邯宝炼钢厂转炉合金优化系统的开发及应用

文/尚振威

1 问题的提出

在炼钢转炉冶炼过程中，需要根据钢种对成分的要求，添加合金对钢水的成分进行调整。由于合金的种类较多，合金所含的成分复杂，在满足成分的要求下，合金种类存在多种组合。而不同的合金价格不同，可以从中选择价格低的合金组合，以降低炼钢成本。在目前邯宝炼钢厂转炉炼钢生产的二级模型中，所使用的合金计算模块，由于不涉及成本计算，所以计算结果只能满足成分方面的要求。对于成本控制只能凭借人工经验选择合金的种类和使用量，不能满足当前生产对成本的要求。为解决上述问题，在广泛吸收了理论和现场操作的经验基础上，开发了转炉合金优化系统。

2 模型设计

2.1 模型的功能

（1）自动采集当前炉次、制造命令号、钢种、钢水成分、合金成分、合金价格，免除了操作人员手工录入带来的不便和数据错误。

（2）可以按现场的实际情况修改目标成分，提高钢种命中率。可以根据当前生产状况，修改合金收得率，使其更加符合实际情况。

（3）可以根据现场情况增减合金种类，以更好地满足生产要求。

（4）实现Delphi7调用matlab中的线性优化模块，以及两者之间的数据传递，计算优化结果准确、合理。

2.2 模型的算法

在转炉合金化模型的中，需要设计算法，在满足目标条件，即成分要求的情况下，使得使用合金的成本最小。即

在满足成分目标的情况下：

使得Y取值最小Ymin。其中，Y为合金成本，Ki为合金单价，Xi为所需合金的重量。a为合金中某成分的百分比含量，b为该成分所需要的量。

由此可得知，该问题可转化为线性规划问题。在matab中有专用线性规划函数linprog，可以满足解决问题的需要。Linprog函数的使用如下：

[x,fval,exitflag]=linprog(K,A,B,Aeq,beq,v lb)

其中，等号左边为计算结果。X为使合金成本取得最小值的合金重量,fval为计算后合金最低成本。等号右面，K为价格矩阵，A为成分百分比含量矩阵，B为成分所需量矩阵。

图1

3 系统设计

3.1 程序结构

如图1所示。

3.2 主程序的设计

使用Delphi语言开发软件，程序界面友好易操作。所有的数据输入自动屏蔽非数字字符，避免了数据输入错误。

操作人员要登录系统，首先需要IP授权。系统管理员在数据库IP授权表中填入需要授权的IP地址以后，操作人员才可登陆系统。

系统的操作界面分为如下几部分：炉座选择面板，可以对三个转炉进行选择；当前炉次信息显示面板，包括炉次号、制造命令号、钢种；吨钢合金成本显示面板；当前炉次合金收得率设置面板；停吹成分显示面板；钢种标准成分显示面板；出钢量设置面板；成分优化结果显示面板；合金成分和价格设置面板；合金加入种类和重量显示面板。

使用系统之前，首先应该对合金的成分和价格进行设置。如图2，可以根据实际需要修改合金成分及价格。合金种类有高碳锰铁、中碳锰铁、硅锰、硅铁、增碳剂、电解锰。成分包含碳、硅、锰、磷四种成分。

如图3，操作人员在炉座选择面板中对炉座进行选择后，无需人工输入，系统可以自动从MES系统获得所选炉座的当前冶炼炉次、制造命令号与钢种信息，并在当前炉次信息显示面板中显示。操作人员点击成分查询按钮，系统可以自动从MES系统采集当前冶炼钢种的目标成分信息，并从二级过程控制系统中采集获得当前炉次的停吹成分。分别输入收得率、出钢量及停吹成分后，点击计算按钮，主程序会调用matlab线性规划模块进行计算。计算完成之后，在吨钢合金成本显示面板中会显示满足目标成分的最低成本，在合金加入种类和重量显示面板中会显示合金组合及重量，在成分优化结果显示面板中会显示成分优化结果。需要指出的是，在合金加入种类和重量显示面板中，可以通过复选框，屏蔽某些合金，以更好地适应生产要求。

图2：合金成分及价格设定

图3：合金优化计算及显示

3.3 主程序和MES生产制造系统、二级过程控制系统的数据交换

本系统运行需要oracle client的支撑。通过配置tns name、DBlink和同义词后，可以方便的采集到当前冶炼炉次的信息、钢种目标成分和停吹成分。

3.4 主程序和matlab程序的数据交换

采用文本形式实现主程序和matlab程序之间的数据传递。主程序生成价格矩阵、成分百分比含量矩阵、成分所需量矩阵，matlab程序通过fopen函数读入矩阵参数后，调用Linprog线性规划模块进行计算并得出结果。计算结果包括合金重量矩阵和合金最低成本，通过fprintf函数输出到文件，再由主程序进行结果展示。

4 现场应用

本系统自动采集当前炉次、制造命令号、钢种、钢水成分、合金成分、合金价格，调用matlab 软件线性优化模块，根据目标成分计算应当加入合金种类及重量，在满足成分要求的同时，使成本最低，代替了以往凭人工经验进行成本控制，使合金计算合理、准确、高效，成为在当前严峻市场形势下降本增效的有效工具。使用转炉合金优化系统后，钢种命中率提高了0.05%，产生了可观的经济效益。