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(jì)劃及煉鋼廠的煉鋼出鋼計(jì)劃為基礎(chǔ)，以TPC罐次為調(diào)度工件，按照煉鋼出鋼計(jì)劃中澆次對(duì)于鐵水的時(shí)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(jì)劃中的澆次轉(zhuǎn)化而來(lái)）之間的對(duì)應(yīng)，編制出鐵鋼對(duì)應(yīng)計(jì)劃。并進(jìn)而以鐵鋼對(duì)應(yīng)計(jì)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(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，形成TPC罐次的生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間

2、表（稱為鐵水調(diào)度計(jì)劃）。在鐵水物流生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)門(mén)PC罐次在設(shè)備上處理時(shí)間的波動(dòng)、TPC罐次在高爐下的二次受鐵、運(yùn)輸設(shè)備（機(jī)車(chē)）沒(méi)有及時(shí)到位以及運(yùn)輸時(shí)間的波動(dòng)等導(dǎo)致某一TPC罐次在設(shè)備上不能按時(shí)開(kāi)工造成大延時(shí)，如果仍然按照原調(diào)度計(jì)劃執(zhí)行，會(huì)導(dǎo)致相鄰TPC罐次在同一設(shè)備上產(chǎn)生作業(yè)時(shí)間的沖突，因此需要對(duì)原調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整（即重調(diào)度）。由此可見(jiàn)，煉鐵-煉鋼區(qū)間的鐵水調(diào)度是由鐵水物流平衡、鐵鋼對(duì)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(wèn)

3、題所組成的。
　　鐵水物流平衡是以計(jì)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(jì)劃周期開(kāi)始時(shí)的在線鐵水量、計(jì)劃周期內(nèi)在線鐵水的最大/最小安全庫(kù)存量、各高爐到各煉鋼廠的運(yùn)輸費(fèi)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(yùn)輸費(fèi)用最小化為目標(biāo)，確定計(jì)劃周期內(nèi)每個(gè)子周期下各高爐運(yùn)往各煉鋼廠的鐵水重量，形成鐵水物流平衡計(jì)劃表。
　　鐵鋼對(duì)應(yīng)調(diào)度是以煉鐵廠的高爐出鐵計(jì)劃、

4、煉鋼廠的煉鋼出鋼計(jì)劃為基礎(chǔ)，確定出高爐出鐵計(jì)劃中的各個(gè)TPC罐次，與煉鋼出鋼計(jì)劃中各澆次轉(zhuǎn)化形成的各個(gè)預(yù)罐次之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即將某個(gè)TPC罐次對(duì)應(yīng)到哪一個(gè)預(yù)罐次上去，滿足某個(gè)煉鋼廠的某個(gè)澆次對(duì)于鐵水的需求，并確保受鐵結(jié)束時(shí)間較早的TPC罐次優(yōu)先對(duì)應(yīng)到目標(biāo)倒罐時(shí)間較早的預(yù)罐次上去，最終編制生成鐵鋼對(duì)應(yīng)計(jì)劃表。
　　TPC罐次鐵水靜態(tài)調(diào)度是以鐵鋼對(duì)應(yīng)計(jì)劃為基礎(chǔ)，在TPC罐次所經(jīng)過(guò)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(shí)間及運(yùn)輸時(shí)間已知不變的條件下，以同一臺(tái)設(shè)備上加工的不同TPC罐次之間不能出現(xiàn)作業(yè)時(shí)間的沖突、TPC罐次在倒罐站準(zhǔn)時(shí)倒罐為性能指標(biāo)，確定各個(gè)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(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，形成TPC罐次鐵水的生產(chǎn)作業(yè)時(shí)間表（稱為鐵水調(diào)度計(jì)劃）。
　　在鐵水調(diào)度計(jì)劃的執(zhí)行過(guò)程中，由于TPC罐次在設(shè)備上加工時(shí)間的波動(dòng)、運(yùn)輸時(shí)間的波動(dòng)、TPC罐次在

6、高爐下的二次受鐵以及運(yùn)輸設(shè)備（機(jī)車(chē)）沒(méi)有及時(shí)到位等原因使得某一TPC罐次在設(shè)備上不能按時(shí)開(kāi)工形成大延時(shí)，從而造成與相鄰TPC罐次的作業(yè)時(shí)間沖突。因此，需要對(duì)原調(diào)度計(jì)劃進(jìn)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(jì)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(shí)間不變、以及TPC罐次的運(yùn)輸時(shí)間不變的條件下，以同一臺(tái)設(shè)備上加工的不同TPC罐次之間不能出現(xiàn)作業(yè)時(shí)間的沖突、TPC

7、罐次在倒罐站準(zhǔn)時(shí)倒罐為性能指標(biāo)，確定各個(gè)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(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，重新形成新的鐵水調(diào)度計(jì)劃表。
　　煉鐵-煉鋼區(qū)間的鐵水生產(chǎn)物流過(guò)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(fù)著承上啟下的作用。鐵水生產(chǎn)物流過(guò)程的運(yùn)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(duì)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(huì)

8、影響到高爐出鐵的安全性，或因鐵水供應(yīng)的不及時(shí)造成后序轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)時(shí)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(wèn)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(shí)間沖突”以及“TPC罐次加工處理順序”這兩個(gè)約束條件的描述都存在著多種可能性，可以被表示為多個(gè)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(xiàn)中，只是將鐵水預(yù)處理站看成一個(gè)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(tái)同類(lèi)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(jìn)行鐵水調(diào)度不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)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(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而影響其按時(shí)倒罐;或者會(huì)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(guó)內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)具有4座高爐、2個(gè)鐵水預(yù)處理站（其中一煉鋼廠鐵水預(yù)處理站具有1臺(tái)前扒渣設(shè)備、2臺(tái)脫硫設(shè)備;二煉鋼廠鐵水預(yù)處理站具有1臺(tái)前扒渣設(shè)備、3臺(tái)脫硫（脫磷）設(shè)備、2臺(tái)后扒渣設(shè)備）、2個(gè)煉鋼廠倒罐站（其中一煉鋼廠倒罐站具有1個(gè)倒罐工位，二煉鋼廠倒罐站具有4個(gè)倒罐工位）的鐵水物流過(guò)程為背景，對(duì)于煉鐵-煉鋼區(qū)間鐵水優(yōu)化調(diào)度方法及應(yīng)用開(kāi)展了研究，取得成果如下：
　　1.首先，在對(duì)煉鐵-煉鋼區(qū)

11、間的鐵水物流過(guò)程進(jìn)行描述與分析的基礎(chǔ)上，提出了由鐵水物流平衡、鐵鋼對(duì)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(duì)于以上各個(gè)問(wèn)題的目標(biāo)、約束條件、決策變量等關(guān)鍵要素進(jìn)行了描述，同時(shí)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(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)人工調(diào)度過(guò)程進(jìn)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(duì)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(guò)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(yùn)輸費(fèi)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(kù)存量的范圍為約束方程，以計(jì)劃周期內(nèi)每個(gè)子周期各高爐運(yùn)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(wèn)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(duì)應(yīng)調(diào)度方法:在分析現(xiàn)場(chǎng)人工進(jìn)行鐵鋼對(duì)應(yīng)調(diào)度時(shí)所考慮因素（鐵水的重量、成分、時(shí)間、溫度等）的基礎(chǔ)上，描述了鐵鋼對(duì)應(yīng)調(diào)度問(wèn)題的約束條件和目標(biāo)。針對(duì)鐵鋼對(duì)應(yīng)調(diào)度問(wèn)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(duì)應(yīng)調(diào)度問(wèn)題，該算法包含了從鐵水調(diào)度專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)的工藝要求中提煉出的4類(lèi)共7條鐵鋼對(duì)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(duì)

14、應(yīng)計(jì)劃表為輸入，以TPC罐次在倒罐站準(zhǔn)時(shí)倒罐、TPC罐次在各工序設(shè)備間的總等待時(shí)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(shí)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(kāi)始時(shí)間為決策變量，給出了問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述。分析了該問(wèn)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(lèi)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(lèi)型鐵水TPC罐次處理開(kāi)始時(shí)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(lèi)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(shí)開(kāi)工造成大延時(shí)的鐵水重調(diào)度方法:以原有鐵水調(diào)度計(jì)劃表為輸入，以TPC罐次在倒罐站準(zhǔn)時(shí)倒罐、TPC罐次在各工序設(shè)備間的總等待時(shí)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(shí)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(kāi)始時(shí)間為決策變量，給出問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述。分析了該問(wèn)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(lèi)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(lèi)型鐵水TPC罐次處理開(kāi)始時(shí)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(lèi)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(duì)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(shí)開(kāi)工造成大延時(shí)的鐵水重調(diào)度方法，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了煉鐵-煉鋼區(qū)間鐵水調(diào)度系統(tǒng)軟件，在國(guó)內(nèi)某大型鋼鐵企業(yè)的鐵水物流過(guò)

18、程中進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用研究，并成功應(yīng)用。系統(tǒng)的運(yùn)行效果表明:對(duì)于鐵水物流平衡計(jì)劃、鐵鋼對(duì)應(yīng)計(jì)劃的編制，鐵水調(diào)度計(jì)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(chǎng)人工編制各種計(jì)劃所需的時(shí)間，滿足了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于鐵水調(diào)度實(shí)時(shí)性和快速性的要求。對(duì)于平均每天150個(gè)TPC罐次，與該鋼鐵企業(yè)原來(lái)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(shí)間，減少了TPC罐次倒罐時(shí)的提前/拖期時(shí)間，提高了前扒渣、后扒渣等瓶頸工序設(shè)備