钢铁厂系统节能及其经济效益

D0I:10.13374/j.issnl001053x.1994.04.002 第16卷第4期 北京科技大学学报 Vol.16 No.4 1994年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ag.1994 钢铁厂系统节能及其经济效益 肖树成杨清敏 徐业鹏 北京科技大学热能工程系，北京100083 摘要用系统工程的思想和方法，研究了系统间的协调优化方法，并将此方法运用到治金企业的 系统节能软件中，使一个年产生铁138万1的炼铁厂，年经济收益为5812万元， 关键词钢铁厂，炼铁，焦化，烧结，协调，系统管理 中图分类号TK114,F424.7 The System Energy Saving and Its Economic Benefit in Iron and Steel Factory Xiao Shucheng Yang Qingmin Xu Yepeng Department of Thermal Engineering,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT A coordinating opertimization method is worked out with the ideas and methods of systematic engineering.This method is used in the system energy saving soft-ware of the metallurgical industry.One ironmaking factory which produces 1380000 tons iron pur annual can achieve the energy saving benefit 58 120 000 yuan renminbi pur annual. KEY WORDS iron and steel plants,ironmaking,coking,sintering,coordination,system management 近七八年来，我们课题组在系统节能方面做了大量的工作，曾经为6个大型钢厂做过 各个层次的系统节能模型，如，烧结厂的优化配料模型；焦化厂的优化配料与最佳工艺参数 控制模型；炼铁厂生产工艺优化系统模型；炼铁高炉优化配料模型；能源中心调度模型；铁 烧焦系统优化模型；焦烧铁钢轧系统优化模型等软件方面的工作，这些工作都取得了显著的 经济效益，下面介绍焦烧铁系统协调优化模型及其经济效果. 1铁烧焦系统协调节能 1.1焦化子模型 该模型的目标函数是使焦化过程的能耗和成本取得最小，在这个目标的方向上，考虑到 199-03-29收稿 第一作者男35岁讲师硕士

第 16 卷 第 4期 1 9 9 4 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 oJ u m a l o f U n i v e sr ity o f S d ne ec a n d T ec h n o l o g y B e ij ni g V o l . 16 N 0 . 4 A ug . 19 9 4 钢铁厂 系统节能及其经济效 益 肖树成 杨 清敏 徐 业 鹏 北京 科技大 学 热能工 程 系 , 北 京 1〕刃 83 摘要 用 系统工 程 的思 想和方 法 , 研究 了系统 间的协调优化方法 , 并将此方法 运用到冶金企业的 系统节能软件 中 , 使一 个年产生 铁 138 万 t 的炼铁 厂 , 年 经济收益 为 5 812 万元 . 关键词 钢铁厂 , 炼铁 , 焦化 , 烧结 , 协调 , 系统管理 中图分类号 T K l l 4 , F 424 . 7 T h e S ys te m E ne r g y S a v ign a n d I ts E co n o 而 c B e ne if t i n I r o n a dn S te e l F a c t o ry iX a o hS u e h en g aY n g Qi n卿i n Xu ye 户川 g 块P a rt ~ t o f T h e m 刘 E n 乡 n e ir n g , U S T B , 酬) i n g l (X幻8 3 , PR C Al S T R AC T A co o rd i n a t i n g o Pe rt im j皿t i o n 撇t h o d 15 wo rk 比 o u t iw t h t h e id ca s a n d me ht o d s o f s ys t。 匡以 t i e en g i n e irn g . hT is me t h o d 15 us ed i n t h e s ys t ern en e rg y s a v i n g s o ft 一 wa re o f t h e 皿ta l u rg ica l in d us try . O l l e iro n rna k i n g fa cto ry hw i c h P ro d u 璐 1 3 8 0 0 0 0 t o ns iro n P u r a n n ua l 以n a hc i e v e t h e en erg y s a v i n g be l l e if t 5 8 1 20 0 0 0 yU a n ren 而 n b i Pu r a n n ua l . KE Y WO R I万 iro n a n d st e l Pl a n ts , i or anm k i n g , co k i n g , s i n t ier n g , co o dr i n a ti o n , s y s t。 刀 arn n a g e IT r n t 近七八 年来 , 我们 课题 组在 系 统节 能方 面做 了大 量 的工 作 , 曾 经 为 6 个 大 型 钢 厂 做 过 各个层 次 的系统节 能模 型 , 如 , 烧 结厂 的优 化配 料模 型 ; 焦化 厂 的优 化 配料 与最佳 工艺 参数 控制模 型 ; 炼铁厂生产 工艺 优化 系 统模 型 ; 炼铁 高炉 优化 配料模型 ; 能 源 中心调度 模型 ; 铁 烧焦 系统优化模 型 ; 焦 烧铁钢轧 系 统优化模型等软件方面 的工 作 . 这些 工作都取得 了显 著的 经济 效益 . 下 面介 绍焦 烧铁 系 统协调 优 化模 型及 其经 济效 果 . 铁烧焦 系统协调节 能 焦化 子模型 该模 型 的 目标 函 数是 使焦 化过 程 的能耗 和 成本取 得 最小 . 在这 个 目标 的方 向上 , 考虑到 1卯 3 一 0 3一 29 收 稿 第 一 作者 男 35 岁 讲师 硕 士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. 04. 002

…310 北京科技大学学报 1994年No.4 工艺参数影响，寻求各种炼焦煤的最优化配比，所以，优化变量包括两部分：炼焦煤的配比 和焦化过程的工艺参数，针对这一具体情况，构造了该模型的约束条件，分别为配料约束和 工艺约束 (1)配料约束条件 参加配料的各种炼焦煤按工业分析不同，共有18种.配合煤的成分可按各种炼焦煤的 工业分析成分以相应的配比为权作加权平均计算而得，配合煤的胶质层最大厚度也可由各种 炼焦煤的胶质层最大厚度按加权平均做近似计算. (2)约束条件 焦化子模型的工艺约束条件反映了焦化过程的生产统计规律的要求，根据多元线性回归方程 的控制原理，可以将某参数的y值控制在95%的置信区间y一26，y+2G)内.由于多元线性 回归，可把焦化工艺对焦炭质量的影响具体体现为对各种炼焦煤配比的影响，所以工艺约束 条件形式上虽然也是对炼焦煤配比做限制约束，但实际上是反映生产统计规律对焦炭质量的 进一步要求. (3)矩阵形式的数学模型四 这一模型的变量有20个，其中18个是炼焦煤的配比，2个是焦炭的强度指标；确定了 目标函数2个，并给出了相应的目标系数，构成了约束条件为28个，该模型如下网： 目标函数 fx) min g(x) C 约束条件 Acx+S ye= + 9 ,y,)= 这里： X=(,,·,xT; y.=0y,y2…,y); 只，=y,y…,)； e,=0yg…,yz; e,=0y2ya,…,y8)T; A。AA,一分别为配料、工艺、附加约束系统矩阵 S,、S,、S,一分别为配料、工艺、附加约束符号矩阵 ,·y,,一分别为配料、工艺、附加约束的附加变量列向量 b,、b,、b。,一分别为配料、工艺、附加约束的常数列向量 1.2烧结子模型 影响烧结过程能耗和成本的因素可归纳为两方面：原料的配比和烧结工艺参数.建立烧 结过程的多目标线性规划子模型，就是要在考虑烧结过程工艺参数的同时，对烧结原料的配 比进行优化，为此应选择原燃料配比和烧结工艺参数作为烧结模型的优化变量， 根据配料和回归得到的工艺约束，选择了20个烧结子模型的优化变量，其中10个是原 燃料的配比，3个是除固体燃料外的其他能源消耗，7个是烧结过程的主要工艺参数.确定

· 3 10 · 北 京 科 技 大 学 学 报 l卯 4 年 N b . 4 工艺参数 影 响 , 寻求各种炼 焦 煤的最优化配 比 , 所 以 , 优化 变量 包括 两部分 : 炼焦煤 的配比 和焦 化过 程 的工 艺 参数 . 针 对 这一具体情况 , 构造 了该 模型 的约 束条件 , 分 别为 配料 约 束和 工艺 约束 . ( l) 配料 约束条件 参加 配料 的各 种炼 焦煤 按 工业 分析 不 同 , 共 有 18 种 1] . 配合 煤 的成 分 可按 各种炼 焦 煤 的 工业 分析 成分以 相 应 的配 比为 权作 加权 平均 计算而得 , 配合煤 的胶 质层 最大 厚 度也 可 由各 种 炼焦 煤 的胶质层 最 大厚 度按 加 权平 均做 近似 计算 . ( 2) 约束 条件 焦化子模型的工艺约束条件反 映了焦化过程 的生产 统计规律的要 求 , 根据多元线性回归方程 的控 制原理 , 可 以 将某 参数 的 y 值控 制在 95 % 的 置信 区 间 (y 一 2乡 , y + 2泞) 内 . 由于多 元线 性 回归 , 可 把焦 化工 艺 对焦炭 质 量 的影 响具体体现为 对各种炼焦煤配 比的影 响 , 所 以 工 艺约束 条件 形式 上虽 然也 是 对炼焦 煤 配 比 做限制约 束 , 但 实际 上是反 映生 产 统计规律对 焦炭 质量 的 进一 步要 求 . ( 3) 矩 阵形式 的数学模型 1 这一模 型 的 变量有 20 个 , 其 中 18 个 是炼 焦 煤 的配 比 , 2 个是焦 炭 的强 度 指 标 ; 确 定 了 目标 函数 2 个 , 并 给出了相 应 的 目标 系数 , 构成 了约 束条 件为 28 个 . 该模 型如 下:nt 目标 函 一…吴{ 一 …之」 · … A c . 1 [ cs . … { b C . 约束 条件 人 cx + cS cy 一 } cA Z } cx + } cS Z {仅 . cy Z cy, 歼一 }气 I A一 」 I cS 」 」 { ” · : 这 里 : xc 二 xl( , 花 , 一 , 、 ) T ; cy = 以 , 儿 , 一 , y扩 ; yc 二 以 , 儿 , 一 , 外 尹; yc : 二 帆 , 儿 , … , ylz )T ; cy 〕 二 臼二 , 夕二 , · ~ , y 扩 ; A 。 、 A 、 、 cA , 一 分别 为 配料 、 工 艺 、 附 加约束系 统矩 阵 cS l 、 sc Z 、 cS 3 一 分 别 为配 料 、 工艺 、 附加 约束 符号 矩阵 yc l 、 yc Z 、 yc 3 一 分 别为 配料 、 工 艺 、 附加 约束 的附加 变量列 向量 b 。 一 bc Z 、 bc 」 一 分 别 为配料 、 工 艺 、 附加 约 束的 常数列 向量 L Z 烧结 子模型 影 响烧结 过程 能耗 和成 本 的 因素可 归 纳为 两方 面 : 原料 的配 比和 烧结 工艺 参数 . 建 立 烧 结过 程 的多 目标 线性规划子 模 型 , 就是 要在 考 虑烧 结过 程工 艺参数 的同 时 , 对烧结 原料 的配 比进 行优 化 , 为 此应 选择 原燃 料配 比和 烧结 工 艺参数作 为烧 结模 型 的优化 变量 . 根据 配料 和 回 归得 到 的工 艺约 束 , 选 择 了 20 个烧 结子模 型 的优 化变 量 , 其中 10 个 是 原 燃料 的配 比 , 3 个 是 除固 体燃料 外 的其 他 能源 消耗 , 7 个是 烧结 过 程 的 主要 工 艺 参数 . 确定

Vol.16 No.4 肖树成等：钢铁厂系统节能及其经济效益 311· 的目标函数2个，分别为能耗和成本，其数学模型的矩阵表示为： 目标函数 f(x) min 9() As. Ss, 约束条件 As六+Ss⅓= As, Ss. s ys,)=bs, x≥0，≥0 Ss, bs, 这里： =(1,X,·,x); =0yy,…,y2s)T; ,=0,y2…y0; s,=y,y1,…yP; ys,=(ya,ya4,y) 符号含意与焦化模型相同. 13炼铁子模型 炼铁子模型的目标函数使得炼铁过程的能耗和成本最小，其约束条件由3部分构成： 第一部分是元素平衡的约束，它是根据高炉过程的物质平衡和热平衡提出的.这些平衡包括 氧平衡、碳平衡、铁平衡、锰平衡以及FO反应区热平衡；第二部分是工艺约束条件，包括生 产统计规律要求和经验限制；第三部分是附加约束条件，包括对铁水中硫含量、磷含量的限 制.优化变量选择时主要考虑炼铁过程要消耗大量的载能体，包括原料、熔剂、燃料和热 风，同时产生新的载能体.主副产品载能体应分摊炼铁过程的完全能耗，这样反映炼铁能耗 的主产品载能体的能值在数值上应等于生产单位主产品时，炼铁过程所消耗的所有载能体的能 量与副产品载能体能量的差值.所以，炼铁过程的原燃料和副产品均应作为优化变量，再加上 工艺参数，其优化变量共有16个，构成约束条件24个.数学模型为： 目标函数 min S 约束条件 Ax+Sy= x十 S 04hh,)=b x≥0，y≥0 bi, 这里：=(，，…，X6T； =y,y2,…,y); ,=0y,y2…,yT; y=0y,yg,…,y2); %=0y2,y2a,y2T; 符号含意与焦烧模型相同. 1.4铁烧焦总体模型 前面建立的焦化、烧结、炼铁3个模型是相互独立的，每个子模型系统都有自己的输人和 输出，优化变量的意义也是相对各自的生产过程而言，这样，子模型研究的最佳参数，如焦

、 b l . 16N 6 . 4 肖树成等 : 钢铁厂系统节能及其经济效益 的 目标函数 2个 , 分 别 为能 耗和 成本 . 其数学模型 的矩 阵表示 为:l] 目标 函 一[到 一 …小 r A s l { { 5 1 1 … b s : 1 约束条件 sA 、 十 sS ys 一 } A、 } “ + } sS : }帆 人 ys 丫一 } bs : { “ 鑫0, sy 鑫 o I A s , 」 { 凡 3 」 l ” 5 3 」 这里 : 凡 = x(, , 凡 , ` ” , 、 ) 丁 ; ys , = 伽 l , 儿 , “ ’ , 凡护 ; 符号 含意 与焦 化模型相 同 . ys 二 妙 l , 儿 , … , y 扩 ; ys Z = 伽 . ! , ylz , … , y扩 ; ys 3 = 妙 23 , y、 y 25 广 ; 13 炼铁子 模型 炼 铁子模 型 的 目标 函数 使 得炼 铁 过 程 的能 耗 和 成 本 最 小 . 其 约 束 条 件 由 3 部 分 构 成 : 第 一部 分是元 素 平衡的约束 , 它是 根据 高 炉过程 的物质 平衡和 热平衡提 出 的 . 这 些平 衡包括 氧平衡 、 碳 平衡 、 铁平衡 、 锰平 衡 以 及 F州O 反 应 区 热平 衡; 第二 部分 是工 艺 约束条 件 , 包 括 生 产统计规律 要求 和经 验限制 ; 第三 部分是 附加 约束条件 , 包括对铁 水 中硫 含 量 、 磷 含 量 的 限 制 . 优 化 变 量 选 择 时 主要 考 虑 炼 铁过 程 要 消 耗 大 量 的 载能 体 , 包 括 原 料 、 熔 剂 、 燃料 和 热 风 , 同时产生新 的载 能体 . 主 副产 品载 能体 应 分摊 炼铁 过程 的完 全 能耗 . 这样 反 映炼 铁能耗 的主产品载 能体的能值 在 数值 上应 等于 生产 单位主产品 时 , 炼铁过 程所消耗 的所有载能体的能 量 与副产 品载能 体能量 的差 值 . 所 以 , 炼铁 过程的原燃料和副产品均应作为优化变量 , 再加上 工艺 参数 , 其 优 化变量 共有 16 个 , 构 成 约束 条件 24 个 . 数学模 型为 : * n … “ X J { 一 … ; { 、 L “ (xl ) ] L q ] [ A l 门 { 5 1 门 { b l 约束条 件 禹、 + 凡y l 一 门 }人 2 …、 + } “ 1 2 …以 yl Z yl , r 一 } bI Z 】 凡 鑫0, ly 鑫 0 I A , 〕 」 l ` ! 3 」 l ” 1 3 」 这里 : 凡 二 x( , 毛 , … , xl 6犷 ; y , 二 以 , 儿 , … , y扩 ; yl : 一 仪 , 儿 , ” 一 y扩 ; yl Z = 以 , 儿 , … , ylz )T ; yl 3 = 妙 2 , 儿 , 夕扩 ; 符号 含意 与焦烧 模型 相 同 . 1.4 铁烧焦总 体模型 前 面建立 的焦化 、 烧 结 、 炼铁 3 个模 型 是相 互 独立 的 , 每 个子 模 型系 统都 有 自己 的输人 和 输 出 , 优 化变量 的意义 也是 相 对各 自的生产 过程 而 言 . 这样 , 子模 型研 究 的最 佳参数 , 如焦

-312 北京科技大学学报 1994年No.4 炭灰份、烧结矿品位的最佳值分别是以它们本过程取得最低能耗和最低成本为目标的.但实 际上，焦化、烧结、炼铁3个生产过程是密切联系的，只有把这3个过程联系起来作为一个系 统考虑，才能够反映它们之间的内在关系，在更高一个层次上对它们进行协调的优化.为 此，我们建立了铁烧焦系统优化总体模型， 总体模型的结构可在保持前述3个子模型结构的前提下，用协调参数的方法把它们沟通 为一体.被协调的参数称为关联参数，输出关联参数的子模型称为关联子模型，而把关联参 数作为输入的子模型称为主体子模型.在铁烧焦系统中，焦化、烧结是关联子模型，炼铁是 主体子模型，其结构框图如图1. 关联子模型 焦化子模型 烧结子枚型 目标函数 约束条件 目标函数 约束条件 关联参数 总体枝型_ 炼铁子系统 目标函数 约束条件 目标函数 约束条件 主体子模型 图1总体模型与各子模型间的协调关系 Fig.I Coordinating relation between the total model and filial models 怎样按一定的方式将各子模型联系起来，是总体模型结构处理的关键.既然炼铁子模型是主 体子模型，就可以以此子模型作为总体模型的中心，把焦化子模型和烧结子模型看作是炼铁子 模型的输入，用反推的思路来确定联接焦化烧结子模型和炼铁子模型，如图2所示， 由图中可看出，联接焦化和炼铁子模型的参数是焦炭质量和焦化原燃料参数；联接烧结 子模型和炼铁子模型的参数是烧结质量和烧结原燃料参数，由于焦化原燃料和烧结原燃料已分 别作为焦化和烧结子模型的优化变量，所以只要把焦炭质量参数和烧结矿质量参数分别作为 关联参数.为了使关联子模型能够关联而构成总体模型，必须先假定关联参数值已启动运 行，然后再按多次逼近优化的方法进行总体模型的运行. 为了考察关联参数对总体模型的运行影响，设立了总体模型I、Ⅱ、Ⅲ· I分级优化.先进行焦化、烧结子模型的优化，而后将优化结果作为炼铁子模型的输 入，再进行炼铁子模型优化，依次分级优化完成. Ⅱ单关联参数.分别选焦炭灰份和烧结矿品位作为关联参数，进行焦化、烧结和炼铁同 级优化、多次逼近才能完成. Ⅲ多关联参数，焦炭质量参数和烧结矿质量参数分别作为关联参数，需多参数多次 逼近优化才能完成

· 3 12 · 北 京 科 技 大 学 学 报 1男 4 年 N 6 . 4 炭灰份 、 烧 结矿 品位 的最佳值 分别 是 以它们本过 程 取得 最低 能耗 和最 低 成 本 为 目标 的 . 但 实 际上 , 焦化 、 烧 结 、 炼铁 3 个生 产过 程是 密切 联 系的 , 只 有把 这 3 个过 程联 系起来 作 为一个 系 统考虑 , 才 能够 反 映它们 之 间的 内在关 系 , 在 更 高 一 个层 次 上 对 它 们 进 行 协 调 的 优 化 . 为 此 , 我 们建 立 了铁烧 焦系 统优 化总体模 型 . 总 体模 型 的结构 可在 保持 前述 3 个 子模 型结 构 的前提 下 , 用协 调参 数的方 法把 它们 沟 通 为一体 . 被 协调 的参数称 为 关联参 数 , 输 出关联 参 数 的子模 型称 为关联 子模 型 , 而 把关 联参 数作 为输人 的子 模 型称 为主体 子模 型 . 在铁 烧 焦系 统 中 , 焦 化 、 烧结 是 关 联 子 模 型 , 炼 铁 是 主体子模 型 , 其 结 构框 图如 图 1 . 门| 训卜l J习 关 联 模 型 焦化子模 型 烧 结子 模型 厂子l| | l |! 习 广|| |匕 图 1 总 体模型与各子模型 间的协调关 系 F触 . 1 C o 氏血. 伪祀 r e la 6圈 1 bet ” , 曰 l 触 t l如】n ” 山 l a川 口加 n犯山如 怎样按一定的方式将各子模型联 系起 来 , 是 总体模 型结 构处理 的关键 . 既然炼铁子模 型是主 体子 模型 , 就 可 以 以 此子模 型 作 为总 体模 型 的中心 , 把焦化 子模 型和烧结子模型看作是炼铁子 模型 的输 人 , 用反 推 的思路 来 确定 联 接焦 化 烧结 子模 型和 炼铁 子模 型 , 如图 2 所 示 . 由图 中可 看 出 , 联 接 焦化 和炼 铁 子模 型 的参 数是 焦炭 质量 和焦 化原燃 料参 数; 联接 烧 结 子模 型 和炼铁子模 型 的参 数是 烧 结质 量和烧结原燃料参数 . 由于焦化原燃料 和烧结原燃料 已分 别作 为焦 化和 烧 结子模 型 的优 化 变量 , 所 以 只 要 把焦 炭质 量参数和 烧结 矿质量 参数分别 作为 关联 参数 . 为 了使关 联子模 型 能 够关 联 而构 成 总 体 模 型 , 必 须先 假 定 关联 参 数值 已 启 动运 行 , 然后 再按 多 次逼 近优 化 的方 法进 行 总体 模 型的运 行 . 为 了考察 关 联参 数对 总体 模 型 的运行 影 响 , 设立 了总体模 型 工 、 n 、 1 . 工 分级 优 化 . 先进 行焦 化 、 烧 结 子模 型 的优化 , 而 后将 优化 结果 作为 炼 铁 子 模 型 的输 人 , 再 进行炼 铁子模 型优 化 , 依 次分 级 优化 完 成 . n 单 关联 参数 . 分 别 选焦 炭灰 份 和烧结矿品位作 为关联参数 , 进行焦 化 、 烧结 和炼铁 同 级优 化 、 多 次逼 近 才能完 成 . m 多关 联参数 . 焦炭 质 量参 数 和烧 结 矿质 量 参 数分 别 作 为 关联 参数 , 需 多参数多 次 逼 近优 化才 能完 成

Vol.16 No.4 肖树成等：钢铁厂系统节能及其经济效益 313, 原料能值和成本二烧结矿能值和成 烧结原燃料参数 烧结矿质量参数 烧结子棋型 炼帙能耗和成本 炼铁子模型 焦炭质量多数 焦化子模型 燃料能值和成本上一 焦炭能值和成本 焦化原燃料参数 图2用反推法确定关联子模型和主体子模型的关联参数 Fig.2 The relation parameter between the totl models and filial mode by back inference 表1总体模型的优化结果表 Table 1 Optimizative result of total model 最优配比或最优消耗 生产过程 原燃料 优化变量 单位 总体模型I总体模型Ⅱ总体模型Ⅲ B煤 为 32.21 0.00 0.00 F煤 0.00 28.37 28.35 I煤 3.45 0.00 0.00 L煤 12 19.35 24.65 24.76 焦化过程 M煤 % 13 10.20 1.92 1.99 N煤 0.00 13.08 13.02 0煤 5 4.80 0.00 0.00 R煤 名8 30.0 31.98 31.98 A矿 名： 2.34 6.90 6.89 B矿 名 28.46 26.30 26.37 C矿 26.85 26.49 26.49 D矿 4 11.40 9.83 9.83 烧结过程 E矿 % 10.00 10.00 10.00 高炉灰 56 0.80 0.80 0.80 石灰石 , 12.14 12.24 12.24 白云石G X 3.51 2.88 2.88 焦（煤）粉 0 4.50 4.50 4.50 烧结矿 1 1572.72 1588.61 1586.65 A矿 155.12 141.23 141.21 B矿 56.15 56.56 56.56 石灰石 Xu 23.73 21.08 21.06 炼铁过程 焦炭 Xu6 kgM(铁) 457.00 457.00 456.50 活性炭 365.00 365.00 364.60 热风 Xeo 2138.07 2138.07 2137.82 炉渣 X则 509.13 490.00 490.00 高炉煤气 1 1898.69 1898.69 1896.61

、勺 1 . 16 N b . 4 肖树成等 : 钢铁厂 系统节能及其经济效益 31 3 际石丽履而菇 一 一 一 - - 一 ~ , r梦婴吧 烧结 原琳料参数 飞~ 一 - 丁 烧结矿 质量 参数 烧结 子模型 ···I 「蔺添雨涵不飞笃瘫手俄型 ._ - - 一 一 - 一 一 一 焦 炭质t 参数 焦化 子模型 能 值和成 本 〔 焦化 原嫩料参数 ` ~ _ 一 _ _ _ _ ! 图 2 用 反 推法 确定关联子模型和 主体子模型的关联参数 瑰 Z n ℃ 州匕位翔 钾盛口. 允叮 b日” . 日 I 翻 加妇】。 幻山七 . 旧 口肠】 n 洲创 by 加改 血妞沙印戊 表 1 总体模 型的优化 结果表 1油创卜 1 0 禅如亩, 幽e 吧妇吸成 勿 . 】 n侧创 生 产过程 原燃料 优化 变量 单位 最优配 比或最优消耗 总体模型 工 32 . 2 1 .0 田 3 . 4 5 19 . 3 5 1.0 20 .0 田 .4 80 30 .0 .2 34 28 一 46 26 . 85 11 . 40 1住的 .0 80 12 . 14 3 . 5 1 4 . 50 总体模型 n 总体模型 1 焦化过程 .0 田 28 . 37 .0 o 24 .6 5 1 . 92 13 . 08 0 . 0 31 . 98 .0 田 28 3 5 .0 o 24 .7 6 1 . 卯 13 . 02 .0 的 31 . 98 MBrNOLR1煤煤煤 两x2凡气乱 .6 卯 2.6 30 26 . 49 9名3 1.0 0 0 . 50 1.2 24 2 . 88 .4 50 6 . 89 26 . 37 2.6 49 9 . 8 3 1.0 的 .0 80 1.2 24 .2 8 .4 印 耘气气与场场 烧结过程 A 矿 B 矿 C 矿 D 矿 E矿 高炉灰 石 灰石 白云 石 G 焦 (煤 )粉 炼铁过程 烧结矿 A 矿 B 矿 石灰石 焦炭 活性 炭 热风 炉 渣 高炉 煤气 k助 (铁 ) 1572 . 72 巧5 . 12 56 . 1 5 23 . 73 4 57 . X() 365 0 2 138 . 07 引为 . 13 1 89 8 . 田 1 58 . 6 1 14 1 . 23 56 . 56 21 . 佣 4 57 . X() 365 . 0 2 138 . (y7 礴如 . 0 1 898 . 印 1 586 . 65 14 1 . 2 1 56 . 56 21 . 肠 4肠 . 功 3麟 一 印 2 137 . 82 礴卯 . 田 1 8% . 6 1 乱与’气’?场与与xlx

.314 北京科技大学学报 1994年No.4 1.5总体模型的优化结果 总体模型的优化运行通过协调焦化、烧结和炼铁3个生产过程来达到铁，烧、焦生产系统 能耗和成本的降低，生产过程的协调具体表现为工艺参数的协调和各种原燃料消耗的协调.该系 统的优化就是在各生产过程协调的条件下，对各子模型进行优化，优化结果如表1所示. 从表1可以看出，总体模型的联接方式对优化运行的结果有不同的影响.各子模型之间 的软联接（总体模型Ⅱ、Ⅲ）比硬联接（模型I)更优.这是因为软联接的总体模型比较好地 协调了生产过程的工艺参数，总体模型Ⅲ的多个关联参数虽然提高了模型工艺参数的协调 范围和程度，但不仅倍加了计算量，而且对运行结果的影响不显著、所以总体模型Ⅱ单关 联参数的联接方式比较可行.各子模型单独运行与协调的总体模型的优化结果如表2所示， 总体模型的优化结果使得铁烧焦系统的能耗和成本得到最大限度的降低，这分别体现 在铁水的能值和成本取得最小值.图3是实际炼铁过程能耗、成本和炼铁子模型优化，总体模 型优化所对应的炼铁过程能耗、成本比较， 该厂的年产铁为138万t,则直接经济效益为5812.56万元 表2单独与联接运行目标值表 Table 2 Objective values of operation alone and jointly operation 焦化子模型 烧结子棋型 炼铁子模型 状态 能耗目标 成本目标 能耗目标 成本目标 能耗目标 成本目标 ×10k(C)/元C)' ×10的ktS)/元tS)×10kt(铁)'/元铁)1 单独运行 39.796 78.76 5.5803 56.51 13.344 162.77 联接运行 39.970 8428 5.6011 56.72 12.607 132.01 s3.60叶 3.44 挂0 174.13 340 、16277 3.19 1s0 3.02 132.01 300 实际 子模型优化总体优化实际子模型优化总体优化 图3炼铁过程能耗和成本的比较 Fig3 The contrast of energy wastage and cost in iron-smelting 2结论 对某钢铁厂铁烧焦系统的系统节能软件分析，可以看到系统节能不需要增加硬件（设备），只需 科学地调整生产结构，就能达到很好的节能效果.几年来，已在多个钢铁广（公司）取得明显经济 效益.据不完全统计，其经济收益可超过3.5亿元人民币，而技术投资总共也不过30余万元 (下转345页)

3 14 北 京 科 技 大 学 学 报 1塑抖 年 N o . 4 1 5 总体模型 的优化结果 总 体模 型 的优化 运行 通过 协 调焦 化 、 烧 结和 炼 铁 3个 生产 过 程来 达 到 铁 、 烧 、 焦 生 产 系 统 能耗和成本的降低 . 生产过程的协调具体表现为工艺参数 的协调和各种原燃料消耗的协调 . 该系 统 的优化就 是在 各生 产过 程协 调 的条件 下 , 对各 子模 型进 行 优化 , 优化 结果 如表 1 所 示 . 从表 1 可 以 看 出 , 总体模 型 的联 接方 式 对优 化运行 的结果有 不 同的影 响 . 各 子模 型 之 间 的 软联接 (总体 模型 n 、 1 ) 比硬 联接 (模 型 工 ) 更优 . 这是 因 为 软联 接 的总 体 模 型 比 较 好 地 协调 了 生产 过程 的工 艺参 数 . 总体 模型 nI 的多 个 关联 参 数 虽然 提 高 了模 型 工 艺 参 数 的 协 调 范 围和程 度 , 但 不仅 倍加 了计算量 , 而且 对 运行 结果 的影 响 不显 著 , 所 以 总 体模 型 n 单 关 联参数 的联 接方 式 比 较可 行 . 各 子模 型 单独 运行 与协 调 的总体 模型 的优 化结果 如表 2 所示 . 总体模 型 的优化 结果 使得铁 烧 焦系 统的 能耗 和成 本得 到 最 大 限 度 的 降 低 , 这 分 别 体 现 在铁水 的能值 和 成本 取得 最小值 . 图 3 是 实 际炼铁 过程 能耗 、 成 本和 炼铁 子模 型优 化 、 总体模 型优 化所 对应 的炼 铁 过程 能耗 、 成本 比 较 . 该厂 的年 产铁为 1 38 万 t , 则直接 经 济效益 为 5 8 12 . 56 万元 . 表 2 单独与联接运行 目标值表 aT 决 2 0 场eC 山e 份uI es of 伪珍. 位旧 汕” 此 川日 娜团 y 峨湘旧ar 坟旧 状 态 焦化子模 型 烧结子模型 炼铁子模型 能耗 目标 x l护kJ/ · t ( C ) 一 ’ 成本 目标 / 元 · t ( C ) 一 ’ 成本 目标 能耗 目标 成本 目标 / 元 · t 倡) 一 ’ x l护阿 · t ( 铁 ) 一 ’ / 元 · t ( 铁 ) 一 ’ 单独 运行 联接运行 39 . 7% 39 . 970 7 8 . 76 84 .2 8 能耗 目标 x l 护阿 · t (S ) 一 ’ 5 5 80 3 5 . 印 1 1 5 6 5 1 1 3 . 3今4 5 6刀2 1 2 . 印7 1 62 . 7 7 132 D I 越( 一l ù 门é门曰 9 ,J . 月. 门 举 3 月 . 6 0 174 13 4, le|I 1se1 知ú下r e .es e . I J 际LI 一实 “ 3 . 4 0 \ 、 16 2 7 7 3 . 2 0 3 . 0 0 、 3 . 19 以祷省一 } 、 、 、 、 、 ` 2。’ 1 50 一袱 矛立三x 崔 泥 、 3 . 0 2 留 子 模 型优 化 总体 优化 实 际 子模 型 优 化 总 体优 化 图 3 炼铁过程能 耗和成本 的比较 I触3 1面祀 。 0 0 tr 侧盆 of . 扮雌牙 w 眨加罗 田川 以杖 in i n ” 】一 , .创自艰 2 结论 对某钢铁厂铁烧焦 系统的系统节能软件分析 , 可以看 到系统 节能不需要增加硬件 (设备 ) , 只需 科学地调整 生产结构 , 就能达到很好 的节 能效 果 . 几年来 , 已在多个钢铁厂 (公司 ) 取得 明显经济 效益 . 据 不完 全统 计 , 其经 济 收益可超过 3 . 5 亿元人 民币 , 而技术投资总共 也不过 30 余万元吼 (下 转 3 4 5 页 )

Vol.16 No.4 周旭东等：自适应神经元网络板形板厚综合控制 .345, 同时，我们与采用解耦的PD方法进行了对比，PD控制AFC的参数整定为：T= 0.01s、K。=-5.5e6,T'=2Ts,T=2.5T5;AGC参数整定为：K,=0.005,T=2T,T=1.25Ts 由图4可见，神经网络控制的跟踪效果要比解耦PD控制好，它大大减小了PD控制 产生的振荡和超调量.由图5可见，神经网络控制的调节效果比解耦PD控制效果好，消 除了PD控制产生的振荡现象， 5结语 (1)自适应神经网络控制能够使板形板厚耦合系统无偏地收敛到期望值，而且在有干扰 的情况下调节性能比传统的PD控制大为改善· (2)自适应神经网络控制适合处理多输人输出复杂系统的控制，而且无须对复杂系统建 模，在板形板厚综合控制方面比传统的控制方法更有优越性，也更有前途， 参考文献 1 Wistreich J G.Measurement and Control of Strip Shape in Cold Rolling.In:BISRA Open Report, No.EG/-20/70 2 Tarokh M.Development of A Combined Shape and Gauge Control Scheme in Strip Rolling.In:Proc of Cont on Measurement and Control.London,1972 3刘玉礼，连家创等，板厚板形综合调节新型四辊轧机的研究.钢铁，1990(11)：35~40 4连家创，板形控制的理论基础.东北重型机械学院学报，1978(1)：5 5 Widrow B.Hoff M E.Adaptive Switching Circuits.Wescon Convention Record,1960.9~104 喻前0的的的冷常铃铃的的的冷一岭的如喻的的的常前的0的钟钟的冷的的的铃冷的的的的0钟冷 (上接314页) 参考文献 1李维铮等.运筹学.北京：清华人学出版社，1985 2杨清敏.钢铁厂铁烧焦系统多目标优化模型：[顾士论文】北京：北京科技大学热能工程系，1987 3肖树成.钢铁企业系统节能与数据库管理系统：【硕士论文】北京：北京科技大学热能工程系，188

vo l . 16 No . 4 周旭东等 : 自适应神 经元 网 络板形板厚综合控制 · 43 5. 同时 , 我们与 采 用解 藕的 PDI 方 法 进 行 了对 比 , PDI 控 制 AF C 的 参数 整 定 为 : sT = .0 01 5 、 凡二 一 .5 5 e 一 6 , 不 ` = Z T , , 写 = 2 . S sT ; A G C 参数整 定 为 : 凡= .0 0 05 , :T = Z sT , 写 =l . 25 sT . 由图 4 可 见 , 神经 网络控 制 的跟 踪效 果 要 比解 祸 P D 控 制 好 , 它 大 大减 小 了 PDI 控 制 产生 的振 荡和超 调量 . 由图 5 可 见 , 神经 网 络 控 制 的 调 节 效 果 比 解藕 P DI 控 制 效 果 好 , 消 除 了 PD 控制产 生的振 荡现 象 . 5 结 语 ( l) 自适应 神经 网络 控制 能够 使板 形板 厚 祸合 系 统无偏 地收 敛到 期望值 , 而 且在有 干扰 的情况 下调节 性能 比传 统 的 PI D 控 制大 为 改善 . ( 2) 自适 应神 经 网络控 制适 合处理 多输 人输出复杂系 统 的控制 , 而 且无须 对复 杂系 统建 模 , 在板 形板 厚综合 控 制方 面 比 传 统的控 制 方法 更有 优越 性 , 也更有 前 途 . 参 考 文 献 w is 沈ihC J G . M eas ~ t a nd bC n itD I o f S itr P Sha pe in bC ld R o l址19 . I n : B IS R A O pe 们 eR po rt , N 6 . EG /刊20/70 T aor hk M . eD Ve l o P n 记 n t o f A C o m b i n ed Sha pe a n d G a u ge 助 n otr l S c h e n 祀 in Sitr P R o lj n g . nI : R o c o f 助 n t o n M eas 恻er n le n t an d C o n otr l . 助nd o n , 1972 刘玉 礼 , 连 家创等 . 板厚板形综合调 节新型 四辊轧机 的研究 . 钢铁 , l (月〕 ( 1 ) : 35 一 40 连家创 . 板 形 控制的 理论基础 . 东北重 型 机械学院 学报 , 19 78 ( 1 ) : 5 W id r o w B , H o 厅 M E . A ` l a P t ive S湖t e ih gn C irC 山ts . w 比co n o n ven it o n R助dr , 19以〕 . 9 6 一 l以 ( 上 接 3 14 页 ) 参 考 文 献 李维铮等 . 运筹学 . 北京 : 清华大学出版社 , 1985 杨清 敏 . 钢 铁厂 铁 烧焦 系统 多 目标优化模 型 : 【硕士 论 文 】 . 北京 : 北 京科技 大学热 能工 程系 , 19 87 肖树成 . 钢 铁企 业 系 统 节能 与数据库管理 系 统 : [ 硕士 论 文 } . 北京 : 北京科技大 学热能工程系 , 1男 8