[发明专利]一种炼钢车间钢水加工节奏的控制方法

摘要

一种炼钢车间钢水加工节奏的控制方法，通过考虑实际生产中的工艺约束，以降低钢水热能损失量为指标，得到炼钢车间钢水加工节奏控制工艺。本方法可使生产准时化，降低断浇次数，提高生产设备利用率，炼钢厂生产参照每个炉次在每台机器上的开始加工时间执行生产，炉次能准时到达连铸机保证连浇，同时各精炼设备负荷均匀，故障率降低，提高连铸机及炼钢车间产能。采用本发明可在短时间内根据新的生产环境产生新的生产方案，以应对难以避免的设备故障等突发事故。合理高效的钢水加工节奏控制能够保证炉次在合理的机器上处理，减少炉次多余的运输，节省能源，降低物流成本，减少钢水在工序之间的等待，减少钢水热量损失，达到节能降耗。

主权项

1.一种炼钢车间钢水加工节奏的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：获取生产过程原始工艺数据，包括：浇次信息、炉次信息、机器信息、工序信息；步骤2：根据炼钢车间生产工艺和约束，建立炼钢车间钢水加工节奏的描述方式，以数学模型的形式描述工艺特征与钢水加工节奏的联系，具体如下：步骤2.1：将生产数据和工艺参数映射为数学模型参数，包括：生产周期，记为T^span；待生产炉次，记为P；所有生产工序，记为Q＝{1，2，3，4，5}，其中1表示炼钢，2表示RH精炼，3表示LF精炼，4表示CAS精炼，5表示连铸；每个工序s包含的机器数目用表示，s∈Q；用P表示炉次集合，P＝{1，2，Λ，N}；炉次序号为i，i∈P；炉次i在个工序中的个机器上生产，用Q_i表示炉次i的工序集合，步骤2.2：选取控制炼钢车间钢水加工节奏控制方案的数学模型决策变量，包括：X_is：炉次i在工序s的开始时间，i∈P，对于炉次不经过的精炼工序，X_is等于上一工序的完成时间步骤2.3：设定生产指标为钢水热能损失量最小，即在数学模型中将其映射为最小化炉次总等待时间，表示如下：F=minΣi=1NΣl=1NiS-1(Xisil+1-Xisil-tisil-Σm=1NsilMΣn=1Nsil+1MWisilmsil+1nTsil,m,sil+1,n-TSsil+1-TRsil)]]>其中，s_il表示炉次i经过的第l个工序，t_is表示炉次i在工序s上的处理时间，i∈P，s∈Q，对于炉次i没有经过的精炼工序，t_is＝0；T_{s1，m1，s2，m2}表示s1工序中第m1台机器到s2工序中第m2台机器之间的运输时间；s1，s2∈Q，表示炉次在工序s的机器上的setup时间，特别地，连铸阶段炉次的setup时间是指炉次在回转台上测温等操作的时间，区别于两个浇次之间的调整时间，表示工序s上炉次在机器上的remove时间，特别地，连铸机上炉次的remove时间为0，s∈{1，2，3，4，5}；步骤2.4：确定数学模型约束条件，包括：(1)一个炉次在其经过工序上必须且仅能被一台机器处理：Σm=1NsMYism=1]]>s∈Q_i，i∈P(2)一个工序上一个炉次后面至多有一个炉次与它相邻：Σm=1NsMΣj∈PZijsm≤1]]>s∈Q_i，i∈P(3)类似地，一个工序上一个炉次前面至多有一个炉次与它相邻：Σm=1NsMΣj∈PZijsm≤1]]>s∈Q_j，j∈P(4)同理对于同一炉次经过的前后工序的机器有：Σs∈QΣm=1NsMWismqn≤1]]>q∈Q_i，n=1,2,Λ,NqM,]]>i∈PΣq∈QΣn=1NqMWismqn≤1]]>s∈Q_i，m=1,2,Λ,NsM,]]>i∈P(5)在同一工序中的同一机器上处理的相邻炉次，要等前一炉次处理结束，才能开始下一炉次，对于转炉，前一炉次处理完后，要等转炉倒渣结束后才可以处理下一个炉次：Zij1m(Xj1-T1S-Xi1-ti1-T1R-T1CL)≥0,]]>m=1,2,L,N1M,]]>i，j∈P其中，表示转炉的倒渣时间；(6)对于其他工序：Zijsm(Xjs-TsS-Xis-tis-TsR)≥0,]]>s∈Q\{1}，m=1,2,Λ,NsM,]]>i，j∈P(7)同一炉次的相邻工序要等前一工序处理结束才能开始下一工序：Xisil+tisi,l+1+TRsi,l+Σm=1NsilMΣn=1Nsil+1MWisilmsil+1nTsil,m,sil+1,n≤Xisi,l+1-TSsi,l+1,]]>i∈P，l=1,2,Λ,NiS-1]]>(8)连铸机上同一浇次内炉次必须连浇批处理：Xpmak,5+tpmak,5+T5R=Xpma,k+1,5-T5S,]]>m=1,2,L,N5M,]]>a=1,2,Λ,NmC,]]>k＝1，2，Λ，|P_ma|-1其中，P_ma表示第m台连铸机上的第a个浇次的炉次集合，|P_ma|表示集合P_ma里面元素个数，下同；(9)同一连铸机上相邻浇次之间必须满足一定的时间间隔用于浇次调整：Xpma|Pma|,5+tpma|Pma|,5+T5R+TC≤Xpm,a+1,1,5-T5S,]]>m=1,2,L,N5M,]]>a=1,2,Λ,NmC-1]]>(10)每台机器的上的任务的处理时间跨度范围不能超过生产周期：Σi∈PZi0sm(Xis+tis+TsR)-Σj∈PZ0jsm(Xjs+TsS)≤Tspan,]]>s∈Q，m=1,2,Λ,NsM]]>(11)炼钢到精炼之间，炉次的等待时间不能超过上限：Xisi2-Tsi2S-Σm=1NsilMΣn=1Nsi2MWisilmsi2nTsil,m,si2,n-T1R-ti1-Xi1≤F1max,i∈P]]>其中，表示炼钢到精炼之间，炉次等待时间上限，对于双重精炼是指转炉到第一重精炼之间的等待时间上限，炉次等待时间如果超过这个上限，钢水将无法精炼；(12)精炼到连铸之间，炉次的等待时间不能超过上限：Xi5-T5S-Σm=1NsifMΣn=1Nsi5MWisifmsi5nTsif,m,si5,n-TsifR-ti,sif-Xisif≤F2max]]>是炉次连铸前的精炼工序序号，i∈P其中，表示精炼到连铸之间，炉次等待时间上限，对于双重精炼，是指第二重精炼到连铸之间的等待时间上限，炉次等待时间如果超过这个上限，钢水温度将达不到连铸需要最低温度，炉次需要返回精炼重新升温；(13)对于双重精炼的炉次，炉次在精炼工序之间等待时间不能超过上限：Xisi3-Tsi3S-Tsi2R-Σm=1Nsi2MΣn=1Nsi3MWisi2msi3nTsi2,m,si3,n-tisi2-Xisi2≤F3max]]>i∈P且炉次i的精炼方式为RH+LF或LF+RH其中，表示双重精炼之间，炉次等待时间上限，炉次等待时间如果超过这个上限，钢水将无法进行第二重精炼；步骤3：以基本工艺约束为依据，制定炼钢车间钢水加工节奏的控制方案；步骤3.1：设置所有连铸机上第一个浇次的开始浇铸时间为一个相等的定值，计算出各炉次的开始浇铸时间；步骤3.2：对所有连铸机上的所有炉次的开始浇铸时间进行排序，得出初始炉次排列，从而制定出初始的炼钢车间钢水加工节奏控制方案，并记录炉次在各工序的开始加工时间；记炉次排列为π＝{Y_ism，W_ismqn，Z_ijsm}，表示在数学模型中所有炉次的决策变量值除X_is外都已确定，定义初始炉次排列π⁰，将所有连铸机上的所有炉次按照其开始浇铸时间从小到大排序然后依次将炉次分配到炉次需要经过的精炼工序以及炼钢工序的最早可利用的机器上，最早可利用机器是指同一工序的并行机中，机器上已分配炉次处理时间之和最小的机器，此时得到炉次的初始排列π⁰后，求解线性规划问题f(π⁰)，就得到初始的钢水加工节奏控制方案；步骤3.3：以步骤3.2制定的初始的炼钢车间钢水加工节奏控制方案为基础，利用步骤2中所建立的描述方式，采用禁忌搜索与线性规划混合算法，优化初始的控制方案，达到钢水的热能损失最小的生产目标。