新钢烧结配料整体优化程序的开发

张武刚

(新余钢铁集团有限公司，江西新余338001)

摘要: 为发挥各品种铁料的互补优势，降低烧结配料结构成本，新钢铁前系统采用线性规划算法，使用C#2012编程语言和SQL SEＲVEＲ 2012 数据库技术，结合新钢铁前系统的工艺特点，自主开发了烧结配料整体优化程序。该程序具有原料参数导入功能、计算结果导出功能、计算烧结矿最低吨矿或吨铁成本等功能。

关键词: 烧结配矿结构; 低成本配矿; 整体优化程序; 开发

0 前言

2011 年新钢在铁前配矿中开始使用“铁矿石—烧结—高炉炼铁”的全过程铁矿石冶金价值评价系统，用以指导铁前配矿及铁料采购。采用该系统后，新钢生铁制造成本与行业的差距由2011 年的+ 112． 65 元/( t·Fe) 缩小至2017 年1—11 月的－ 2. 73 元/( t·Fe) 。由于铁前配矿是多品种铁料、多成分相互组合与互补的结果，而该系统只考虑了烧结铁料中TFe 和SiO₂两个主要的化学成分，其中的Al₂O₃，MgO，CaO，As，Sn，Pb，Zn，P 等化学成分均未考虑; 同时烧结矿配比在新钢高炉用铁料中高达84%，因此优化烧结配矿、降低其配料结构成本，对降低生铁制造成本具有重要意义。为此，新钢自动化部、技术中心、原料部三家单位共同进行了烧结配料整体优化程序的开发。

1 工序要求及相关参数、约束条件

1． 1 工序要求

为满足不同品种钢材的生产需求，新钢铁水质量实行分级冶炼，其中6 号和7 号高炉、8 号和11 高炉、9 号和10 号高炉分别生产不同质量要求的铁水，其对应的烧结矿成分也不相同，因此配料优化程序不仅要满足烧结物流和工艺的要求，还要满足铁水分级冶炼的质量要求。新钢铁前系统原料→烧结→高炉的物流工艺流程示意图见图1。

1． 2 相关参数、约束条件

根据高炉炼铁的工艺要求及对铁水质量的要求，将烧结矿中要求控制的化学成分( TFe，SiO₂，Al₂O₃，MgO，As，Sn，Cu，Cr，Pb，Zn，Na₂O，K₂O，S，P，Mn，TiO2) 和R₂要求以及各种物料的总量作为约束条件输入。各种原料的价格、成分、烧损及使用量要求作为基本参数输入。燃料配比根据实际生产情况的测算量直接输入。4 号和5 号烧结机、6 号和7 号烧结机、8 号烧结机的烧结矿产量，4号、5 号、8 号烧结机的混匀矿总量及混匀矿的分配比根据实际生产需求设定月度总量为计算参数。具体约束条件如下: 上述三组烧结机生产的烧结矿化学成分上下限约束、4 和5 号烧结机单配的原料投入量约束、6 号和7 号烧结机的原料投入量约束、8 号烧结机单配的原料投入量约束、老区混匀料的原料投入量约束、4 号和5 号烧结机各原料单配使用量约束、6 号和7号烧结机各原料使用量约束、8 号烧结机各原料单配使用量约束、老区混匀料各原料使用量约束。

2 项目程序设计

由于目标函数是决策变量的线性函数，约束条件为线性等式和不等式，因此采用线性规划算法，计算出最优解，目标是计算4 号和5 号烧结机、6 号和7 号烧结机、8 号烧结机及混匀料联合配比后的最低成本。系统使用C#2012 编程语言和SQL SEＲVER2012 数据库技术，开发了一套简便易用的优化配矿系统。

3 软件功能

3． 1 原料参数导入功能

在EXCEL 模板中输入原料种类、价格、化学成分、目标成分、原料总使用量、各原料使用量上下限等参数，即可导入数据库。

3． 2 计算结果导出功能

计算成功后，可将计算结果导出到EXCEL，结果包括原料配比明细、烧结矿成分及价格明细、烧结配矿及消耗等。其中原料配比明细包括各烧结机单配的原料使用量明细和混匀料使用量明细，烧结矿成分及价格明细包括各烧结机的原料使用量、产量、总价格、单位烧结矿成本、单位铁成本和各化学成分明细，烧结配矿及消耗明细包括各原料价格、配比、月消耗和合计消耗。

3． 3 计算烧结矿最低吨矿成本、吨铁成本

设定好各烧结机产量、混匀料投入量和分配比例并选定配方，即可开始计算烧结矿吨矿最低成本;设定好各烧结机的产量、混匀料投入量和分配比例并选定配方，即可计算烧结矿吨铁最低成本。吨铁成本最低配置界面见图2。计算开始前，还可以微调各原料的价格、使用量上下限。

3． 4 辅助分析工具

运用计算机语言及图形、表格工具，制作了直观的展示工具，用于辅助分析，让使用人员可以快速地发现问题，调整参数设置。当计算结果为无解时，可以取消一些元素的输入，让它们不参与计算。图3为取消Cu 和Cr 后的计算结果。此外还以表格形式列举出烧结矿配比中各原料的消耗百分比和元素占有百分比，可以直观了解每种原料对烧结矿化学成分的影响程度。

4 程序配料与人工配料结果对比

为便于分析程序配料系统和人工配料对生铁成本的影响，选取同时段月度计划配料所用铁料品种、成分、价格及相同设定参数，在新钢自产铁料、二次资源全部用完的情况下，对计划配料中外购资源进行优化，两者配料结果见表1。从表1 可以看出，两组配料成分接近，程序配料成本优于人工配料成本。

5 结语

1) 新钢烧结配料整体优化程序开发，是铁前配料由单品种性价比评价模式向配料结构优化发展的一次偿试，该程序的使用有利于降低烧结配料的结构成本，对铁料的采购有一定指导意义。

2) 受运输条件及市场变化的影响，铁料进厂时间、品种变化大，不确定因素多，成分波动大，造成目标配料难以执行，品种及其化学成分的波动又会造成配料结构发生较大的变化，因此该程序的使用受到了较大制约。