基于排队网络系统仿真的高炉-转炉区段多功能铁水罐优化配置

Steel production in China’s steel industry is dominated by BF-BOF process, which is an important cause of a series of resources, energy and environment problems. The optimization of "interface technology" in BF-BOF section in steel manufacturing process has important strategic significance for energy saving, emission reduction and sustainable development of China's iron and steel industry. In recent years, the newly developed multi-functional hot metal ladle technology has been proved to be an optimum interface technology of BF-BOF section. However, in the practical application, the rational allocation of on-line quantity of hot metal ladles has not been paid enough attention for a long time, and the lack of scientific and effective research methods has become the bottleneck of the optimization of multi-functional hot metal ladle technology. Previous studies have shown that the key factors affecting the on-line quantity allocation of multi-functional hot metal ladle are the distribution mode, production rhythm fluctuation and routing scheduling strategy of BF-BOF section. Based on data mining of the operation process of BF-BOF section, the theory of queuing network system and the method of system simulation is used, this project systematically inspects the queuing behavior in the turnaround process of multi-functional hot metal ladle, reveals the quantitative influence of the distribution mode, production rhythm fluctuation and routing scheduling strategy on the queuing index of multi-functional hot metal ladles, which provides theoretical basis and methodological guidance for the on-line optimal allocation of multi-functional hot metal ladles.

钢铁生产流程以高炉-转炉“长流程”为主，是造成我国钢铁工业资源、能源、环境等方面一系列问题的重要原因。钢铁制造流程高炉-转炉区段“界面技术”的优化，对我国钢铁工业的节能减排和可持续发展具有重要的战略意义。近年新兴的铁水罐多功能化技术被证明是一种优化的高炉-转炉区段“界面技术”，但在实际应用过程中，铁水罐在线数量的合理配置长期未得到足够的重视，缺少科学有效的研究方法，成为铁水罐多功能化技术优化的瓶颈。前期研究表明，高炉-转炉区段的高炉配罐模式、生产节奏波动和路由调度策略是影响多功能铁水罐在线数量配置的关键因素。本项目拟在高炉-转炉区段运行过程生产数据深度挖掘的基础上，基于排队网络系统理论和系统仿真实验方法，系统考察多功能铁水罐周转过程中的排队行为，揭示高炉配罐模式、生产节奏波动和路由调度策略对多功能铁水罐排队指标的定量影响规律，为多功能化铁水罐在线数量优化配置提供理论依据和方法指导。

钢铁生产流程以高炉-转炉“长流程”为主，是造成我国钢铁工业资源、能源、环境等方面一系列问题的重要原因。高炉-转炉区段“界面技术”的优化，对我国钢铁工业的节能减排和可持续发展具有重要的战略意义。近年新兴的铁水罐多功能化技术被证明是一种优化的高炉-转炉区段“界面技术”，但在实际应用过程中，铁水罐在线数量的合理配置长期未得到足够的重视，缺少科学有效的研究方法，成为铁水罐多功能化技术优化的瓶颈。.本项目选择首钢京唐为典型案例，以其5500m3高炉-300t转炉区段为对象，采用统计学、排队论、系统仿真等理论和方法，解析了案例企业高炉-转炉区段工艺流程、工序配置、平面布置以及多功能铁水罐的周转过程运行参数，揭示了高炉-转炉区段多功能铁水罐运行过程的时间参数的动态特征及其影响因素。在此基础上，将多功能铁水罐在高炉炉下和炼钢车间的运行过程，抽象为不同类型顾客在多个串并联的服务台中排队接受服务的排队网络系统。根据行为相似原理，采用商业化离散系统仿真软件Flexsim，构建了多功能铁水罐高炉炉下和炼钢车间排队网络系统仿真模型。通过系统仿真试验，定量地研究了铁水罐到达节奏、高炉出铁节奏、高炉配罐模式、炼钢生产节奏、天车分派策略等因素对铁水罐数量配置的影响规律，确定了不同条件下合理的多功能铁水罐在线配置数量。.本项目将数据科学、计算机技术、系统工程的相关理论和方法，引入冶金学科领域钢铁制造流程运行动力学问题研究，促进了学科交叉融合，完善了冶金流程工程学理论体系，推动了冶金学科的发展。本项目所提出的基于稳健统计方法的钢铁制造流程物质流参数分析方法和基于离散事件系统仿真的多功能铁水罐数量配置优化方法，可以推广应用于现有钢铁企业生产管理和新建、改建钢铁企业动态精准设计中，为生产企业和设计单位提高管理水平和设计水平提供了重要工具。