炼钢-连铸新工艺条件下的中间包优化方法

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1、http://www.gtjia.com炼钢-连铸新工艺条件下的中间包优化方法易剑1,2，李维刚1,2，朱俊2，杜斌1,2(1.东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110819；2.宝钢研究院自动化研究所，上海201900)摘要：在炼钢―连铸中，改进后的新工艺条件使得中间包寿命的评价方法由固定炉数变成了固定时间，针对这种变化，建立了相应的中间包优化模型。模型中考虑了炉次计划中的钢种、浇铸宽度、拉速等因素对浇铸时间的影响。采用启发式和DNA进化相结合的方法求解模型，先设计了3个启发式算法，然后在此基础上设计了基于DNA进化的优化方法，并给出了详细步骤。通过对企业实际生产数据进行仿真计算，其结

2、果表明优化后的中间包利用率明显提高，从而验证了该方法的有效性。关键词：炼钢—连铸；炉次计划；中间包计划；启发式算法；DNA进化算法在钢铁生产中，炼钢、连铸是两个紧密衔接的前后工序，连铸机的前面是中间包(tundish)装置，它是连铸生产中的重要设备之一，是用来引导钢液进入连铸结晶器的高温冶金容器，其内衬用耐火材料制成[1]。耐火材料有其固有的使用时限，使用到一定程度就得更换中间包，因此每个中间包都有使用寿命。以前基于工艺条件的限制，一个中间包的使用寿命是用最大浇铸炉数来衡量的，而在采用新技术工艺后，普碳钢的中间包使用寿命的衡量方法不再是最大浇铸炉数，而是最大浇铸时间。在进行炼钢―连铸计划[

3、2]编制时，有关中间包的优化模型都是以最大浇铸炉数为基础进行建模，其中文献[3—6]都是以最大浇铸炉数作为中间包寿命的硬约束，文献[7]首次把中间包寿命作为优化目标来研究，但也是只从最大浇铸炉数上进行优化。本文针对新技术工艺所带来的变化，建立了以最大浇铸时间为基础的中间包优化模型，并设计了相应的求解方法。1工艺的改进及其对中间包的影响中间包的使用寿命一般采用以下方法评估：依靠人工经验粗略估算每个钢种的最大可浇炉数，作为中间包对该钢种的使用寿命。如根据以往的生产经验估算出某钢种最多可浇6炉，则该钢种的中间包寿命就为6炉，钢种不同其中间包寿命也不同。为了进一步提高对中间包寿命的控制精度，某炼钢

4、厂对中间包的相关工艺作了一系列的改进：1)提高耐火材料的质量；2)改进中间包水口快速更换装置；3)采用新型材质的中间包塞棒；4)改进座砖和上水口的间隙；5)改进浸入式水口渣线的位置；6)浸入式水口吹氩防止水口堵塞；7)冲击区增加稳流器等。随着这些新技术工艺的应用，目前该炼钢厂在浇铸普碳钢时，中间包使用寿命的控制精度不再是人工粗略估算的最大浇铸炉数，而是最大浇铸时间，它是一个固定的值，其精度为分钟。新技术工艺使得中间包寿命的考量由固定炉数变成了固定时间，这给连铸计划组中间包带来了很大的影响。新工艺条件下，每个中间包的使用寿命都是一个固定的时间值，是中间包的工艺属性，与钢种无关。如此一来，对某

5、个具体钢种而言，中间包的最大浇铸炉数将不再是固定的，而是要受钢种、板坯浇铸宽度、拉速等因素的影响。针对上述情况，本文考虑炉次计划中的钢种、浇铸宽度、拉速等因素对浇铸时间的影响，以及连铸的工艺约束，建立了基于最大浇铸时间的新工艺条件下的中间包优化模型。2新工艺条件下的中间包优化模型2.1问题描述一批炉次计划，总共n炉，第i炉的出钢记号为Si，连浇码为Ci，炉重为Gi，可选浇铸宽度范围为[Wimin，Wimaxhttp://www.gtjia.com]。出钢记号即钢种；连浇码表示不同的钢种之间是否可以连浇，当不同钢种拥有相同的连浇码时，表明它们之间可以连浇；可选浇铸宽度范围是炉内所有板坯宽度范

6、围的交集，若交集为空，说明需要炉内调宽，但实际生产中，炉内调宽极少，而且炉内调宽可改为炉间调宽，因此本文假设炼钢组炉时不允许炉内调宽，即每个炉次内的板坯至少有1个共同的浇铸宽度，这样它们的交集就不会为空；炉重表示炉内所有板坯的重量之和。根据连浇码、宽度跳跃及调宽限制、中间包寿命等约束对以上n个炉次排中间包计划，使得中间包的平均利用率尽量高。2.2参数计算在建模之前，先推导几个参数计算公式。1)浇铸时间的计算。对于炉次i，因出钢记号Si、炉重Gi已知，因此浇铸时间只与所选浇铸宽度有关。设该炉次所选宽度为yi，由钢种、宽度等关键字所确定的拉速表中查得Si、yi所对应的拉速vi,yi，则其炉内所

7、有板坯全部浇铸完毕所花时间的计算方法为：式中：ρ为钢水密度，H为板坯厚度，都是常量。2)中间包利用率的计算。每个中间包的利用率不再是中间包内的实际炉数与最大浇铸炉数之比，而是中间包内的所有炉次的全部浇铸时间与最大浇铸时间之比，即：此计算公式在后面的数学模型中会根据决策变量进行具体化描述。2.3数学建模1)决策变量。①中包数。设z为最后组成的中包个数，其定义域为[1，n]。②炉次指派。定义0―1变量：③炉次所选宽度。设yi