一种炼钢合金投入量的控制方法技术

本发明专利技术涉及一种炼钢合金投入量的控制方法，本发明专利技术分阶段构建两个带松弛变量的线性规划模型，第一个模型M1针对在目标成分上下限范围内存在合金配比方案的情形，对元素目标中限约束进行松弛，同时要求元素含量在目标上下限范围内；第二个模型M2针对钢水中部分元素含量肯定超限的情形，不考虑目标上下限约束的情况下，对目标中限约束进行松弛，因此模型M2在M1的基础上对上下限约束也进行了松弛，模型M2的目的是在无法避免部分元素超限的前提下，尽量减少超限的幅度，同时使其他元素含量尽量接近目标中限。本发明专利技术可以实现钢水成分的精准控制。解决了以往线性规划方法无解的问题。

A control method of steel-making alloy input

【技术实现步骤摘要】
一种炼钢合金投入量的控制方法
本专利技术涉及一种炼钢合金投入量的控制方法。
技术介绍
在炼钢区域的转炉炼钢、RH精炼、LF精炼等工序，需要根据钢种要求与钢水的初始成分，添加一定量的合金对钢水成分进行调整，使最终钢水中的元素含量达到钢水目标成分的要求。对于一个具体的钢种，其目标元素成分有上限、中限、下限等要求。一些钢种若干元素目标成分同时存在上限、中限、下限要求，而一些元素仅有上限要求，而没有中限与下限要求，此类元素一般为杂质元素，如P、S等元素。传统人工计算合金投入量的方法严重依赖经验和个人偏好，控制精度低且容易出错，目前在实际生产中，大都采用模型方法来进行合金投入量计算。模型控制方法主要分为两类：一类是迭代计算方法，中国专利CN201310566379.8中公开了一种炼钢区域合金料单的计算方法，一种被调整元素仅选择合金料单中的一种合金来调整。首先根据目标钢种的成分要求、初始钢水的成分和待选合金的成分，选择加入的合金；然后估算出每一种合金的初始投入量；最后通过迭代计算的方法不断调整合金投入量直至收敛，得到最终的合金配比和投入量。该方法虽然计算简单快捷，但一种元素仅使用一种合金来调整，未考虑合金其他元素对钢水成分的耦合影响，控制精度有限，同时也无法优化合金投入成本。另一类是线性规划方法，中国专利CN200410024741.X公开了一种RH精炼过程中的合金化控制方法，线性规划的约束条件为该钢种标准成分中有上限、中限、下限要求的元素，决策变量为各种合金的投入量，目标函数为合金投入成本最小。中国专利CN201610132692.4在此基础上，额外考虑了合金投入后对钢水重量的影响以及对合金有害元素的控制，实现了更为精准的控制。上述基于线性规划的计算方法具有控制精度高，降低合金投入成本等优势，但是在约束中要求元素含量严格等于目标中限，在一些情况下会导致线性规划无可行解，算法不收敛，此外，现有方法也难以处理钢水中部分元素含量肯定超限的情形。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种炼钢合金投入量的控制方法，可根据冶炼钢种与钢水的初始状态，精确计算出合金组合与投入量，在降低合金投入成本的同时，确保计算方法收敛。用以解决以往线性规划对于不严格满足元素目标中限，以及元素含量超限的情形无可行解的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案是：一种炼钢合金投入量的控制方法，所述的控制方法如下：(1)根据冶炼钢种获取模型参数，包括钢水目标成分、钢水初始成分、钢水重量，以及合金元素含量、合金价格和合金元素收得率；(2)根据步骤(1)获取的模型参数，考虑合金元素目标上下限约束的同时，对合金元素的目标中限约束进行松弛，建立合金投入量的线性规划模型M1，如果所述线性规划模型M1有解，则通过求解所述线性规划模型M1，得到满足目标成分要求的合金组合与合金投入量，并转入步骤(4)；否则，无论如何进行合金配比，都会有部分合金元素的含量超出钢水目标成分的上、下限范围，转入步骤(3)；(3)对没有中限要求的合金元素，进行目标上限、下限约束的松弛，对有中限要求的合金元素，在不考虑目标上下限约束的条件下，进行目标中限约束的松弛，建立合金投入量的线性规划模型M2，对所述线性规划模型M2求解，得到满足钢水目标成分要求的合金组合与合金投入量；(4)根据合金投入量和钢水初始状态，估算冶炼结束时钢水中各合金元素的含量；(5)如果估算的合金元素含量满足钢水目标成分的要求，则确认好合金的配比及其投入量，并下传给合金投料控制系统，实现对炼钢合金投入量的控制。进一步地，步骤(2)中，线性规划模型M1的约束条件如下：目标中限约束：目标下限约束：目标上限约束：决策变量取值约束：xi≥0，uj≥0，vj≥0其中，uj,vj为决策变量，是对应合金元素j目标中限约束的松弛变量，uj表示钢水中低于目标中限要求的元素重量，vj表示钢水中超过目标中限要求的元素重量；ej表示钢水中合金元素j的含量；G为出钢后的钢水总重量；为合金元素j的目标中限；为合金元素j的目标下限；为合金元素j的目标上限；xi为决策变量，表示合金i的投入量；i为合金品种索引，i＝1,...,M；j为合金元素索引，j＝1,...,N。进一步地，步骤(2)中，线性规划模型M1的目标函数如下：其中，表示合金投入成本，表示合金元素的含量偏离目标中限的惩罚成本；ci为合金i的价格，pj为合金元素j的含量偏离目标中限的惩罚成本系数，惩罚成本系数根据元素重要性确定。进一步地，步骤(3)中，线性规划模型M2的约束条件如下：目标中限约束：目标下限约束：目标上限约束：决策变量取值约束：xi≥0，uj≥0，vj≥0其中，uj,vj为决策变量，对于含有目标中限的合金元素，uj,vj对应合金元素j目标中限约束的松弛变量，uj表示钢水中低于目标中限要求的元素重量，vj表示钢水中超过目标中限要求的元素重量；对于不存在目标中限的元素，uj对应合金元素j目标下限约束的松弛变量，表示钢水中低于目标下限要求的元素重量，vj对应元素j目标上限约束的松弛变量，表示钢水中超过目标上限要求的元素重量；ej表示钢水中合金元素j的含量；为合金元素j的目标中限；G为出钢后的钢水总重量；为合金元素j的目标下限；为合金元素j的目标上限；xi为决策变量，表示合金i的投入量；i为合金品种索引，i＝1,...,M；j为合金元素索引，j＝1,...,N。进一步地，步骤(3)中，线性规划模型M2的目标函数为：其中，表示合金投入成本，表示合金元素的含量超出目标上下限，以及偏离目标中限的惩罚成本；ci为合金i的价格，pj为合金元素j的含量超出目标上下限，以及偏离目标中限的惩罚成本系数，惩罚成本系数根据元素重要性确定。进一步地，步骤(4)中，估算冶炼结束时钢水中合金元素j的含量dj的方法为：其中，为合金元素j的元素收得率；rij为合金i中元素j的含量；G0为钢水初始重量；为钢水中合金元素j的初始含量；xi为合金i的投入量，为决策变量；为合金综合收得率；i为合金品种索引，i＝1,...,M；j为合金元素索引,j＝1,...,N。进一步地，步骤(2)中，对于同时具有目标中限和上下限要求的合金元素，采用目标中限、目标下限、目标上限和决策变量取值的约束条件对合金元素进行约束；对于只具有目标下限要求的合金元素，采用目标下限和决策变量取值的约束条件对合金元素进行约束；对于只具有目标上限要求的合金元素，采用目标上限和决策变量取值的约束条件对合金元素进行约束；对于只具有目标上下限要求的合金元素，采用目标下限、目标上限和决策变量取值的约束条件对合金元素进行约束。进一步地，步骤(3)中，对于具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种炼钢合金投入量的控制方法，其特征在于：所述的控制方法如下：/n(1)根据冶炼钢种获取模型参数，包括钢水目标成分、钢水初始成分、钢水重量，以及合金元素含量、合金价格和合金元素收得率；/n(2)根据步骤(1)获取的模型参数，考虑合金元素目标上下限约束的同时，对合金元素的目标中限约束进行松弛，建立合金投入量的线性规划模型M1，如果所述线性规划模型M1有解，则通过求解所述线性规划模型M1，得到满足目标成分要求的合金组合与合金投入量，并转入步骤(4)；/n否则，无论如何进行合金配比，都会有部分合金元素的含量超出钢水目标成分的上、下限范围，转入步骤(3)；/n(3)对没有中限要求的合金元素，进行目标上限、下限约束的松弛，对有中限要求的合金元素，在不考虑目标上下限约束的条件下，进行目标中限约束的松弛，建立合金投入量的线性规划模型M2，对所述线性规划模型M2求解，得到满足钢水目标成分要求的合金组合与合金投入量；/n(4)根据合金投入量和钢水初始状态，估算冶炼结束时钢水中各合金元素的含量；/n(5)如果估算的合金元素含量满足钢水目标成分的要求，则确认好合金的配比及其投入量，并下传给合金投料控制系统，实现对炼钢合金投入量的控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种炼钢合金投入量的控制方法，其特征在于：所述的控制方法如下：
(1)根据冶炼钢种获取模型参数，包括钢水目标成分、钢水初始成分、钢水重量，以及合金元素含量、合金价格和合金元素收得率；
(2)根据步骤(1)获取的模型参数，考虑合金元素目标上下限约束的同时，对合金元素的目标中限约束进行松弛，建立合金投入量的线性规划模型M1，如果所述线性规划模型M1有解，则通过求解所述线性规划模型M1，得到满足目标成分要求的合金组合与合金投入量，并转入步骤(4)；
否则，无论如何进行合金配比，都会有部分合金元素的含量超出钢水目标成分的上、下限范围，转入步骤(3)；
(3)对没有中限要求的合金元素，进行目标上限、下限约束的松弛，对有中限要求的合金元素，在不考虑目标上下限约束的条件下，进行目标中限约束的松弛，建立合金投入量的线性规划模型M2，对所述线性规划模型M2求解，得到满足钢水目标成分要求的合金组合与合金投入量；
(4)根据合金投入量和钢水初始状态，估算冶炼结束时钢水中各合金元素的含量；
(5)如果估算的合金元素含量满足钢水目标成分的要求，则确认好合金的配比及其投入量，并下传给合金投料控制系统，实现对炼钢合金投入量的控制。


2.根据权利要求1所述的炼钢合金投入量的控制方法，其特征在于，步骤(2)中，线性规划模型M1的约束条件如下：
目标中限约束：



目标下限约束：



目标上限约束：



决策变量取值约束：
xi≥0，uj≥0，vj≥0
其中，uj,vj为决策变量，是对应合金元素j目标中限约束的松弛变量，uj表示钢水中低于目标中限要求的元素重量，vj表示钢水中超过目标中限要求的元素重量；
ej表示钢水中合金元素j的含量；
G为出钢后的钢水总重量；

为合金元素j的目标中限；

为合金元素j的目标下限；

为合金元素j的目标上限；
xi为决策变量，表示合金i的投入量；
i为合金品种索引，i＝1,...,M；
j为合金元素索引，j＝1,...,N。


3.根据权利要求2所述的炼钢合金投入量的控制方法，其特征在于，步骤(2)中，线性规划模型M1的目标函数如下：



其中，表示合金投入成本，表示合金元素含量偏离目标中限的惩罚成本；
ci为合金i的价格，pj为合金元素j的含量偏离目标中限的惩罚成本系数，惩罚成本系数根据元素重要性确定。


4.根据权利要求1所述的炼钢合金投入量的控制方法，其特征在于，步骤(3)中，线性规划模型M2的约束条件如下：
目标中限约束：



目标下限约束：



目标上限约束：

【专利技术属性】
技术研发人员：贾树晋，杜斌，谢树元，黄可为，林云，马志刚，郭虹，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31