明炼钢合金投入量控制方法的流程框图。
图2是本发明中合金元素收得率计算的流程框图。
图3是本发明中合金加入量优化计算的流程框图。
具体实施方式
如图1-3所示，本发明公开了一种炼钢合金低成本投入量控制方法，包括以下步骤:
S1：合金元素收得率计算：根据冶炼的工艺要求设定各个元素的收得率和出钢目标成分；
S2：结合历史生产数据对各个元素的收得率进行修正，并以修正后的收得率为准进行后序操作；同时，根据修正后的元素收得率得出各个合金的收得率；
S3：钢种目标成份设定：导入钢种成份设定信息，依据钢种C元素设定，预测钢水残锰含量；依据钢种各元素成份设定情况，分工序设置配加目标；包含最小值、最大值，其中P、S元素只需考虑最大值；Mn元素需考虑残锰情况；
S4：根据库存情况，导入合金的元素含量；导入合金的价格；并无库存合金和特殊合金设置为不可使用状态；将有库存合金和非特殊合金设置为可使用状态；
S5：根据以上可使用状态合金的种类、元素含量、价格以及钢种需要达到的元素成份控制的上下限，以投入合金成本最低为计算目标，计算满足成份需求的基础上，各类合金配加的种类及数量；采用线性规划算法，计算满足成份需求的基础上，各类合金配加的种类及数量；
S6：依据转炉大小及操作模式，设定可替代合金设定加入操作的最低重量值，将S5所得各合金的重量对最低重量值进行比对，针对小于最低重量值的合金，将其设定为不可使用状态，重复S5，直至所有合金加入量均不小于最低重量值，则为最终投入量。
优选的：可替代合金即多元素合金，系指该合金中所含有的元素在其他合金中同样含有，而对于某一元素只有一种可用合金则不作最低重量设定（即最低重量设定为0）。
优选的：特殊合金包括低铝硅铁合金和低氮增碳剂，以及因其他原因不能使用的合金等。
优选的：按照最新计算的合金投入量进行合金配加；读取合金加入后，各元素实际达到的情况；对比各元素计算与实际值偏差，判别合金元素收得率、含量是否异常。若差异较大，及时提示操作人员进行排查，及时修正，已达到合金精准投入，同时实现低成本配加。
本方案中各个合金投入量的计算按照以下顺序进行：
第一步：依据经验值对合金元素的收得率按照C、Al进行分类，总共分为4类即低碳含铝、低碳不含铝、高碳含铝、高碳不含铝。
参考历史生产数据，按如下公式计算出不同类别钢种对应的各元素的收得率：
式中钢水量是加入合金前的钢水量（加入合金前后基本没有变化）。
第二步：针对不同工序和不同合金元素，设置的目标将不一样。针对难熔合金如Cu、Ni等元素的合金，目标按照第一道工序一次性足量加入进行设置。而后工序可补加的合金元素，按照工序进行设置，如转炉工序按照下限减一定值进行设置，若当前工序之后不能再加入，则当前工序其元素目标按照钢种所需目标值进行设置。
第三步：获取当前现场可用的合金种类及对应的元素含量以及价格。针对部分特殊钢种，需使用特殊合金时，建立特殊对应标记。
第四步：获取当前需要计算的钢种信息，按照第二步计算的目标设定情况，结合第三步的合金信息（包含特殊钢种需使用的特殊合金信息），通过线性规划算法计算成本最优的合金投入种类及重量。计算公式如下：
合金元素含量按照代号分别为：C1,C2,…,C10,Si1,Si2,…,Si10…Cr1,Cr2,…,Cr10，。。。
合金加入量分别用M1，M2，…，M10，。。。表示；
合金价格用P1，P2，…，P10，。。。表示；
钢水总重量为G；
收得率分别用，...表示
由此可建立目标函数：
目标函数为：
约束条件为：
（M1*C1+M2*C2+...+M10*C10+...）*≥C元素目标下限
（M1*C1+M2*C2+...+M10*C10+...）*≤C元素目标上限
...
（M1*Cr1+M2*Cr2+...+M10*Cr10+...）*≥Cr元素目标下限
（M1*Cr1+M2*Cr2+...+M10*Cr10+...）*≤Cr元素目标上限
...
M1*P1+M2*P2+...+M10*P10+...≥0
（M1*P1+M2*P2+...+M10*P10+...）*≤P元素目标上限(考虑残余)
由此可得到各种合金加入量的值即M1，M2...的值。
第五步：针对复合型和可替代合金设置操作可行性的最低值Mok，而某元素只有一种合金可加入的不考虑操作可行性的最低值（及设置其对应的Mok值为0）。通过第四步计算出来的各个合金加入量：M1、M2...(其中若某一值为0则代表该合金不加入)。对比设有最低值的合金加入量，如果小于Mok，则将此合金可用变为不可用，重新按照步骤四进行线性规划计算，继续计算新的合金种类及加入量，直至所有合金加入量满足预设的最低值要求。
第六步：依据第5步计算的结果，利用合金加入量、钢水量、合金元素含量及收得率以及实际元素残余含量（或上工序的元素含量），重新计算合金加入后各元素能达到的值，并与钢种目标范围进行对比，方便判别特殊情况，保证操作的有效性。
针对第七步：输入当前钢种实际合金加入情况，按照系统计算的合金元素收得率、合金元素含量进行以及实际元素残余含量（或上工序的元素含量），计算加入后能达到的元素含量，并与实际化验成份对比，若偏差较大，及时提示操作人员，判别合金种类、合金元素含量、合金称量系统是否正确等，以便及时修正系统参数。计算公式如下：
下面通过具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
以钢种1生产为例：
表1 预计算的钢种成份信息(%)
| 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | V | Al |
| 钢种1 | 0.06-0.08 | 0.15-0.30 | 1.35-1.45 | 0.01 | 0.01 | 0-0.3 | 0.45-0.55 | 0.15-0.25 | 0.2-0.3 | 0.04-0.055 | 0.015-0.035 |
表1中P、S元素为上限值，其余元素无要求的已忽略。
基本参数设置情况如表2-表4：
表2 初始分类设置不同冶炼情况合金元素收得率(%)
| 分类 | C | Si | Mn | P | S | Al | Cr | Mo | Nb | V | Cu | Ni |
| 高碳不含铝 | 0.96 | 0.85 | 0.92 | 0.95 | 0.95 | 0.2 | 0.88 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | 0.95 |
| 高碳含铝 | 0.98 | 0.82 | 0.91 | 0.95 | 0.95 | 0.2 | 0.88 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | 0.95 |
| 低碳不含铝 | 0.92 | 0.85 | 0.92 | 0.95 | 0.95 | 0.2 | 0.88 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | 0.96 | 0.95 |
| 低碳含铝 | 0.94 | 0.83 | 0.9 | 0.95 | 0.95 | 0.2 | 0.85 | 0.95 | 0.95 | 0.95 | 0.96 | 0.95 |
表3 合金种类及元素含量(%)
| 序号 | 合金 | 单价 | 是否可用 | C | Si | Mn | P | S | Al | Cr | Mo | Nb | V | Cu | Ni |
| 1 | 增碳剂 | 1738 | 1 | 91 | 0 | 0 | 0 | 0.3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 硅铁 | 93947 | 1 | 0.135 | 73.6 | 0 | 0.025 | 0.0036 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 3 | 硅锰 | 84516 | 1 | 1.52 | 18.25 | 65.6 | 0.12 | 0.028 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 4 | 高碳锰铁 | 73205 | 1 | 6.69 | 0.6 | 71.05 | 0.112 | 0.009 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | 中碳锰铁 | 11928 | 1 | 1.73 | 1.22 | 75.85 | 0.19 | 0.005 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 6 | 低碳锰铁 | 16117 | 1 | 0.31 | 0.92 | 81.5 | 0.01 | 0.005 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 7 | 金属锰 | 18241 | 1 | 0.006 | 0.0001 | 97.5 | 0.001 | 0.025 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8 | 高硅硅锰 | 12824 | 1 | 0.12 | 28.3 | 61.3 | 0.08 | 0.014 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 9 | 高碳铬铁 | 7932 | 1 | 7.4 | 3.5 | 0 | 0.026 | 0.028 | 0 | 53 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | 低碳铬铁 | 14086 | 1 | 0.17 | 1.6 | 0 | 0.028 | 0.004 | 0 | 60.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 11 | 黄铜 | 54354 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 98 | 0 |
| 12 | 铌铁 | 171882 | 1 | 0.08 | 4.31 | 0 | 0.16 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 64.8 | 0 | 0 | 0 |
| 13 | 钼铁 | 90826 | 1 | 0.034 | 0.2 | 0 | 0.038 | 0.07 | 0 | 0 | 56 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 14 | 钒铁 | 228970 | 1 | 0.2 | 0.76 | 0 | 0.065 | 0.015 | 0 | 0 | 0 | 0 | 51 | 0 | 0 |
| 15 | 镍铁 | 11342 | 1 | 3.5 | 3 | 0 | 0.025 | 0.15 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 |
| 16 | 铝铁 | 19493 | 1 | 0.05 | 0.39 | 0 | 0.009 | 0.003 | 59.4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 17 | 低氮增碳剂 | 3433 | 0 | 98 | 0 | 0 | 0 | 0.1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 18 | 低铝硅铁 | 9400 | 0 | 0.1 | 75 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
表4 特殊钢种对应特殊合金信息
| 序号 | 钢种 | 特殊合金关系 | 备注说明 |
| 1 | 35.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 2 | 60.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 3 | 60.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 4 | 60.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 5 | 60.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 6 | 65.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 7 | 70.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 8 | 70.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 9 | 70.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 10 | 70.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 11 | 70T | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 12 | 70T | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 13 | 75.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 14 | 80.0 | 3 | 低铝硅铁合金+低氮增碳剂 |
| 15 | ER50-6 | 1 | 低铝硅铁合金 |
| 16 | ER70S-6 | 1 | 低铝硅铁合金 |
| 17 | ER70S-6 | 1 | 低铝硅铁合金 |
| 18 | ER70S-6 | 1 | 低铝硅铁合金 |
| 19 | ER70S-6 | 1 | 低铝硅铁合金 |
| 20 | ER70S-6 | 1 | 低铝硅铁合金 |
第一步：依据要计算的钢种其C为0.06-0.08，Al为0.015-0.035，属于低碳含铝钢种，合金元素收得率选择表2中分类为“低碳含铝”对应的元素收得率。
第二步：引入需要计算的钢种的成份信息，结合操作情况，计算需要配加的目标成份情况。
目标成份计算如下：
转炉工序：
表5 C元素目标设置情况
| 序号 | C元素内控范围 | C元素计算目标范围 | 预计残Mn含量 |
| 1 | 0-0.08 | 0-0.001 | 0.005 |
| 2 | 0-0.10 | 0-0.002 | 0.006 |
| 3 | 0-0.12 | 0-0.003 | 0.007 |
| 4 | 0-0.15 | 0-0.004 | 0.008 |
| 5 | 0.05-0.12 | 0.001-0.008 | 0.05 |
| 6 | 0.10-0.15 | 0.02-0.05 | 0.08 |
| 7 | 0.12-0.18 | 0.06-0.09 | 0.1 |
| 8 | 0.15-0.20 | 0.09-0.11 | 0.12 |
| 9 | 其余 | 下限-0.15 至 中线-0.15 | 0.1 |
表6 P元素目标设置情况
| 序号 | P元素内控范围 | P元素计算目标上限 |
| 1 | ≤0.010 | 0.0001 |
| 2 | ≤0.015 | 0.0005 |
| 3 | ≤0.025 | 0.003 |
| 4 | ≤0.030 | 0.01 |
| 5 | 其他 | 内控上限-0.02 |
表7 其他合金元素目标设置情况
| 序号 | 合金金元素 | 钢种成份 | 计算目标 | 钢种成份 | 计算目标 | 钢种成份 | 计算目标 | 钢种成份 | 计算目标 |
| 1 | Cr | 0.1-0.35 | 下限-0.1 至中线+0.005 | 0.35-以上 | 下限-0.25至 中线-0.1 | ||||
| 2 | Mn | 上限≤0.1，下限大于0 | 0 - 上限/2 | 下限≤0.7 | 下限-0.1 至下限 | 下限大于0.7 | 下限-0.05 至下限+0.05 | ||
| 3 | Si | 上限≤0.2，下限大于0 | 0 -上限/2 | 下限在0.08-0.15 | 下限-0.01至 中线 | 下限大于0.3 | 下限-0.18 至下限-0.1 | 下限在0.16-0.3 | 下限-0.05至 中线-0.01 |
| 4 | Cu | 下限+0.03至 中线 | |||||||
| 5 | Nb | 下限至 中线-0.003 | |||||||
| 6 | Ni | 下限+0.03至 中线 | |||||||
| 7 | V | 下限≤0.1，下限大于0 | 下限-0.01至 下线+0.001 | 下限大于0.14 | 下限-0.05至 下线+0.001 | ||||
| 8 | Mo | 下限+0.02至 中线 |
LF炉工序：按照下限+0.02设置，如果当前元素已进入内控范围，则不在进行合金补加计算。
第三步：引用合金信息（表3），依据当前计算钢种，查询表4是否有特殊合金需求。查询无，则保持表3可用合金信息（是否可用设置为1，不可用设置为0）。
第四步：采用线性规划算法，已合金成本最优为计算目标，进行计算，如下：
| 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | V | Al |
| 合金增长目标 | 0-0.002 | 0.14-0.225 | 1.3-1.4 | ≤0.001 | 0.48-0.5 | 0.18-0.2 | 0.22-0.25 | 0.03-0.04 | 0.04-0.05 |
由此目标为：合金单价*合金加入量
限制条件为：元素增长下限≤合金加入量*合金元素含量*合金元素收得率/钢水量
合金加入量*合金元素含量*合金元素收得率/钢水量≤元素增长上限
目标: 11928 YG_中碳锰铁 + 14086.34 YG_低碳铬铁 + 16117.59 YG_低碳锰铁+ 1738 YG_增碳剂 + 9394.37 YG_硅铁 + 8451.26 YG_硅锰 + 18241.42 YG_金属锰 +228970 YG_钒铁 + 90826.17 YG_钼铁 + 171882.06 YG_铌铁 + 19493.11 YG_铝铁 +11342 YG_镍铁 + 12824.81 YG_高硅硅锰 + 7932.35 YG_高碳铬铁 + 7320.25 YG_高碳锰铁 + 54354 YG_黄铜
限制条件（已按照合金加入量*合金元素含量*合金元素收得率/钢水量进行计算）：
C元素: 0.0132633333333 YG_中碳锰铁 + 0.00130333333333 YG_低碳铬铁 +0.00237666666667 YG_低碳锰铁 + 0.697666666667 YG_增碳剂 + 0.001035 YG_硅铁 +0.0116533333333 YG_硅锰 + 4.6e-05 YG_金属锰 + 0.00153333333333 YG_钒铁 +0.000260666666667 YG_钼铁 + 0.000613333333333 YG_铌铁 + 0.000383333333333 YG_铝铁 + 0.0268333333333 YG_镍铁 + 0.00092 YG_高硅硅锰 + 0.0567333333333 YG_高碳铬铁 + 0.05129 YG_高碳锰铁 >= 0
C元素: 0.0132633333333 YG_中碳锰铁 + 0.00130333333333 YG_低碳铬铁 +0.00237666666667 YG_低碳锰铁 + 0.697666666667 YG_增碳剂 + 0.001035 YG_硅铁 +0.0116533333333 YG_硅锰 + 4.6e-05 YG_金属锰 + 0.00153333333333 YG_钒铁 +0.000260666666667 YG_钼铁 + 0.000613333333333 YG_铌铁 + 0.000383333333333 YG_铝铁 + 0.0268333333333 YG_镍铁 + 0.00092 YG_高硅硅锰 + 0.0567333333333 YG_高碳铬铁 + 0.05129 YG_高碳锰铁 <= 0.002
Si元素: 0.00864166666667 YG_中碳锰铁 + 0.0113333333333 YG_低碳铬铁 +0.00651666666667 YG_低碳锰铁 + 0.521333333333 YG_硅铁 + 0.129270833333 YG_硅锰 + 7.08333333333e-07 YG_金属锰 + 0.00538333333333 YG_钒铁 +0.00141666666667 YG_钼铁 + 0.0305291666667 YG_铌铁 + 0.0027625 YG_铝铁 +0.02125 YG_镍铁 + 0.200458333333 YG_高硅硅锰 + 0.0247916666667 YG_高碳铬铁 +0.00425 YG_高碳锰铁 >= 0.14
Si元素: 0.00864166666667 YG_中碳锰铁 + 0.0113333333333 YG_低碳铬铁 +0.00651666666667 YG_低碳锰铁 + 0.521333333333 YG_硅铁 + 0.129270833333 YG_硅锰 + 7.08333333333e-07 YG_金属锰 + 0.00538333333333 YG_钒铁 +0.00141666666667 YG_钼铁 + 0.0305291666667 YG_铌铁 + 0.0027625 YG_铝铁 +0.02125 YG_镍铁 + 0.200458333333 YG_高硅硅锰 + 0.0247916666667 YG_高碳铬铁 +0.00425 YG_高碳锰铁 <= 0.225
Mn元素: 0.581516666667 YG_中碳锰铁 + 0.624833333333 YG_低碳锰铁 +0.502933333333 YG_硅锰 + 0.7475 YG_金属锰 + 0.469966666667 YG_高硅硅锰 +0.544716666667 YG_高碳锰铁 >= 1.25（残锰为0.05）
Mn元素: 0.581516666667 YG_中碳锰铁 + 0.624833333333 YG_低碳锰铁 +0.502933333333 YG_硅锰 + 0.7475 YG_金属锰 + 0.469966666667 YG_高硅硅锰 +0.544716666667 YG_高碳锰铁 <= 1.35（残锰为0.05）
P元素: 0.000791666666667 YG_中碳锰铁 + 0.000116666666667 YG_低碳铬铁+ 4.16666666667e-05 YG_低碳锰铁 + 0.000104166666667 YG_硅铁 + 0.0005 YG_硅锰+ 4.16666666667e-06 YG_金属锰 + 0.000270833333333 YG_钒铁 + 0.000158333333333YG_钼铁 + 0.000666666666667 YG_铌铁 + 3.75e-05 YG_铝铁 + 0.000104166666667YG_镍铁 + 0.000333333333333 YG_高硅硅锰 + 0.000108333333333 YG_高碳铬铁 +0.000466666666667 YG_高碳锰铁 <= 0.001
Al元素: 0.099 YG_铝铁 >= 0.02
Al元素: 0.099 YG_铝铁 <= 0.035
Cr元素: 0.443666666667 YG_低碳铬铁 + 0.388666666667 YG_高碳铬铁 >= 0
Cr元素: 0.443666666667 YG_低碳铬铁 + 0.388666666667 YG_高碳铬铁 <= 0
Nb元素: 0.513 YG_铌铁 >= 0.02
Nb元素: 0.513 YG_铌铁 <= 0.0245
V元素: 0.40375 YG_钒铁 >= 0.03
V元素: 0.40375 YG_钒铁 <= 0.041
由此通过Python语言的Pulp包的线性规划算法计算出各种合金的加入量。结果如下：
| 合金 | 增碳剂 | 硅铁 | 硅锰 | 高碳锰铁 | 中碳锰铁 | 低碳锰铁 | 金属锰 | 高硅硅锰 | 高碳铬铁 |
| 加入量 | 0 | 0 | 99 | 0 | 0 | 0 | 1213 | 623 | 0 |
| 合金 | 低碳铬铁 | 黄铜 | 铌铁 | 钼铁 | 钒铁 | 镍铁 | 铝铁 | 低氮增碳剂 | 低铝硅铁 |
| 加入量 | 0 | 199 | 38 | 454 | 74 | 5747 | 202 | 0 | 0 |
第五步：设置的复合合金（即可替代的合金）设置下限为50Kg，查询计算结果，无满足条件的，及当前不用优化计算。
第六步：依据第五步计算的结果，计算加入后各元素能达到的值如下：
| 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | V | Al |
| 加入后元素增长量 | 0.002 | 0.14 | 1.299 | 0.00039 | 0 | 0.455 | 0.156 | 0.201 | 0.03 | 0.04 |
第七步：按照整数进行调配合金加入量，确定最终合金加入量计算，结果与理论计算结果相符，参数无误。
实施例2：
以钢种2生产为例：
预计算的钢种成份信息(%)
| 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | V | Al |
| 钢种2 | 0.68-0.72 | 0.17-0.30 | 0.6-0.7 | 0.02 | 0.02 | 0-0.25 | 0-0.3 | 0-0.25 | 0 |
第一步：参考钢种分类，此钢种为高碳不含铝钢，因此合金元素收得率选择“高碳不含铝”对应的收得率。
第二步：参考上一实施中第二步执行。
第三步：引用合金信息（表3），依据当前计算钢种，查询表4是否有特殊合金需求。查询需要使用“低碳增碳剂”和“低铝硅铁”，因此对应的增碳剂和硅铁变为0，低氮增碳剂和低铝硅铁变更为1。具体变更后如下：
| 序号 | 合金 | 单价 | 是否可用 | C | Si | Mn | P | S | Al | Cr | Mo | Nb | V | Cu | Ni |
| 1 | 增碳剂 | 1738 | 0 | 91 | 0 | 0 | 0 | 0.3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 硅铁 | 93947 | 0 | 0.135 | 73.6 | 0 | 0.025 | 0.0036 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 3 | 硅锰 | 84516 | 1 | 1.52 | 18.25 | 65.6 | 0.12 | 0.028 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 4 | 高碳锰铁 | 73205 | 1 | 6.69 | 0.6 | 71.05 | 0.112 | 0.009 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 5 | 中碳锰铁 | 11928 | 1 | 1.73 | 1.22 | 75.85 | 0.19 | 0.005 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 6 | 低碳锰铁 | 16117 | 1 | 0.31 | 0.92 | 81.5 | 0.01 | 0.005 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 7 | 金属锰 | 18241 | 1 | 0.006 | 0.0001 | 97.5 | 0.001 | 0.025 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 8 | 高硅硅锰 | 12824 | 1 | 0.12 | 28.3 | 61.3 | 0.08 | 0.014 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 9 | 高碳铬铁 | 7932 | 1 | 7.4 | 3.5 | 0 | 0.026 | 0.028 | 0 | 53 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 10 | 低碳铬铁 | 14086 | 1 | 0.17 | 1.6 | 0 | 0.028 | 0.004 | 0 | 60.5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 11 | 黄铜 | 54354 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 98 | 0 |
| 12 | 铌铁 | 171882 | 1 | 0.08 | 4.31 | 0 | 0.16 | 0.01 | 0 | 0 | 0 | 64.8 | 0 | 0 | 0 |
| 13 | 钼铁 | 90826 | 1 | 0.034 | 0.2 | 0 | 0.038 | 0.07 | 0 | 0 | 56 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 14 | 钒铁 | 228970 | 1 | 0.2 | 0.76 | 0 | 0.065 | 0.015 | 0 | 0 | 0 | 0 | 51 | 0 | 0 |
| 15 | 镍铁 | 11342 | 1 | 3.5 | 3 | 0 | 0.025 | 0.15 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 10 |
| 16 | 铝铁 | 19493 | 1 | 0.05 | 0.39 | 0 | 0.009 | 0.003 | 59.4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 17 | 低氮增碳剂 | 3433 | 1 | 98 | 0 | 0 | 0 | 0.1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 18 | 低铝硅铁 | 9400 | 1 | 0.1 | 75 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
第四步：采用线性规划算法，已合金成本最优为计算目标，进行计算，如下：
| 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | V | Al |
| 合金增长目标 | 0.53-0.55 | 0.12-0.225 | 0.5-0.6 | ≤0.009 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
由此目标为：合金单价*合金加入量
限制条件为：元素增长下限≤合金加入量*合金元素含量*合金元素收得率/钢水量
合金加入量*合金元素含量*合金元素收得率/钢水量≤元素增长上限
计算过程如下：
目标: 11928 YG_中碳锰铁 + 3433 YG_低氮增碳剂 + 14086.34 YG_低碳铬铁 +16117.59 YG_低碳锰铁 + 9400.18 YG_低铝硅铁 + 8451.26 YG_硅锰 + 18241.42 YG_金属锰 + 228970 YG_钒铁 + 90826.17 YG_钼铁 + 171882.06 YG_铌铁 + 19493.11 YG_铝铁 + 11342 YG_镍铁 + 12824.81 YG_高硅硅锰 + 7932.35 YG_高碳铬铁 + 7320.25 YG_高碳锰铁 + 54354 YG_黄铜
限制条件（已按照合金加入量*合金元素含量*合金元素收得率/钢水量进行计算）：
C元素: 0.01384 YG_中碳锰铁 + 0.784 YG_低氮增碳剂 + 0.00136 YG_低碳铬铁 + 0.00248 YG_低碳锰铁 + 0.0008 YG_低铝硅铁 + 0.01216 YG_硅锰 + 4.8e-05 YG_金属锰 + 0.0016 YG_钒铁 + 0.000272 YG_钼铁 + 0.00064 YG_铌铁 + 0.0004 YG_铝铁+ 0.028 YG_镍铁 + 0.00096 YG_高硅硅锰 + 0.0592 YG_高碳铬铁 + 0.05352 YG_高碳锰铁 >= 0.53
C元素: 0.01384 YG_中碳锰铁 + 0.784 YG_低氮增碳剂 + 0.00136 YG_低碳铬铁 + 0.00248 YG_低碳锰铁 + 0.0008 YG_低铝硅铁 + 0.01216 YG_硅锰 + 4.8e-05 YG_金属锰 + 0.0016 YG_钒铁 + 0.000272 YG_钼铁 + 0.00064 YG_铌铁 + 0.0004 YG_铝铁+ 0.028 YG_镍铁 + 0.00096 YG_高硅硅锰 + 0.0592 YG_高碳铬铁 + 0.05352 YG_高碳锰铁 <= 0.55
Si元素: 0.00864166666667 YG_中碳锰铁 + 0.0113333333333 YG_低碳铬铁 +0.00651666666667 YG_低碳锰铁 + 0.53125 YG_低铝硅铁 + 0.129270833333 YG_硅锰 +7.08333333333e-07 YG_金属锰 + 0.00538333333333 YG_钒铁 + 0.00141666666667 YG_钼铁 + 0.0305291666667 YG_铌铁 + 0.0027625 YG_铝铁 + 0.02125 YG_镍铁 +0.200458333333 YG_高硅硅锰 + 0.0247916666667 YG_高碳铬铁 + 0.00425 YG_高碳锰铁 >= 0.12
Si元素: 0.00864166666667 YG_中碳锰铁 + 0.0113333333333 YG_低碳铬铁 +0.00651666666667 YG_低碳锰铁 + 0.53125 YG_低铝硅铁 + 0.129270833333 YG_硅锰 +7.08333333333e-07 YG_金属锰 + 0.00538333333333 YG_钒铁 + 0.00141666666667 YG_钼铁 + 0.0305291666667 YG_铌铁 + 0.0027625 YG_铝铁 + 0.02125 YG_镍铁 +0.200458333333 YG_高硅硅锰 + 0.0247916666667 YG_高碳铬铁 + 0.00425 YG_高碳锰铁 <= 0.225
Mn元素: 0.581516666667 YG_中碳锰铁 + 0.624833333333 YG_低碳锰铁 +0.502933333333 YG_硅锰 + 0.7475 YG_金属锰 + 0.469966666667 YG_高硅硅锰 +0.544716666667 YG_高碳锰铁 >= 0.4
Mn元素: 0.581516666667 YG_中碳锰铁 + 0.624833333333 YG_低碳锰铁 +0.502933333333 YG_硅锰 + 0.7475 YG_金属锰 + 0.469966666667 YG_高硅硅锰 +0.544716666667 YG_高碳锰铁 <= 0.5
P元素: 0.000791666666667 YG_中碳锰铁 + 0.000116666666667 YG_低碳铬铁+ 4.16666666667e-05 YG_低碳锰铁 + 0.0005 YG_硅锰 + 4.16666666667e-06 YG_金属锰 + 0.000270833333333 YG_钒铁 + 0.000158333333333 YG_钼铁 +0.000666666666667 YG_铌铁 + 3.75e-05 YG_铝铁 + 0.000104166666667 YG_镍铁 +0.000333333333333 YG_高硅硅锰 + 0.000108333333333 YG_高碳铬铁 +0.000466666666667 YG_高碳锰铁 <= 0.009
Cr元素: 0.443666666667 YG_低碳铬铁 + 0.388666666667 YG_高碳铬铁 >= 0
Cr元素: 0.443666666667 YG_低碳铬铁 + 0.388666666667 YG_高碳铬铁 <= 0
Nb元素: 0.513 YG_铌铁 >= 0
Nb元素: 0.513 YG_铌铁 <= 0
V元素: 0.40375 YG_钒铁 >= 0
V元素: 0.40375 YG_钒铁 <= 0
由此通过Python语言的Pulp包的线性规划算法计算出各种合金的加入量。结果如下：
| 合金 | 增碳剂 | 硅铁 | 硅锰 | 高碳锰铁 | 中碳锰铁 | 低碳锰铁 | 金属锰 | 高硅硅锰 | 高碳铬铁 |
| 加入量 | 0 | 0 | 795 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 合金 | 低碳铬铁 | 黄铜 | 铌铁 | 钼铁 | 钒铁 | 镍铁 | 铝铁 | 低氮增碳剂 | 低铝硅铁 |
| 加入量 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 663 | 32 |
第五步：设置的复合合金（即可替代的合金）设置下限为50Kg，查询计算结果，其中低铝硅铁加入量低于50Kg，则将低铝硅铁设置为不可用，再次按照步骤四进行计算。
结果如下：
| 合金 | 增碳剂 | 硅铁 | 硅锰 | 高碳锰铁 | 中碳锰铁 | 低碳锰铁 | 金属锰 | 高硅硅锰 | 高碳铬铁 |
| 加入量 | 0 | 0 | 927 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 合金 | 低碳铬铁 | 黄铜 | 铌铁 | 钼铁 | 钒铁 | 镍铁 | 铝铁 | 低氮增碳剂 | 低铝硅铁 |
| 加入量 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 661 | 0 |
第六步：依据第五步计算的结果，计算加入后各元素能达到的值如下：
| 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu | Mo | V | Al |
| 加入后元素增长量 | 0.530 | 0.12 | 0.56 | 0.00053 | 0 |
第七步：按照整数进行调配合金加入量，确定最终合金加入量计算，结果与理论计算结果相符，参数无误。
综上，本发明通过对钢种按照C元素以及是否加铝合金进行分类计算合计元素收得率，能有效提高元素收得率的准确性。结合市场合金价格波动，以成本最优为目标，采用线性规划方式计算最佳合金配加方案。为确保与实际操作相符，合金配加采用分工序控制计算和小批量优化计算方法，能依据不同钢种在不同工序精确的计算出符合实际操作的各种合金配加方案。同时为解决特殊情况，将结果值进行呈现并与目标值进行对比，进一步验证计算的结果，保证操作的有效性。同时也为判断模型参数是否正确，采用当前计算与实际值对比，回测判断合金元素含量、收得率等数据是否正确，及时修订数据错误处，正确指导生产。由此能有效避免合金浪费及操作错误带来的损失，为企业带来较好的经济效益。
Claims (3)
1.一种炼钢合金低成本投入量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据冶炼的工艺要求设定各个元素的收得率和出钢目标成分；
S2：结合历史生产数据对各个元素的收得率进行修正，并以修正后的收得率为准进行后序操作；同时，根据修正后的元素收得率得出各个合金的收得率；
S3：导入钢种成份设定信息，依据钢种C元素设定，预测钢水残锰含量；依据钢种各元素成份设定情况，分工序设置配加目标；
S4：根据库存情况，导入合金的元素含量；导入合金的价格；并无库存合金和特殊合金设置为不可使用状态；将有库存合金和非特殊合金设置为可使用状态；
S5：根据以上可使用状态合金的种类、元素含量、价格以及钢种需要达到的元素成份控制的上下限，以投入合金成本最低为计算目标，采用线性规划算法，计算满足成份需求的基础上，各类合金配加的种类及数量；
S6：设定可替代合金设定加入操作的最低重量值，将S5所得各合金的重量对最低重量值进行比对，针对小于最低重量值的合金，将其设定为不可使用状态，重复S5，直至所有合金加入量均不小于最低重量值，则为最终投入量。
2.根据权利要求1所述的炼钢合金低成本投入量控制方法，其特征在于：可替代合金指该合金中所含有的元素在其他合金中同样含有。
3.根据权利要求1所述的炼钢合金低成本投入量控制方法，其特征在于：特殊合金包括低铝硅铁合金和低氮增碳剂。
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|---|---|---|---|
| CN202210468583.5A CN114990281A (zh) | 2022-04-30 | 2022-04-30 | 一种炼钢合金低成本投入量控制方法 |
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|---|---|---|---|
| CN202210468583.5A CN114990281A (zh) | 2022-04-30 | 2022-04-30 | 一种炼钢合金低成本投入量控制方法 |
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