炼钢厂多尺度建模与协同制造

在阐述炼钢厂多尺度建模与协同制造技术架构的基础上,分别从单体工序尺度、车间区段尺度与炼钢厂运行尺度开展了炼钢厂协同制造的研究。从工序/装置过程控制系统（PCS）到炼钢厂制造执行系统（MES）进行了较为系统的建模研发,构建了包括转炉工序、精炼工序与连铸工序在内的工序工艺控制模型以及以生产计划与调度模型为核心的物质流运行优化模型,并通过工序工艺控制和生产计划与调度的动态协同,实现了炼钢厂多工序/装置的高效运行。研发了炼钢?连铸过程工序工艺控制模型、生产计划与调度模型同MES之间的数据接口,实现了MES与生产工艺控制、流程运行控制、生产计划与调度系统的有机融合,形成了以机理模型与数据模型协同驱动的工艺精准控制、多工序协同运行、基于“规则+算法”的生产计划与调度为支撑的炼钢?连铸过程集成制造技术,通过多层级的纵向协同与多工序的横向协同,实现了炼钢厂的协同运行与控制。研究成果是炼钢?连铸过程智能制造的有益探索与实践,对流程工业智能制造企业具有很强的参考价值,对冶金工业绿色化、智能化发展具有示范与借鉴作用。应用后,明显提升了炼钢厂的协同制造水平,取得了显著的经济与社会效益。      

炼钢–连铸区段3种典型工序界面技术研究进展

面对钢厂智能化发展的时代要求,炼钢–连铸区段工序界面技术受到越来越多冶金学者的关注,其不仅是解决工序关系集合协同–优化问题的重要手段,也影响着工序功能集合解析–优化和流程工序集合重构–优化的效果。本文对炼钢–连铸区段3种典型工序界面技术,即钢包运行控制、天车运行控制和生产运行模式优化的研究进展进行阐述,其中,钢包运行控制包括钢包热状态监测、钢包选配以及钢包调度,天车运行控制包括吊运任务的分配和同跨/异跨天车的协同调度,生产运行模式优化包括工序/设备产能、时间节奏与炉–机对应模式的匹配设计。此外,针对炼钢–连铸区段多工序协同运行的制约因素,指出工序界面技术协同的必要性,并对上述工序界面技术的协同机制与协同方案进行了阐述。      

“炼钢厂多工序运行协同控制关键技术研发与应用”项目科技成果评价会成功召开

正2021年1月8日,中国金属学会在北京组织召开了由北京科技大学和山东莱芜钢铁集团银山型钢有限公司两家单位共同完成的"炼钢厂多工序运行协同控制关键技术研发与应用"项目科技成果评价会。为促进钢铁行业高质量发展,《中国制造2025》提出需着力推动大数据、云计算、人工智能等技术在钢铁工业的应用,着力解决钢铁制造流程单工序工艺的优化完善与多工序运行的协同控制问题,实现炼钢厂智能化生产。     

炼钢连铸调度系统中制造命令调整模型及算法

针对国内某大型炼钢厂生产调度中的制造命令调整问题,提出了采用多目标优化模型和启发式算法分别进行时间和设备调整.近期,该技术已在该炼钢厂应用,运行结果表明了模型算法的有效性和实用性.     

基于“炉机对应”原则的炼钢—连铸调度模型

针对某特殊钢厂炼钢-连铸生产调度问题,首先,构建以炉机匹配度、连浇炉数以及过程等待时间等为主要评价指标的多目标优化调度数学模型.进而,对工艺流程结构以及炼钢、精炼和连铸三个工序的运行时间进行解析,分析合理的产品结构范围及不同产品结构下的生产组织模式.根据炼钢厂运行的"炉机对应"原则,运用柔性工序缓冲调节策略,协调优化炼钢、连铸工序间的生产节奏,求解不同生产模式下的调度方案.最后,通过仿真计算与实际生产状况的综合分析,验证了调度模型和求解策略的有效性和优越性.      

炼钢?连铸生产调度的研究进展

针对炼钢?连铸过程的生产调度问题,首先,对生产调度问题的研究方法进行了总结和评述,梳理了各类方法的特点及适用范围;其次,介绍了当前国内外钢厂典型计算机辅助调度系统的一些案例,并讨论分析其特点;最后,在以往研究的基础上,对未来炼钢?连铸过程生产调度问题的研究思路和方法提出了建议,针对静态调度提出了“规则+算法”的研究思路,以国内某特钢厂为例,提出了基于钢厂生产模式优化的调度模型构建方法;针对动态调度提出“多工序协同”的研究思路,提出了基于多智能体的炼钢?连铸过程多工序工艺、质量与调度的协同控制的研究方法。优化高效的建模及求解方法是解决生产调度问题的重要手段之一,旨在改善当前钢厂生产计划编制水平、提高生产计划的可执行性、加强现场实时调控,对实现炼钢?连铸过程稳定化、有序化、连续化运行具有重要意义。      

基于冶炼设备故障的炼钢-连铸重调度

针对炼钢-连铸生产过程中某一冶炼设备发生故障之后的重调度问题,为保证生产的稳定性,减少重调度方案相对于初始调度方案的变化程度,以开始作业时间、作业周期和设备指派的加权差异度最小化为目标,采用数学规划方法建立了重调度模型。通过分析炼钢厂生产运行模式和生产工艺过程,提出了由基于“炉-机对应”调度策略的设备指派算法和基于工序柔性缓冲调控策略的时间调整算法两部分组成的重调度算法。以国内某中大型炼钢厂炼钢-连铸实际生产中经常发生的转炉设备故障或精炼炉设备故障问题为仿真案例进行研究,结果表明,调度前/后开始作业时间、作业周期与设备指派的总加权差异度分别为0.29、1.43和1.21,可有效保持重调度方案与初始调度方案的一致性,保证生产的稳定性,且求解时间均小于0.6 s,能够针对冶炼设备发生故障后的重调度问题快速给出较优的解决方案,在冶炼设备故障频发的实际生产过程中能够保证炼钢-连铸有序、稳定、高效运行。     

炼钢厂的运行控制

在总结以往炼钢系统物流管制研究的基础上，提出炼钢厂运行优化的理论框架与控制方法。具体包括九个部分，炼钢系统的运行原则与控制策略，炼钢系统过程时间参数、温度参数的解析与优化，炼钢厂生产能力的确定，炼钢-连铸生产模式的优化，温度制度的优化，生产过程组织与控制，钢包转运的解析与优化，中间包转运的解析与优化，炼钢厂计算机辅助生产调度系统等。     

钢铁制造流程动态运行要素的认识与实践

 深入认识钢铁制造流程的动态运行特征是实现流程动态-有序、协同-连续运行状态管控的基础。基于对钢铁生产流程特征的分析,阐述了“流、流程网络与运行程序”作为钢铁制造流程动态运行3大要素的特征及其数学描述,明确了运行程序是进行物质流、能量流在以流程网络为基础的网络空间中运行优化的调控手段,以及构建铁素物质流及能量流在流程网络上的动态运行优化模型是实现钢铁制造流程高效优质低耗低成本运行的有效途径。对于钢铁制造企业,提出了以生产计划调度优化模型为核心的运行程序优化技术,通过优化模型形成的生产计划调度指令可引导制造流程运行状态的整体优化,实现生产资源的合理优化配置和能源利用效率提升。     

炼钢厂的精细制造

炼钢厂生产过程是钢铁制造流程中的关键环节,主要涉及铁水预处理、炼钢、二次冶金和连铸4个生产工序。以炼钢厂生产过程为例,对钢铁生产过程的精细制造进行阐述。从炼钢厂生产工艺的精细控制、工序装备的精细配置与运行、生产流程的精细管控3个方面归纳并描述了炼钢厂的精细制造,并且分析了国内外在这3方面的研究进展。炼钢厂的精细制造对钢厂实现高品质、高效率、低成本、低能耗生产具有重要意义。     

基于“炉?机对应”的炼钢?连铸生产调度问题遗传优化模型

针对炼钢?连铸过程因车间布局复杂造成工序间钢水交叉供应频繁、等待时间过长以及天车调度困难等问题,本文建立以计划内所有炉次总等待时间最小为优化目标的炼钢?连铸过程生产调度模型,并采用改进的遗传算法求解该模型。在遗传操作过程中,引入“炉?机对应”调控策略以改善初始种群质量,并根据转炉（精炼）与连铸作业周期的比较,来确定是否对个体进行交叉、变异操作。以国内某中大型炼钢厂主要生产模式下的实际生产计划为仿真算例进行实验,结果表明:本文提出的基于“炉?机对应”的改进遗传算法的性能显著优于基本遗传算法及启发式算法,针对炼钢厂产量占比超过80%的主要生产模式4BOF?3CCM下的算例1,优化了生产过程等待时间,工序间最长等待时间由77 min减小到54 min;炉?机匹配程度也明显提高,3号精炼炉去往3号连铸机的钢水比例由25%提升到67%,减少了个别炉次由于设备随机指派造成的工序设备间对应关系不明确及由于生产路径不合理造成等待时间过长的现象,为研究炼钢厂复杂生产调度问题提供了一种高效的解决方案。      

特殊钢厂炼钢-连铸调度模型

针对特殊钢厂的炼钢-连铸调度问题,建立了多目标调度模型.在模型求解过程中,对静态调度策略和动态调度策略进行了探讨.在静态调度部分,结合炼钢厂运行原则,并根据炼钢炉和连铸机作业周期的不同对应关系,对生产模式进行了分类,给出了相应的求解方法.在动态调度部分,给出了基于规则的动态调度策略以及具体的时间调整方法.最后,根据某转炉特殊钢厂的实际生产状况,在三台连铸机同时生产的情形下,对三个浇次的调度计划进行了仿真计算.通过与实际生产数据的比较,表明所采用方法的有效性.      

电弧炉炼钢技术的发展趋势

 电弧炉炼钢在环保、投资以及效率方面优势明显,为了重点推行该节能环保型炼钢工艺流程,近年来电弧炉炼钢技术得到快速发展。综述了国内外电弧炉高效化冶炼技术、绿色化生产技术和智能化控制技术的发展现状,其中绿色化和智能化是电弧炉炼钢技术的未来发展趋势。集操作、工艺、质量、成本以及环保于一体,进一步提升电弧炉炼钢技术的绿色化和全流程监测与控制的智能化,是推动整个钢铁行业向智能化和绿色化转型升级的重要举措。     

炼铁-炼钢区段界面动态运行过程建模和仿真

为了探索并制定合理的钢铁制造流程炼铁 炼钢区段的生产系统结构和生产组织方式，介绍了钢铁制造流程炼铁 炼钢区段的界面模式、工序设备和动态运行过程，并采用离散事件动态系统相关理论对炼铁 炼钢区段动态运行过程进行了系统分析，提出了基于实体流图法和事件调度法的炼铁 炼钢区段动态运行过程的仿真模型和仿真策略。对某钢铁企业炼铁 炼钢区段动态运行过程进行了建模和仿真研究,结果表明，该企业炼铁 炼钢区段应采用“一罐一送”的铁水罐运输组织方式，此时3台机车利用最充分，平均作业率为60%，KR脱硫站进站铁水温度较高，且温度波动较小，KR脱硫站进站铁水温度平均值为1 423 ℃，极差为22 ℃。     

基于因素分析的炼钢车间布置评价模型

炼钢车间的布置直接可以影响到车间内的物流运行、生产调度、生产效率和生产成本。分析炼钢车间布置的发展特点,综合炼钢车间内的物流运输、天车运行、车间占地面积、建设成本等4个因素建立炼钢车间布置的评价模型,提出模型的求解思路,并应用模型对两种不同的炼钢车间布置进行分析和评价,比较两种布置的优劣,对于新/改建炼钢车间的整体布置具有一定的指导意义。     

Low-Cost and Large-Scale Clean Steel Production Technology

As the market demand for clean steel increased,a number of new technologies for clean steel production have been developed in some domestic and foreign steelmaking plants.Based on the existing equipments and technical conditions in the No.1 steelmaking plant of Ansteel,a series of clean steel technologies have been integrated including single bay duplex-dephosphorization in steelmaking control technology,high efficiency desulfurization technology,the control technology for nitrogen content during the whole process,the control technology for hydrogen content in VD,and the systematic control technology for oxygen content.A series of process for all kinds of ultra-low phosphorus,ultra-low sulfur and relative low level of inclusions have been designed in clean steel production.This process include hot metal desulfurization and slag-off,single bay duplex-dephosphorization in BOF,molten steel slag-off,LF processing,VD processing,and continuous casting with protection,then a stable,low-cost and large-scale production process has been formed.Applying this integrative technology,the sum of 5 major elements including phosphorus,sulfur,oxygen,nitrogen,hydrogen is less than 80×10-6 in high alloy steel scale production,and the industrial applications for clean steel technology have been achieved.