實(shí)現(xiàn)智能優(yōu)化燒結(jié)配料的研究

李俊

摘要：傳統(tǒng)的燒結(jié)生產(chǎn)中主要以驗(yàn)算法進(jìn)行燒結(jié)配料計(jì)算，此種方法存在配料成分不穩(wěn)定、成本偏高、配礦能力不強(qiáng)等問題，因此需要建立優(yōu)化配料模型。燒結(jié)配料模型主要以配礦成本作為目標(biāo)函數(shù)，以鐵礦石供應(yīng)條件、燒結(jié)礦化學(xué)成分及堿度等作為約束條件，通過對比線性規(guī)劃法、蒙特卡洛優(yōu)化法以及遺傳算法的計(jì)算特點(diǎn)，燒結(jié)配礦模型可以采用Matlab和線性規(guī)劃法進(jìn)行求解，在較短的時(shí)間內(nèi)就能獲得一組配礦成本較低的方案。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)配料;數(shù)學(xué)模型;線性規(guī)劃法

1前言

燒結(jié)礦是高爐煉鐵的主要原料，燒結(jié)礦的質(zhì)量將直接影響到高爐爐況和鋼鐵產(chǎn)量。燒結(jié)配料是鋼鐵冶煉生產(chǎn)過程的首道工序，配料效果好壞直接影響燒結(jié)礦的質(zhì)量[1]。傳統(tǒng)的配料計(jì)算有理論算法、單燒計(jì)算法和驗(yàn)算法等，在生產(chǎn)現(xiàn)場最常用的是驗(yàn)算法[2]。它的方法簡單、調(diào)整方便，但是其計(jì)算調(diào)整速度在某種程度上要取決于操作者的經(jīng)驗(yàn)豐富程度，不同的操作者之間操作習(xí)慣可能存在差異，因此此種配礦方法存在配料成分不穩(wěn)定、配料成本偏高、配礦能力不強(qiáng)的問題，資源的利用也不合理。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)方面的技術(shù)已經(jīng)相對成熟，因此可以應(yīng)用數(shù)學(xué)建模技術(shù)來優(yōu)化燒結(jié)配料生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)鐵礦石的高效合理利用，穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)，從而達(dá)到鋼鐵企業(yè)降本增效的需求。

2建立優(yōu)化配料模型

混勻配礦是將多種含鐵原料以及燃料和熔劑按照一定的配比進(jìn)行混合，獲得化學(xué)成分和粒度組成相對穩(wěn)定的混勻礦?；靹蚺涞V的優(yōu)化通常以混勻礦配礦成本為重要指標(biāo)，因此優(yōu)化配礦模型以配礦成本作為目標(biāo)函數(shù)，可表述為：

（1）

其中：xi為各種原料的配比，取1，2，…n，ci為各種原料單價(jià)。

模型的建立過程中，還需考慮鐵礦石供應(yīng)條件、燒結(jié)礦化學(xué)成分及堿度等作為約束條件進(jìn)行尋優(yōu)的過程[3]。

（1）鐵礦石配比約束

燒結(jié)配礦過程中應(yīng)充分考慮各種原料的供應(yīng)情況，單種原料配比必須滿足設(shè)定的配比范圍要求;同時(shí)，各種原料配比總和必須為100%。

（2）燒結(jié)礦化學(xué)成分及堿度約束

燒結(jié)礦的主要化學(xué)成分有TFe、 SiO2、CaO、 MgO、FeO等;模型計(jì)算過程中需要考慮各種原料的燒損，燒結(jié)礦化學(xué)成分和堿度計(jì)算值要符合燒結(jié)礦化學(xué)成分要求的范圍，并以此作為模型計(jì)算的約束條件：

3優(yōu)化配礦模型的求解

（1）模型計(jì)算工具：

數(shù)學(xué)模型計(jì)算主要用到的軟件有：Lingo/LinDo、SAS、Matlab、Mathmatic等，其中第一個(gè)主要為優(yōu)化軟件，中間那個(gè)為統(tǒng)計(jì)分析軟件，最后兩個(gè)為計(jì)算軟件（也可做優(yōu)化）。燒結(jié)配料屬于小規(guī)模的最優(yōu)化問題，用Matlab 就能簡單的實(shí)現(xiàn)模型。

（2）模型計(jì)算方法：

數(shù)學(xué)模型的建立主要依據(jù)物質(zhì)守衡原理，且采用合適的算法求得最優(yōu)解。目前應(yīng)用較為廣泛的最優(yōu)化模型的計(jì)算方法主要有以下三種：

1） 線性規(guī)劃法，對于關(guān)系簡單、規(guī)模較小的模型，該方法方便易用，反應(yīng)迅速且求解精度高;

2） 蒙特卡洛優(yōu)化法，求解效率較低，一般情況下不提倡使用;

3） 遺傳算法，對于線性規(guī)劃不能解決的大規(guī)模復(fù)雜問題，當(dāng)約束條件的重要程度不同時(shí)，該方法能有效解決問題。

對比以上三種計(jì)算方法，燒結(jié)配料計(jì)算采用線性規(guī)劃法最為簡單和方便，在Matlab中只要把變量的取值區(qū)間和約束條件按照一定的格式輸入即可，由于其求解過程通常使用單純形法，求解效率較高，在較短的時(shí)間內(nèi)就可以獲得一組配礦成本較低的方案。

4小結(jié)

1） 傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程中配料計(jì)算主要采用的是驗(yàn)算法，但此種配礦方法存在配料成分不穩(wěn)定、配料成本偏高、配礦能力不強(qiáng)的問題，隨著人工智能的不斷發(fā)展，應(yīng)用數(shù)學(xué)模型已能很好解決傳統(tǒng)燒結(jié)配料計(jì)算中的問題。

2） 建立優(yōu)化配礦模型應(yīng)考慮配礦成本作為目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)需要考慮把鐵礦石供應(yīng)條件、燒結(jié)礦化學(xué)成分及堿度等作為約束條件。

3） 應(yīng)用Matlab能實(shí)現(xiàn)燒結(jié)配料模型的計(jì)算，由于燒結(jié)配料計(jì)算屬于小規(guī)模的最優(yōu)化問題，可以采用線性規(guī)劃法對燒結(jié)配料計(jì)算模型進(jìn)行求解。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳敏，王春生，曹衛(wèi)華. 基于預(yù)測模型與調(diào)整規(guī)則的燒結(jié)配料優(yōu)化綜合集成方法[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)， 2008.

[2] 高丙寅. 用Excel作燒結(jié)配料計(jì)算[J].燒結(jié)球團(tuán)， 2001.

[3] 黃曉賢. 鐵礦燒結(jié)優(yōu)化配礦數(shù)學(xué)模型的研究[D].湖南長沙：中南大學(xué)， 2013.

（作者單位：中冶華天南京工程技術(shù)有限公司）