專利名稱：對鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冶金工藝技術和計算機仿真模擬技術。屬于冶金工藝技術領域，具體 地說是一種對鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的優(yōu)化方法。特別適用于煉 鐵與煉鋼界面工藝技術的優(yōu)化設計和總圖布局的優(yōu)化。
背景技術：
高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式，是冶金流程界面實現(xiàn)工程優(yōu)化的一種新技 術，它是指在高爐_轉爐區(qū)段取消傳統(tǒng)的魚雷罐車或者鐵水罐進行中途倒罐兌鐵，而是直 接采用受鐵罐將鐵水兌入轉爐，此過程中受鐵罐實現(xiàn)承接、運輸、緩沖貯存、鐵水預處理、轉 爐兌鐵、容器快速周轉及鐵水保溫等多種功能的工藝布局。采用“一罐到底”工藝，此過程 鐵水只發(fā)生一次空氣冷卻降溫過程，而沒有倒包包體吸熱降溫，不僅鐵水溫度損失減少，而 且環(huán)境負荷也大大降低。此工藝具有縮短工藝流程、緊湊總圖布置等特點，可以降低投資、 減少占地面積、節(jié)能減排、減少鐵損、減少煙塵污染、具有較大經濟和社會效益?！耙还薜降住?工藝，開始出現(xiàn)在日本JFE福山、京濱廠，近年來在我國的沙鋼、萊鋼、唐鋼等大型鋼鐵企業(yè) 都有采用。高爐-轉爐區(qū)段的工藝技術界面是鋼鐵生產過程中連接煉鐵與煉鋼兩大工序的 重要區(qū)段，起到了承上啟下的作用，也是關系到鋼鐵生產流程整體優(yōu)化的關鍵區(qū)段。近年 來，對高爐-轉爐區(qū)段的工藝技術界面進行了廣泛的研究，但主要集中在區(qū)段生產過程的 物流調控、鐵水供應質量、流程、結構優(yōu)化問題的定性研究等方面，而關于區(qū)段界面工序間 的關系匹配優(yōu)化和流程工序的重構優(yōu)化、工序功能的優(yōu)化研究較少。中國正在由鋼鐵大國 向鋼鐵強國的轉變，新一代大型鋼廠的模式必將對中國乃至世界鋼鐵工業(yè)的發(fā)展產生深遠 影響，因此，有必要深入研究鋼廠模式尤其是煉鐵_煉鋼界面模式，以得出適合新一代大型 鋼廠煉鐵-煉鋼界面的最優(yōu)模式，并對最優(yōu)模式的高爐_轉爐界面一些重要指標進行優(yōu)化， 可實現(xiàn)生產過程中物質流、能量流、溫度、時間等基本參數(shù)的匹配、銜接、協(xié)調和穩(wěn)定。促進 生產流程整體運行的穩(wěn)定、協(xié)調和連續(xù)化、高效化，達到提高鋼鐵企業(yè)生產流程資源效率、 能源效率以及節(jié)能降耗的目的。目前，人們對新一代大型鋼廠的運行和生產中所存在的問 題還沒有完全了解，通過建立一種能夠模擬未來新一代大型鋼廠生產情況的系統(tǒng)可以更方 便地對其進行深層次的研究。十幾年來，計算機仿真技術在鋼鐵生產中得到了廣泛的應用， 鋼鐵企業(yè)可以在生產中利用計算機的快速和高效，建立實時仿真管理系統(tǒng)對生產進行模擬 和信息處理，使生產管理最優(yōu)化?；诖耍覀兺ㄟ^計算機仿真軟件建立了一個高爐_轉爐 區(qū)段“一罐到底”界面模式仿真系統(tǒng)的仿真模型，通過仿真實驗，研究了不同出鐵時間和轉 爐冶煉周期、鐵水罐進入系統(tǒng)的到達率服從的最佳分布對高爐_轉爐區(qū)段“一罐到底”界面 模式的一些績效指標的影響；同時可顯示高爐-轉爐區(qū)段生產系統(tǒng)仿真的整個過程，從而 可以讓使用者清楚地了解到生產過程中發(fā)生的問題，及時地對模型的參數(shù)(對應的生產參 數(shù))進行調整，實現(xiàn)對物流系統(tǒng)優(yōu)化配置。該技術的研究成功對鋼鐵企業(yè)的生產流程資源效率、能源效率有廣泛的應用價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種對鋼鐵企業(yè)高爐_轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的 優(yōu)化方法。本發(fā)明具有減小高爐_轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式中鐵水罐在運輸過程中 的非正常的等待時間以降低鐵水在運輸過程中的溫降的特點，從而緩和鐵水入轉爐的最終 溫度，影響到鋼鐵流程的整個生產效率、能源效率?？梢詮V泛的應用于煉鐵與煉鋼界面工藝 技術的優(yōu)化設計和總圖布局的優(yōu)化上。本發(fā)明對鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的優(yōu)化方法的技術方案 是該方法由計算機服務器、顯示器，各類數(shù)據采集器、輸入鍵盤、電源和輸出線路構 成，采用計算機仿真軟件建立高爐_轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式計算機仿真模型，具體 步驟是(1)首先根據鋼鐵企業(yè)實際的高爐-轉爐區(qū)段界面模式建立高爐-轉爐區(qū)段“一罐 到底”界面模式的物理模型，并進行現(xiàn)場數(shù)據靜態(tài)采集；(2)對獲得現(xiàn)場采集的數(shù)據處理并分析，利用計算機仿真軟件建立高爐-轉爐區(qū) 段“一罐到底”界面模式的可視化計算機仿真模型，將分析后的數(shù)據用于計算機仿真模型 中，以模擬鋼鐵企業(yè)高爐_轉爐區(qū)段的實際生產情況；(3)利用計算機仿真軟件定義高爐_轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式可視化仿真系 統(tǒng)的系統(tǒng)元素，根據“一罐到底”界面模式的結構和各個工位現(xiàn)場的布置建立可視化模型結 構圖，同時可以清晰地看出各實體之間的相互關系；(4)利用計算機仿真軟件對高爐_轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的結構模型進行 可視化設置，其中包括元素可視化設置和細節(jié)設置；(5)從仿真運行所構建的可視化計算機仿真模型，通過所得的報告對仿真結果進 行比對，分析出影響此生產過程的“瓶頸”因素和導致鐵水罐在轉爐前等待時間累加出現(xiàn)的 原因，提出解決此問題的對策，指導實際調度人員科學安排生產調度工作。步驟(4)中所述的可視化設置包括元素可視化設置和細節(jié)設置，可視化設計的 元素有兌鐵包(part)，受鐵(machine)，兌鐵(machine)，稱重或檢包(machine)，高爐 (buffer)，轉爐(buffer)，輸送鏈 1 (buffer)，輸送鏈 2 (buffer)，輸送鏈 3 (buffer)，積分 (variable)，時間序列(timeseries)，細節(jié)設置包括對本模型定義基本參數(shù)以及各元素之 間的邏輯關系，對各個機器的加工周期、進入規(guī)則、送出規(guī)則等的參數(shù)設置。所述的解決此問題的對策是(1)在滿足高爐、轉爐生產節(jié)奏協(xié)調，高爐、轉爐一一對應且受鐵罐容量和轉爐容 量相等的前提下，高爐出鐵時間和轉爐冶煉周期相等，即轉爐冶煉周期=高爐出鐵時間/ N，其中N為受鐵罐的數(shù)量；(2)減小鐵水罐在運輸過程中的非正常的等待時間以降低鐵水在運輸過程中的溫 降；(3)選取鐵水罐進入系統(tǒng)的到達率服從的最佳分布為泊松分布，針對改的善對策， 通過修改參數(shù)達到緩和轉爐前等待時間累加的目的。在鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”生產模式中，在生產正常進行時，隨著鐵水罐不斷地、近似規(guī)律的將鐵水從高爐運至轉爐，鐵水罐在轉爐前的等待時間會隨著時間 的累加而累加。當累加時間增加到一定程度時，會嚴重影響到高爐-轉爐區(qū)段生產過程的 鐵水溫降，甚至會由于鐵水罐內的溫降過大造成生產不能正常運行。另外，由于累加時間的 原因，會引起鐵水罐在轉爐前、空罐返回至高爐前出現(xiàn)排隊現(xiàn)象，造成運輸線路堵塞，出現(xiàn) 鐵水運輸待運時間長、倒調時間長、運輸途中耽誤時間長的“三長”現(xiàn)象，有時不得不臨時啟 用混鐵爐，將“一罐到底”模式改為“受鐵罐_混鐵爐_兌鐵包”模式，最終導致鐵水溫度損 失嚴重，整個生產流程能耗大幅度增加。為了提高鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式中由于鐵水罐運行不暢 導致的鐵水罐非正常等待時間過長，我們提出用計算機軟件仿真實際高爐-轉爐區(qū)段生產 過程并找出上述問題的解決方案。主要步驟如下(1)首先根據鋼鐵企業(yè)實際的高爐-轉 爐區(qū)段界面模式建立高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的物理模型，并進行現(xiàn)場數(shù)據 靜態(tài)采集；(2)對獲得現(xiàn)場采集的數(shù)據處理并分析，利用計算機仿真軟件建立高爐-轉爐 區(qū)段“一罐到底”界面模式的可視化計算機仿真模型，將分析后的數(shù)據用于計算機仿真模 型中，以模擬鋼鐵企業(yè)高爐_轉爐區(qū)段的實際生產情況；(3)利用計算機仿真軟件定義高 爐_轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式可視化仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)元素，根據“一罐到底”界面模 式的結構和各個工位現(xiàn)場的布置建立可視化模型結構圖，同時可以清晰地看出各實體之 間的相互關系；(4)利用計算機仿真軟件對高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的結構 模型進行可視化設置，其中包括元素可視化設置和細節(jié)設置?？梢暬O計的元素有兌鐵 包(part)，受鐵(machine)，兌鐵(machine)，稱重或檢包(machine)，高爐(buffer)，轉爐 (buffer)，輸送鏈 1 (buffer)，輸送鏈 2 (buffer)，輸送鏈 3 (buffer)，積分(variable)，時間 序列(timeseries)，細節(jié)設置包括對本模型定義基本參數(shù)以及各元素之間的邏輯關系，對 各個機器的加工周期、進入規(guī)則、送出規(guī)則等的參數(shù)設置；(5)仿真運行所構建的可視化計 算機仿真模型，通過所得的報告對仿真結果進行分析，得出影響此生產過程的“瓶頸”因素 和導致鐵水罐在轉爐前等待時間累加出現(xiàn)的原因，提出解決此問題的對策。同時，在實際的 高爐-轉爐“一罐到底”界面模式系統(tǒng)中，此種方法可以方便地應用到同類問題的分析和研 究工作中。本發(fā)明的有益效果是1、大大的縮短了轉爐前的等待時間，解決轉爐前等待時間 的“累加效應”;2、具有更好的減少鐵水溫降的效果，有利于提高鐵水入轉爐溫度，達到進一 步降低能耗的效果；3、提高了煉鐵-煉鋼整個過程的生產效率，有利于后續(xù)煉鋼過程控制 的穩(wěn)定。


圖1為本發(fā)明的高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”模式物理模型結構圖；圖2為本發(fā)明高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式可視化模型的結構圖；圖3為本發(fā)明的所建立模型未優(yōu)化前報告統(tǒng)計圖；圖4為本發(fā)明的優(yōu)化后的報告統(tǒng)計圖。
具體實施例方式下面結合附圖以實例進一步說明本發(fā)明的實質內容，但本發(fā)明的內容并不限于此。實施例1 首先對某鋼鐵企業(yè)實際的高爐_轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式相關數(shù) 據進行現(xiàn)場靜態(tài)采集，例如高爐出鐵時間、轉爐冶煉周期、運輸時間、稱重或檢包時間、鐵水 罐一車幾罐到達/離開、到達/離開時間間隔等統(tǒng)計數(shù)據，建立高爐_轉爐區(qū)段“一罐到底” 界面模式物理模型，如圖1。然后對獲得的現(xiàn)場采集的數(shù)據處理并分析，利用計算機仿真軟 件建立高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的計算機仿真模型，將所分析后的數(shù)據用于計 算機仿真模型中，以模擬鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段的實際生產情況；利用計算機仿真軟件 定義高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)元素，見表1。根據“一罐到底” 界面模式的結構和各個工位現(xiàn)場的布置建立可視化模型結構圖如圖2，同時可以清晰地看 出各實體之間的相互關系。利用計算機仿真軟件對高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式 的結構模型進行可視化設置，其中包括元素可視化設置和細節(jié)設置?？梢暬O計的元素有 兌鐵包(part)，受鐵(machine)，兌鐵(machine)，稱重或檢包(machine)，高爐(buffer)，轉 爐(buffer)，輸送鏈 1 (buffer)，輸送鏈 2 (buffer)，輸送鏈 3 (buffer)，積分(variable)，時 間序列(timeseries)，細節(jié)設置包括一些對各個機器的加工周期、進入規(guī)則、送出規(guī)則。仿 真運行所構建計算機仿真模型，通過所得的報告對仿真結果進行分析并與實際生產數(shù)據進 行比對，分析出影響此生產過程的“瓶頸”因素和導致鐵水罐在轉爐前等待時間累加出現(xiàn)的 原因，得出解決此問題的對策(a)在滿足高爐、轉爐生產節(jié)奏協(xié)調，高爐、轉爐一一對應且 受鐵罐容量和轉爐容量相等的前提下，高爐出鐵時間和轉爐冶煉周期相等。即轉爐冶煉周 期=高爐出鐵時/N(N為受鐵罐的數(shù)量)(2)減小鐵水罐在運輸過程中的非正常的等待時間 以降低鐵水在運輸過程中的溫降。(3)選取鐵水罐進入系統(tǒng)的到達率服從的最佳分布為泊 松分布。針對上述的改善對策，發(fā)現(xiàn)在滿足高爐、轉爐生產節(jié)奏協(xié)調，高爐、轉爐一一對應且 受鐵罐容量和轉爐容量相等的前提下高爐和轉爐調整模型中的轉爐冶煉周期和鐵水罐進 入系統(tǒng)到達率服從的最佳分布，可以達到緩和轉爐前等待時間累加、降低鐵水運輸過程溫 降的目的。具體見優(yōu)化前后報告統(tǒng)計圖如圖3、圖4所示。同時，在實際的高爐-轉爐“一 罐到底”界面模式系統(tǒng)中，此種方法可以方便地應用到同類問題的分析和研究工作中。表1模型元素定義表
元素名稱類型數(shù)量兌鐵包部件1積分部件1高爐緩沖1轉爐緩沖1受鐵機器權利要求
1.一種對鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的優(yōu)化方法，其特征在于該 方法由計算機服務器、顯示器，各類數(shù)據采集器、輸入鍵盤、電源和輸出線路構成，采用計算 機仿真軟件建立高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式計算機仿真模型，具體步驟是(1)首先根據鋼鐵企業(yè)實際的高爐-轉爐區(qū)段界面模式建立高爐-轉爐區(qū)段“一罐到 底”界面模式的物理模型，并進行現(xiàn)場數(shù)據靜態(tài)采集；(2)對獲得現(xiàn)場采集的數(shù)據處理并分析，利用計算機仿真軟件建立高爐-轉爐區(qū)段“一 罐到底”界面模式的可視化計算機仿真模型，將分析后的數(shù)據用于計算機仿真模型中，以模 擬鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段的實際生產情況；(3)利用計算機仿真軟件定義高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式可視化仿真系統(tǒng) 的系統(tǒng)元素，根據“一罐到底”界面模式的結構和各個工位現(xiàn)場的布置建立可視化模型結構 圖，同時可以清晰地看出各實體之間的相互關系；(4)利用計算機仿真軟件對高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的結構模型進行可視 化設置，其中包括元素可視化設置和細節(jié)設置；(5)從仿真運行所構建的可視化計算機仿真模型，通過所得的報告對仿真結果進行比 對，分析出影響此生產過程的“瓶頸”因素和導致鐵水罐在轉爐前等待時間累加出現(xiàn)的原 因，提出解決此問題的對策，指導實際調度人員科學安排生產調度工作。
2.根據權利要求1所述的對鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的優(yōu)化方 法，其特征在于步驟(4)中所述的可視化設置包括元素可視化設置和細節(jié)設置，可視化設 計的元素有兌鐵包(part)，受鐵(machine)，兌鐵(machine)，稱重或檢包(machine)，高爐 (buffer)，轉爐(buffer)，輸送鏈 1 (buffer)，輸送鏈 2 (buffer)，輸送鏈 3 (buffer)，積分 (variable)，時間序列(timeseries)，細節(jié)設置包括對本模型定義基本參數(shù)以及各元素之 間的邏輯關系，對各個機器的加工周期、進入規(guī)則、送出規(guī)則等的參數(shù)設置。
3.根據權利要求1所述的對鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的優(yōu)化方 法，其特征在于所述的解決此問題的對策是(1)在滿足高爐、轉爐生產節(jié)奏協(xié)調，高爐、轉爐一一對應且受鐵罐容量和轉爐容量相 等的前提下，高爐出鐵時間和轉爐冶煉周期相等，即轉爐冶煉周期=高爐出鐵時間/N，其 中N為受鐵罐的數(shù)量；(2)減小鐵水罐在運輸過程中的非正常的等待時間以降低鐵水在運輸過程中的溫降；(3)選取鐵水罐進入系統(tǒng)的到達率服從的最佳分布為泊松分布，針對改的善對策，通過 修改參數(shù)達到緩和轉爐前等待時間累加的目的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的優(yōu)化方法，基于計算機仿真軟件對鋼鐵企業(yè)高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式優(yōu)化的新方法，能對高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式的生產過程進行實時跟蹤和在線監(jiān)測診斷，通過運行結果與實際生產數(shù)據進行比對，判斷高爐-轉爐區(qū)段生產過程中出現(xiàn)的問題，一方面能有效地減少入轉爐前的等待時間，減少損失，另一方面能降低整個生產過程的溫降，提高最終入轉爐溫度，達到提高生產過程效率、節(jié)能降耗的目的。本發(fā)明主要應用于涉及冶金工藝技術和計算機仿真模擬技術。同時，在實際的高爐-轉爐區(qū)段“一罐到底”界面模式系統(tǒng)中，此種方法可以方便地應用到同類問題的分析和研究工作中。
文檔編號G06F17/50GK102004815SQ20101052562
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月1日 優(yōu)先權日2010年11月1日
發(fā)明者孟華, 徐建新, 李紅娟, 梁素梅, 王 華, 王建軍, 趙業(yè)清 申請人:昆明理工大學