一种钢包周转仿真系统及其使用方法

摘要

本发明涉及一种钢包周转仿真系统及其使用方法，属于钢包周转过程的自动化控制技术领域。本发明的技术方案是：将钢包周转过程倒转，建立仿真模型，实现铸机连浇约束下的钢包周转过程的管理控制；输入仿真的生产计划，使模型在数据的驱动下运行；初始化模型，保证一个良好的运行环境；运行仿真模型，使钢包按照计划指令，在仿真系统中运行；输出钢包周转过程数据，对钢包周转的各项指标进行统计。本发明的有益效果是：优化钢包周转过程的管理与控制，提高钢包周转率，优化钢水温度控制、特别是降低转炉出钢温度，节省炼钢过程能耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢包周转仿真系统及其使用方法，属于钢包周转过程的自动化控制设备技术领域。

背景技术

随着冶金技术的进步，钢包承担的冶金功能也逐渐增多，钢包周转过程贯穿整个炼钢厂制造流程的始终，是炼钢系统优化控制的炉机对应原则、能耗最小原则、拉速决定流量原则和连浇原则的集中表现。

现有的对钢包周转过程控制的研究多限于钢包周转过程的时间与温度变化规律、周转钢包数量等方面，但钢包管理控制采用人工方式。钢包周转过程仿真主要针对生产计划与周转钢包数量、钢包调度等问题，但对钢包周转过程的运行规律及其影响因素的研究较少，而且模型设置未能充分考虑实际钢包周转的约束条件，充分利用仿真方法建立钢包周转动态模型、研究相关参数对钢包周转过程的影响，具体指出钢包周转的可优化环节。

目前，钢包周转过程的研究相对独立、缺乏统筹，尤其对钢包周转过程运行规律等问题的研究不够深入，特别是未能从钢包周转过程所涉及的所有工序以及生产调度等整体统一的角度出发，系统研究钢包周转过程的运行规律，从而实现理论研究与实践应用的有机结合。

如果能对钢包的周转过程进行深入研究，对其进行有效的管理控制，便可优化钢包的周转，提高钢包周转率，优化钢水温度控制、特别是降低转炉出钢温度，节省炼钢过程能耗。

发明内容

本发明目的是提供一种钢包周转仿真系统及其使用方法，通过充分考虑实际钢包周转的约束条件，充分利用仿真方法建立钢包周转动态模型、研究相关参数对钢包周转过程的影响，从整体统一的角度出发，优化钢包周转过程的管理与控制，提高钢包周转率，优化钢水温度控制、特别是降低转炉出钢温度，节省炼钢过程能耗，改善了原有钢包周转过程的研究相对独立、缺乏统筹的不足，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种钢包周转仿真系统，包含计划输入模块、仿真实现模块和数据输出模块，所述计划输入模块包含执行浇次计划、倒转开浇时间、选择工艺路径和读取工艺时间；仿真实现模块包含建立em-Plant仿真模型和周转过程控制两部分，周转过程控制分为工艺路径控制和处理时间控制；数据输出模块包含钢包周转率统计和红包出钢率统计。

一种钢包周转仿真系统的使用方法，其特征在于包含以下步骤：

第一步：根据实际需要，输入仿真的生产计划，使模型在数据的驱动下运行；

第二步：初始化模型，仿真开始，首先对模型进行初始化处理，保证一个良好的运行环境；

第三步：运行仿真模型，仿真模型运行，模型调用生产计划表和实际计划表，使钢包按照计划指令，在仿真系统中运行；

第四步：输出钢包周转过程数据，对钢包周转的各项指标进行统计。

本发明的有益效果是：通过充分考虑实际钢包周转的约束条件，充分利用仿真方法建立钢包周转动态模型、研究相关参数对钢包周转过程的影响，从整体统一的角度出发，优化钢包周转过程的管理与控制，提高钢包周转率，优化钢水温度控制、特别是降低转炉出钢温度，节省炼钢过程能耗，改善了原有钢包周转过程的研究相对独立、缺乏统筹的不足。

附图说明

图1是本发明实施例1的钢包周转全过程流程图；

图2是本发明实施例2的钢包周转过程倒转流程图；

图3是本发明的钢包周转仿真系统仿真模块示意图；

图4是本发明实施例6的钢包周转仿真系统的工作流程图。

具体实施方式

为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。

一种钢包周转仿真系统，包含计划输入模块、仿真实现模块和数据输出模块，所述计划输入模块包含执行浇次计划、倒转开浇时间、选择工艺路径和读取工艺时间；仿真实现模块包含建立em-Plant仿真模型和周转过程控制两部分，周转过程控制分为工艺路径控制和处理时间控制；数据输出模块包含钢包周转率统计和红包出钢率统计。

一种钢包周转仿真系统的使用方法，其特征在于包含以下步骤：

第一步：根据实际需要，输入仿真的生产计划，使模型在数据的驱动下运行；

第二步：初始化模型，仿真开始，首先对模型进行初始化处理，保证一个良好的运行环境；

第三步：运行仿真模型，仿真模型运行，模型调用生产计划表和实际计划表，使钢包按照计划指令，在仿真系统中运行；

第四步：输出钢包周转过程数据，对钢包周转的各项指标进行统计。

实施例1：

如图1，钢包第1次进入炼钢厂先记录基本信息（如包号、材质等），并进行冷修操作（砌筑工作层、永久层等部位耐材），再经预热烘烤后，转入热修工序安装滑动水口等附属设备，这样就使钢包具备了上线周转条件。这时，钢包调度人员会根据生产计划、炼钢工艺和钢包信息（材质、位置和温度等）安排钢包上线。为了避免连铸断浇或包底结冷钢等事故发生，钢包上线后要再进行在线烘烤，使钢包内壁温度均匀上升，当烘烤钢包温度达到1100摄氏度以上时，钢包才可到转炉承接钢水。出钢后，再根据炼钢工艺要求为钢包选择精炼路径（LF或RH）。经LF或RH精炼处理的钢包到连铸工序进行浇注，浇注完成后，天车将钢包吊运至倒渣位倒净残钢、残渣。然后依据生产计划和钢包状态（包龄、温度等）判断钢包是否继续周转，如果继续周转，则将钢包吊运至热修工位更换水口或滑板等部件，然后将钢包吊运至在线烘烤位烘烤保温，此时钢包转入备用状态，可随时到转炉承接钢水；如果不继续周转，则令钢包下线。

实施例2：

如图2，在钢铁制造流程的仿真中，铸机连浇的目标是最难实现的。钢包周转仿真系统将钢包周转过程倒转，以此建立仿真模型，来实现铸机连浇约束下的钢包周转过程仿真，依据炼钢厂生产配置布局，将转炉-连铸间的生产工序按原有配置布局倒转，使钢包承载钢水由铸机流向精炼、连铸等工序，空包再从转炉运至铸机的周转过程。该系统将铸机连浇约束转化为仿真连续输入，实现了铸机连浇，同时采用“先到先加工”原则，也保证了生产设备互不冲突，满足了仿真模型的约束条件。

实施例3：

钢包周转仿真系统的实现。根据实际生产计划和钢包信息，将钢包周转过程的控制约束和过程时间等边界条件加载到仿真模型中，建立钢包周转过程仿真模型。模型实现的过程如下：

建立钢包周转过程网络：如实施例2，为保证铸机连续浇注，仿真采用钢包周转过程倒转方式实现，根据炼钢厂生产配置布局，将转炉-连铸间的生产工序按原有配置布局倒转，以工位为最小加工单元，使钢包和钢水从铸机进入流程，逆流向转炉运行，空钢包经热修等工序后返回铸机。以炼钢厂原有生产配置布局为基础，将生产设备及附属设施按功能分类抽象为独立加工单元--工位，将台车、天车等运输设备抽象成运输线路，生产工位间通过运输线路连接成生产流程网络。

输入仿真计划：炼钢生产计划由多个浇注计划组成，包括冶炼钢种、浇次数量、连浇炉数、目标铸机和开浇时刻等重要信息。为实现钢包周转模型的逆流仿真，需将生产计划时间进行处理，通过Method将原有生产计划的所有开浇时刻倒转，以生产计划中最迟开浇浇次的最后一个炉次结束时刻t0为时间零点，其他浇次的开浇时刻t以t0为零点进行倒转以取代原开浇时刻，对其归零处理得t’，时间倒转后的开浇时刻tc，并将新的浇次时间按存储在实际生产计划表TableFile中。

控制仿真过程：采用em-Plant仿真软件建立钢包周转过程仿真模型。仿真开始时，模型根据设置的Iint触发函数调用Method控制程序，启动模型运行。仿真运行中，在Method的程序控制下，钢包根据生产计划安排，从指定的铸机进入流程，在规定的精炼方式下随机选择精炼工位；钢包在精炼、连铸等工序的处理时间根据钢种确定，在其他工序（如转炉、钢包热修等）的处理时间根据钢包实际处理时间随机设定。

输出仿真数据：模型在每个工位中设置Entrance和Exit的触发函数，仿真中按照炉次计划记录钢包进入、离开每个工位的触发时刻，并将数据存入钢包周转时间表TableFile，仿真结束后，模型也将统计得出的钢包周转率和红包出钢率等信息。

实施例4：

如图3，钢包周转仿真模型模型分为如下三个模块：

计划输入模块：负责实现执行浇次计划、倒转开浇时间、选择工艺路径和读取工艺时间等任务。

仿真实现模块：主要包括建立em-Plant仿真模型和周转过程控制两部分。周转过程控制分为工艺路径控制和处理时间控制。

数据输出模块：主要负责实现钢包周转率和红包出钢率的统计工作，直接得到浇次计划执行后的钢包相关数据结果。

实施例5:

如实施例4所述，该钢包周转仿真系统仿真模型的应用流程，具体分为如下四个步骤：

第一步：根据实际需要，输入仿真的生产计划，使模型在数据的驱动下运行。

第二步：初始化模型。仿真开始，首先对模型进行初始化处理，保证一个良好的运行环境。

第三步：运行仿真模型。仿真模型运行，模型调用生产计划表和实际计划表，使钢包按照计划指令，在仿真系统中运行。

第四步：输出钢包周转过程数据，对钢包周转的各项指标进行统计。

实施例6：

如图4，钢包周转仿真系统的工作流程的具体步骤如下：

仿真开始，获取生产计划（如生产钢种、出钢时间和开浇时间）和钢包信息（如修包包龄）；

依据钢包周转甘特图，判断仿真模型内是否存在周转钢包，若存在则根据“出钢等待约束”，钢包逆向由铸机按照生产计划连续进入流程，若不存在则钢包根据“新钢包上线约束”连续进入铸机，同时，钢包周转过程中根据“路径选择约束”进行控制；

经转炉出钢后，根据“空包下线约束和修理时间约束”，决定空包继续周转或是冷修；

待生产计划执行完成，仿真结束。