不锈钢生产原料性能评价与全...冶炼配料优化模型开发及应用_春铁军.pdf

年第 期总第 期铁 合 金：作者简介 春铁军 男，年 月出生，博士，教授，博士生导师。年获中南大学与澳大利亚联邦科学院联合培养冶金工程博士学位；主要从事冶金工艺技术及配料优化模型开发研究。：。收稿日期 不锈钢生产原料性能评价与全流程冶炼配料优化模型开发及应用春铁军刘晓文谢明耀冯永奇黄学忠刘德强耿文浩（安徽工业大学冶金工程学院 安徽马鞍山）（广西北港新材料有限公司 广西北海）摘 要 根据广西北港新材料有限公司不锈钢冶炼的原料条件及工艺参数，开发了网页版的不锈钢生产原料性价评价与全流程冶炼配料优化模型。模型包括基础数据模块、性价比分析模块、初炼配料优化模块和精炼配料优化模块。其中，优化配料模型兼具手动配料和自动配料两种模式，自动配料是在满足目标产品成分和原料配比等限制条件下，以成本最低为目标，采用线性 非线性规划求解和先进的卷积神经网络等算法计算出原料的最优配比，并有效指导生产。目前，该模型已在广西北港新材料有限公司成功应用，吨钢成本降低 元，按照北港新材料不锈钢年产量 万 计算，每年降低成本 万元，经济效益非常显著。关键词 不锈钢 原料 配料模型 应用中图分类号 文献标识码 文章编号（），（，）（，），前言与普钢相比，不锈钢生产精炼过程需要加入合金，在配料计算时要兼顾、等成分的要求，由于合金成本高昂，价格波动频繁，。目前电解镍价格约 元，大部分不锈钢企业的配料还依旧采用 人工输入计算，配料成分按一个个化学元素顺序进行计算，对于合金元素种类多、含量高的不锈钢系列，往往需要多次试算，反复调整，。人工计算方法较为简单，人为干扰因素影响较大，很难寻求最优的原料配比，存在较大的降成本空间。不锈钢生产精炼原料成本占总成本的 左右，如何在满足目标产品成分要求的前提下，以最低成本实现原料的最优配比是目前不锈钢冶炼行业存在的关键共性问题。目前，普钢生产已有关于优化配料的报道。因此，开展不锈钢生产原料评价及全流程优化配料模型开发对不锈钢生产降本增效具有重要的意义。模型设计 模型框架开发的不锈钢生产原料及全流程优化配料模型包括基础数据模块、性价比分析模块、初炼配料优化模块和精炼配料优化模块，如图 所示。图 模型框架图 基础数据管理基础数据库包括初炼原料基础数据和精炼原料基础数据。初炼原料基础数据包括红土镍矿、辅料、熔剂、燃料、烧结矿和块矿管理，按所属模型分为烧结高炉模型、回转窑矿热炉模型。精炼原料基础数据包括主材管理、熔剂管理和辅料管理等 部分。其中主材管理按照种类分为镍系、铬系、锰系、铜系、铁系、废料系、渣钢系等，按照加入时期分为氧化期和还原期，按照是否参照材料分为是和否。每种材料包括在数据库显示包括名称、采购单价、化学成分、物理性能等。基础数据可以通过新增功能直接输入，同时也可通过 导入和导出功能，进行原料新增或者删除。性价比分析模块精炼主材性价比分析模块首先通过选择市场上认可度高的材料作为参照材料，例如以电解镍作为镍的参照材料，电解锰作为锰的参照材料，高碳铬铁作为铬的参照材料等。根据参照材料中某有价元素的含量及价格来确定每个有价元素的单价，以此为参考，计算出氧化期主材和还原期主材的价格，计算价格与采购价格的比值定义为性价比指数，性价比指数越高说明该材料越具有竞争力。参照材料不固定，可以选择数据库中的任意一个材料作为参照材料。同时也考虑了有害元素 和 对铁 合 金 年 冶炼的不利影响，可以输入精炼脱除 和 的成本，从而全面评价精炼材料的性价比。性价比分析界面如图 所示。图 性价比分析界面 初炼配料优化模块和精炼配料优化模块 初炼配料优化模块初炼配料优化模块包括烧结高炉一体化优化配料和回转窑矿热炉一体化优化配料。每种模型均包括手动配矿和自动配矿，其中手动配矿是人工输入每种原料的比例，进行手动配矿，计算出相关结果。自动配矿首先根据烧结和高炉、回转窑和矿热炉的要求进行成分、关键参数和原料配比等限制条件约束，以成本最低为优化目标，采用线性 非线性规划求解和先进的卷积神经网络等算法优化出最优的原料配比，在此配比条件下，计算出对应的结果。初炼配料优化两种模块界面分别如图、图 所示。图 烧结高炉一体化自动配料优化界面 第 期春铁军等 不锈钢生产原料性能评价与全流程冶炼配料优化模型开发及应用 图 回转窑矿热炉一体化自动配料优化界面 精炼配料优化模块精炼配料优化模型设置了手动配料和自动配料两种模式。在进行配料前，可首先进行参数设置，参数设置包括燃料和动力的单价及单耗、制造热轧和固溶加工费、销售运费等，以及各元素在氧化期和还原期的回收率。手动配料类似目前的人工 配料，人工输入每种材料的配比，需根据经验进行尝试计算，直至得到的合金成分满足目标成分。自动配料是在满足产品目标成分和原料配比等限制条件下，以精炼产品成本最低为目标，采用线性 非线性规划求解和先进的卷积神经网络等算法计算出氧化期主材和还原期主材的最优配比，以及最终产品的成分含量和成本等结果。精炼配料优化模块包括 系配料优化、系配料优化和 系配料优化。每个系列又分为不同的钢种，系优化包括、和其他型号共 个系列，系包括、和其他型号共 个系列，系包括、和其他型号共 个系列。精炼 不锈钢优化配料限制条件设置界面如图 所示。图 精炼 不锈钢优化配料限制条件设置界面 （下转第 页）铁 合 金 年 原始 方案 方案 图 制粒效果对比 结语（）原始南非铬精粉制粒后大于 粒级占比仅为，通过配加 铬除尘灰，成球性明显提升，铬除尘灰对于黏结性具有较好的促进作用。（）在原始南非铬精粉基础上同时配加 铬除尘灰和 的膨润土后，烧结矿成品率下降了，利用系数不变，转鼓指数下降了，固体燃耗上升 ，铬品位下降了。综合来看，在配加 铬除尘灰的前提下，膨润土强化制粒、提升烧结利用系数的效果不明显。（）仅使用南非精粉制粒后，烧结矿成品率较配加土耳其精粉烧结矿成品率低，利用系数低，但均高于行业平均值，化学成分较稳定，可利用南非精粉进行单独烧结。（）南非铬粉烧结转鼓指数偏低，主要与矿相有关，南非铬矿主要以 的再结晶固相固结为主，常规铁矿以液相固结为主。如果进行规模化烧结生产，建议优化配料探寻烧结性能好的铬系原料或适量增加燃料配比来提高烧结矿强度；同时在厂址选择及设计上，应尽量靠近矿热炉，减少转运站数量及运输的垂直落差，降低倒运过程中的粉末率。参考文献 朱德庆，熊守安，仉宏亮，等铬铁精矿球团烧结工艺与机理 中南大学学报（自然科学版），（）：朱德庆，李建，潘建，等铬铁矿粉烧结试验研究钢铁，（）：蒋仁全，邓小东，向花亮，等铬精粉矿带式烧结工艺研究与实践铁合金，（）：王冰，张宗旺提高烧结矿强度的措施山西冶金，（）：（上接第 页）以 系列为例，自动配料首先根据目标钢种元素成分进行上下限设置作为约束条件，同时对参与配料氧化期和还原期的主材配比也可以设置上下限约束，以精炼产品成本最低为优化目标，优化出满足限制条件前提下每种氧化期和还原期材料的配比，以及在此配比条件下，计算出精炼产品的成分含量以及对应的成本。结语结合广西北港新材料有限公司不锈钢冶炼生产原料和工艺参数，开发了网页版的不锈钢生产原料性价评价与全流程冶炼配料优化模型。采用 编程软件完成对模型软件系统的界面设计和代码编写，将模型算法转换为程序代码，操作环境整齐简洁，操作方便易懂。目前，该模型已在广西北港新材料有限公司成功应用，吨钢成本降低 元，按照目前北港新材料不锈钢年产量 万 计算，每年可降低成本 万元，经济效益非常显著。参考文献 周建南，周天时利用红土镍矿冶炼镍铁及不锈钢北京：化学工业出版社，郭亚芬，郭青不锈钢电炉配料模型的研究与应用冶金自动化，：耿涛，邹长东，赵家七，等铝镇静钢的成本最优化合金配料模型研究冶金自动化，（）：任铁良，王卫红，胡小刚 钢包精炼炉最优经济配料研究冶金能源，（）：张中中，甘牧原，吴丹伟，等“烧结球团高炉”联动配矿模型设计烧结球团，（）：潘料庭，谢明耀，黄学忠，等不锈钢精炼配料优化模型开发铁合金，（）：铁 合 金 年