汉钢公司烧结配料优化的探究

徐号锋， 惠宏智

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司， 陕西　汉中　724200）

汉钢公司烧结配料优化的探究

徐号锋， 惠宏智

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司， 陕西汉中724200）

在满足工艺与生产的条件下，应用EXCEL表格中的规划求解的方法，对汉钢烧结配料优化进行探索。结果表明：烧结配料中引入规划求解的方式，可快速得出满足烧结生产工艺且烧结成本优于实际配比的组合方案。

规划求解烧结配料优化烧结成本

近年来，钢铁行业持续低迷，钢材售价持续走低，而生产成本的高低直接决定钢铁企业的长远发展。烧结矿作为炼铁的主要原料，占到生铁成本的65%以上，自然是成本控制的重点［1］。

陕钢集团汉中钢铁有限责任公司（全文简称汉钢）属于新建企业，无自有矿山。使用矿粉基本全部为外购矿粉（当地矿使用比例为20%，国内矿使用比例为10%，进口矿使用比例为70%）。因外购矿品种多，质量差异大，所以能够在现有条件下，寻求一种简单快捷的配矿方法，使品质优劣不等的各种矿粉得以合理搭配，既能满足烧结、炼铁生产实际要求，又能使烧结生产成本最低，就显得至关重要［2]。

以此为启发，通过查找资料，汉钢公司在烧结配料中引用了线性规划的数学模型，借助计算机EXCEL表格中的“规划求解”的方法，计算出满足烧结工艺且生产成本较低的优化配料方案。

1　原理及设置

1.1线性规划原理

线性规划是统筹学最基本也是应用最广泛的方法之一，是辅助人们进行科学管理的一种数学方法。通过此种方法实现有限资源最优分配和使成本最小、效益最大的目标。

线性规划包含决策变量、约束条件和目标函数。

决策变量：向量（X1，…，Xn）T决策人要考虑和控制的因素。

约束条件：线性等式或不等式。

目标函数：Z=f（X1，…，Xn），线性式，求Z的极大或极小值。

1.2规划求解设置

虽然线性规划设定条件比较方便，但线性规划的求解涉及到复杂的矩阵运算，计算费时费力，还会出现无解的现象。通过查找资料，可使用计算机中的规划求解来实现。

在计算机OFFICE软件中，有一个规划求解的加载宏。加载宏之后，就可以利用其中的规划求解功能进行求解。以2007版本为例，通过点击EXCEL选项—加载项—转到EXCEL加载项，然后加载【规划求解加载项】便可以加载规划求解的宏。

2　规划求解在烧结中的应用探索

如何利用规划求解方式，在烧结配料中进行条件约束，并最终在满足工艺、生产条件的前提下，实现烧结矿成本最低的目标，作以下探索。

2.1变量

Xi代表第i种含铁料在烧结总配比中的所占比例。

2.2条件约束

2.2.1一般约束

0≤ΣXi≤100%，i=1，2，…，n。其中n与含铁料的种类有关。

2.2.2化学成分约束

根据原料的化学成分，按照规划求解的方式，测算出的烧结矿化学成分必须满足生产及工艺要求。例如：Σ［w（Fe）iXi］≥56.5%；4.8%≤Σ［w（SiO2）iXi］≤6.0%；Σ［w（Al2O3）iXi］≤1.8%……

其中对化学成分的约束条件数根据生产实际进行设定。

2.2.3其他约束

因汉钢使用的除尘灰、钢渣粉、氧化铁皮回收物料全部在烧结过程中按期使用完，根据产生量及消耗量，设定除尘灰质量配比为6%，氧化铁皮质量配比为2%，钢渣粉质量配比为1%。对高返不作考虑。

2.3目标函数

在满足以上约束条件的前提下，烧结矿成本最低。

设Pi代表第i种含铁料的价格，i取值为1，…，n。n取决于原料的种类。含铁料成本=Σ（PiXi），熔剂成本根据碱度及含铁料的成分确定被设为M，燃料成本被设定为N，其他费用被设为A。因此，烧结矿成本C=ΣPiXi+M+N+A。

目标函数为：CM in=Σ（PiXi）+M+N+A，其中i取值为1，…，n。

3　实例分析

将2016年某月实际配料情况与规划求解结果进行对比分析，得出规划求解测算出的烧结配料方案能够满足工艺要求而且成本最低的结论。

3.1汉钢2016年某月烧结用原燃料化学成分（见表1）

表1　汉钢2016年某月烧结用原燃料化学成分　%

3.2汉钢2016年某月原燃料单价（见表2）

表2　汉钢2016年某月烧结用原燃料单价　元/t

3.3条件约束

参照汉钢实际配矿中对烧结矿工艺要求进行约束。

3.3.1烧结矿配比约束条件

根据实际生产情况，对烧结矿配比要求如下：0≤X高硅矿≤100%；0≤XPB粉≤100%；0≤X金布巴粉≤100%；0≤X卡粉≤100%；0≤X主流三≤25%，受库存影响，配比最大为25%；X除尘灰=6%，X氧化铁皮=2%；X钢渣粉=1%，确保每天产生量全部消耗完；X主流三+X高硅矿+XPB粉+ X金布巴粉+X卡粉=100%。

3.3.2烧结矿化学成分约束条件

根据2016年某月汉钢的生产情况，要求烧结矿中w（TFe）≥56.5%，4.8%≤w（SiO2）≤6.0%，1.5%≤w（Al2O3）≤2.0%，1.90≤R≤2.0。

3.4目标成本测算

通过计算机规划求解运算，得到满足以上约束条件下的最优质量配比为：主流三25%+金布巴粉矿50%+卡粉25%。计算出：烧结矿成分w（TFe）= 57.86%，w（SiO2）=4.91%，w（Al2O3）=1.97%，R=1.90；烧结矿成本为596元/t。

若将主流三的质量配比上限设定为30%，得到满足以上约束条件下的最优配比为：主流三30%+金布巴粉矿41%+卡粉29%。计算出：烧结矿成分w（TFe）= 57.95%，w（SiO2）=4.85%，w（Al2O3）=1.86%，R=1.90；烧结矿成本为593元/t。

而2016年某月份实际使用的烧结矿质量配比为：主流三15%+金布巴粉矿55%+卡粉30%，计算出：烧结矿成分w（TFe）=58.10%，w（SiO2）=4.77%，w（Al2O3）=2.01%，R=1.90；烧结矿成本为601元/t。

通过试验可知，在一定范围内调整约束条件，都可得出满足条件的最优原料配比，并且成本最低。3.5效益分析

通过对比烧结实际生产配料比和规划求解配料比测算过程及结果，发现规划求解配料测算出的烧结矿理论成分都满足工艺要求，并且指标稍优于实际配比。

2016年某月全月汉钢按照规划求解出的配料比进行工业生产，每吨烧结矿将节省5～8元/t，按照双系统高炉日消耗烧结矿11 000 t，全月30 d，烧结工序将节省成本165万元以上。

4　结论

1）烧结配料中引入规划求解的方式，可快速得出满足烧结生产工艺、烧结矿成本最低的组合方案。

2）通过对比规划求解优化方案与烧结实际配料方案，优化方案降本效果明显，待成熟后可推广至燃料、熔剂优化等方面。

3）汉钢在烧结配料中引入EXCEL规划求解的方式，属于初步探索阶段，后续可继续优化完善。

[1]王道群.线性规划在烧结矿配料中的应用[J].中国冶金，2005，15（8）：19-22.

[2]王炜，陈畏林，贾斌，等.基于线性规划和神经网络的优化烧结配料系统开发[J].烧结球团，2006，31（1）：27-30.

（编辑：胡玉香）

Research on Sintering Burdening Optimization of Hangang Company

XU Haofeng，HUI Hongzhi
（Hanzhong Iron and Steel Company of Shaangang Group，Hanzhong Shaanxi 724200）

This paper discusses the function of planning in the process and production conditions with the help of in the EXCEL spreadsheet to explore the application of burdening optimization in Hangang Company.The results show that the burdening introduced in planning the way can quickly meet the sintering production process，and the sintering cost solutions is better than the combination of the actual ratio.

sinter burdening，programming solve，optimization，sinter cost

TF046.4

A

1672-1152（2016）04-0032-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.04.11

试（实）验研究

2016-04-06

徐号锋（1986—），男，助理工程师，从事炉料优化和烧结配料生产工作。