重钢烧结配矿优化研究

重庆大学硕士学位论文重钢烧结配矿优化研究姓名：黄玉明申请学位级别：硕士专业：冶金工程指导教师：白晨光;龚文渠20051001重庆大学硕士学位论文中文摘要I摘要本文采用线性规划、改进的线性规划方法、蒙特卡洛法和遗传算法等现代算法对烧结配料进行了优化研究，得到了不同的优化烧结配矿方案，并进行了实验室烧结杯实验和烧结矿的化学成分及转鼓指数、还原度指数等有关指标的测定。通过实验及检测结果，结合重钢的生产实际，分析了各种优化方案的可实施性，为指导重钢烧结生产和铁矿石采购，实现质优价廉烧结矿的生产提供可靠的理论依据和技术参考。通过理论和实验研究表明：1、通过蒙特卡洛、遗传算法得出的配料方案在化学成分、转鼓指数、还原度指数方面都满足了生产要求，提高了烧结矿的质量，降低了成本。并且与当前的配料方案相比，各矿种的配比变化不大，生产中的可实施性很强。一般线性规划方法得到的配矿方案单纯地考虑了成本因素，所需澳矿数量超出了目前所能提供的数量。方案的可实施性较差。改进后的配矿方案在化学成分、转鼓指数满足了要求，还原速率较慢，需做进一步的实验验证。2、运用逐步分析的方法，从配矿的角度找出各矿种与烧结矿物理性能、冶金性能的关系，并在配矿过程中对其进行约束。实际证明，这种方法对于改善烧结矿各种性能是行之有效的。3、在解决烧结配矿最优化问题时，一旦约束条件数目增多、形式复杂，蒙特卡洛法、遗传算法将会比线性规划能更有效地解决问题，由于遗传算法所特有的惩罚函数的原因，对于配料过程中的各种约束可以区分优先顺序，同时，遗传算法的收敛速度要比其它方法要好。关键词：烧结配矿，优化，线性规划，蒙特卡洛，遗传算法，逐步分析重庆大学硕士学位论文英文摘要IIABSTRACTThethesisdotheresearchesonsinteringoptimizationwiththemodernalgorithmslikeLinearProgramming,ImprovedLinearProgramming,MonteCarlo,GeneticAlgorithms,andthendesignfourburdenprojects.Afterdoingtheexperimentwiththesinteringtube,measurethechemicalcompositions,rotorindex,andreductionratio.Thefeasibilityofprojects’gotafteranalyzingtheexperimentdataandthepresentstatesofCQISCO.AlltheworkpreparesforthedirectingthepurchasingofrawandproductionofCQISCOtorealizethelowcostandgoodquality.Theresearchesindicate:1TheprojectsthroughMonteCarloandGeneticAlgorithmagreewiththecommandonchemicalcompositions,physicalproperty,andmetallurgyproperty,approvethequality,andreducethecost.Comparingwiththecurrentproject,thenewprojectschangelittle,havingthestrongfeasibility.TheLinearProgrammingonlyconsiderthecost,thequantityofAustralianoreistoohightoorder.Sothefeasibilityisworse.ImprovedLinearProgramminggetthebetterlevelonrotorindexandchemicalcompositions,butthevelocityofreductionislow.Afurtherresearchisneeded.2Therelationfromthepointofviewofburdenamongthechemicalcompositions,physicalproperty,andmetallurgypropertyisstudiedwithstepbystep-regression.Therelationisputintotheburdenoptimizationastherestrictioncondition.Thefactillustratesthemethodeffective.3Solvingthesinteringburdenoptimizationproblem,oncetherestrictnumberismore,andthedescriptionofrestrictiscomplex,MonteCarloandGeneticAlgorithmwillbemoreeffective.DuetothePenalizingFunctionofGeneticAlgorithm,therestrictionscanorderbytheimportance.TheGeneticAlgorithmalsohasthebetterconvergencevelocity.Keywords:SinteringBurden,Optimization,LinearProgramming,MonteCarlo,GeneticAlgorithm.重庆大学硕士学位论文1引言11引言钢铁工业是国家最重要的基础原材料工业之一，在国家的工业化和现代化进程中具有重要的作用，也是现代化程度的标志之一。自上世纪八十年代开始，我国的钢铁工业随着社会经济发展也进入了高速发展期，目前我国是世界上最大的钢铁生产国，产量占世界的1/4强，但从科学技术的角度看，我国还不能算钢铁强国。近20年以来中国钢产量的变化情况如图1所示[1]。图1.1最近20年中国钢铁产量的变化情况Figue1.1TheProductionofIron&SteelofChinaInlast20years钢铁产品生产过程是一个链式工艺，从矿山开采铁矿石开始，直到轧制成不同规格、不同形状的钢铁产品提供给市场使用，其中要经过许多前后衔接的环节，一般说来，铁矿石的开采以及选矿、富集相对独立。大型的钢铁企业主要完成炼铁、炼钢和轧钢三个生产环节，当然也要组织与上述三个环节相关的生产过程，如炼焦、烧结、耐火材料等。现代高炉炼铁为了满足高效低耗的目的，一般并不直接采用生矿入炉冶炼，而品位较低的天然矿石，必须经过选矿富集以后才有可能入炉冶炼，但由于选矿过程中矿石必须破碎磨细，富集形成的铁精矿粒度太细，不可能直接进入高炉，这就形成了造块工艺，即将铁矿石采选过程中产生的铁精矿和粉矿经过造块加工后使之能满足高炉冶炼的需要。当前的造块工艺主要有两种，其一是烧结工艺，其二是造球工艺。烧结过程在为高炉炼铁提供质量优良的人造铁矿石过程中，需要消耗大量的能源和物料，由于现代高炉冶炼中，烧结矿是主要的含铁物料，使用量比较大，故其物化性能对高炉冶炼过程的影响较大。另一方面烧结矿的价格对高炉冶炼的0.00.51.01.52.02.53.019841989199419992004年度钢产量/亿吨重庆大学硕士学位论文1引言2成本也是有较大的影响，或者说对钢铁产品最终的价格有一定影响。为了降低生产成本，烧结矿配矿时进行合理的搭配，在满足烧结矿物理化学性能及冶金性能的前提下，尽可能的降低烧结矿生产成本，对提高钢铁企业的经济效益和社会效益均有积极的意义。1.1重钢烧结及炼铁生产概况1.1.1重钢铁矿石来源及烧结生产概况重钢（英文全名为ChongQingIronandSteel(group)Company，本文中缩写为CQISCO）地处内陆，目前自有矿山为四川西昌的太和铁矿，属于攀枝花－西昌钒钛磁铁矿脉的一部分。原有的綦江铁矿已经开采完毕，不再生产。现阶段重钢铁矿石自给率不到10%，其余90%的铁矿石为外供，其中进口矿石占70-80%，国内矿石占10-20%，铁矿石供应的特点是点多、不稳定，俗称重钢是“吃百家饭”。近年给重钢供应铁矿石的国内矿点主要有：河北、湖北、湖南、海南、江西和安徽等地区的精矿，湖北、湖南和江西等地区的粉矿；国外矿点主要有：巴西淡水河谷、澳大利亚BHP和力拓矿业、印度果阿等。太和铁矿以往提供的主要是钒钛磁铁精矿，品位50-54%，此种精矿由于铁品位较低，不能作为主要的铁矿石使用，只能作为配矿使用，目的是高炉护炉。从2005年起，已经在烧结配料中停配钒钛磁铁精矿，采取高炉直接配入约5%太和钒钛球团矿以达到高炉护炉的目的。表1.1和表1.2为近年来重钢国内矿和进口矿的供应情况。表1.1重钢近年国内矿供应（或采购）情况（/万吨）Table1.1TheironoreboughtindomesticinrecentyearsbyCQISCO年度原料200020012002200320042005烧结精矿3445.7313.636.4343.0813.34球团精矿0.0928.8724.7747.9419.26粉矿7.5310.4319.6710.913.670.42普通硫酸渣3.886.0313.516.195.713.76精选硫酸渣2.422.084.740.24钒钛精矿13.628.0814.7713.1112.774.66块矿40.2217.45.16国内矿总量99.2687.7692.8963.47133.0642.68占总矿石的比例42.0632.2330.1919.9331.9634.33备注：2005年停配钒钛磁铁精矿，高炉直接配入约5%钒钛球团矿，1~4月共供应钒钛球团矿4.66万吨；重庆大学硕士学位论文1引言3表1.2重钢近年进口矿供应状况（/万吨）Table1.2TheironoreboughtinoverseasinrecentyearsbyCQISCO年度矿石2000年2001年2002年2003年2004年2005.1~4粉矿125.5261.5978.4443.5151.3937.63澳矿块矿000026.7919.05粉矿44.0334.4760.4943.4750.916.90精矿024.9617.6011.4705.77印度矿球团013.76010.7913.470粉矿0029.4710.9012.292.55精矿014.0317.396.305.250球团0013.99000巴西矿块矿00007.420粉矿00001.003.13南非矿块矿003.329.1510.060精矿0016.2907.670智利球团07.606.7900秘鲁精矿06.609.256.4560.099.16委内瑞拉块矿000026.790加拿大球团00005.460美国球团00002.970进口矿总量169.55155.41253.84148.83281.5684.19备注：表中矿石数量为海关检验量，单位为万吨。通过表1.1和表1.2可以看出，在2003年以前，国内矿所用量占矿石总量的比例是不断降低的；与此同时，进口矿的比例相应增加；这是由于国内矿资源短缺造成的。由于2004年国内钢铁市场形势一片大好，产量不断增加，进口矿、国内矿用量都有明显的增加，但进口矿仍然占有主要地位。表1.3为重钢烧结厂2005年上半年配矿的统计，可以看出重钢目前的烧结配矿情况。表1.4、1.5为各烧结机2005年上半年的配矿情况。重钢烧结厂装备有2×8M2竖炉、2×105M2烧结机和240M2烧结机；2×8M2竖炉设计年产球团矿80万吨，装备一般，处于上世纪九十年代初的水平；2×105M2烧结机实际年产烧结矿约250万吨，装备落后，处于上世纪八十年代中期的水平；2005年3月投产的240M2烧结机设计年产烧结矿280万吨，装备水平较先进。烧结矿年总生产能力在500万吨以上。2