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使用MATLAB进行烧结混匀料成本优化

史俊

(太钢集团临汾钢铁有限公司，山西临汾041000)

摘 要：由于国内外铁矿石价格和产量波动频繁，这给铁矿石采购带来了极大的困扰；并且钢铁行业进入微利时代，这就迫使成本压力前移，因此烧结使用化学成分符合要求、粒度适宜、成本低廉的铁矿粉提上议事日程。通过实验研究结合线性规划的方法来优化临钢公司的烧结配矿，不但可以获得产质量满足高炉需求的烧结矿，而且可以降低烧结配矿成本，提高铁前工序的经济效益。

关 键 词：烧结；实验；线性规划

1 前言

太钢集团临汾钢铁公司作为内陆钢铁联合企业，每年需要使用铁矿石将近200万吨，除自有矿山生产30万吨外，其余170万吨都需要通过火车、汽车运输进厂。近些年来，由于国内外矿石价格和产量波动频繁，这给铁矿石采购带来了极大的困扰，并且钢铁行业进入微利时代，这就迫使成本压力前移，因此烧结使用化学成分符合要求、粒度适宜、成本低廉的铁矿粉提上议事日程。

长期以来，根据在配矿过程中考虑的指标不同，烧结配矿方法可分为简易配矿法、线性规划法、配矿专家系统、配矿模型这四种方法。主要是从两个方面来进行，一是以化学成分和成本为主对烧结矿进行配矿优化，二是以产量和质量为主对烧结矿配矿优化。前者没有考虑生产对产量和质量的要求，后者对化学成分和成本考虑不足。因此通过实验研究结合线性规划的方法来优化临钢烧结配矿，是比较合理的[1]。

2 烧结杯配矿实验

考虑到临钢公司烧结原料的实际情况，并根据实际用矿的可能性和可行性，进行烧结杯实验。实验在φ300mm×600mm的烧结杯中进行，料层高度为500mm，点火时间2分钟。为了保证实验精度，取两组合格烧结杯实验数据的算术平均值作为某配比的最终实验结果。

临钢公司2009年烧结使用的原燃料化学成分如表1所示，烧结杯实验配比如表2所示。

从烧结杯结果来看，在添加PB粉和扬迪粉的情况下，由于其液相流动性好，致使烧结时阻力减小，烧结速度变快，所以配用时可以提高利用系数和垂直烧结速度；巴西矿粉粒度较粗，有利于提高利用系数和垂直烧结速度。PB粉具有不错的液相流动性，方案二添加比例最大，而且方案二利用系数、垂直烧结速度、成品率、转鼓指数、粒度组成均较好，可以作为生产配比来进行工业生产。

五个方案中，方案五品位最低，这与使用印度粉有关，PB粉和扬迪粉结晶水含量较高，烧损后品位可达63％左右，而印度粉的品位只有62．5％。由于自产精矿粉含有较高比例的MgO，配用后烧结矿中MgO含量明显增高。印度粉的使用致使三氧化二铝升高，这将造成高炉炉渣三氧化二铝明显升高，炉渣流动性变差，因此工业大生产时不推荐使用印度粉。

3 使用MATLAB进行混匀料成本优化

MATLAB是MATrix与LABoratory的缩写，是一款由美国MathWorks公司出品的商业科学计算软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级计算语言和交互式环境[2]。

MATLAB线性规划的标准形式为：

3．1 基于线性规划的优化模型

利用LP线性规划的思路可以对烧结矿进行优化配矿，其理论依据是：可以找到若干组线性相关性因素，因而可构成若干线性等式或不等式。根据烧结配矿的要求，结合铁矿石的化学成份和成本，恰当地确定约束条件(等式或不等式)的个数，通过求解LP线性规划获得烧结配矿的最优解。

3．1．1 目标函数

3．1．2 约束条件

化学成分约束：配料首先要满足烧结对TFe、MgO、Al2O3、CaO、SiO2、S、P等各种化学成分的要求

5％、SiO2≤6％、S≤0．08％、P≤0．08％(本试验中S和P都比较低，故不考虑S和P)；

烧结矿碱度的约束可以表示如下：

3．2 线性规划原代码如下：

全部代码如下：

％线性规划。

％求解开始的时候，首先设定一个配比。

3．3 临钢烧结混匀矿线性规划模型求解

利用Matlab语言编制LP线性规划求解程序，对本次试验的烧结矿进行优化配料计算。解得X1=0，X2=45，X3=8．83，X4＝0，X5=0，X6=45，X7=1．17，X8=0，X9=0，minC=693．48元。对比前面的五种实验方案，可看出优化结果和方案二比较接近。从优化结果来看，多配用PB粉和杂料有利于成本的降低，但由于杂料造球性能和对烧结矿强度的不利影响，一般比例不超过8％；为了提高烧结矿的品位，适当的增加巴西粗粉的添加比例。

4 结论

(1)从烧结杯实验结果来看，方案二利用系数、垂直烧结速度、成品率、转鼓指数、粒度组成均较好，可以作为生产配比来进行工业生产。印度粉由于三氧化二铝含量较高，经验算配加后将造成高炉炉渣中三氧化二铝升高，而且使用后将降低烧结矿的品位，因此在临钢实际生产中建议不配加印度矿粉。

(2)利用先进的科学计算软件，可以对烧结混匀料成本进行优化，优化结果表明方案二最接近优化结果。利用MATLAB进行线性规划计算，算式简单，计算迅速，大大减少了计算时间和技术人员的劳动强度。

(3)通过实验研究结合线性规划的方法来优化临钢的烧结配矿，可以综合考虑烧结矿成分、产量、质量和混匀矿成本，在成本较低的情况下生产成分、质量和产量均满足高炉需求的烧结矿，这对拓宽用矿思路和降低烧结成本都是十分有利的。

参 考 文 献

[1]   梁中渝，胡林，邓能运等．优化烧结配料分析[J]．钢铁，2001，136(10)：12一13

[2]   肖劲松，王沫然．MATLAB与科学计算[M]．清华大学出版社，2001，24—57．