馬 強

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合責任有限公司，唐山 063200)

0 引 言

煉鋼-連鑄的生產(chǎn)過程中主要包括冶煉、精煉以及澆鑄三個主要的工藝過程，主要工作任務(wù)是將通過焦炭燃燒產(chǎn)生的高溫，將鐵水經(jīng)冶煉成為鋼水，再將鋼水澆筑成為鋼坯。在煉鋼-連鑄生產(chǎn)過程中，重點是對溫度的控制，目的是防止高溫鋼水在多個工序之間，除正常運輸之外而出現(xiàn)溫度下降的問題，從而保證鋼水能夠在多個生產(chǎn)工序中滿足實際溫度控制需求。煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題實際上是對生產(chǎn)工序中運輸時間、生產(chǎn)工藝路徑存在的回環(huán)和最后階段是同一爐次連續(xù)加工的特殊生產(chǎn)問題。

1 煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題描述

煉鋼過程中主要采用焦炭，因為焦炭較為純凈，所產(chǎn)生的熱量較高，能夠滿足鐵礦水高溫加熱轉(zhuǎn)化為鐵水的需求。煉鋼-連鑄生產(chǎn)的流程主要為將鐵水經(jīng)過冶煉、精煉和澆鑄，最終成為鋼坯，鋼水在生產(chǎn)設(shè)備中通過天車和臺車完成運輸，在轉(zhuǎn)爐煉鋼的過程中高爐所生產(chǎn)的鐵水會被運輸?shù)睫D(zhuǎn)爐后與廢鋼共同進入轉(zhuǎn)爐中，之后采用氧槍供氧吹煉將轉(zhuǎn)爐中的鐵水和廢鋼經(jīng)過加工，制造成為未經(jīng)精煉調(diào)整目標成分和溫度的液態(tài)鋼水[1]。與此同時，轉(zhuǎn)爐所生產(chǎn)的鋼水必須達到規(guī)定溫度和成分的要求才能澆注成需要的鋼坯。精煉工序就是對鋼水進行脫氣處理、脫氧處理或者脫硫處理等，使鋼水成分更加均勻化，并將其中還存在的雜物去除，準確地掌控鋼水內(nèi)成分和溫度，需要通過焦炭等溫度容易控制的能源實現(xiàn)。澆鑄是將具有較高溫度的鋼水通過連鑄機固化處理、冷卻處理、拉矯處理以及切割處理，使其表面不存在缺陷，內(nèi)部組織在合理的溫度控制下最終形成鋼坯，從而為其他產(chǎn)品生產(chǎn)提供基礎(chǔ)原材料。當前我國煉鋼冶煉工藝有常規(guī)冶煉工藝和“全三脫”冶煉工藝；精煉工藝有RH精煉、LF精煉、CAS精煉、VD精煉等，由此可以看出煉鋼-連鑄工藝流程較為復雜，鋼水在精煉過程中需要經(jīng)過多種復雜的工藝處理。以首鋼京唐煉鋼廠為例，京唐煉鋼廠包含精煉工藝有RH精煉、LF精煉、CAS精煉，三重精練是指鋼水在精練工序中需要經(jīng)過三次處理，三次處理的精練類型可能是同一種類型，也能使不同的兩種精練類型或三種精練類型，當三重精練的鋼水經(jīng)過精練類型加工時，加工路線可能會出現(xiàn)“回環(huán)”問題[2]。

所謂爐次，是指某一爐鋼水從轉(zhuǎn)爐設(shè)備內(nèi)加工冶煉之后，經(jīng)過鋼包載運到精煉設(shè)備中進行精煉，之后到連鑄完成澆鑄的全過程。一個爐次的鋼水是一臺轉(zhuǎn)爐一爐所冶煉的鋼水，在同一臺連鑄機中連續(xù)澆鑄的爐次集合為澆次，在這個集合中能夠確定爐次的個數(shù)和爐次在澆筑中的先后順序。

2 煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度問題的解決方法分析

根據(jù)部分學者對煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度模型的研究不難發(fā)現(xiàn)，模型中具有許多約束方程、連續(xù)變量和離散變量，采用常規(guī)的數(shù)學方法以及智能優(yōu)化法都不能快速解決該問題，從而無法滿足煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度對于實時性的要求。因此，本文采用啟發(fā)式方法對煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度的復雜問題進行快速優(yōu)化求解，啟發(fā)式解決方法的求解過程是選擇重要調(diào)度的爐次，之后為該爐次確定合適的加工設(shè)備，并確定爐次的作業(yè)時間。由此可以看出，啟發(fā)式解決方法的求解過程中最為主要的問題是爐次調(diào)度順序以及爐次加工設(shè)備確定，同時能夠?qū)掍撍枰哪茉催M行一定優(yōu)化，降低煉鋼過程中的能源消耗。

3 煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度啟發(fā)方法分析

3.1 調(diào)度順序分析

操作預開工時間需要按照從晚到早的順序依次選擇爐次操作對其進行調(diào)度。本文所采用的方法為，將爐次操作看做最小單元進行調(diào)度，調(diào)度順序的確定就是對所有操作的先后順序進行確定，調(diào)度是按照操作預開工時間從晚到早的順序確定操作調(diào)度順序，所以每個澆次所在的連鑄機、開澆時間和操作設(shè)備中的處理時間全部已經(jīng)確定，所以可以計算出每個爐次在連鑄機中的每個操作預開工時間，計算公式為xi，1，Ni1=Si,i=1,…，θ，xi，j，Nij=xi,j-1,Ni,j-1+Pi,j-1,Ni,j-1,i=1，…，θ；j=2…，Ji。根據(jù)上述公式即可計算爐次在連鑄機中的預開工時間，同時可以逆推出爐次在非連續(xù)澆鑄工序中的預開工時間。與此同時，結(jié)合其他計算公式計算連鑄機中的預開工時間，并根據(jù)爐次在連鑄機中的預開工時間的順序?qū)蝹€爐次進行調(diào)度，并對所有的操作根據(jù)工藝流程逆序進行相應的調(diào)度[3]。

3.2 設(shè)備確定

爐次操作的設(shè)備確定是為爐次操作選擇在非連續(xù)澆鑄流程中的加工設(shè)備，從而能夠減少加工沖突時間，并減少連續(xù)澆鑄的斷澆時間和爐次在其他設(shè)備中等待時間，還能夠減少焦炭等能源消耗。本文所提出的優(yōu)先級設(shè)備確定方法為：操作時間和作業(yè)時間沖突數(shù)值最小規(guī)則、設(shè)備之間的運輸沖突時間最小規(guī)則作為操作設(shè)備確定，當確定結(jié)果為多臺設(shè)備的情況時，從多臺設(shè)備中根據(jù)運輸最小時間規(guī)則為操作設(shè)備確定，當確定結(jié)果依然是多臺設(shè)備，則需要從多臺設(shè)備中選擇一臺作為操作加工設(shè)備。根據(jù)該方法可以看出，當設(shè)備作業(yè)時間發(fā)生沖突時，操作在設(shè)備中的等待時間就是作業(yè)時間的沖突數(shù)值，所以在設(shè)備確定過程中可以從加工爐次操作的多臺設(shè)備中選擇能夠使作業(yè)時間沖突最小的設(shè)備作為加工設(shè)備，所以可以確保操作在設(shè)備中的等待時間最少，還能夠使同一爐次在多臺設(shè)備之間的操作加工時間等待最少。

在開工時間最晚原則方面，因為每一個澆次的開澆時間已經(jīng)確定，所以對每一個爐次操作設(shè)備確定過程中，都是對每一個爐次操作根據(jù)逆序進行了操作設(shè)備確定。在對操作設(shè)備進行確定時，需要選取能夠使開工時間最晚的設(shè)備作為操作加工生產(chǎn)設(shè)備，從而能夠?qū)⒉僮髟O(shè)備中的沖突時間和運輸時間最小化。

3.3 啟發(fā)式方法

根據(jù)上述調(diào)度順序和操作設(shè)備的確定優(yōu)先級組合，就可以確定啟發(fā)式調(diào)度方法。本文所提出的啟發(fā)式算法基本流程為：

(1)確定所有爐次操作的集合，并確定爐次操作的總次數(shù)。

(2)根據(jù)相應的公式計算出所有爐次操作的預開工時間。

(3)采用調(diào)度順序方法確定需要調(diào)度的爐次操作。

(4)根據(jù)連鑄機中的加工操作，確定連鑄機操作設(shè)備。

(5)當所有操作調(diào)度結(jié)束后，算法結(jié)束完成。

3.4 啟發(fā)式方法仿真測試

在完成啟發(fā)式算法確定后，需要開展仿真實驗，下表為在仿真實驗過程中，爐次在設(shè)備中的處理時間數(shù)據(jù)。

表1 爐次在設(shè)備中的處理時間

根據(jù)仿真結(jié)果則可以對煉鋼-連鑄生產(chǎn)流程進行優(yōu)化。煉鋼-連鑄是現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的核心生產(chǎn)工序，但是因為工藝復雜、能源消耗較大、設(shè)備較多等因素的影響，生產(chǎn)調(diào)度計劃編制難度較大，基于啟發(fā)式方法可以對煉鋼-連鑄工序進行優(yōu)化。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文提出了基于啟發(fā)式方法的煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化措施，希望能夠?qū)ξ覈撹F生產(chǎn)企業(yè)發(fā)揮出一定的借鑒和幫助作用。