碳减排背景下废钢铁再制造生产调度问题研究

摘要

我国的钢铁产业发展迅速，目前，中国的粗钢产量约占世界粗钢总产量的50％。但是，中国的粗钢生产主要以“高炉—转炉”生产工艺为主，而“废钢—电炉”生产工艺仅占粗钢总产量的10％左右，远远落后于世界发达国家。目前，国内外学者在钢铁工业碳排放方面的研究多体现在碳排放权交易和长流程碳排放的计量;在钢铁工业生产调度方面较少研究废钢铁再制造的生产调度优化。因此，将碳排放和废钢铁再制造生产调度联系起来，不仅适应了世界对于节能减排、绿色生产的需要，而且更加符合钢铁产业的发展趋势。
　　传统的“高炉—转炉”生产工艺的生产调度问题目前已有大量研究成果，与此相反，碳减排背景下废钢铁再制造生产调度问题存在其特殊性，主要体现在以下几个方面:(1)碳排放计量模型。传统的长流程即“高炉—转炉”生产工艺与短流程即“废钢—电炉”生产工艺在碳排放量的计量上存在显著区别。“高炉—转炉”生产工艺的含碳物质包含煤炭、石灰石、焦油、煤气等，多根据碳素平衡原理（即物料守恒原理）计量CO2排放;而“废钢—电炉”生产工艺的CO2排放仅与能耗（电力）相关，熔剂的使用几乎可以忽略不计;(2)加工时间确定与加工时间可控。我国与废钢铁应用方配套的现代化、规模化、规范化的废钢铁加工配送体系、加工处理技术和装备还处于初级阶段，废钢铁质量难以达到“精料入炉”的要求，由此导致不同的采用“废钢—电炉”生产工艺的钢铁企业在生产调度过程中存在加工时间确定和加工时间可控两种情况;(3)单目标与多目标。在废钢铁再制造生产调度过程中，常规的目标有计划总完工时间（makespan）最小、计划产量最大等优化目标。而在节能减排的背景下，碳排放量作为目标函数之一应当考虑在模型之中;因此，在探讨碳减排背景下废钢铁再制造生产调度问题的时候应该考虑单目标生产调度和多目标生产调度两种情况，分别分析碳排放量作为目标函数和约束条件时对生产调度问题的影响。
　　综上，本文将在碳减排背景下对废钢铁再制造、再制造生产调度、钢铁工业生产调度等方面的研究进行综述，对废钢铁再制造生产过程进行分析，突出废钢铁再熔炼的特征，分析废钢铁再制造生产调度过程中的不确定性因素，构建废钢铁再制造生产调度的碳排放模型。本文的研究内容包含以下四部分:(1)碳减排背景下废钢铁再制造系统生产调度问题特征研究;(2)碳减排背景下废钢铁再制造生产调度碳排放量计量模型研究;(3)碳减排背景下废钢铁再制造生产调度模型研究;(4)碳减排背景下废钢铁再制造生产调度模型求解算法研究。本论文的研究可以丰富碳减排背景下废钢铁再制造生产调度的理论，同时为废钢铁产业制定再制造生产调度方案提供理论指导。

目录

声明

摘要

符号、变量、缩略词等本论文专用术语的注释表

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究目的和主要研究内容

1．2．1 研究目的

1．2．2 研究内容

1．3 论文框架

第二章 碳减排背景下废钢铁再制造生产调度研究综述

2．1 废钢铁再制造研究综述

2．2 再制造生产调度研究综述

2．3 碳减排背景下钢铁工业生产调度研究综述

第三章 废钢铁再制造生产过程分析

3．1 钢铁工业一般生产流程

3．2 废钢铁的再熔炼过程

3．3 废钢铁再制造生产调度不确定影响因素分析

3．4 碳排放量的计量

第四章 碳减排背景下加工时间确定的废钢铁再制造单目标生产调度问题研究

4．1 问题描述和假设

4．1．1 问题描述

4．1．2 模型假设

4．2 生产调度模型

4．3 求解算法

4．3．1 遗传编码

4．3．2 交叉操作

4．3．3 选择操作

4．3．4 变异操作

4．4 仿真实现及结果分析

4．5 研究结论

第五章 碳减排背景下加工时间确定的废钢铁再制造多目标生产调度问题研究

5．1 问题描述和假设

5．1．1 问题描述

5．1．2 模型假设

5．2 生产调度模型

5．3 求解算法

5．4 仿真实现及结果分析

5．5 研究结论

第六章 碳减排背景下加工时间可控的废钢铁再制造生产调度问题研究

6．1 问题描述

6．1．1 问题描述

6．1．2 模型假设

6．2 生产调度模型

6．2．1 生产调度模型

6．2．2 加工时间调整方法

6．3 求解算法

6．4 仿真实现及结果分析

6．5 研究结论

第七章 结论及展望

7．1 研究结论

7．2 研究展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目

致谢