供稿|朱國(guó)峰，那樹人，張兆華，張廣斌，國(guó)宏偉

新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)

供稿|朱國(guó)峰1，那樹人1，張兆華2，張廣斌2，國(guó)宏偉3

內(nèi)容導(dǎo)讀

隨著鋼鐵企業(yè)薄利時(shí)代的到來(lái)，越來(lái)越多的鋼鐵企業(yè)開始挖掘降低成本的空間，不斷對(duì)生產(chǎn)工藝和原料采購(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。文章介紹的高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)是在傳統(tǒng)鐵礦粉性價(jià)評(píng)定方法研究成果基礎(chǔ)上開發(fā)出的基于整個(gè)高爐煉鐵流程的鐵礦粉綜合性價(jià)評(píng)定方法，原料采購(gòu)決策與優(yōu)化系統(tǒng)將企業(yè)的采購(gòu)與生產(chǎn)工藝融為一體，以減少企業(yè)生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化為目的，為企業(yè)采購(gòu)和生產(chǎn)提出合理的優(yōu)化建議，并對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行指導(dǎo)。

我國(guó)鋼鐵企業(yè)在當(dāng)前市場(chǎng)低迷的背景下，降低生產(chǎn)成本成為眾多企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力增加經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。

在整個(gè)鋼鐵流程中，煉鐵工序成本占鋼鐵成本的70%左右，原料費(fèi)用占鐵水成本的50%左右，因此對(duì)于鋼鐵企業(yè)尤其是缺少礦石資源的鋼鐵企業(yè)，在保證高爐原料穩(wěn)定，生產(chǎn)順暢的前提下，通過(guò)選購(gòu)適合自身?xiàng)l件的鐵礦粉，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)組合，達(dá)到系統(tǒng)成本的降低，將會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)的研究是在傳統(tǒng)鐵礦粉性價(jià)評(píng)定方法(鐵含量-噸度價(jià)方法、扣除脈石堿性成分的品位評(píng)價(jià)方法、綜合脈石成分及FeO含量的評(píng)價(jià)方法、巴甫洛夫鐵礦粉經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法以及單燒值法)的研究成果的基礎(chǔ)上，開發(fā)出的基于整個(gè)高爐煉鐵流程的鐵礦粉綜合性價(jià)評(píng)定方法。其目的是在有效評(píng)價(jià)鐵礦粉的基礎(chǔ)上為企業(yè)進(jìn)行鐵礦粉采購(gòu)決策提供有力的信息支持。

傳統(tǒng)評(píng)定方法

鐵礦石品位是評(píng)價(jià)鐵礦石價(jià)值的最重要指標(biāo)，傳統(tǒng)的鐵礦石評(píng)價(jià)方法正是從品位出發(fā)，考慮價(jià)格的差異，再進(jìn)一步考慮其他因素的影響，進(jìn)而達(dá)到評(píng)價(jià)的目的，主要的評(píng)價(jià)方法有：鐵礦石含鐵量-噸度價(jià)評(píng)價(jià)方法；扣除CaO、MgO后的鐵礦石品位方法；考慮脈石成分及FeO含量的綜合品位方法；巴甫洛夫鐵礦石價(jià)值評(píng)價(jià)方法；單燒價(jià)值評(píng)價(jià)方法。

傳統(tǒng)的鐵礦石評(píng)價(jià)法從單純的鐵礦石品位，到綜合考慮脈石成分及FeO的影響，將有效的含鐵品位表達(dá)出來(lái)。對(duì)于經(jīng)濟(jì)性而言，鐵礦石含鐵量-噸度價(jià)評(píng)價(jià)方法則主要從噸度價(jià)上考慮，巴甫洛夫的評(píng)價(jià)方法和單燒價(jià)值評(píng)價(jià)方法在一定程度上綜合了更多的因素，但都不夠全面，帶有一定的片面性和局限性。

這些評(píng)價(jià)手段僅考慮入爐礦的品位(或綜合入爐品位)，而未能從原礦石的角度，也未能從整個(gè)高爐生產(chǎn)過(guò)程的角度出發(fā)，綜合評(píng)價(jià)需要采購(gòu)的鐵礦粉對(duì)于整個(gè)煉鐵過(guò)程的價(jià)值所在。

新型專家系統(tǒng)

新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)是基于煉鐵工藝仿真流程的原料評(píng)價(jià)系統(tǒng)，從“鐵礦粉—燒結(jié)礦—高爐煉鐵”整個(gè)工藝流程出發(fā)，綜合計(jì)算高爐煉鐵流程成本高低。新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)流程

首先，采用單燒法，選擇一種鐵礦粉進(jìn)行燒結(jié)，結(jié)合高爐實(shí)際用球團(tuán)礦和塊礦的成分和比例，以爐渣堿度作為燒結(jié)控制條件，調(diào)配所加熔劑來(lái)達(dá)到符合高爐堿度要求的熔劑性燒結(jié)礦。

其次，用熔劑性燒結(jié)礦配合規(guī)定的球團(tuán)礦和塊礦用量、噴吹煤比，進(jìn)行高爐冶煉，計(jì)算生產(chǎn)1 t鐵水所消耗的燒結(jié)礦、焦炭數(shù)量，計(jì)算它們及風(fēng)水電氣等消耗構(gòu)成的鐵水成本。

最后，綜合高爐煉鐵及燒結(jié)過(guò)程計(jì)算，確定鐵水成本，進(jìn)行鐵礦粉性價(jià)評(píng)定。

新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

(1) 全面綜合考慮各項(xiàng)成分因素。在系統(tǒng)中，除鐵礦粉含鐵量之外，還綜合考慮了鐵礦粉的其他主要成分：FeO、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、S、P、H2O、MnO及燒損等對(duì)燒結(jié)的影響，進(jìn)一步將核算出來(lái)的燒結(jié)礦用于高爐生產(chǎn)，再綜合考慮這些成分指標(biāo)對(duì)高爐煉鐵成本的影響。

(2) 考慮了鐵礦粉及其單燒燒結(jié)礦冶金性能的影響。在整個(gè)核算過(guò)程中利用一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)(如元素渣鐵分配比、燒結(jié)礦成分對(duì)焦比的影響等)，將冶金工藝加入到對(duì)鐵礦粉性價(jià)的評(píng)定中，而不僅僅考慮鐵礦粉成分的表觀效果，評(píng)價(jià)結(jié)果更接近真實(shí)生產(chǎn)條件。

(3) 以鐵水成本為最終目標(biāo)，定量化分析不同鐵礦粉成分對(duì)鐵水成本的影響。不單純考慮鐵礦粉燒結(jié)過(guò)程的成本大小，也不簡(jiǎn)單考慮該種鐵礦粉對(duì)焦比和煤比等高爐冶煉指標(biāo)可能造成的不利影響，而從冶金工藝角度出發(fā)，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)性的參數(shù)設(shè)定，以鐵水成本為最終目標(biāo)，綜合評(píng)價(jià)用于生產(chǎn)的鐵礦粉的價(jià)值，作為鐵礦粉采購(gòu)的依據(jù)。統(tǒng)一的評(píng)比參數(shù)更具有可比性。

(4) 成本核算面廣，全面考慮涉及燒結(jié)礦和高爐煉鐵的各項(xiàng)成本構(gòu)成。對(duì)于燒結(jié)礦成本而言，考慮了礦粉成本、燃料(焦粉或煤粉)成本、配加熔劑成本、水電氣成本、制造費(fèi)用和工資等；對(duì)于鐵水成本而言，考慮了燒結(jié)礦成本及返礦成本，焦炭、煤粉、輔助熔劑的成本，水電氣成本，制造費(fèi)用和工資等；整個(gè)成本計(jì)算接近于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)成本的核算過(guò)程，具有比較大的客觀性。

(5) 自動(dòng)生成“礦粉采購(gòu)決策專家系統(tǒng)匯總報(bào)表”?？筛鶕?jù)計(jì)算過(guò)程生成“礦粉采購(gòu)決策專家系統(tǒng)匯總報(bào)表”，對(duì)生產(chǎn)指標(biāo)、燒結(jié)礦成本、高爐成本、有害元素負(fù)荷、鐵水成分、爐渣成分、燒結(jié)配料情況、高爐配料情況等內(nèi)容進(jìn)行匯總，便于分析其中對(duì)鐵水成本的限制因素，也有利于鐵礦粉評(píng)價(jià)資料的整理和存儲(chǔ)。

新型系統(tǒng)功能

(1) 現(xiàn)有資源性價(jià)比評(píng)測(cè)。將鋼廠現(xiàn)有資源輸入到系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的計(jì)算對(duì)資源重新組合優(yōu)化。

(2) 采購(gòu)原料性價(jià)比評(píng)測(cè)。對(duì)鋼廠即將采購(gòu)的原料進(jìn)行性價(jià)比評(píng)測(cè)，指導(dǎo)鋼廠選擇適合的資源。

(3) 生產(chǎn)工藝優(yōu)化。在模型計(jì)算中對(duì)生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使整個(gè)生產(chǎn)工藝流程更加合理。

(4) 數(shù)據(jù)挖掘分析降本空間。對(duì)鋼廠使用的原料和生產(chǎn)工藝進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步尋找降低生產(chǎn)成本的空間。

新型系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

(1) 從企業(yè)全局利益出發(fā)，打破了各部門之間的專業(yè)界限，使原料采購(gòu)與生產(chǎn)工藝融為一體。

(2) 彌補(bǔ)了現(xiàn)有原料評(píng)價(jià)方法的不足，從整個(gè)高爐煉鐵工藝流程出發(fā)，為鋼鐵企業(yè)提供有力的信息支持。

(3) 利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和智能優(yōu)化算法對(duì)原料結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，為企業(yè)提供更加多元化的方案。

專家系統(tǒng)模塊

新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)界面如圖2所示。在系統(tǒng)信息錄入中錄入鋼廠原料價(jià)格和成分(圖3)，然后根據(jù)燒結(jié)模型、焦化模型、高爐模型、決策優(yōu)化模型等專家系統(tǒng)模塊建立相應(yīng)信息錄

圖2 新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)界面

圖3 系統(tǒng)信息錄入

入和輸出。新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)通過(guò)對(duì)煉鐵各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)仿真，計(jì)算出的結(jié)果符合高爐生產(chǎn)過(guò)程中的原燃料配比，系統(tǒng)可以對(duì)礦粉、球團(tuán)礦以及塊礦的冶煉效果進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而對(duì)原料采購(gòu)進(jìn)行指導(dǎo)。利用采購(gòu)決策專家系統(tǒng)，從單燒到綜合評(píng)判，合理利用工藝邏輯，根據(jù)市場(chǎng)變化和資源途徑，可以開發(fā)出適合特殊地域不同廠家的不同合理技術(shù)路線，確定路線后，通過(guò)商業(yè)談判來(lái)降低采購(gòu)成本，達(dá)到煉鐵成本最低，經(jīng)濟(jì)效益巨大。

結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)前的市場(chǎng)形勢(shì)下，鋼鐵產(chǎn)品處于微利時(shí)代，開發(fā)鐵前成本潛力成為企業(yè)保持利潤(rùn)的重要措施，有了新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)的幫助，將大大增加企業(yè)的盈利能力。應(yīng)用實(shí)踐證明，采用新型高爐煉鐵原燃料采購(gòu)決策專家系統(tǒng)能夠有效降低噸鐵成本10～30元，年產(chǎn)500萬(wàn)t的鋼鐵企業(yè)，可節(jié)約年生產(chǎn)成本5000～15000萬(wàn)元。

該項(xiàng)目經(jīng)過(guò)北京國(guó)際高技術(shù)中心評(píng)估，認(rèn)為具備較好的商業(yè)化應(yīng)用前景。聯(lián)系人：朱國(guó)峰，北京國(guó)際高技術(shù)中心項(xiàng)目經(jīng)理，聯(lián)系電話13466336556，E-mail：ihtc@ustb.edu.cn。聯(lián)系地址：100083海淀區(qū)學(xué)院路30號(hào) 北京科技大學(xué)辦公樓224。

New Expert System for Blast Furnace Ironmaking Raw and Fuel Procurement Decision-Making

/ ZHU Guo-feng1，NA Shu-ren1, ZHANG Zhao-hua2,

ZHANG Guang-bin2, GUO Hong-wei3

10.3969/j.issn.1000–6826.2015.03.22

1. 北京國(guó)際高技術(shù)中心，北京 100083 2. 北京誠(chéng)人創(chuàng)毅科技有限公司，北京 102206 3. 蘇州大學(xué)，蘇州 215006