本文摘要：摘要：為了降低高爐煉鐵系統(tǒng)原料成本，實現(xiàn)自鐵礦石采購到高爐煉鐵全過程協(xié)同優(yōu)化，開發(fā)了一個高爐煉鐵全系統(tǒng)、全流程優(yōu)化配礦平臺。全流程是指從鐵礦石采購到高爐產(chǎn)出鐵水的整個工藝流程，全系統(tǒng)是指鋼鐵企業(yè)所有高爐煉鐵整體系統(tǒng)。優(yōu)化配礦平臺包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、單座
摘要：為了降低高爐煉鐵系統(tǒng)原料成本，實現(xiàn)自鐵礦石采購到高爐煉鐵全過程協(xié)同優(yōu)化，開發(fā)了一個高爐煉鐵全系統(tǒng)、全流程優(yōu)化配礦平臺。全流程是指從鐵礦石采購到高爐產(chǎn)出鐵水的整個工藝流程，全系統(tǒng)是指鋼鐵企業(yè)所有高爐煉鐵整體系統(tǒng)。優(yōu)化配礦平臺包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、單座高爐優(yōu)化配礦平臺、全系統(tǒng)高爐優(yōu)化配礦平臺、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析平臺4部分。平臺以鐵礦石為出發(fā)點，以高爐煉鐵工藝計算、物料平衡計算為基礎(chǔ)，采用規(guī)劃求解、線性回歸、多元非線性回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法建立數(shù)據(jù)分析計算模型，通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析形成優(yōu)化配礦決策。應(yīng)用平臺可以實現(xiàn)鐵礦石采購、原礦石加工處理、選礦、燒結(jié)、球團、高爐工序的一體化優(yōu)化配礦，可在特定時間、特定條件下尋優(yōu)給出滿足高爐生產(chǎn)要求且成本最低的鐵礦石采購與配置方案。同時優(yōu)化配礦平臺可測算出高爐系統(tǒng)各中間產(chǎn)品成本及鐵水原料的成本，測算出生產(chǎn)成本與計劃成本的偏差，管理者可依據(jù)對比數(shù)據(jù)的偏差和市場條件的變化重新調(diào)整優(yōu)化配礦方案。平臺應(yīng)用于包鋼實現(xiàn)了鐵礦石采購與配置管理智能化、數(shù)字化、精準化，在滿足高爐生產(chǎn)要求的前提下通過平臺優(yōu)化配礦降低了包鋼鐵水原料成本，降低了包鋼鐵礦石采購成本，給企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
關(guān)鍵詞：高爐;配礦;優(yōu)化;煉鐵成本;系統(tǒng)
鐵水成本在鋼鐵總成本中所占比例為70%，其中高爐含鐵爐料的成本占鐵水成本的60%[1]。因此高爐爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置是降低鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)成本最重要的措施之一。高爐煉鐵是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括鐵礦石采購與處理、選礦、燒結(jié)、球團、高爐工序，各工序之間相互銜接、相互影響。
礦產(chǎn)論文范例： 固體礦產(chǎn)勘查風險成因及應(yīng)對措施
既往的配礦優(yōu)化大多采用各產(chǎn)線局部優(yōu)化處理問題，或只研究單座高爐系統(tǒng)爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化[2-5]。對于擁有多座高爐、多條選礦燒結(jié)球團產(chǎn)線的鋼鐵企業(yè)，優(yōu)化配礦要充分考慮每座高爐對原燃料質(zhì)量的要求、每座高爐相對應(yīng)的燒結(jié)球團產(chǎn)線產(chǎn)能及產(chǎn)品質(zhì)量、燒結(jié)球團產(chǎn)線相對應(yīng)的選礦產(chǎn)線產(chǎn)能及鐵精礦質(zhì)量、鐵礦石可采購資源量及市場價格等因素。因此本文提出了全系統(tǒng)全流程優(yōu)化配礦的解決方案。全流程指從鐵礦石采購到高爐產(chǎn)出鐵水的整個工藝流程，全系統(tǒng)指包鋼7座高爐的整體系統(tǒng)。只有實現(xiàn)全系統(tǒng)、全流程一體化，優(yōu)化配礦才可能實現(xiàn)鐵前效益最大化[3]。
1平臺設(shè)計
包鋼高爐煉鐵優(yōu)化配礦平臺包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、單座高爐優(yōu)化配礦平臺、全系統(tǒng)高爐優(yōu)化配礦平臺、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析平臺。要實現(xiàn)全系統(tǒng)全流程優(yōu)化配礦，首先將鐵礦石信息以及燒結(jié)、球團、高爐生產(chǎn)系統(tǒng)歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入平臺數(shù)據(jù)庫;其次以高爐煉鐵工藝計算、物料平衡計算為基礎(chǔ)，采用規(guī)劃求解、線性回歸、多元非線性回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立數(shù)據(jù)分析計算模型;通過對數(shù)據(jù)的分析形成配礦優(yōu)化決策，給出特定時間、特定條件下的鐵礦石最優(yōu)配置方案，編制出鐵礦石最優(yōu)的采購與配置計劃;通過對生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)與優(yōu)化配礦計劃的比較分析，決策者對生產(chǎn)運行或優(yōu)化配礦計劃進行調(diào)整;最終可實現(xiàn)鐵礦石配置管理的智能化、數(shù)字化、精準化。
1.1數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用SQLServer系統(tǒng)作為后臺服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用程序的開發(fā)采用ADO數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包括鐵礦石性能價格數(shù)據(jù)庫、熔劑燃料數(shù)據(jù)庫、燒結(jié)球團生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫、燒結(jié)配礦方案數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫負責數(shù)據(jù)的輸入和輸出，具有添加、修改和刪除等功能，為單座高爐優(yōu)化配礦平臺、全系統(tǒng)高爐優(yōu)化配礦平臺、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析平臺提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1.2單座高爐優(yōu)化配礦平臺單座高爐優(yōu)化配礦平臺可完成選礦用礦石性價比測算、燒結(jié)球團配料計算、燒結(jié)球團智能優(yōu)化配礦、單高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化配礦、基于鐵水成本的各種礦石性價比測算。
1.3全系統(tǒng)高爐配礦優(yōu)化平臺
全系統(tǒng)高爐配礦優(yōu)化平臺可完成每座高爐的優(yōu)化配礦設(shè)計，給出滿足生產(chǎn)條件的每座高爐爐料結(jié)構(gòu)配置、燒結(jié)球團產(chǎn)線配礦方案設(shè)計，制定出高爐生產(chǎn)計劃和鐵礦石采購計劃。
1.4生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與管理平臺
生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與管理平臺需錄入各高爐系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為燒結(jié)礦球團礦質(zhì)量預(yù)測模型提供數(shù)據(jù)支持，更新數(shù)據(jù)的同時可實現(xiàn)模型的不斷修正和完善。此平臺可測算出高爐系統(tǒng)各中間產(chǎn)品成本及鐵水原料的成本以及生產(chǎn)成本與計劃成本偏差。管理者可依據(jù)對比數(shù)據(jù)的偏差和市場條件的變化重新調(diào)整優(yōu)化配礦方案。
2模型設(shè)計
要完成優(yōu)化配礦，就要對高爐配礦各工序進行模擬計算，對數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，對配礦方案進行尋優(yōu)。為此平臺建立了一系列數(shù)學模型，包括選礦成本測算模型、燒結(jié)配料計算模型、球團配料計算模型、高爐物質(zhì)流能量流平衡計算模型、鐵礦石性價比評價模型、燒結(jié)礦質(zhì)量預(yù)測模型、燒結(jié)配礦尋優(yōu)模型、球團配礦尋優(yōu)模型、高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。選礦成本測算模型、燒結(jié)礦配料計算模型、球團礦配料計算模型、高爐物質(zhì)流能量流平衡計算模型均是基于物料平衡和煉鐵工藝計算模型的。
通過上述模型可計算出選礦鐵精礦、燒結(jié)礦、球團礦的化學成分及成本，燒結(jié)球團所需要的熔劑等輔料的配比，高爐的入爐品位、礦比、渣比、爐渣堿度、爐渣鎂鋁比等工藝參數(shù)以及鐵水的原料成本[6-8]。這些模型主要是煉鐵工藝計算，在此不再詳細論述。本文重點選取了燒結(jié)配礦尋優(yōu)模型、燒結(jié)礦質(zhì)量預(yù)測模型、高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型作詳細論述。
2.1燒結(jié)配礦尋優(yōu)模型
燒結(jié)配礦尋優(yōu)模型以燒結(jié)可用礦石種類及配比、可用熔劑種類及配比作為自變量，以燒結(jié)礦化學成分(TFe、R、SiO2、MgO、有害元素)及燒結(jié)混合料燒結(jié)性能參數(shù)(同化溫度、鈣鐵物質(zhì)的量之比、液相流動性)作為過程變量，以燒結(jié)礦成本最低作為目標函數(shù)。對自變量和過程變量設(shè)定約束條件，采用非線性規(guī)劃求解優(yōu)化算法計算出滿足約束條件下的燒結(jié)礦成本最低的配礦方案[9-10]。
2.2燒結(jié)礦質(zhì)量預(yù)測模型
燒結(jié)礦質(zhì)量包括燒結(jié)礦的化學成分、物理性能、冶金性能等。燒結(jié)礦化學成分可以通過配料計算得出。燒結(jié)礦的物理性能和冶金性能與燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)、燒結(jié)生產(chǎn)工藝參數(shù)、燒結(jié)礦化學成分都有較高的相關(guān)性[5]，很難建立燒結(jié)礦物理性能、冶金性能與燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)的函數(shù)關(guān)系，這需要通過生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析來建立統(tǒng)計模型。
例如：根據(jù)配礦結(jié)構(gòu)與燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度的相關(guān)性分析，理想的燒結(jié)含鐵原料為同化溫度適中、高溫液相流動性較高、黏結(jié)相強度好、生成SFCA能力強、連晶固結(jié)能力大的鐵礦石[11-13]，通過統(tǒng)計解析燒結(jié)含鐵原料的同化溫度、液相流動性、生成SFCA能力等，可以較好地預(yù)測燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強度等指標[14-15]。由于影響燒結(jié)礦冶金性能和機械強度的因素復(fù)雜，本平臺同時建立了多層感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測燒結(jié)礦質(zhì)量的模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有強大的學習和記憶功能，有很好的非線性逼近能力，可實現(xiàn)隨著生產(chǎn)數(shù)據(jù)的更新不斷修正[16]。多層感知神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型共分4層：一個輸入層、兩個隱含層和一個輸出層。
模型的輸入層包括燒結(jié)礦化學成分、各礦種配用比例、各類礦種(磁鐵精礦、褐鐵礦、赤鐵礦)配用比例共20個神經(jīng)元;第一層隱含層14個神經(jīng)元;第二層隱含層11個神經(jīng)元;輸出層的輸出變量共選取了7個，包括燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、平均粒徑、熔滴區(qū)間、熔滴最大壓差、熔化終了溫度、低溫還原粉化指數(shù)、還原度。本模型實例以包鋼五燒車間近3年1143組生產(chǎn)數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，其中70%的數(shù)據(jù)用于訓練建模，30%的數(shù)據(jù)用于模型驗證[17]。通過對樣本驗證分析，預(yù)測準確率為95%的絕對偏差范圍。隨著生產(chǎn)數(shù)據(jù)的不斷更新，模型預(yù)測的準確率正在不斷提升。預(yù)測模型根據(jù)需求可進一步增加其他質(zhì)量指標和燒結(jié)適宜的工藝參數(shù)的預(yù)測。
2.3高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型
高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型以燒結(jié)球團可用礦石種類及配比、可用熔劑種類及配比、高爐直接入爐礦石種類及配比作為自變量，以燒結(jié)尋優(yōu)配礦模型和球團尋優(yōu)配礦模型中的過程變量、高爐爐渣成分、綜合入爐品位、礦比、入爐有害元素負荷作為過程變量，以鐵水原料成本最低作為目標函數(shù)。對自變量和過程變量設(shè)定約束條件以滿足高爐、燒結(jié)、球團工序的生產(chǎn)要求。采用非線性規(guī)劃求解優(yōu)化算法計算出滿足約束條件下的鐵水原料成本最低的配礦方案[18]。其計算公式為與燒結(jié)尋優(yōu)模型計算公式相同。通過此模塊尋優(yōu)計算，可給出滿足高爐生產(chǎn)要求的“3大配比”即高爐爐料結(jié)構(gòu)、燒結(jié)配礦方案、球團配礦方案。
2.4鐵礦石性價比評價模型鐵礦石性價比評價模型提供了2種性價比評價方法，分別是鐵礦石噸度價法和基于鐵水原料成本的鐵礦石性價比評價法。鐵礦石噸度價評價法，可計算出每種鐵礦石的噸度價，按鐵礦石噸度價對各種礦石進行性價比排序，此排序可為配礦平臺各礦種配用上下限約束條件的設(shè)定提供依據(jù)。噸度價評價法只考慮了鐵礦石含鐵品位的價值，有時并不能真實反映出鐵礦石的冶煉價值[19-22]。
因此本平臺又建立了基于鐵水成本的性價比評價模塊。應(yīng)用此模塊對鐵礦石性價比評價的步驟如下：首先基于當前的生產(chǎn)數(shù)據(jù)設(shè)定好燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)的90%配礦比，其余10%用于配加待評價礦石;然后以高爐物料平衡計算模型計算每種待評價礦配入后相對應(yīng)的鐵水原料成本，最后以各礦種對應(yīng)的鐵水原料成本高低作為各礦種的性價比評價指標進行排序。此模型測算的各礦種性價比更接近于生產(chǎn)實際。
3平臺應(yīng)用
3.1客戶端操作界面
本平臺為客戶端設(shè)計了便于交互的操作界面，使用者可依據(jù)配礦流程依次進入每一個模塊，也可以依據(jù)需求直接進入相應(yīng)模塊查詢歷史數(shù)據(jù)。
3.2外購鐵礦石性價比測算
包鋼用鐵礦石包括自產(chǎn)鐵精礦和外購鐵礦石兩部分，外購鐵礦石又包括選礦用鐵礦石、燒結(jié)球團用精礦和粉礦、直接入爐塊礦、商品球團礦。自產(chǎn)鐵精礦是對白云鄂博鐵礦石經(jīng)磁選+浮選工藝選別處理生產(chǎn)的鐵精礦，這部分鐵精礦成本遠低于市場上同品質(zhì)鐵礦石價格，生產(chǎn)組織上要全部合理分配給燒結(jié)球團產(chǎn)線。當前包鋼自產(chǎn)精礦只能滿足高爐40%的礦石需求，其余60%的鐵礦石需通過市場采購，每年需要采購鐵礦石總量約1400萬t。
應(yīng)用平臺對包鋼可采購的15種鐵礦石進行了性價比測算并排序，其中供選礦加工的原礦性價比測算要先計算選礦加工處理外購原礦生產(chǎn)的鐵精礦的化學成分及價格，再以此鐵精礦作為燒結(jié)用礦石進行性價比測算。測算結(jié)果表明：選礦加工某外購原礦生產(chǎn)球團用鐵精礦性價比低于市場上同品質(zhì)鐵精礦，但生產(chǎn)燒結(jié)用鐵精礦(硫含量高于球團用鐵精礦)性價比高于市場上同品質(zhì)鐵礦石;判定燒結(jié)配加一定比例的選礦利用外購原礦生產(chǎn)的鐵精礦替代進口粉礦有利于降低鐵水原料成本。測算結(jié)果還表明：在包鋼的高爐系統(tǒng)中SiO2含量相對高的某進口礦性價比高于SiO2含量相對低的同品質(zhì)礦;判定燒結(jié)增加一定比例的高硅進口鐵礦石能夠降低鐵水原料成本。
3.3高爐系統(tǒng)優(yōu)化配礦
包鋼擁有7座高爐、6臺燒結(jié)機、3套球團生產(chǎn)線、多條選礦生產(chǎn)線。依據(jù)產(chǎn)線布局和工藝流程將7座高爐分為5套系統(tǒng)，每套系統(tǒng)內(nèi)高爐爐料結(jié)構(gòu)相同;6臺燒結(jié)機分為3套系統(tǒng)，每套系統(tǒng)內(nèi)燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)相同;3套球團產(chǎn)線均獨立測算。
4結(jié)論
(1)包鋼高爐煉鐵優(yōu)化配礦平臺，包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、單座高爐優(yōu)化配礦平臺、全系統(tǒng)高爐優(yōu)化配礦平臺、生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與分析4部分。系統(tǒng)可以實現(xiàn)鐵礦石采購、原礦加工處理、選礦、燒結(jié)、球團、高爐工序的一體化優(yōu)化配礦，在特定時間、特定條件下尋找到滿足每座高爐生產(chǎn)要求且成本最低的鐵礦石采購與配置方案。其明顯優(yōu)于原來的分工藝、分階段配料系統(tǒng)，使優(yōu)化配礦系統(tǒng)與生產(chǎn)結(jié)合更協(xié)調(diào)，更完善。
(2)應(yīng)用優(yōu)化配礦平臺可實現(xiàn)鋼鐵企業(yè)鐵礦石采購與配置管理智能化、數(shù)字化、精準化�？蓪崟r測算出高爐系統(tǒng)各中間產(chǎn)品成本及鐵水原料的成本，生產(chǎn)運行實際成本與計劃成本的偏差，為管理者及時調(diào)整優(yōu)化配礦方案提供依據(jù)。
(3)工業(yè)應(yīng)用6個月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明:通過平臺優(yōu)化配礦高爐鐵水原料成本較原計劃降低了22元/t(鐵)，鐵礦石采購成本較原計劃降低了2640萬元/月，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
參考文獻：
[1]許滿興.優(yōu)化高爐煉鐵原料采購與燒結(jié)高爐配礦一體化的思路和方法[J].燒結(jié)球團，2016，41(5)：1.(XUMan-xing.Ideasandmethodsforoptimizingtheintegrationofrawmaterialprocurementforblastfurnaceironmakingandoreblendingforsinteringblastfurnace[J].sinteredpellet，2016，41(5)：1.)
作者：何曉義1，劉周利1，吳勝利1，2，趙彬1，楊帆1
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