煉鐵-煉鋼區(qū)間鐵水優(yōu)化調(diào)度方法及應(yīng)用.pdf

1、煉鐵-煉鋼區(qū)間的鐵水調(diào)度是在保證鐵水物流平衡的前提條件下，以煉鐵廠的高爐出鐵計劃及煉鋼廠的煉鋼出鋼計劃為基礎(chǔ)，以TPC罐次為調(diào)度工件，按照煉鋼出鋼計劃中澆次對于鐵水的時間、重量、成分等指標(biāo)的要求，完成TPC罐次與預(yù)罐次（由煉鋼出鋼計劃中的澆次轉(zhuǎn)化而來）之間的對應(yīng)，編制出鐵鋼對應(yīng)計劃。并進而以鐵鋼對應(yīng)計劃為基礎(chǔ)，確定出TPC罐次在前扒渣、脫硫（脫磷）、后扒渣、倒罐等工序的加工處理設(shè)備以及處理開始時間和結(jié)束時間，形成TPC罐次的生產(chǎn)作業(yè)時間

2、表（稱為鐵水調(diào)度計劃）。在鐵水物流生產(chǎn)過程中，因為TPC罐次在設(shè)備上處理時間的波動、TPC罐次在高爐下的二次受鐵、運輸設(shè)備（機車）沒有及時到位以及運輸時間的波動等導(dǎo)致某一TPC罐次在設(shè)備上不能按時開工造成大延時，如果仍然按照原調(diào)度計劃執(zhí)行，會導(dǎo)致相鄰TPC罐次在同一設(shè)備上產(chǎn)生作業(yè)時間的沖突，因此需要對原調(diào)度計劃進行調(diào)整（即重調(diào)度）。由此可見，煉鐵-煉鋼區(qū)間的鐵水調(diào)度是由鐵水物流平衡、鐵鋼對應(yīng)調(diào)度、TPC罐次鐵水靜態(tài)調(diào)度以及鐵水重調(diào)度等問

3、題所組成的。
　　鐵水物流平衡是以計劃周期內(nèi)煉鐵廠各座高爐的最大產(chǎn)能、各煉鋼廠的需鐵量以及各煉鋼廠的最大產(chǎn)能為基礎(chǔ)，以計劃周期開始時的在線鐵水量、計劃周期內(nèi)在線鐵水的最大/最小安全庫存量、各高爐到各煉鋼廠的運輸費用系數(shù)為已知條件，以最大化發(fā)揮各高爐的生產(chǎn)能力，各高爐到各煉鋼廠的鐵水運輸費用最小化為目標(biāo)，確定計劃周期內(nèi)每個子周期下各高爐運往各煉鋼廠的鐵水重量，形成鐵水物流平衡計劃表。
　　鐵鋼對應(yīng)調(diào)度是以煉鐵廠的高爐出鐵計劃、

4、煉鋼廠的煉鋼出鋼計劃為基礎(chǔ)，確定出高爐出鐵計劃中的各個TPC罐次，與煉鋼出鋼計劃中各澆次轉(zhuǎn)化形成的各個預(yù)罐次之間的對應(yīng)關(guān)系，即將某個TPC罐次對應(yīng)到哪一個預(yù)罐次上去，滿足某個煉鋼廠的某個澆次對于鐵水的需求，并確保受鐵結(jié)束時間較早的TPC罐次優(yōu)先對應(yīng)到目標(biāo)倒罐時間較早的預(yù)罐次上去，最終編制生成鐵鋼對應(yīng)計劃表。
　　TPC罐次鐵水靜態(tài)調(diào)度是以鐵鋼對應(yīng)計劃為基礎(chǔ)，在TPC罐次所經(jīng)過的鐵水預(yù)處理站及倒罐站，TPC罐次在高爐受鐵、前扒渣、脫

5、硫（脫磷）、后扒渣、倒罐等工序設(shè)備上的加工處理時間及運輸時間已知不變的條件下，以同一臺設(shè)備上加工的不同TPC罐次之間不能出現(xiàn)作業(yè)時間的沖突、TPC罐次在倒罐站準(zhǔn)時倒罐為性能指標(biāo)，確定各個TPC罐次在前扒渣、脫硫（脫磷）、后扒渣、倒罐工序上的加工處理設(shè)備及處理開始時間和結(jié)束時間，形成TPC罐次鐵水的生產(chǎn)作業(yè)時間表（稱為鐵水調(diào)度計劃）。
　　在鐵水調(diào)度計劃的執(zhí)行過程中，由于TPC罐次在設(shè)備上加工時間的波動、運輸時間的波動、TPC罐次在

6、高爐下的二次受鐵以及運輸設(shè)備（機車）沒有及時到位等原因使得某一TPC罐次在設(shè)備上不能按時開工形成大延時，從而造成與相鄰TPC罐次的作業(yè)時間沖突。因此，需要對原調(diào)度計劃進行調(diào)整（即鐵水重調(diào)度）。鐵水重調(diào)度是以原有鐵水調(diào)度計劃為基礎(chǔ)，在TPC罐次的加工作業(yè)狀態(tài)、TPC罐次在前扒渣、脫硫（脫磷）、后扒渣、倒罐工序設(shè)備上的加工處理時間不變、以及TPC罐次的運輸時間不變的條件下，以同一臺設(shè)備上加工的不同TPC罐次之間不能出現(xiàn)作業(yè)時間的沖突、TPC

7、罐次在倒罐站準(zhǔn)時倒罐為性能指標(biāo)，確定各個TPC罐次在其作業(yè)狀態(tài)為“未處理”的工序上的加工處理設(shè)備及處理開始時間和結(jié)束時間，重新形成新的鐵水調(diào)度計劃表。
　　煉鐵-煉鋼區(qū)間的鐵水生產(chǎn)物流過程是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，在鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)中擔(dān)負著承上啟下的作用。鐵水生產(chǎn)物流過程的運行狀態(tài)影響著上游煉鐵高爐及下游煉鋼轉(zhuǎn)爐等大型設(shè)備的生產(chǎn)。因此，煉鐵-煉鋼區(qū)間的鐵水調(diào)度對于鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)具有非常重要的作用，如果鐵水調(diào)度的效果不夠理想，將會

8、影響到高爐出鐵的安全性，或因鐵水供應(yīng)的不及時造成后序轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)時間的延遲。在TPC罐次鐵水靜態(tài)調(diào)度以及鐵水重調(diào)度問題中，由于“同一設(shè)備上加工的不同TPC罐次之間不能產(chǎn)生作業(yè)時間沖突”以及“TPC罐次加工處理順序”這兩個約束條件的描述都存在著多種可能性，可以被表示為多個約束方程，因此難以采用已有的優(yōu)化方法去解決。而在現(xiàn)有的鐵水調(diào)度研究文獻中，只是將鐵水預(yù)處理站看成一個整體，忽略了鐵水預(yù)處理站內(nèi)所包括前扒渣、脫硫（脫磷）、后扒渣等工序設(shè)備

9、，而且也忽略了在前扒渣、脫硫（脫磷）、后扒渣、倒罐等工序存在多臺同類設(shè)備的情況，導(dǎo)致了所研究的方法難以應(yīng)用到鋼鐵企業(yè)的鐵水調(diào)度中。因此，目前鋼鐵企業(yè)的鐵水調(diào)度只好采用人工調(diào)度的方式。人工進行鐵水調(diào)度不僅費時費力、效率低下，而且?guī)в休^大的隨意性與片面性，并且缺少預(yù)判性，極易造成TPC罐次在各工序設(shè)備間的冗余等待時間過長，從而影響其按時倒罐;或者會影響前扒渣、后扒渣等瓶頸工序設(shè)備的利用率，降低了生產(chǎn)效率，增加了能源消耗，使得鐵水調(diào)度的質(zhì)量難

10、以保證，效果不夠理想。
　　本文以國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)具有4座高爐、2個鐵水預(yù)處理站（其中一煉鋼廠鐵水預(yù)處理站具有1臺前扒渣設(shè)備、2臺脫硫設(shè)備;二煉鋼廠鐵水預(yù)處理站具有1臺前扒渣設(shè)備、3臺脫硫（脫磷）設(shè)備、2臺后扒渣設(shè)備）、2個煉鋼廠倒罐站（其中一煉鋼廠倒罐站具有1個倒罐工位，二煉鋼廠倒罐站具有4個倒罐工位）的鐵水物流過程為背景，對于煉鐵-煉鋼區(qū)間鐵水優(yōu)化調(diào)度方法及應(yīng)用開展了研究，取得成果如下：
　　1.首先，在對煉鐵-煉鋼區(qū)

11、間的鐵水物流過程進行描述與分析的基礎(chǔ)上，提出了由鐵水物流平衡、鐵鋼對應(yīng)調(diào)度、TPC罐次鐵水靜態(tài)調(diào)度以及鐵水重調(diào)度所組成的煉鐵-煉鋼區(qū)間鐵水調(diào)度的總體結(jié)構(gòu)，并對于以上各個問題的目標(biāo)、約束條件、決策變量等關(guān)鍵要素進行了描述，同時分析了煉鐵-煉鋼區(qū)間鐵水調(diào)度難以采用已有優(yōu)化方法解決的原因。在對生產(chǎn)現(xiàn)場人工調(diào)度過程進行描述的基礎(chǔ)上，分析了人工調(diào)度存在的不足。
　　2.提出了由鐵水物流平衡、鐵鋼對應(yīng)調(diào)度、TPC罐次鐵水靜態(tài)調(diào)度以及鐵水重調(diào)度

12、所組成的煉鐵-煉鋼區(qū)間鐵水調(diào)度的總體調(diào)度策略，以及基于規(guī)則、啟發(fā)式算法、線性規(guī)劃相結(jié)合的鐵水優(yōu)化調(diào)度方法，主要由以下四部分組成:
　?、勹F水物流平衡方法:在分析了鐵水生產(chǎn)物流過程工藝要求的基礎(chǔ)上，以最大化地發(fā)揮各高爐的生產(chǎn)能力、各高爐到各煉鋼廠的鐵水運輸費用最小為目標(biāo)，以各高爐及各煉鋼廠的最大產(chǎn)能限制、在線鐵水不能超出最大/最小安全庫存量的范圍為約束方程，以計劃周期內(nèi)每個子周期各高爐運往各煉鋼廠的鐵水重量為決策變量，建立了鐵水物流

13、平衡問題的數(shù)學(xué)模型，并提出了基于線性規(guī)劃的鐵水物流平衡方法。
　?、阼F鋼對應(yīng)調(diào)度方法:在分析現(xiàn)場人工進行鐵鋼對應(yīng)調(diào)度時所考慮因素（鐵水的重量、成分、時間、溫度等）的基礎(chǔ)上，描述了鐵鋼對應(yīng)調(diào)度問題的約束條件和目標(biāo)。針對鐵鋼對應(yīng)調(diào)度問題難以精確建模，提出了基于規(guī)則的啟發(fā)式算法用于解決鐵鋼對應(yīng)調(diào)度問題，該算法包含了從鐵水調(diào)度專家的經(jīng)驗及現(xiàn)場的工藝要求中提煉出的4類共7條鐵鋼對應(yīng)調(diào)度規(guī)則。
　?、跿PC罐次鐵水靜態(tài)調(diào)度方法:以鐵鋼對

14、應(yīng)計劃表為輸入，以TPC罐次在倒罐站準(zhǔn)時倒罐、TPC罐次在各工序設(shè)備間的總等待時間最小、以及最大化地發(fā)揮前扒渣、后扒渣等瓶頸工序設(shè)備的產(chǎn)能為目標(biāo)，以同一設(shè)備上不同TPC罐次不能產(chǎn)生作業(yè)時間沖突、TPC罐次的加工處理順序、前/后扒渣工序設(shè)備的最大產(chǎn)能限制等為約束方程，以各TPC罐次在前扒渣、脫硫（脫磷）、后扒渣、倒罐工序上的處理設(shè)備及處理開始時間為決策變量，給出了問題的數(shù)學(xué)描述。分析了該問題難以采用已有優(yōu)化方法解決的原因，提出了由基于規(guī)則

15、的TPC罐次批次的劃分，基于啟發(fā)式算法的特殊類型鐵水TPC罐次的處理設(shè)備指派，基于線性規(guī)劃的特殊類型鐵水TPC罐次處理開始時間的優(yōu)化決策，基于FCFS(先到先服務(wù))規(guī)則啟發(fā)式算法的普通類型鐵水TPC罐次的調(diào)度等四部分組成的調(diào)度策略。
　?、苣骋籘PC罐次不能按時開工造成大延時的鐵水重調(diào)度方法:以原有鐵水調(diào)度計劃表為輸入，以TPC罐次在倒罐站準(zhǔn)時倒罐、TPC罐次在各工序設(shè)備間的總等待時間最小、以及最大化地發(fā)揮前扒渣、后扒渣等瓶頸工序

16、設(shè)備的產(chǎn)能為目標(biāo)，以同一設(shè)備上不同TPC罐次不能產(chǎn)生作業(yè)時間沖突、TPC罐次的加工處理順序、前/后扒渣工序設(shè)備的最大產(chǎn)能限制等為約束方程，以在前扒渣、脫硫（脫磷）、后扒渣、倒罐等工序的作業(yè)狀態(tài)為“未處理”的TPC罐次的處理設(shè)備及處理開始時間為決策變量，給出問題的數(shù)學(xué)描述。分析了該問題難以采用已有優(yōu)化方法解決的原因，提出了由基于規(guī)則的已完成各工序處理的TPC罐次與尚有未處理工序的TPC罐次的分離，基于規(guī)則的尚有未處理工序的TPC罐次批次的

17、劃分，基于啟發(fā)式算法的特殊類型鐵水TPC罐次處理設(shè)備的指派，基于線性規(guī)劃的特殊類型鐵水TPC罐次處理開始時間的重調(diào)度，基于FCFS(先到先服務(wù))規(guī)則啟發(fā)式算法的普通類型鐵水TPC罐次的重調(diào)度等五部分組成的重調(diào)度策略。
　　3.采用上述所提到的鐵水物流平衡方法、鐵鋼對應(yīng)調(diào)度方法、TPC罐次鐵水靜態(tài)調(diào)度方法及某一TPC罐次不能按時開工造成大延時的鐵水重調(diào)度方法，設(shè)計開發(fā)了煉鐵-煉鋼區(qū)間鐵水調(diào)度系統(tǒng)軟件，在國內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)的鐵水物流過

18、程中進行了工業(yè)應(yīng)用研究，并成功應(yīng)用。系統(tǒng)的運行效果表明:對于鐵水物流平衡計劃、鐵鋼對應(yīng)計劃的編制，鐵水調(diào)度計劃的編制與調(diào)整（即重調(diào)度），本文所提出的方法均可以在10秒以內(nèi)完成，大大低于現(xiàn)場人工編制各種計劃所需的時間，滿足了現(xiàn)場對于鐵水調(diào)度實時性和快速性的要求。對于平均每天150個TPC罐次，與該鋼鐵企業(yè)原來的人工調(diào)度相比，降低了TPC罐次在各工序設(shè)備間的等待時間，減少了TPC罐次倒罐時的提前/拖期時間，提高了前扒渣、后扒渣等瓶頸工序設(shè)備