酒钢高炉炉料结构优化系统设计及应用

张 巍，尹聚才

（甘肃钢铁职业技术学院，甘肃 嘉峪关 735100）

探寻炼铁成本高低的关键因素可以发现，配料方案的成本受到炉料结构的影响，因此需要对酒钢高炉炉料结构优化。控制炼铁过程的优化控制进程，并利用数学模型控制高炉炉料结构的优化内容[1]。在固定生产成本的范围内，利用多流体高炉数学模型调整高炉炉料结构[2]。在成本优化模型的影响下，以生产成本最小化为基础核心开发炉料结构优化模型[3]。调整高炉炼铁高炉炉料的结矿结构，重新计算炉内铁水中的含硅量。在保证燃料利用率的前提下，结合高炉炉料结构的优化方法，对高炉操作的稳定进行作出保证。全过程性地优化烧结内容，并计算高炉所需冶金性能参数。

1 酒钢高炉炉料结构优化系统硬件设计

1.1 构建高炉炉料数据处理器

根据酒钢高炉炉料结构优化的连接设置，重新确定酒钢高炉炉料结构的连接顺序。按照炉料结构的坐标工作台控制开关接线，并设置高炉炉料结构正负限位，同时利用原点开关作出连接控制[4]。根据变频进给轴控制接口，连接变频高炉炉料结构的限位开关，通过三路驱动变频接口确定控制数据处理启动开关的位置。增加限流保护应急断电功能，完成高炉炉料数据处理器的构建。

1.2 炉料结构元器件选型

为保证酒钢高炉炉料结构的实时内核与处理器运行嵌入相匹配，需要选择与炉料结构嵌入相关的调试器，并针对炉料结构元器件的浮点数作出结构计数。通过专业的烧写工具确定接口电平，并计算锁相环的个数，完成对炉料结构元器件设备控制的需求。

2 酒钢高炉炉料结构优化系统软件设计

2.1 设计酒钢高炉炉料数据仿真函数

通过酒钢高炉炉料的物料平衡规律，以及高炉炉料的基础数据，确定高炉炉料烧结的最佳方案。为此，根据对应炉料的目标函数、以及过程变量确定炉料数据类型变量的仿真函数。

由于高炉炉料结构的过程变量受到工艺参数的约束，如果要确定高炉炉料的低烧成本，就要对高炉炉料结构的化学成分作出合理分析。由此设计烧结矿碱度的标准，并以焦粉约束条件作为极值范围的约束条件由此计算高炉炉料的低烧成本，公式如下。

其中，酒钢高炉炉料的最低成本为X，则第i种原料配入量的大小为Xi，对应配入原料的价格大小为Pi，已知配入原料的种数为由此得到烧结配料优化取值范围，如表1所示。

表1 烧结配料优化取值范围

根据酒钢高炉炉料烧结配料优化取值范围重新确定线性规划函数的调用内容，在整个高炉炉料结构的优化工艺中，根据炉料烧结的相关化学成分计算炉料的成分。已知高炉炉料中炉渣碱度及渣量不受炉料结构影响，因此可将炉渣碱度及渣量作为松弛变量带入线性规划函数中，由此得到酒钢高炉炉料配料比系数，计算公式如下。

其中，酒钢高炉炉料综合收料率的表达式为K，则酒钢高炉炉料中合金元素的控制量集合为(a1,a2,…,an)，合金元素的配料含量集合为(b1,b2,…,bn)。按照酒钢高炉炉料的配料比系数计算酒钢高炉炉料数据仿真函数，公式如下。

其中，ai、bi分别为酒钢高炉炉料合金元素的控制量集合和合金元素的配料含量集合的值。P(x)高炉炉料合金元素中的可行解函数，(P1(x),P2(x),…,Pn(x))为控制量集合中可行解函数的取值。

利用酒钢高炉炉料数据仿真函数构建酒钢高炉炉料结构的优化模型，并据此设计最优酒钢高炉炉料结构。

2.2 构建酒钢高炉炉料结构的优化模型

根据酒钢高炉炉料数据仿真函数的计算结果确定高炉炉料的平衡范围，并根据仿真函数的取值范围确定载能引入的基础核算能值，将最低高炉炉料能耗带入仿真函数中求得酒钢高炉炉料的双目标函数，计算关键性约束条件。从碱度、供氧量、焦炭配加量等多个方面确定原料的能耗价格，由此得到目标函数的需用量约束条件如下。

其中，高炉炉料的用量表示为ix，由此得到第i种高炉炉料用量的上下限表达式为Kimin、K imax。在高炉炉料结构中加入调整成分，使得高炉炉料结构的冶炼达到平衡。由此得到酒钢高炉炉料结构的优化模型如下。

其中，酒钢高炉炉料结构钢量的下限为Qmin，其中成分指标变量的表达式为iω。Genuine高炉炉料的能量收支情况把控冶炼周期，将整个炉料的流动过程与能量流图融合，计算得到炉渣熔化热等相关参数的大小，据此完成酒钢高炉炉料结构优化。

2.3 完成酒钢高炉炉料结构优化

利用酒钢高炉炉料结构的优化模型，分析并确定酒钢高炉炉料结构优化的能量收支状况，并通过流动过程重新确定高炉炉料的各部分吸收热，由此得到高炉炉料的能量收支表达式，如下。

其中，酒钢高炉炉料的吹氧化学反应放热集合为(Qi n1,Qin2,…,Qin6)，酒钢高炉炉料加热熔化废钢的能量集合为(Qo ut1,Qout2,…,Qout6)。酒钢高炉炉料内提供反应界面的是炉渣，通过钢液与隔离作用提供吸气和过氧化反应，增加炉渣的热量并提供炉衬，以此在高炉炉料内堆砌更多碱性耐火材料，以此提高酒钢高炉炉料结构的优化效果。

3 系统测试

为验证酒钢高炉炉料结构优化的性能，利用酒钢高炉炉料结构的优化模型模拟不同组别炉料结构的组成。对比应用酒钢高炉炉料结构优化系统的组别炉料结构与其他未应用本文设计系统的三组别炉料结构，计算不同炉料结构的熟料比。

3.1 确定炉料结构的荷重软化性能

通过酒钢高炉炉料结构的优化模型计算出4组炉料结构的荷重软化性能，如表2所示。

表2 炉料结构的荷重软化性能

根据炉料结构的荷重软化性能确定不同炉料结构的构成，如图1所示。

通过不同炉料结构的构成，在最小成本的范围内选择炉料结构更单一的软化区间由此确定不同炉料的熟料比。

3.2 测试结果

按照荷重软化性能布置炉料结构，计算得到应用组与其他三组炉料结构的熟料比，如表3所示。

表3 不同炉料结构的熟料比

分析表中数据可知，未应用酒钢高炉炉料结构优化系统的第一组炉料结构的熟料比最高为0.684，第二组炉料结构的熟料比较第一组低，第三组炉料结构的熟料比较第一组与第二组更高，比较得到未应用酒钢高炉炉料结构优化系统的熟料比最高为0.700，而应用酒钢高炉炉料结构优化系统的炉料结构熟料比最高为0.873。因此，应用酒钢高炉炉料结构优化系统的炉料结构能够提高熟料比的产出，更具有应用价值。

4 结语

通过本文研究，提高炉料结构中熟料比的产出，使得酒钢高炉炉料的结构更加合理，提高了酒钢高炉炉料的料柱透气性。今后应继续利用炉料模型优化原料供应模型，提高酒钢高炉炉料结构运行的稳定性，并改善高炉炉料的煤气利用率，使得酒钢高炉炉料结构中的热量分布更加稳定。