本發(fā)明屬于煉鋼鋼鐵界面調(diào)控，具體涉及一種面向鐵鋼界面“一包到底”運(yùn)行模式的動態(tài)調(diào)控方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、鋼鐵工業(yè)作為典型的流程制造業(yè)，有高爐-轉(zhuǎn)爐長流程與電爐短流程2類流程式制造方式。中國鋼鐵制造以長流程為主，其粗鋼產(chǎn)量所占比例超90％，是業(yè)內(nèi)主要的co2排放來源。

2、運(yùn)用流程工程學(xué)思想，優(yōu)化高爐-轉(zhuǎn)爐區(qū)段即鐵鋼界面的物質(zhì)流運(yùn)行是鋼鐵企業(yè)節(jié)能減碳與降本增效的重要手段，鐵鋼界面的運(yùn)行優(yōu)化可以減少鐵水在運(yùn)輸過程中的溫度損失，使目前碳冶金得到的高溫鐵水的熱量盡可能保存，并有利于轉(zhuǎn)爐大比例消納廢鋼，這對降低碳排放意義重大。

3、“一包到底”模式作為一種高效的“鐵鋼界面”技術(shù)，已被眾多新建鋼鐵企業(yè)采納。該模式使用同一鐵水包完成高爐出鐵、鐵水運(yùn)輸、鐵水脫硫以及轉(zhuǎn)爐兌鐵等多環(huán)節(jié)操作，有效降低了傳統(tǒng)倒包模式的鐵水溫度損失?，F(xiàn)有研究圍繞“一包到底”模式，在界面布局優(yōu)化設(shè)計(jì)、鐵水溫降規(guī)律分析與預(yù)測等方面形成了較為系統(tǒng)的方法；在鐵素物質(zhì)流宏觀運(yùn)行解析與仿真優(yōu)化、界面運(yùn)輸及鋼廠調(diào)度領(lǐng)域，為界面運(yùn)行效率的提升提供了理論依據(jù)。然而，現(xiàn)有研究多集中于宏觀或靜態(tài)分析，缺乏對煉鐵-煉鋼過程中鐵素物質(zhì)流輸入與輸出動態(tài)匹配關(guān)系的系統(tǒng)揭示。此外，由于部分鋼鐵企業(yè)采用多種類型的鐵水包，現(xiàn)有成果在實(shí)際生產(chǎn)中仍存在一定局限。

4、目前，界面鐵水包的動態(tài)管理主要包括兩種情形：

5、一是鐵水包需要維護(hù)時(shí)的下線操作；

6、二是煉鋼工序發(fā)生故障或停澆時(shí)，通過上線砌筑間的烘烤鐵水包實(shí)現(xiàn)鐵水的臨時(shí)緩沖。

7、而當(dāng)前企業(yè)的管理策略尚未充分考慮物質(zhì)流匹配的需求，缺乏系統(tǒng)性調(diào)控鐵水包數(shù)量的機(jī)制。這種不足不僅限制了界面運(yùn)行效率的進(jìn)一步提升，還因鐵水包的持續(xù)烘烤造成能源浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種面向鐵鋼界面“一包到底”運(yùn)行模式的動態(tài)調(diào)控方法及系統(tǒng)，優(yōu)化鐵鋼界面動態(tài)運(yùn)行機(jī)制。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的基礎(chǔ)方案為：一種面向鐵鋼界面“一包到底”運(yùn)行模式的動態(tài)調(diào)控方法，包括如下步驟：

3、采集鐵鋼界面的高爐側(cè)鐵水出鐵鐵次及產(chǎn)量，煉鋼側(cè)鐵水兌鐵爐次及消耗量，以及界面的鐵水包運(yùn)行數(shù)量，計(jì)算鐵鋼界面的推力和拉力，并利用系統(tǒng)動力學(xué)方法將推力轉(zhuǎn)換為鐵鋼界面系統(tǒng)運(yùn)行的輸入速率，拉力轉(zhuǎn)換為鐵鋼界面系統(tǒng)運(yùn)行的輸出速率；

4、構(gòu)建鐵素物質(zhì)流的動力學(xué)模型以及鐵水包周轉(zhuǎn)模型；

5、通過鐵素物質(zhì)流動力學(xué)模型計(jì)算高爐側(cè)與煉鋼側(cè)生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)奏，并確定鐵水包的輸入速率、輸出速率，以及與界面鐵水包數(shù)量的動態(tài)調(diào)控關(guān)系；

6、通過鐵水包周轉(zhuǎn)模型，計(jì)算實(shí)際鐵水包輸入與輸出速率差值情況下，未來界面的鐵水包數(shù)量及分布變化，結(jié)合鐵水包運(yùn)行狀態(tài)情況，并根據(jù)設(shè)定空包上下限值調(diào)整鐵水包的上下線空包數(shù)量，使界面運(yùn)行匹配。

7、本基礎(chǔ)方案的工作原理和有益效果在于：本技術(shù)方案的系統(tǒng)動力學(xué)模型依據(jù)鐵鋼界面高爐側(cè)鐵水輸入-煉鋼側(cè)輸出的速率差值來計(jì)算未來的鐵水包數(shù)量分布，并基于鐵水包周轉(zhuǎn)模型確定界面在途鐵水量(重包數(shù)量)的增減情況來調(diào)整鐵水包的上下線數(shù)量。

8、由于界面鐵水包總量在一段時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定的，因此重包數(shù)量的增減會影響空包數(shù)量的變化，通過比較當(dāng)前空包數(shù)量與設(shè)定空包運(yùn)行上下限值來確定調(diào)控鐵水包上下線的數(shù)量。

9、在定性分析界面運(yùn)行規(guī)律的基礎(chǔ)上，結(jié)合鐵水包狀態(tài)與數(shù)量分布以及高爐側(cè)與煉鋼側(cè)的速率變化，基于流速差異以及設(shè)定的鐵水包上下限范圍來進(jìn)行鐵水包上下線量化操作，優(yōu)化界面運(yùn)行。進(jìn)一步，高爐的出鐵量是物質(zhì)流運(yùn)行的推力源,高爐產(chǎn)鐵作為推力；連鑄拉力由連鑄澆次計(jì)劃對應(yīng)的爐次來達(dá)成，將鐵鋼界面的拉力源轉(zhuǎn)換為煉鋼出鋼計(jì)劃相應(yīng)的爐次產(chǎn)鋼量來表征。計(jì)算鐵鋼界面的推力和拉力，為：

10、

11、

12、其中，為推力，為拉力；v為高爐有效容積；i為高爐爐數(shù)；ηi為第i座高爐的利用系數(shù)；tbf為高爐工作時(shí)間域；ti和ti′分別為第i座高爐工作時(shí)間域的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；dτ為時(shí)間微分；j為煉鋼廠總數(shù)；j為煉鋼廠號；b為轉(zhuǎn)爐總數(shù)；b為轉(zhuǎn)爐號；qlalde為本爐次兌鐵量；tbof為轉(zhuǎn)爐工作時(shí)間域；tb和t′b分別是第b座轉(zhuǎn)爐工作時(shí)間域的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；dτ為時(shí)間微分。

13、進(jìn)一步，利用系統(tǒng)動力學(xué)方法構(gòu)建鐵素物質(zhì)流的動力學(xué)模型，其水準(zhǔn)方程描述為：

14、

15、其中，ti,m,start表示i座高爐m鐵次的開始時(shí)間；ti,m,end表示i高爐m鐵次的結(jié)束時(shí)間；qend為鐵次結(jié)束時(shí)間的界面在途鐵水量；qstart為鐵次開始時(shí)間的界面在途鐵水量；rin(τ)表示i座高爐出鐵進(jìn)入界面的速率總和；rout(τ)表示j座煉鋼廠轉(zhuǎn)爐兌鐵的速率總和；dτ為時(shí)間微分；

16、各高爐輸入速率來源于該高爐鐵次時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的鐵素物質(zhì)流質(zhì)量、鐵次時(shí)間或接鐵包型及數(shù)量；各煉鋼輸出速率來源于該鐵次時(shí)間段下該煉鋼的若干轉(zhuǎn)爐的多個(gè)爐次消耗的鐵素物質(zhì)流質(zhì)量或鐵水包數(shù)量，具體為：

17、

18、

19、其中，為i高爐第m次出鐵中k類型鐵水包第1次接鐵質(zhì)量；為第m次出鐵中k類型鐵水包為尾包時(shí)的第2次接鐵質(zhì)量；ti,m,start為鐵次開始時(shí)間；ti,m,end為鐵次結(jié)束時(shí)間，其差值為高爐鐵次時(shí)間；為對應(yīng)鐵次時(shí)間段內(nèi)的j煉鋼廠中b座轉(zhuǎn)爐第n次兌鐵時(shí)k類型鐵水包的鐵水質(zhì)量，i為高爐序號，m為出鐵次數(shù)序號，k為鐵水包類型序號，j為煉鋼廠序號，b為轉(zhuǎn)爐序號，n為兌鐵次數(shù)序號，i為高爐總數(shù)量，m為出鐵總次數(shù)，k為鐵水包類型總數(shù)，j為煉鋼廠總數(shù)，b為轉(zhuǎn)爐總數(shù)，n為兌鐵次數(shù)總數(shù)。

20、在部分鋼鐵企業(yè)中，鐵鋼界面呈現(xiàn)出典型的多輸入-多輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，綜合獲取推拉力，更真實(shí)地反映系統(tǒng)的動態(tài)特性。

21、基于鐵素物質(zhì)流視角構(gòu)建的系統(tǒng)動力學(xué)模型，為優(yōu)化界面運(yùn)行，調(diào)整煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏提供參考。

22、進(jìn)一步，

23、構(gòu)建鐵水包周轉(zhuǎn)模型，通過鐵素物質(zhì)流動力學(xué)模型計(jì)算高爐側(cè)與煉鋼側(cè)生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)奏，并確定鐵水包輸入輸出速率與界面鐵水包動態(tài)調(diào)控關(guān)系：

24、鐵水包周轉(zhuǎn)模型中區(qū)分鐵水包的類型與狀態(tài)，重包數(shù)量的數(shù)學(xué)描述為：

25、

26、空包數(shù)量的數(shù)學(xué)描述為：

27、

28、其中，ti,m,start為鐵次開始時(shí)間；ti,m,end為鐵次結(jié)束時(shí)間，其差值為高爐鐵次時(shí)間。為鐵次結(jié)束時(shí)的k類型重包數(shù)量，為鐵次開始時(shí)的k類型重包數(shù)量；為結(jié)束時(shí)的k類型空包數(shù)量，為開始時(shí)的k類型空包數(shù)量；nladle,end為結(jié)束時(shí)的k類型鐵水包總量；為鐵次時(shí)間內(nèi)高爐側(cè)k類型重包產(chǎn)生速率，為鐵次時(shí)間內(nèi)煉鋼側(cè)k類型重包消耗速率；為鐵次時(shí)間內(nèi)的k類型空包產(chǎn)生速率，為鐵次時(shí)間內(nèi)的k類型空包消耗速率；

29、tend時(shí)的鐵水包總量為：

30、

31、通過統(tǒng)計(jì)分析和系統(tǒng)動力學(xué)方法，明確鐵鋼界面動力學(xué)分析的水準(zhǔn)方程，為鐵水包上下線操作提供量化的指導(dǎo)方法。

32、進(jìn)一步，以鐵水包輸入速率和鐵水包輸出速率差值并基于當(dāng)前界面鐵水包數(shù)量與設(shè)定鐵水包上下限值來調(diào)控鐵水包上下線；

33、根據(jù)實(shí)際鐵水包輸入速率、鐵水包輸出速率的差值變化，以及界面空包與重包的比例，調(diào)節(jié)鐵水包上下線以及鐵水包周轉(zhuǎn)，對劃定時(shí)間范圍內(nèi)的鐵水包輸入-輸出速率進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算

34、對于鐵水包的上下線操作并不是依據(jù)界面物質(zhì)流的匹配程度進(jìn)行動態(tài)調(diào)控，而主要是因?yàn)殍F水包需要維修保養(yǎng)。動態(tài)調(diào)整鐵鋼界面鐵水包的合理數(shù)量，提升界面運(yùn)行效率。

35、進(jìn)一步，重包周轉(zhuǎn)過程由重包的產(chǎn)生與消耗構(gòu)成，將重包的產(chǎn)生率描述為承接高爐鐵素物質(zhì)流的實(shí)際鐵水包數(shù)量：

36、

37、其中，代表i高爐k類型接鐵包數(shù)；

38、重包消耗率描述為同時(shí)段內(nèi)的煉鋼側(cè)兌鐵包數(shù)，為

39、

40、其中，代表j煉鋼廠b轉(zhuǎn)爐的k類型兌鐵包數(shù)；

41、空包周轉(zhuǎn)過程由空包產(chǎn)生與空包消耗構(gòu)成，且與重包的生命周期相反，空包的產(chǎn)生率描述為鐵次時(shí)間內(nèi)重包經(jīng)轉(zhuǎn)爐兌鐵形成的空包和從砌筑間上線的空包數(shù)量構(gòu)成；

42、

43、其中，代表j煉鋼廠b轉(zhuǎn)爐的k類型兌鐵包數(shù)；表示砌筑間上線的k類型鐵水包數(shù)；

44、空包的消耗率描述為空包經(jīng)高爐接鐵后形成的重包和從砌筑間下線的空包數(shù)量構(gòu)成，為：

45、

46、其中，代表i高爐k類型接鐵包數(shù)；表示砌筑間下線的k類型鐵水包數(shù)。

47、獲取鐵水包周轉(zhuǎn)視角下的系統(tǒng)輸入速率和系統(tǒng)輸出速率，揭示多輸入-多輸出鐵素物質(zhì)流與鐵水包周轉(zhuǎn)的動態(tài)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)鐵水包數(shù)量與生產(chǎn)節(jié)奏的動態(tài)匹配，提升界面運(yùn)行效率并為界面運(yùn)行優(yōu)化調(diào)控提供了新思路。

48、進(jìn)一步，通過鐵水包周轉(zhuǎn)模型，依據(jù)高爐的輸入速率確定合適的煉鋼側(cè)輸出速率，并計(jì)算實(shí)際速率差值情況下，未來界面的鐵水包數(shù)量分布，并根據(jù)設(shè)定空包上下限值調(diào)整鐵水包上下線，使界面運(yùn)行匹配，具體步驟如下：

49、s1，讀取該鐵次時(shí)段內(nèi)高爐側(cè)、轉(zhuǎn)爐側(cè)實(shí)績數(shù)據(jù)與界面鐵水包數(shù)量分布；

50、s2，通過鐵素物質(zhì)流的動力學(xué)模型，計(jì)算本鐵次時(shí)段內(nèi)高爐輸入速率與煉鋼輸出速率；

51、s3，通過鐵水包輸入-鐵水包輸出耗速率差值與鐵水包周轉(zhuǎn)模型，計(jì)算下一時(shí)段的鐵水包數(shù)量分布情況；

52、s4，比較計(jì)算得出的鐵水包數(shù)量中空包的數(shù)量分布，與設(shè)定空包數(shù)量上下限值的差異；

53、s5，通過與空包上下限值的比較判斷，確定調(diào)整鐵水包上下線數(shù)量，其中上下限制依據(jù)企業(yè)高爐安全接鐵數(shù)量及長期運(yùn)行狀況設(shè)定。

54、根據(jù)設(shè)定空包上下限值調(diào)整鐵水包上下線，使界面運(yùn)行匹配，實(shí)現(xiàn)鐵鋼界面動態(tài)調(diào)控。

55、本發(fā)明還提供一種基于“一包到底”模式的鐵鋼界面動態(tài)調(diào)控系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊和處理模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊用于采集鐵鋼界面的鐵水包周轉(zhuǎn)運(yùn)行數(shù)量和周轉(zhuǎn)效率，數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與處理模塊的輸入端連接；

56、所述處理模塊執(zhí)行本發(fā)明所述方法，進(jìn)行鐵鋼界面動態(tài)調(diào)控。

57、本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)建鐵水輸入-輸出及鐵水包周轉(zhuǎn)的動力學(xué)模型，進(jìn)行鐵鋼界面動態(tài)調(diào)控。