CN115354093B - 一种低碳高炉的冶炼成本控制方法及系统 - Google Patents

一种低碳高炉的冶炼成本控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低碳高炉的冶炼成本控制方法及系统，获取多种含铁炉料的基础数据和最大供应比例；基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系；以及根据目标高炉的冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，建立冶炼成本目标函数，并计算冶炼成本目标函数冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出最小成本值时的含铁炉料供应配比。本发明通过将吨铁成本与含铁炉料的成分、冶金性能和生产成本联系起来，不仅可以确定出高炉冶炼吨铁时的最低成本，还可以优化高炉的炉料结构，提高含铁炉料在高炉内的冶炼效率以及降低焦比，从而满足低碳要求。

Description

一种低碳高炉的冶炼成本控制方法及系统
技术领域
本发明涉及高炉冶炼技术领域，特别是涉及一种低碳高炉的冶炼成本控制方法及系统。
背景技术
随着低碳冶炼的研究与发展，高炉炉况发生了改变，目前，复合炉料技术是低碳高炉炼铁技术重要的研究方向，传统高炉冶炼的含铁炉料主要为烧结矿、普通球团矿和块矿。因此，综合利用不同的含铁炉料可能会成为未来高炉发展的重要趋势。然而，每种含铁炉料的成分、冶金性能以及成本都是有所波动的，同时，降低冶炼成本也一直是许多钢铁厂不断追求的目标。因此，面对低碳的要求，如何优化高炉炉料结构来降低高炉的低碳冶炼成本，提高炉料在高炉内的冶炼效率以及降低焦比，对于减碳而言具有重要作用。
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低碳高炉的冶炼成本控制方法及系统，用于解决现有技术中如何实现高炉在低碳低成本的条件下进行冶炼的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种低碳高炉的冶炼成本控制方法，所述方法包括以下步骤：
获取多种含铁炉料的基础数据以及每种含铁炉料对目标高炉的最大供应比例，所述基础数据包括：成分、冶金性能和生产成本；
获取所述目标高炉的所有冶炼指标，并基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系；
获取所述目标高炉的冶炼约束条件，并根据所述冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，记为含铁炉料供应配比集；
根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数；
计算所述冶炼成本目标函数在所述含铁炉料供应配比集下冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出所述冶炼成本目标函数在最小成本值时的含铁炉料供应配比。
可选地，根据所述冶炼约束条件和所有冶炼指标的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比的过程包括：
对每种含铁炉料随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料随机生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例；
若大于，则返回上一步骤，对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例；若小于等于，则将当前时刻下每种含铁炉料的供应值进行组合，形成待核对供应配比，以及根据所述冶炼约束条件确定每个冶炼指标的取值区间；
根据当前时刻的待核对供应配比、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系计算当前时刻下每个冶炼指标的数值，并判断计算出的每个冶炼指标的数值是否同时位于对应的取值区间内；
若计算出的每个冶炼指标的数值同时位于对应的取值区间内，则存储当前时刻的待核对供应配比，并将当前时刻存储的所有待核对供应配比关联形成一个含铁炉料供应配比集；
若每个冶炼指标的数值不同时位于对应的取值区间内，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例，直至随机生成供应值的次数大于预设次数。
可选地，若计算出的每个冶炼指标的数值同时位于对应的取值区间内，所述方法还包括：
获取所述目标高炉的冶炼基础条件，并判断所述目标高炉是否满足所述冶炼基础条件；其中，所述冶炼基础条件至少包括：物料平衡和能量平衡；
若所述目标高炉不满足所述冶炼基础条件，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例；
若所述目标高炉满足所述冶炼基础条件，则根据当前时刻下的待核对供应配比计算所述目标高炉冶炼预设数量钢铁的含铁炉料消耗量以及复合焦比；
获取所述目标高炉冶炼预设数量钢铁时的原始焦比，并判断所述复合焦比是否小于等于所述原始焦比；
若所述复合焦比小于等于所述原始焦比，则存储当前时刻的待核对供应配比，并将当前时刻存储的所有待核对供应配比关联形成一个含铁炉料供应配比集；
若所述复合焦比大于所述原始焦比，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例，直至随机生成供应值的次数大于预设次数。
可选地，判断所述目标高炉是否满足物料平衡的过程包括：
获取目标高炉的冶炼工艺参数，所述目标高炉的冶炼工艺参数至少包括：元素分配率、炉渣碱度、初始铁的直接还原度和初始富氢气体喷吹量；
根据所述元素分配率和每种含铁炉料的成分计算铁矿石量，以及根据所述炉渣碱度计算初始熔剂量；
根据所述铁矿石量、所述初始熔剂量、预设初始焦比以及预设初始煤比计算炉渣量和炉渣成分；
基于计算出的炉渣量和炉渣成分校核炉渣中的碱性氧化物是否满足预设脱硫标准；若不满足预设脱硫标准，则调整初始熔剂量后重新计算新的炉渣量和炉渣成分，直至炉渣中的碱性氧化物满足预设脱硫标准；若满足预设脱硫标准，则基于风口回旋区的煤气量及煤气成分、初始铁的直接还原度计算煤气利用率；
判断所述煤气利用率是否小于等于预设热力学限制值；若小于等于预设热力学限制值，则判定当前时刻下的目标高炉满足物料平衡；若大于预设热力学限制值，则判定当前时刻下的目标高炉不满足物料平衡。
可选地，基于风口回旋区的煤气量及煤气成分、初始铁的直接还原度计算煤气利用率的过程包括：
在炉渣中的碱性氧化物满足脱硫标准后，根据所述每种含铁炉料的成分、所述铁矿石量、满足脱硫标准时的熔剂量、预设初始煤比、预设初始焦比和所述元素分配率核算铁水成分；
判断核算出的铁水成分是否满足预设要求；若不满足，则调整预设初始煤比、预设初始焦比和初始富氢气体喷吹量，并在完成调整后重新核算铁水成分，直至新的铁水成分满足预设要求；若满足，则根据含铁炉料带入的碳、铁水渗碳及铁水中元素还原耗碳来计算风量；
根据计算出的风量、每种含铁炉料的成分、满足铁水成分核算时的焦比、满足铁水成分核算时的煤比来计算风口回旋区的煤气量及煤气成分，并基于风口回旋区的煤气量及煤气成分、初始铁的直接还原度计算煤气利用率。
可选地，判断所述目标高炉冶炼时是否满足能量平衡的过程有：
获取满足物料平衡时的焦比、满足物料平衡时的煤比和满足物料平衡时的富氢气体喷吹量，并根据满足物料平衡时的焦比和对应的发热值计算出焦炭热值，根据满足物料平衡时的煤比和对应的发热值计算出煤比热值，根据满足物料平衡时的富氢气体和对应的发热值计算出富氢气体热值；
获取所述风量进入所述目标高炉时带入的热值，以及将富氢气体喷吹至目标高炉时带入的热值；
对所述焦炭热值、所述煤比热值、所述富氢气体热值、所述风量进入所述目标高炉时带入的热值和将富氢气体喷吹至目标高炉时带入的热值进行相加，并将相加结果作为能量收入值；
计算所述能量收入值与能量支出值的差值，并判断所述差值除以所述能量收入值后的结果是否大于等于预设比值；若大于等于，则判定当前时刻下的目标高炉满足能量平衡；若小于，则判定当前时刻下的目标高炉不满足能量平衡；
其中，所述能量支出值包括以下至少之一：每种含铁炉料的带入氧化物分解热、铁还原耗热、硅还原耗热、锰还原耗热、磷还原耗热、硫还原耗热、铁水焓、炉渣焓、煤气焓、煤气热值。
可选地，所述多种含铁炉料包括烧结矿、球团矿、块矿、含碳球团、废钢、金属化球团、铁焦中的至少两种。
可选地，所述目标高炉的冶炼指标包括：全铁含量、还原性、低温还原粉化性、软化开始温度和软化区间。
可选地，所述目标高炉的冶炼约束条件包括：全铁含量大于等于60％、还原性大于等于 79％、低温还原粉化性大于等于72％、软化开始温度大于等于1100℃、软化区间大于等于60℃且小于等于100℃。
本发明还提供一种低碳高炉的冶炼成本控制系统，所述系统包括有：
数据采集模块，用于获取多种含铁炉料的基础数据以及每种含铁炉料对目标高炉的最大供应比例，所述基础数据包括：成分、冶金性能和生产成本；
冶炼指标模块，用于获取所述目标高炉的所有冶炼指标，并基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系；
供应配比模块，用于获取所述目标高炉的冶炼约束条件，并根据所述冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，记为含铁炉料供应配比集；
目标函数模块，用于根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数；
冶炼成本控制模块，用于计算所述冶炼成本目标函数在所述含铁炉料供应配比集下冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出所述冶炼成本目标函数在最小成本值时的含铁炉料供应配比。
如上所述，本发明提供一种低碳高炉的冶炼成本控制方法及系统，具有以下有益效果：本发明首先获取多种含铁炉料的成分、冶金性能和生产成本，以及每种含铁炉料对目标高炉的最大供应比例；然后再获取目标高炉的所有冶炼指标，并基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系；以及根据目标高炉的冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，记为含铁炉料供应配比集；并根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数；最后计算冶炼成本目标函数在含铁炉料供应配比集下冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出冶炼成本目标函数在最小成本值时的含铁炉料供应配比。由此可知，本发明通过将冶炼预设数量钢铁的成本(例如吨铁成本)与多种含铁炉料的成分、冶金性能和生产成本联系起来，在满足高炉冶炼指标要求和降低焦比的冶炼约束条件下，可以确定出利用多种含铁炉料进行高炉冶炼吨铁时的最低成本，以及最低成本所对应的含铁炉料配比方案，从而方便钢铁生产企业在进行高炉冶炼时，按照最低成本所对应的含铁炉料配比方案优化高炉的炉料结构，不仅可以提高含铁炉料在高炉内的冶炼效率以及降低焦比，还能满足低碳要求。所以，本发明在确保高炉顺利运行的条件下还可以提供不同含铁炉料的低成本配比方案，并且相较于高炉的原始冶炼条件，本发明不仅能达到降低焦比的目的，还可以根据市场含铁炉料的成本波动而随时实现每座高炉在各自原料条件下进行低成本的低碳冶炼。
附图说明
图1为一实施例提供的低碳高炉的成本控制方法的流程示意图；
图2为另一实施例提供的低碳高炉的成本控制方法的流程示意图；
图3为一实施例提供的确定高炉最低成本的流程示意图；
图4为一实施例提供的低碳高炉的成本控制系统的硬件结构示意图；
图5为另一实施例提供的低碳高炉的成本控制系统的硬件结构示意图。
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。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一：
请参阅图1所示，本实施例提供一种低碳高炉的冶炼成本控制方法，该方法包括以下步骤：
S100，获取多种含铁炉料的基础数据以及每种含铁炉料对目标高炉的最大供应比例，基础数据包括：成分、冶金性能和生产成本。在本实施例中，含铁炉料的基础数据和最大供应比例可以由外部人员直接输入，也可以由服务器或处理器从预先存储有含铁炉料的基础数据和最大供应比例的数据库中进行获取。作为示例，本实施例中的含铁炉料包括但不限于烧结矿、球团矿、块矿、含碳球团、废钢、金属化球团、铁焦；例如，某个高炉冶炼钢铁时所采用的含铁炉料可以是烧结矿、球团矿、块矿、废钢、含碳球团这五种，其中烧结矿的最大供应比例为S1＝0.80，球团矿的最大供应比例为S2＝0.50，块矿的最大供应比例为S3＝0.40，废钢的最大供应比例为S4＝0.25，含碳球团的最大供应比例为S5＝0.25。
S200，获取目标高炉的所有冶炼指标，并基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系。在本实施例中，目标高炉的冶炼指标包括但不限于：全铁含量、还原性、低温还原粉化性、软化开始温度和软化区间。具体地，基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系的过程可以是：根据每种含铁炉料的成分、冶金性能以及生产成本等数据，建立含铁炉料基础性能数据库；采集高炉实际生产过程中，不同生产工艺控制参数下，对应的炉料结构、含铁炉料成分和冶金性能、焦炭成分和生产成本等重要参数数据，建立高炉不同炉况的生产数据库；在钢铁厂的生产工艺参数指导下，根据含铁原料条件设计多组配比实验方案，检测各方案的成分、冶金性能等指标，获得不同配比方案下的性能指标数据；利用多元回归线性分析，确定高炉的冶炼指标与含铁炉料配比的关系，并分别建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系。例如可以建立冶炼指标与所有含铁炉料配比的线性关系，获取对应的线性公式。作为示例，本实施例中的全铁含量与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：TFe＝f1(s1，s2，s3，s4，s5)；还原性与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为： RI＝f2(s1，s2，s3，s4，s5)；低温还原粉化性与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为： RDI+3.15f3(s1，s2，s3，s4，s5)；软化开始温度与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：T10＝f4(s1，s2，s3，s4，s5)；软化区间与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：ΔT1＝f5(s1，s2，s3，s4，s5)。式中，TFe表示全铁含量，RI表示还原性，RDI+3.15表示低温还原粉化性，此时需要粒度大于3.15mm的烧结矿比例，T10表示软化开始温度，ΔT1表示软化区间；s1表示烧结矿的供应值，且s1≤S1；s2表示球团矿的供应值，且s2≤S2；s3表示块矿的供应值，且s3≤S3；s4表示废钢的供应值，且s4≤S4；s5表示含碳球团的供应值，且s5≤S5。
S300，获取目标高炉的冶炼约束条件，并根据冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，记为含铁炉料供应配比集。其中，本实施例中目标高炉的冶炼约束条件可以是满足低碳冶炼时的冶炼约束条件，例如可以为：全铁含量大于等于60％、还原性大于等于79％、低温还原粉化性大于等于72％、软化开始温度大于等于1100℃、软化区间大于等于60℃且小于等于100℃；即TFe≥60％， RI≥79％，RDI+3.15≥72％，T10≥1100℃，60℃≤ΔT1≤100℃。
根据上述记载，根据冶炼约束条件和所有冶炼指标的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比的过程包括：
对每种含铁炉料随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料随机生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例；
若大于，则返回上一步骤，对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例；若小于等于，则将当前时刻下每种含铁炉料的供应值进行组合，形成待核对供应配比，以及根据所述冶炼约束条件确定每个冶炼指标的取值区间。
在每种含铁炉料随机生成的供应值小于等于各自的最大供应比例时，根据当前时刻的待核对供应配比、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系计算当前时刻下每个冶炼指标的数值，并判断计算出的每个冶炼指标的数值是否同时位于对应的取值区间内。
若每个冶炼指标的数值不同时位于对应的取值区间内，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例，直至随机生成供应值的次数大于预设次数。若计算出的每个冶炼指标的数值同时位于对应的取值区间内，则获取所述目标高炉的冶炼基础条件，并判断所述目标高炉是否满足所述冶炼基础条件；其中，所述冶炼基础条件至少包括：物料平衡和能量平衡。本实施例在判断目标高炉是否满足物料平衡和能量平衡时，可以先判断目标高炉是否满足物料平衡，然后在目标高炉满足物料平衡的基础上再判断目标高炉是否满足能量平衡。
如果目标高炉不满足所述冶炼基础条件，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例。如果目标高炉满足所述冶炼基础条件，则根据当前时刻下的待核对供应配比计算所述目标高炉冶炼预设数量钢铁的含铁炉料消耗量以及复合焦比；并获取所述目标高炉冶炼预设数量钢铁时的原始焦比，判断所述复合焦比是否小于等于所述原始焦比；若所述复合焦比小于等于所述原始焦比，则存储当前时刻的待核对供应配比，并将当前时刻存储的所有待核对供应配比关联形成一个含铁炉料供应配比集；若所述复合焦比大于所述原始焦比，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例，直至随机生成供应值的次数大于预设次数。
根据上述记载，上述步骤在判断所述目标高炉是否满足物料平衡时的过程包括：获取目标高炉的冶炼工艺参数，所述目标高炉的冶炼工艺参数至少包括：元素分配率、炉渣碱度、初始铁的直接还原度和初始富氢气体喷吹量；根据所述元素分配率和每种含铁炉料的成分计算铁矿石量，以及根据所述炉渣碱度计算初始熔剂量；根据所述铁矿石量、所述初始熔剂量、预设初始焦比以及预设初始煤比计算炉渣量和炉渣成分；基于计算出的炉渣量和炉渣成分校核炉渣中的碱性氧化物是否满足预设脱硫标准；若不满足预设脱硫标准，则调整初始熔剂量后重新计算新的炉渣量和炉渣成分，直至炉渣中的碱性氧化物满足预设脱硫标准；若满足预设脱硫标准，则在炉渣中的碱性氧化物满足脱硫标准后，根据所述每种含铁炉料的成分、所述铁矿石量、满足脱硫标准时的熔剂量、预设初始煤比、预设初始焦比和所述元素分配率核算铁水成分；判断核算出的铁水成分是否满足预设要求；若不满足，则调整预设初始煤比、预设初始焦比和初始富氢气体喷吹量，并在完成调整后重新核算铁水成分，直至新的铁水成分满足预设要求；若满足，则根据含铁炉料带入的碳、铁水渗碳及铁水中元素还原耗碳来计算风量；根据计算出的风量、每种含铁炉料的成分、满足铁水成分核算时的焦比、满足铁水成分核算时的煤比来计算风口回旋区的煤气量及煤气成分，并基于风口回旋区的煤气量及煤气成分、初始铁的直接还原度计算煤气利用率；判断所述煤气利用率是否小于等于预设热力学限制值；若小于等于预设热力学限制值，则判定当前时刻下的目标高炉满足物料平衡；若大于预设热力学限制值，则判定当前时刻下的目标高炉不满足物料平衡。作为示例，本实施例中的预设热力学限制值可以根据实际情况进行设定，例如预设热力学限制值可以设置为 49.5％。本实施例在喷吹富氢介质后让高炉满足物料平衡，可以让煤气利用率满足铁氧化物还原的热力学条件。
根据上述记载，上述步骤在判断所述目标高炉冶炼时是否满足能量平衡时的过程有：获取满足物料平衡时的焦比、满足物料平衡时的煤比和满足物料平衡时的富氢气体喷吹量，并根据满足物料平衡时的焦比和对应的发热值计算出焦炭热值，根据满足物料平衡时的煤比和对应的发热值计算出煤比热值，根据满足物料平衡时的富氢气体和对应的发热值计算出富氢气体热值；获取所述风量进入所述目标高炉时带入的热值，以及将富氢气体喷吹至目标高炉时带入的热值；对所述焦炭热值、所述煤比热值、所述富氢气体热值、所述风量进入所述目标高炉时带入的热值和将富氢气体喷吹至目标高炉时带入的热值进行相加，并将相加结果作为能量收入值；计算所述能量收入值与能量支出值的差值，并判断所述差值除以所述能量收入值后的结果是否大于等于预设比值；若大于等于，则判定当前时刻下的目标高炉满足能量平衡；若小于，则判定当前时刻下的目标高炉不满足能量平衡；其中，所述能量支出值包括以下至少之一：每种含铁炉料的带入氧化物分解热、铁还原耗热、硅还原耗热、锰还原耗热、磷还原耗热、硫还原耗热、铁水焓、炉渣焓、煤气焓、煤气热值。作为示例，本实施例中的预设比值可以根据实际情况进行设定，例如预设比值可以设置为5％。本实施例在喷吹富氢介质后让高炉满足能量平衡，可以确保高炉的热量收支平衡。
S400，根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数。作为示例，例如某个高炉冶炼钢铁时所采用的含铁炉料类别是烧结矿、球团矿、块矿、废钢、含碳球团这五种，烧结矿的生产成本为A元，球团矿的生产成本为B元，块矿的生产成本为 C元，废钢的生产成本为D元，含碳球团的生产成本为E元；则对高炉建立的冶炼成本目标函数可以为：Y＝A*s1+B*s2+C*s3+D*s4+E*s5；式中，s1表示烧结矿的供应值，且s1≤S1；s2表示球团矿的供应值，且s2≤S2；s3表示块矿的供应值，且s3≤S3；s4表示废钢的供应值，且s4≤S4；s5表示含碳球团的供应值，且s5≤S5。
S500，计算冶炼成本目标函数在含铁炉料供应配比集下冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出冶炼成本目标函数在最小成本值时的含铁炉料供应配比。本实施例中的预设数量可以根据实际情况进行设定，例如可以设置为单吨，即计算冶炼成本目标函数Y在含铁炉料供应配比集下冶炼单吨钢铁时的最小成本值Ymin，以及输出最小成本值Ymin所对应的 s1、s2、s3、s4和s5。
综上所述，本实施例提供一种低碳高炉的冶炼成本控制方法，首先获取多种含铁炉料的成分、冶金性能和生产成本，以及每种含铁炉料对目标高炉的最大供应比例；然后再获取目标高炉的所有冶炼指标，并基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系；以及根据目标高炉的冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，记为含铁炉料供应配比集；并根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数；最后计算冶炼成本目标函数在含铁炉料供应配比集下冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出冶炼成本目标函数在最小成本值时的含铁炉料供应配比。由此可知，本实施例通过将冶炼单吨钢铁的成本(即吨铁成本)与多种含铁炉料的成分、冶金性能和生产成本联系起来，在满足高炉冶炼指标要求和降低焦比的冶炼约束条件下，可以确定出利用多种含铁炉料进行高炉冶炼吨铁时的最低成本，以及最低成本所对应的含铁炉料配比方案，从而方便钢铁生产企业在进行高炉冶炼时，按照最低成本所对应的含铁炉料配比方案优化高炉的炉料结构，不仅可以提高含铁炉料在高炉内的冶炼效率以及降低焦比，还能满足低碳要求。所以，本实施例在确保高炉顺利运行的条件下还可以提供不同含铁炉料的低成本配比方案，并且相较于高炉的原始冶炼条件，本实施例不仅能达到降低焦比的目的，还可以根据市场含铁炉料的成本波动而随时实现每座高炉在各自原料条件下进行低成本的低碳冶炼。
实施例二：
如图2和图3所示，本实施例提供一种低碳高炉的冶炼成本控制方法，该方法包括以下步骤：
采集多种含铁炉料的成分、冶金性能以及生产成本数据，并建立含铁炉料基础性能数据库；
采集高炉实际生产过程中，不同生产工艺控制参数下，对应的炉料结构、含铁炉料成分、含铁炉料冶金性能、焦炭成分和含铁炉料生产成本等重要参数数据，并建立高炉生产数据库；
根据含铁炉料的成分数据设计炉料配比方案，并根据目标高炉的生产工艺条件，完成配比方案的成分及冶金性能检测，以及利用多元回归分析建立目标高炉各个冶炼指标与含铁炉料配比的线性关系；
选择高炉历史生产数据，对所有数据进行缺失值和异常值处理，再对高炉数据进行样本聚类分析，获得最优产量及能耗指标下对应的含铁炉料的成分和冶金性能参数区间；
以吨铁成本最低为目标，根据最优含铁炉料的成分和性能指标约束区间构建优化计算模型，以降低焦比为基础条件，采用优化算法计算获得吨铁成本最低的复合含铁炉料配比方案。
具体地，某钢铁公司高炉可用含铁炉料有烧结矿、球团矿、块矿、废钢、含碳球团五种，不同含铁炉料对高炉用料的最大供应比例分别为S1＝0.80、S2＝0.50、S3＝0.40、S4＝0.25、S5＝0.25。
确定复合含铁炉料冶金性能指标与不同含铁炉料配比的关系，包括：设计30组(尽可能涵盖每一含铁炉料的多种配比)性能检测实验，所述性能检测实验包括还原实验、低温还原粉化实验、软熔滴落性能检测实验等，每组实验中的含铁炉料配比满足si≤Si。将配好的30组复合含铁炉料按照性能检测实验规范进行检测，相关实验参数参考钢铁厂实际生产工艺，测定得到每一组复合含铁炉料的还原性RI、低温还原粉化性RDI、软化开始温度T10、软化区间ΔT1等冶炼指标，再采用多元回归分析方法得到这些冶炼指标与含铁炉料配比的线性关系，如/>此外，当某个钢铁厂内含铁炉料资源发生变化时，需要重新设计性能检测实验，重新确定含铁炉料成分、含铁炉料冶金性能与含铁炉料配比的关系。若含铁炉料种类和成分没有发生变化，则可根据含铁炉料市场价的波动随时优化含铁炉料配比，寻求满足冶炼要求和降低焦比的同时使得吨铁成本最低。
确定高炉最优含铁炉料的成分和冶金性能指标的约束区间，包括：根据收集的该钢铁厂高炉的历史生产数据，利用聚类分析对收集到的样本进行样本分类，并得到具有统一产量和能耗的分类组，对不同分类组的参数进行总结，筛选出产量优良，燃耗指标低的类别，总结出该类别下数据样本对应的含铁炉料成分和冶金性能指标范围，即确定出该钢铁厂高炉的冶炼约束条件，例如：TFe≥60％，RI≥79％，RDI+3.15≥72％，T10≥1100℃，60℃≤ΔT1≤ 100℃等。
对高炉的含铁炉料进行低碳配比优化计算，包括：将高炉含铁炉料的低碳成本冶炼优化转换为一个以吨铁成本最低为目标、以降低焦比为基础条件、以复合含铁炉料满足高炉冶炼的最优含铁炉料性能指标为约束条件的最优化计算过程。具体过程如下：
1)获取该钢铁厂高炉的冶炼约束条件，即由聚类分析得到最优含铁炉料成分和性能指标的要求，如：TFe≥60％，RI≥79％，RDI+3.15≥72％，T10≥1100℃，60℃≤ΔT1≤100℃。等，以及复合含铁炉料配比满足si≤Si。
2)获取该钢铁厂高炉的冶炼基础条件，并在物料及能量平衡计算下，获取复合含铁炉料的焦比低于原工况的焦比时所对应的含铁炉料供应配比，即获取C复合≤C原时的含铁炉料供应配比。
3)建立目标函数。以吨铁成本最低，即吨铁耗矿成本与焦炭成本之和最低。根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数。
4)成本计算过程。此次计算主要是获得能满足高炉冶炼中含铁炉料的成分和冶金性能的复合含铁炉料配矿方案，具体计算流程如图3所示：
步骤1：首先进行初始化，将随机生成供应值的起始值设置为0，并设置随机生成供应值的次数为30000次。即设置N＝0，以及Nmax＝30000。作为示例，随机生成供应值的次数还可以根据实际情况进行修改，本实施例仅以30000次进行举例说明。
步骤2：N＝N+1；
步骤3：对烧结矿、球团矿、块矿、废钢这四种含铁炉料随机生成一个供应值，并计算含碳球团的供应值。例如随机生成s1，s2，s3，s4，再计算s5＝1-s1-s2-s3-s4。
步骤4：判断s1，s2，s3，s4，s5各自的数值是否均大于等于零，且小于等于各自的最大供应比例；如果是，则基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系。如果不是，则返回步骤2。作为示例，本实施例中的全铁含量与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：TFe＝f1(s1，s2，s3，s4，s5)；还原性与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：RI＝f2(s1，s2，s3，s4，s5)；低温还原粉化性与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：RDI+3.15＝f3(s1，s2，s3，s4，s5)；软化开始温度与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：T10＝f4(s1，s2，s3，s4，s5)；软化区间与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：ΔT1＝f5(s1，s2，s3，s4，s5)。式中，TFe表示全铁含量，RI表示还原性，RDI+3.15表示低温还原粉化性，此时需要粒度大于3.15mm的烧结矿比例，T10表示软化开始温度，ΔT1表示软化区间；s1表示烧结矿的供应值；s2表示球团矿的供应值；s3表示块矿的供应值；s4表示废钢的供应值；s5表示含碳球团的供应值。
步骤5：获取目标高炉的冶炼约束条件，即根据聚类分析得到最优含铁炉料成分和性能指标的要求，判断将当前时刻下每种含铁炉料的供应值进行组合后形成的待核对供应配比，是否满足TFe≥60％，RI≥79％，RDI+3.15≥72％，T10≥1100℃，60℃≤ΔT1≤100℃。如果不满足，则返回步骤2；如果满足，则在目标高炉在满足物料平衡和能量平衡后，根据当前时刻下的待核对供应配比计算得到吨铁耗矿量和复合焦比。
步骤6：获取目标高炉的原始焦比，并判断所述复合焦比是否小于等于原始焦比；如果复合焦比小于等于原始焦比，则进入步骤7；如果复合焦比大于原始焦比，则返回步骤2。
步骤7：根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数，并根据每种含铁炉料、焦炭的生产成本，以及满足目标高炉的冶炼约束条件时的待核对供应配比、吨铁耗矿量和复合焦比计算吨铁成本。
步骤8：判断当前时刻随机生成供应值的次数N是否大于Nmax；如果大于，则进入步骤 9；如果小于，则返回步骤2；
步骤9：对比满足所有约束条件的含铁炉料供应配比组所对应的吨铁成本，输出最小成本值时所对应的含铁炉料供应配比。
经过上述计算，可计算出某个钢铁厂内目标高炉的吨铁成本最低为1760元，此时计算得到的复合焦比为300Kg/tHM，小于原炉况条件下的原始焦比330Kg/tHM，此时复合含铁炉料具体配比为s1＝0.65，s2＝0.05，s3＝0.15，s4＝0.10，s5＝0.05。
根据上述记载，上述步骤5还包括判断所述目标高炉是否满足物料平衡，包括：获取目标高炉的冶炼工艺参数，所述目标高炉的冶炼工艺参数至少包括：元素分配率、炉渣碱度、初始铁的直接还原度和初始富氢气体喷吹量；根据所述元素分配率和每种含铁炉料的成分计算铁矿石量，以及根据所述炉渣碱度计算初始熔剂量；根据所述铁矿石量、所述初始熔剂量、预设初始焦比以及预设初始煤比计算炉渣量和炉渣成分；基于计算出的炉渣量和炉渣成分校核炉渣中的碱性氧化物是否满足预设脱硫标准；若不满足预设脱硫标准，则调整初始熔剂量后重新计算新的炉渣量和炉渣成分，直至炉渣中的碱性氧化物满足预设脱硫标准；若满足预设脱硫标准，则在炉渣中的碱性氧化物满足脱硫标准后，根据所述每种含铁炉料的成分、所述铁矿石量、满足脱硫标准时的熔剂量、预设初始煤比、预设初始焦比和所述元素分配率核算铁水成分；判断核算出的铁水成分是否满足预设要求；若不满足，则调整预设初始煤比、预设初始焦比和初始富氢气体喷吹量，并在完成调整后重新核算铁水成分，直至新的铁水成分满足预设要求；若满足，则根据含铁炉料带入的碳、铁水渗碳及铁水中元素还原耗碳来计算风量；根据计算出的风量、每种含铁炉料的成分、满足铁水成分核算时的焦比、满足铁水成分核算时的煤比来计算风口回旋区的煤气量及煤气成分，并基于风口回旋区的煤气量及煤气成分、初始铁的直接还原度计算煤气利用率；判断所述煤气利用率是否小于等于预设热力学限制值；若小于等于预设热力学限制值，则判定当前时刻下的目标高炉满足物料平衡；若大于预设热力学限制值，则判定当前时刻下的目标高炉不满足物料平衡。作为示例，本实施例中的预设热力学限制值可以根据实际情况进行设定，例如预设热力学限制值可以设置为 49.5％。本实施例在喷吹富氢介质后让高炉满足物料平衡，可以让煤气利用率满足铁氧化物还原的热力学条件。
根据上述记载，上述步骤5还包括判断所述目标高炉冶炼时是否满足能量平衡，包括：获取满足物料平衡时的焦比、满足物料平衡时的煤比和满足物料平衡时的富氢气体喷吹量，并根据满足物料平衡时的焦比和对应的发热值计算出焦炭热值，根据满足物料平衡时的煤比和对应的发热值计算出煤比热值，根据满足物料平衡时的富氢气体和对应的发热值计算出富氢气体热值；获取所述风量进入所述目标高炉时带入的热值，以及将富氢气体喷吹至目标高炉时带入的热值；对所述焦炭热值、所述煤比热值、所述富氢气体热值、所述风量进入所述目标高炉时带入的热值和将富氢气体喷吹至目标高炉时带入的热值进行相加，并将相加结果作为能量收入值；计算所述能量收入值与能量支出值的差值，并判断所述差值除以所述能量收入值后的结果是否大于等于预设比值；若大于等于，则判定当前时刻下的目标高炉满足能量平衡；若小于，则判定当前时刻下的目标高炉不满足能量平衡；其中，所述能量支出值包括以下至少之一：每种含铁炉料的带入氧化物分解热、铁还原耗热、硅还原耗热、锰还原耗热、磷还原耗热、硫还原耗热、铁水焓、炉渣焓、煤气焓、煤气热值。作为示例，本实施例中的预设比值可以根据实际情况进行设定，例如预设比值可以设置为5％。本实施例在喷吹富氢介质后让高炉满足能量平衡，可以确保高炉的热量收支平衡。
综上所述，本实施例提供一种低碳高炉的冶炼成本控制方法，首先获取多种含铁炉料的成分、冶金性能和生产成本，以及每种含铁炉料对目标高炉的最大供应比例；然后再获取目标高炉的所有冶炼指标，并基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系；以及根据目标高炉的冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，记为含铁炉料供应配比集；并根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数；最后计算冶炼成本目标函数在含铁炉料供应配比集下冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出冶炼成本目标函数在最小成本值时的含铁炉料供应配比。由此可知，本实施例通过将冶炼单吨钢铁的成本(即吨铁成本)与多种含铁炉料的成分、冶金性能和生产成本联系起来，在满足高炉冶炼指标要求和降低焦比的冶炼约束条件下，可以确定出利用多种含铁炉料进行高炉冶炼吨铁时的最低成本，以及最低成本所对应的含铁炉料配比方案，从而方便钢铁生产企业在进行高炉冶炼时，按照最低成本所对应的含铁炉料配比方案优化高炉的炉料结构，不仅可以提高含铁炉料在高炉内的冶炼效率以及降低焦比，还能满足低碳要求。所以，本实施例在确保高炉顺利运行的条件下还可以提供不同含铁炉料的低成本配比方案，并且相较于高炉的原始冶炼条件，本实施例不仅能达到降低焦比的目的，还可以根据市场含铁炉料的成本波动而随时实现每座高炉在各自原料条件下进行低成本的低碳冶炼。
实施例三：
如图4所示，本实施例提供一种低碳高炉的冶炼成本控制系统，所述系统包括有：
数据采集模块M10，用于获取多种含铁炉料的基础数据以及每种含铁炉料对目标高炉的最大供应比例，所述基础数据包括：成分、冶金性能和生产成本。在本实施例中，含铁炉料的基础数据和最大供应比例可以由外部人员直接输入，也可以由服务器或处理器从预先存储有含铁炉料的基础数据和最大供应比例的数据库中进行获取。作为示例，本实施例中的含铁炉料包括但不限于烧结矿、球团矿、块矿、含碳球团、废钢、金属化球团、铁焦；例如，某个高炉冶炼钢铁时所采用的含铁炉料可以是烧结矿、球团矿、块矿、废钢、含碳球团这五种，其中烧结矿的最大供应比例为S1＝0.80，球团矿的最大供应比例为S2＝0.50，块矿的最大供应比例为S3＝0.40，废钢的最大供应比例为S4＝0.25，含碳球团的最大供应比例为S5＝0.25。
冶炼指标模块M20，用于获取所述目标高炉的所有冶炼指标，并基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系。在本实施例中，目标高炉的冶炼指标包括但不限于：全铁含量、还原性、低温还原粉化性、软化开始温度和软化区间。具体地，基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系的过程可以是：根据每种含铁炉料的成分、冶金性能以及生产成本等数据，建立含铁炉料基础性能数据库；采集高炉实际生产过程中，不同生产工艺控制参数下，对应的炉料结构、含铁炉料成分和冶金性能、焦炭成分和生产成本等重要参数数据，建立高炉不同炉况的生产数据库；在钢铁厂的生产工艺参数指导下，根据含铁原料条件设计多组配比实验方案，检测各方案的成分、冶金性能等指标，获得不同配比方案下的性能指标数据；利用多元回归线性分析，确定高炉的冶炼指标与含铁炉料配比的关系，并分别建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系。例如可以建立冶炼指标与所有含铁炉料配比的线性关系，获取对应的线性公式。作为示例，本实施例中的全铁含量与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：TFe＝f1(s1，s2，s3，s4，s5)；还原性与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为： RI＝f2(s1，s2，s3，s4，s5)；低温还原粉化性与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为： RDI+3.15＝f3(s1，s2，s3，s4，s5)；软化开始温度与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：T10＝f4(s1，s2，s3，s4，s5)；软化区间与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：ΔT1＝f5(s1，s2，s3，s4，s5)。式中，TFe表示全铁含量，RI表示还原性，RDI+3.15表示低温还原粉化性，此时需要粒度大于3.15mm的烧结矿比例，T10表示软化开始温度，ΔT1表示软化区间；s1表示烧结矿的供应值，且s1≤S1；s2表示球团矿的供应值，且s2≤S2；s3表示块矿的供应值，且s3≤S3；s4表示废钢的供应值，且s4≤S4；s5表示含碳球团的供应值，且s5≤S5。
供应配比模块M30，用于获取所述目标高炉的冶炼约束条件，并根据所述冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，记为含铁炉料供应配比集。其中，本实施例中目标高炉的冶炼约束条件可以是满足低碳冶炼时的冶炼约束条件，例如可以为：全铁含量大于等于60％、还原性大于等于79％、低温还原粉化性大于等于72％、软化开始温度大于等于1100℃、软化区间大于等于60℃且小于等于 100℃；即TFe≥60％，RI≥79％，RDI+3.15≥72％，T10≥1100℃，60℃≤ΔT1≤100℃。
根据上述记载，根据冶炼约束条件和所有冶炼指标的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比的过程包括：
对每种含铁炉料随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料随机生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例；
若大于，则返回上一步骤，对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例；若小于等于，则将当前时刻下每种含铁炉料的供应值进行组合，形成待核对供应配比，以及根据所述冶炼约束条件确定每个冶炼指标的取值区间。
在每种含铁炉料随机生成的供应值小于等于各自的最大供应比例时，根据当前时刻的待核对供应配比、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系计算当前时刻下每个冶炼指标的数值，并判断计算出的每个冶炼指标的数值是否同时位于对应的取值区间内。
若每个冶炼指标的数值不同时位于对应的取值区间内，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例，直至随机生成供应值的次数大于预设次数。若计算出的每个冶炼指标的数值同时位于对应的取值区间内，则获取所述目标高炉的冶炼基础条件，并判断所述目标高炉是否满足所述冶炼基础条件；其中，所述冶炼基础条件至少包括：物料平衡和能量平衡。本实施例在判断目标高炉是否满足物料平衡和能量平衡时，可以先判断目标高炉是否满足物料平衡，然后在目标高炉满足物料平衡的基础上再判断目标高炉是否满足能量平衡。
如果目标高炉不满足所述冶炼基础条件，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例。如果目标高炉满足所述冶炼基础条件，则根据当前时刻下的待核对供应配比计算所述目标高炉冶炼预设数量钢铁的含铁炉料消耗量以及复合焦比；并获取所述目标高炉冶炼预设数量钢铁时的原始焦比，判断所述复合焦比是否小于等于所述原始焦比；若所述复合焦比小于等于所述原始焦比，则存储当前时刻的待核对供应配比，并将当前时刻存储的所有待核对供应配比关联形成一个含铁炉料供应配比集；若所述复合焦比大于所述原始焦比，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例，直至随机生成供应值的次数大于预设次数。
根据上述记载，上述步骤在判断所述目标高炉是否满足物料平衡时的过程包括：获取目标高炉的冶炼工艺参数，所述目标高炉的冶炼工艺参数至少包括：元素分配率、炉渣碱度、初始铁的直接还原度和初始富氢气体喷吹量；根据所述元素分配率和每种含铁炉料的成分计算铁矿石量，以及根据所述炉渣碱度计算初始熔剂量；根据所述铁矿石量、所述初始熔剂量、预设初始焦比以及预设初始煤比计算炉渣量和炉渣成分；基于计算出的炉渣量和炉渣成分校核炉渣中的碱性氧化物是否满足预设脱硫标准；若不满足预设脱硫标准，则调整初始熔剂量后重新计算新的炉渣量和炉渣成分，直至炉渣中的碱性氧化物满足预设脱硫标准；若满足预设脱硫标准，则在炉渣中的碱性氧化物满足脱硫标准后，根据所述每种含铁炉料的成分、所述铁矿石量、满足脱硫标准时的熔剂量、预设初始煤比、预设初始焦比和所述元素分配率核算铁水成分；判断核算出的铁水成分是否满足预设要求；若不满足，则调整预设初始煤比、预设初始焦比和初始富氢气体喷吹量，并在完成调整后重新核算铁水成分，直至新的铁水成分满足预设要求；若满足，则根据含铁炉料带入的碳、铁水渗碳及铁水中元素还原耗碳来计算风量；根据计算出的风量、每种含铁炉料的成分、满足铁水成分核算时的焦比、满足铁水成分核算时的煤比来计算风口回旋区的煤气量及煤气成分，并基于风口回旋区的煤气量及煤气成分、初始铁的直接还原度计算煤气利用率；判断所述煤气利用率是否小于等于预设热力学限制值；若小于等于预设热力学限制值，则判定当前时刻下的目标高炉满足物料平衡；若大于预设热力学限制值，则判定当前时刻下的目标高炉不满足物料平衡。作为示例，本实施例中的预设热力学限制值可以根据实际情况进行设定，例如预设热力学限制值可以设置为 49.5％。本实施例在喷吹富氢介质后让高炉满足物料平衡，可以让煤气利用率满足铁氧化物还原的热力学条件。
根据上述记载，上述步骤在判断所述目标高炉冶炼时是否满足能量平衡时的过程有：获取满足物料平衡时的焦比、满足物料平衡时的煤比和满足物料平衡时的富氢气体喷吹量，并根据满足物料平衡时的焦比和对应的发热值计算出焦炭热值，根据满足物料平衡时的煤比和对应的发热值计算出煤比热值，根据满足物料平衡时的富氢气体和对应的发热值计算出富氢气体热值；获取所述风量进入所述目标高炉时带入的热值，以及将富氢气体喷吹至目标高炉时带入的热值；对所述焦炭热值、所述煤比热值、所述富氢气体热值、所述风量进入所述目标高炉时带入的热值和将富氢气体喷吹至目标高炉时带入的热值进行相加，并将相加结果作为能量收入值；计算所述能量收入值与能量支出值的差值，并判断所述差值除以所述能量收入值后的结果是否大于等于预设比值；若大于等于，则判定当前时刻下的目标高炉满足能量平衡；若小于，则判定当前时刻下的目标高炉不满足能量平衡；其中，所述能量支出值包括以下至少之一：每种含铁炉料的带入氧化物分解热、铁还原耗热、硅还原耗热、锰还原耗热、磷还原耗热、硫还原耗热、铁水焓、炉渣焓、煤气焓、煤气热值。作为示例，本实施例中的预设比值可以根据实际情况进行设定，例如预设比值可以设置为5％。本实施例在喷吹富氢介质后让高炉满足能量平衡，可以确保高炉的热量收支平衡。
目标函数模块M40，用于根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数。作为示例，例如某个高炉冶炼钢铁时所采用的含铁炉料类别是烧结矿、球团矿、块矿、废钢、含碳球团这五种，烧结矿的生产成本为A元，球团矿的生产成本为B元，块矿的生产成本为C元，废钢的生产成本为D元，含碳球团的生产成本为E元；则对高炉建立的冶炼成本目标函数可以为：Y＝A*s1+B*s2+C*s3+D*s4+E*s5；式中，s1表示烧结矿的供应值，且s1≤S1；s2表示球团矿的供应值，且s2≤S2；s3表示块矿的供应值，且 s3≤S3；s4表示废钢的供应值，且s4≤S4；s5表示含碳球团的供应值，且s5≤S5。
冶炼成本控制模块M50，用于计算所述冶炼成本目标函数在所述含铁炉料供应配比集下冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出所述冶炼成本目标函数在最小成本值时的含铁炉料供应配比。本实施例中的预设数量可以根据实际情况进行设定，例如可以设置为单吨，即计算冶炼成本目标函数Y在含铁炉料供应配比集下冶炼单吨钢铁时的最小成本值Ymin，以及输出最小成本值Ymin所对应的s1、s2、s3、s4和s5。
具体地，本实施例中的低碳高炉的冶炼成本控制系统还可以用于执行以下步骤：
步骤1：首先进行初始化，将随机生成供应值的起始值设置为0，并设置随机生成供应值的次数为30000次。即设置N＝0，以及Nmax＝30000。作为示例，随机生成供应值的次数还可以根据实际情况进行修改，本实施例仅以30000次进行举例说明。
步骤2：N＝N+1；
步骤3：对烧结矿、球团矿、块矿、废钢这四种含铁炉料随机生成一个供应值，并计算含碳球团的供应值。例如随机生成s1，s2，s3，s4，再计算s5＝1-s1-s2-s3-s4。
步骤4：判断s1，s2，s3，s4，s5各自的数值是否均大于等于零，且小于等于各自的最大供应比例；如果是，则基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系。如果不是，则返回步骤2。作为示例，本实施例中的全铁含量与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：TFe＝f1(s1，s2，s3，s4，s5)；还原性与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：RI＝f2(s1，s2，s3，s4，s5)；低温还原粉化性与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：RDI+3.15＝f3(s1，s2，s3，s4，s5)；软化开始温度与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：T10＝f4(s1，s2，s3，s4，s5)；软化区间与所有含铁炉料的供应比例关系可以表示为：ΔT1＝f5(s1，s2，s3，s4，s5)。式中，TFe表示全铁含量，RI表示还原性，RDI+3.15表示低温还原粉化性，此时需要粒度大于3.15mm的烧结矿比例，T10表示软化开始温度，ΔT1表示软化区间；s1表示烧结矿的供应值；s2表示球团矿的供应值；s3表示块矿的供应值；s4表示废钢的供应值；s5表示含碳球团的供应值。
步骤5：获取目标高炉的冶炼约束条件，即根据聚类分析得到最优含铁炉料成分和性能指标的要求，判断将当前时刻下每种含铁炉料的供应值进行组合后形成的待核对供应配比，是否满足TFe≥60％，RI≥79％，RDI+3.15≥72％，T10≥1100℃，60℃≤ΔT1≤100℃。如果不满足，则返回步骤2；如果满足，则在目标高炉在满足物料平衡和能量平衡后，根据当前时刻下的待核对供应配比计算得到吨铁耗矿量和复合焦比。
步骤6：获取目标高炉的原始焦比，并判断所述复合焦比是否小于等于原始焦比；如果复合焦比小于等于原始焦比，则进入步骤7；如果复合焦比大于原始焦比，则返回步骤2。
步骤7：根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数，并根据每种含铁炉料、焦炭的生产成本，以及满足目标高炉的冶炼约束条件时的待核对供应配比、吨铁耗矿量和复合焦比计算吨铁成本。
步骤8：判断当前时刻随机生成供应值的次数N是否大于Nmax；如果大于，则进入步骤 9；如果小于，则返回步骤2；
步骤9：对比满足所有约束条件的含铁炉料供应配比组所对应的吨铁成本，输出最小成本值时所对应的含铁炉料供应配比。
经过上述计算，可计算出某个钢铁厂内目标高炉的吨铁成本最低为1760元，此时计算得到的复合焦比为300Kg/tHM，小于原炉况条件下的原始焦比330Kg/tHM，此时复合含铁炉料具体配比为s1＝0.65，s2＝0.05，s3＝0.15，s4＝0.10，s5＝0.05。
综上所述，本实施例提供一种低碳高炉的冶炼成本控制系统，首先获取多种含铁炉料的成分、冶金性能和生产成本，以及每种含铁炉料对目标高炉的最大供应比例；然后再获取目标高炉的所有冶炼指标，并基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系；以及根据目标高炉的冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，记为含铁炉料供应配比集；并根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数；最后计算冶炼成本目标函数在含铁炉料供应配比集下冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出冶炼成本目标函数在最小成本值时的含铁炉料供应配比。由此可知，本实施例通过将冶炼单吨钢铁的成本(即吨铁成本)与多种含铁炉料的成分、冶金性能和生产成本联系起来，在满足高炉冶炼指标要求和降低焦比的冶炼约束条件下，可以确定出利用多种含铁炉料进行高炉冶炼吨铁时的最低成本，以及最低成本所对应的含铁炉料配比方案，从而方便钢铁生产企业在进行高炉冶炼时，按照最低成本所对应的含铁炉料配比方案优化高炉的炉料结构，不仅可以提高含铁炉料在高炉内的冶炼效率以及降低焦比，还能满足低碳要求。所以，本实施例在确保高炉顺利运行的条件下还可以提供不同含铁炉料的低成本配比方案，并且相较于高炉的原始冶炼条件，本实施例不仅能达到降低焦比的目的，还可以根据市场含铁炉料的成本波动而随时实现每座高炉在各自原料条件下进行低成本的低碳冶炼。
实施例四：
如图5所示，本实施例提供一种低碳高炉的冶炼成本控制系统，所述系统包括有：
含铁炉料数据采集模块，用于采集多种含铁炉料的成分、冶金性能以及生产成本数据，并建立含铁炉料基础性能数据库；以及采集高炉实际生产过程中，不同生产工艺控制参数下，对应的炉料结构、含铁炉料成分、含铁炉料冶金性能、焦炭成分和含铁炉料生产成本等重要参数数据，并建立高炉生产数据库；
实验研究及分析模块，用于根据含铁炉料的成分数据设计炉料配比方案，并根据目标高炉的生产工艺条件，完成配比方案的成分及冶金性能检测，以及利用多元回归分析建立目标高炉各个冶炼指标与含铁炉料配比的线性关系；
约束区间建立模块，用于选择高炉历史生产数据，对所有数据进行缺失值和异常值处理，再对高炉数据进行样本聚类分析，获得最优产量及能耗指标下对应的含铁炉料的成分和冶金性能参数区间；
物料及能量平衡计算模块，用于计算获得配比方案的吨铁耗矿量及焦比，确定吨铁成本与复合含铁炉料配比的关系；
含铁炉料配比优化计算模块，用于以吨铁成本最低为目标，根据最优含铁炉料的成分和性能指标约束区间构建优化计算模型，以降低焦比为基础条件，采用优化算法计算获得吨铁成本最低的复合含铁炉料配比方案。
本实施例的具体实施过程及对应的技术效果参见实施例二，本实施例不再进行赘述。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。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 (5)

1.一种低碳高炉的冶炼成本控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取多种含铁炉料的基础数据以及每种含铁炉料对目标高炉的最大供应比例，所述基础数据包括：成分、冶金性能和生产成本；
获取所述目标高炉的所有冶炼指标，并基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系；
获取所述目标高炉的冶炼约束条件，并根据所述冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，记为含铁炉料供应配比集；
根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数；
计算所述冶炼成本目标函数在所述含铁炉料供应配比集下冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出所述冶炼成本目标函数在最小成本值时的含铁炉料供应配比；
根据所述冶炼约束条件和所有冶炼指标的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比的过程包括：
对每种含铁炉料随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料随机生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例；
若大于，则返回上一步骤，对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例；若小于等于，则将当前时刻下每种含铁炉料的供应值进行组合，形成待核对供应配比，以及根据所述冶炼约束条件确定每个冶炼指标的取值区间；
根据当前时刻的待核对供应配比、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系计算当前时刻下每个冶炼指标的数值，并判断计算出的每个冶炼指标的数值是否同时位于对应的取值区间内；
若计算出的每个冶炼指标的数值同时位于对应的取值区间内，则存储当前时刻的待核对供应配比，并将当前时刻存储的所有待核对供应配比关联形成一个含铁炉料供应配比集；
若每个冶炼指标的数值不同时位于对应的取值区间内，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例，直至随机生成供应值的次数大于预设次数；
若计算出的每个冶炼指标的数值同时位于对应的取值区间内，所述方法还包括：
获取所述目标高炉的冶炼基础条件，并判断所述目标高炉是否满足所述冶炼基础条件；其中，所述冶炼基础条件至少包括：物料平衡和能量平衡；
若所述目标高炉不满足所述冶炼基础条件，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例；
若所述目标高炉满足所述冶炼基础条件，则根据当前时刻下的待核对供应配比计算所述目标高炉冶炼预设数量钢铁的含铁炉料消耗量以及复合焦比；
获取所述目标高炉冶炼预设数量钢铁时的原始焦比，并判断所述复合焦比是否小于等于所述原始焦比；
若所述复合焦比小于等于所述原始焦比，则存储当前时刻的待核对供应配比，并将当前时刻存储的所有待核对供应配比关联形成一个含铁炉料供应配比集；
若所述复合焦比大于所述原始焦比，则对每种含铁炉料重新随机生成一个供应值，并判断对每种含铁炉料重新生成的供应值是否小于等于各自的最大供应比例，直至随机生成供应值的次数大于预设次数；
判断所述目标高炉是否满足物料平衡的过程包括：
获取目标高炉的冶炼工艺参数，所述目标高炉的冶炼工艺参数至少包括：元素分配率、炉渣碱度、初始铁的直接还原度和初始富氢气体喷吹量；
根据所述元素分配率和每种含铁炉料的成分计算铁矿石量，以及根据所述炉渣碱度计算初始熔剂量；
根据所述铁矿石量、所述初始熔剂量、预设初始焦比以及预设初始煤比计算炉渣量和炉渣成分；
基于计算出的炉渣量和炉渣成分校核炉渣中的碱性氧化物是否满足预设脱硫标准；若不满足预设脱硫标准，则调整初始熔剂量后重新计算新的炉渣量和炉渣成分，直至炉渣中的碱性氧化物满足预设脱硫标准；若满足预设脱硫标准，则基于风口回旋区的煤气量及煤气成分、初始铁的直接还原度计算煤气利用率；
判断所述煤气利用率是否小于等于预设热力学限制值；若小于等于预设热力学限制值，则判定当前时刻下的目标高炉满足物料平衡；若大于预设热力学限制值，则判定当前时刻下的目标高炉不满足物料平衡；
基于风口回旋区的煤气量及煤气成分、初始铁的直接还原度计算煤气利用率的过程包括：
在炉渣中的碱性氧化物满足脱硫标准后，根据所述每种含铁炉料的成分、所述铁矿石量、满足脱硫标准时的熔剂量、预设初始煤比、预设初始焦比和所述元素分配率核算铁水成分；
判断核算出的铁水成分是否满足预设要求；若不满足，则调整预设初始煤比、预设初始焦比和初始富氢气体喷吹量，并在完成调整后重新核算铁水成分，直至新的铁水成分满足预设要求；若满足，则根据含铁炉料带入的碳、铁水渗碳及铁水中元素还原耗碳来计算风量；
根据计算出的风量、每种含铁炉料的成分、满足铁水成分核算时的焦比、满足铁水成分核算时的煤比来计算风口回旋区的煤气量及煤气成分，并基于风口回旋区的煤气量及煤气成分、初始铁的直接还原度计算煤气利用率；
判断所述目标高炉冶炼时是否满足能量平衡的过程有：
获取满足物料平衡时的焦比、满足物料平衡时的煤比和满足物料平衡时的富氢气体喷吹量，并根据满足物料平衡时的焦比和对应的发热值计算出焦炭热值，根据满足物料平衡时的煤比和对应的发热值计算出煤比热值，根据满足物料平衡时的富氢气体和对应的发热值计算出富氢气体热值；
获取所述风量进入所述目标高炉时带入的热值，以及将富氢气体喷吹至目标高炉时带入的热值；
对所述焦炭热值、所述煤比热值、所述富氢气体热值、所述风量进入所述目标高炉时带入的热值和将富氢气体喷吹至目标高炉时带入的热值进行相加，并将相加结果作为能量收入值；
计算所述能量收入值与能量支出值的差值，并判断所述差值除以所述能量收入值后的结果是否大于等于预设比值；若大于等于，则判定当前时刻下的目标高炉满足能量平衡；若小于，则判定当前时刻下的目标高炉不满足能量平衡；
其中，所述能量支出值包括以下至少之一：每种含铁炉料的带入氧化物分解热、铁还原耗热、硅还原耗热、锰还原耗热、磷还原耗热、硫还原耗热、铁水焓、炉渣焓、煤气焓、煤气热值。
2.根据权利要求1所述的低碳高炉的冶炼成本控制方法，其特征在于，所述多种含铁炉料包括烧结矿、球团矿、块矿、含碳球团、废钢、金属化球团、铁焦中的至少两种。
3.根据权利要求1所述的低碳高炉的冶炼成本控制方法，其特征在于，所述目标高炉的冶炼指标包括：全铁含量、还原性、低温还原粉化性、软化开始温度和软化区间。
4.根据权利要求3所述的低碳高炉的冶炼成本控制方法，其特征在于，所述目标高炉的冶炼约束条件包括：全铁含量大于等于60％、还原性大于等于79％、低温还原粉化性大于等于72％、软化开始温度大于等于1100℃、软化区间大于等于60℃且小于等于100℃。
5.一种应用于如权利要求1至4中任一所述方法的低碳高炉的冶炼成本控制系统，其特征在于，所述系统包括有：
数据采集模块，用于获取多种含铁炉料的基础数据以及每种含铁炉料对目标高炉的最大供应比例，所述基础数据包括：成分、冶金性能和生产成本；
冶炼指标模块，用于获取所述目标高炉的所有冶炼指标，并基于每种含铁炉料的成分和冶金性能，建立每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系；
供应配比模块，用于获取所述目标高炉的冶炼约束条件，并根据所述冶炼约束条件、每个冶炼指标与所有含铁炉料的供应比例关系，确定同时包含每种含铁炉料的所有供应配比，记为含铁炉料供应配比集；
目标函数模块，用于根据含铁炉料的类别以及每种含铁炉料的生产成本，建立冶炼成本目标函数；
冶炼成本控制模块，用于计算所述冶炼成本目标函数在所述含铁炉料供应配比集下冶炼预设数量钢铁时的所有成本值，并输出所述冶炼成本目标函数在最小成本值时的含铁炉料供应配比。
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