一种钢铁制造流程中物质流运行控制方法及系统

1.本发明涉及钢铁制造技术领域，特别是涉及一种钢铁制造流程中物质流运行控制方法及系统。


背景技术：

2.物质流主要是指钢铁制造过程的铁素流，涉及“烧结—炼铁—炼钢—轧钢”等“节点”，铁水罐、钢包等构成了“连结器”，“节点”和“连结器”相互连接形成物质流网络化结构。在这种网络化结构下，前后“节点”的物质流流量相互影响、相互制约，而这种影响和制约的程度决定了钢铁制造流程的连续化/准连续化程度。因此，研究流程工业物质流动态运行特性具有十分重要意义。
3.时间因素贯穿于整个钢铁制造流程，是“动态运行”的重要体现形式，就具体钢铁制造流程而言，时间的重要性表现为从物质流的储运到制造流程内各“节点”的时序性以及时间计划等因素的协调，同时还需兼顾到生产节奏发生变化时，对时间计划进行必要的变更等。各“节点”之间及单个“节点”中每个操作单元的时间消耗的多少可一定程度体现工艺生产流程的“紧凑性”，其对能耗、物质消耗、质量、成本、环境负荷有着综合性影响，既是一个基本参数，又往往是目标函数。
4.目前，钢铁制造流程中，无法实现钢铁制造流程生产计划对订单需求快速响应。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种钢铁制造流程中物质流运行控制方法及系统，提高了钢铁制造流程的连续化水平。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种钢铁制造流程中物质流运行控制方法，包括：
8.在第一稳定状态下，对钢铁制造流程中节点和连结器进行物质流解析和时间解析，得到物质流网络平衡结果和时间解析结果；所述物质流网络平衡结果包括各所述节点的初始产品产量；所述时间解析结果包括各钢铁制造流程的时间解析；
9.根据预设生产要求，基于所述物质流网络平衡结果和所述时间解析结果，在钢比系数不变的条件下，确定满足所述预设生产要求的各个所述节点的目标产品产量；
10.确定各所述节点从所述初始产品产量到所述目标产品产量的产量动态变化量；
11.基于各所述节点从所述初始产品产量到所述目标点的目标产品产量，根据各连结器的物质流损耗随传输时间变化的函数关系，确定钢铁制造流程中各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化；
12.根据各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化，确定从所述第一稳定状态过渡到第二稳定状态过程中，各所述节点的在各时刻的目标产品产量；所述第二稳定状态为满足所述预设生产要求后的状态。
13.可选地，所述节点包括烧结、炼铁、炼钢和轧钢，所述连结器包括皮带、鱼雷罐和钢
包。
14.可选地，在时刻τ第i节点的第j单元的物质流解析公式表示为：
[0015][0016]
其中，α
i,j,τ
表示时刻τ外界加入第i节点的第j单元的辅助物质流流量，表示时刻τ供入第i节点的第j单元的物质流流量，表示时刻τ由除了第i节点的其他节点回收后返回第i节点的第j单元的物质流量，ε
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的外销合格品量，γ
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的废品量，g
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的供入下一单元的物质流流量，β
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的资源回收物质流量，s
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的损失物质流量；
[0017]
第l
i-1
连结器的物质流解析公式表示为：
[0018][0019]
其中，l
i-1
表示第i-1节点与第i节点之间的连接器，α
li-1,n
表示钢铁制造系统外界加入第l
i-1
连结器第n单元的辅助物质流流量，g
li-1,n
表示第i-1节点输入第l
i-1
连结器第n单元的物质流量，表示第l
i-1
连结器第n单元的输出的物质流量，s
li-1,n
表示l
i-1
连结器第n单元的损失物质流量。
[0020]
可选地，所述物质流网络平衡结果包括各所述节点的物质流平衡公式和各所述连结器的物质流平衡公式；
[0021]
第i-1节点的物质流平衡公式表示为：
[0022][0023][0024]
其中，表示供入第i-1节点的物质流量，表示供入第i-1节点的第k单元的物质流量，m
i-1
表示第i-1节点中单元的数量，θ
i-1,k
为第i-1节点的第k单元的分配系数，g
i-1
表示第i-1节点输出的物质流量，g
i-1,k
表示输出第i-1节点的第k单元的物质流量；
[0025]
第l
i-1
连结器的物质流平衡公式表示为：
[0026][0027][0028]
其中，表示第l
i-1
连结器的单元数量，表示供入l
i-1
连结器的物质流流量，表示输出l
i-1
连结器的物质流流量，表示供入第i节点的物质流流量。
[0029]
可选地，所述时间解析结果包括烧结时间解析、炼铁时间解析、炼钢时间解析、连
铸时间解析、加热炉时间解析和热轧时间解析。
[0030]
可选地，基于各所述节点从所述初始产品产量到所述目标点的目标产品产量，根据各连结器的物质流损耗随传输时间变化的函数关系，确定钢铁制造流程中各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化，具体包括：
[0031]
第i-1节点第j单元在τ
(i-1)+δ(i-1)
时刻的目标产品产量为：
[0032][0033]
第i+1节点第j单元在τ
(i+1)+δ(i+1)
时刻的目标产品产量为：
[0034][0035]
其中，为第i节点第j单元在τ
i+δi
时刻目标产品产量，为第i-1节点第j单元在τ
(i-1)+δ(i-1)
时刻目标产品产量，为第i+1节点第j单元在τ
(i+1)+δ(i+1)
时刻目标产品产量，r
i-1
为第i-1节点的钢比系数，ri为第i节点的钢比系数，r
i+1
为第i+1节点的钢比系数。
[0036]
可选地，根据各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化，确定从所述第一稳定状态过渡到第二稳定状态过程中，各所述节点的在各时刻的目标产品产量；所述第二稳定状态为满足所述预设生产要求后的状态，具体包括：
[0037]
第i节点第j单元第τ
i+δτi
时刻的目标产品产量为：
[0038][0039]
第i+1节点第j单元第τ
(i+1)+δτ(i+1)
时刻的目标产品产量为：
[0040][0041]
其中，τ表示时刻，表示第i节点第j单元从所述第一稳定状态过渡到第二稳定状态时的产量动态变化量，m
i,j,τi
表示第i节点第j单元在第τi时刻的产品产量，δm(τ)表示第i节点第j单元与第i+1节点第j单元流量波动传递时的物料损失。
[0042]
本发明还公开了一种钢铁制造流程中物质流运行控制系统，包括：
[0043]
物质流解析和时间解析模块，用于在第一稳定状态下，对钢铁制造流程中节点和连结器进行物质流解析和时间解析，得到物质流网络平衡结果和时间解析结果；所述物质流网络平衡结果包括各所述节点的初始产品产量；所述时间解析结果包括各钢铁制造流程的时间解析；
[0044]
节点的目标产品产量确定模块，用于根据预设生产要求，基于所述物质流网络平衡结果和所述时间解析结果，在钢比系数不变的条件下，确定满足所述预设生产要求的各个所述节点的目标产品产量；
[0045]
产量动态变化量确定模块，用于确定各所述节点从所述初始产品产量到所述目标产品产量的产量动态变化量；
[0046]
物质流协同变化确定模块，用于基于各所述节点从所述初始产品产量到所述目标点的目标产品产量，根据各连结器的物质流损耗随传输时间变化的函数关系，确定钢铁制造流程中各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化；
[0047]
节点的在各时刻的目标产品产量确定模块，用于根据各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化，确定从所述第一稳定状态过渡到第二稳定状态过程中，各所述节点的在各时刻的目标产品产量；所述第二稳定状态为满足所述预设生产要求后的状态。
[0048]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0049]
本发明引入时间因素，确定各节点从初始产品产量到目标产品产量的产量动态变化量，以及其前后节点物质流协同变化量，为生产计划的及时有效调整、优化组产提供了指导，不仅满足了订单需求，同时也提高了钢铁制造流程的连续化水平，节约了能源和人工成本。
附图说明
[0050]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0051]
图1为本发明实施例提供的一种钢铁制造流程中物质流运行控制方法流程示意图；
[0052]
图2为本发明实施例提供的物质流动态特性流程图；
[0053]
图3为本发明实施例提供的节点物质流解析示意图；
[0054]
图4为本发明实施例提供的连结器物质流解析示意图；
[0055]
图5为本发明实施例提供的各节点之间物质流解析示意图；
[0056]
图6为本发明实施例提供的物质流动态特性原理分析图；
[0057]
图7为本发明实施例提供的一种钢铁制造流程中物质流运行控制系统结构示意图。
具体实施方式
[0058]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
[0059]
本发明的目的是提供一种钢铁制造流程中物质流运行控制方法及系统，提高了钢铁制造流程的连续化水平。
[0060]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0061]
本发明在进行钢铁制造流程物质流和时间解析的基础上，为了保证订单式生产条件要求，利用钢铁制造流程节点的生产工艺特点，得到基准状态和目标状态之间物质流动态变化量，获得物质流增/减运行特性；在此基础上，利用钢铁制造流程前后节点物质流相
互作用关系以及连接器物质流损耗随传输时间变化的函数关系，得到前、后节点物质流协同运行特性。
[0062]
实施例1
[0063]
如图1和图2所示，本实施例提供了一种钢铁制造流程中物质流运行控制方法，包括以下步骤。
[0064]
步骤101：在第一稳定状态下，对钢铁制造流程中节点和连结器进行物质流解析和时间解析，得到物质流网络平衡结果和时间解析结果；所述物质流网络平衡结果包括各所述节点的初始产品产量；所述时间解析结果包括各钢铁制造流程的时间解析。
[0065]
步骤102：根据预设生产要求，基于所述物质流网络平衡结果和所述时间解析结果，在钢比系数不变的条件下，确定满足所述预设生产要求的各个所述节点的目标产品产量。
[0066]
步骤103：确定各所述节点从所述初始产品产量到所述目标产品产量的产量动态变化量。
[0067]
步骤104：基于各所述节点从所述初始产品产量到所述目标点的目标产品产量，根据各连结器的物质流损耗随传输时间变化的函数关系，确定钢铁制造流程中各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化。
[0068]
步骤105：根据各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化，确定从所述第一稳定状态过渡到第二稳定状态过程中，各所述节点的在各时刻的目标产品产量；所述第二稳定状态为满足所述预设生产要求后的状态。
[0069]
所述节点包括烧结、炼铁、炼钢和轧钢，所述连结器包括皮带、鱼雷罐和钢包。
[0070]
钢铁制造系统是由节点和连结器构成的复杂系统。
[0071]
每个节点的物质流分为8股，如图3所示，8股物质流在第τ时刻满足物质守恒定律，如式(1)所示。
[0072]
在时刻τ第i节点的第j单元的物质流解析公式表示为：
[0073][0074]
其中，α
i,j,τ
表示时刻τ外界加入第i节点的第j单元的辅助物质流流量，单位：吨；表示时刻τ供入第i节点的第j单元的物质流流量，单位：吨；表示时刻τ由除了第i节点的其他节点回收后返回第i节点的第j单元的物质流量，单位：吨；ε
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的外销合格品量，单位：吨；γ
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的废品量，单位：吨；g
i,j,τ
表示时刻τ第i节点第j单元进入下一单元的物质流量，单位：吨；β
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的资源回收物质流量，单位：吨；s
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的损失物质流量，单位：吨。外界为钢铁制造系统之外。
[0075]
连结器物质流解析仍然满足质量守恒定律，根据连结器的功能特点，物质流包括4股，如图4所示。物质守恒关系如式(2)所示。
[0076]
第l
i-1
连结器的物质流解析公式表示为：
[0077][0078]
其中，l
i-1
表示第i-1节点与第i节点之间的连接器，表示钢铁制造系统外界加
入第l
i-1
连结器第n单元的辅助物质流流量，单位：吨；表示第i-1节点输入第l
i-1
连结器第n单元的物质流量，单位：吨；表示第l
i-1
连结器第n单元的输出的物质流量，单位：吨；表示l
i-1
连结器第n单元的损失物质流量，单位：吨。
[0079]
图4中连接器(l
i-1
,n)表示第l
i-1
连结器的第n单元。
[0080]
节点和连接器的物质流关系如图5所示，其中，节点i
’‑
1对应的时间为节点i-1产量变动后对应的生成时间，节点i’对应的时间为节点i产量变动后对应的生成时间，节点i’+1对应的时间为节点i+1产量变动后对应的生成时间。
[0081]
所述物质流网络平衡结果包括各所述节点的物质流平衡公式和各所述连结器的物质流平衡公式。
[0082]
第i-1节点的物质流平衡公式表示为：
[0083][0084][0085]
其中，表示供入第i-1节点的物质流量，单位：吨；表示供入第i-1节点的第k单元的物质流量，单位：吨；m
i-1
表示第i-1节点中单元的数量，单位：吨；θ
i-1,k
为第i-1节点的第k单元的分配系数，g
i-1
表示第i-1节点输出的物质流量，单位：吨；g
i-1,k
表示输出第i-1节点的第k单元的物质流量，单位：吨。
[0086]
第l
i-1
连结器的物质流平衡公式表示为：
[0087][0088]
其中，表示第l
i-1
连结器的单元数量，表示供入l
i-1
连结器的物质流流量，单位：吨；表示输出l
i-1
连结器的物质流流量，单位：吨；表示供入第i节点的物质流流量，单位：吨。
[0089]
钢铁制造流程时间解析，时间解析关系如式(6)至式(15)所示。
[0090]
以最简单的长流程为例，钢铁制造流程依次为烧结、炼铁、炼钢、连铸、加热炉和轧制(热轧)。
[0091]
所述时间解析结果包括烧结时间解析、炼铁时间解析、炼钢时间解析、连铸时间解析、加热炉时间解析和热轧时间解析。
[0092]
(1)烧结时间解析表示为：
[0093][0094]
其中：为烧结过程所需的时间，min；
[0095]
t
1-1
为物料烧结时间，min，计算关系式为：
[0096]
[0097]
其中，s
1-s
为烧结机长度，m；v为台车运行速度，m/min；ts表示垂直烧结时间，min。
[0098]
t
1-2
为物料在皮带传输经历的时间，min，计算关系式为：
[0099][0100]
其中，s
1-1
表示传送物料至高炉的皮带长度，m；s
1-2
表示烧结矿在冷却机上运行的长度，m；v
1-1
表示烧结矿在冷却机上的平均运行速度，m/min；v
1-2
表示皮带传输平均速度，m/min。
[0101]
t
1-3
为物料在矿槽的存储时间，min。
[0102]
(2)炼铁时间解析表示为：
[0103][0104]
其中，为炼铁过程所需的时间，min；t
2-1
为高炉一个周期的冶炼时间，min。
[0105]
t
2-2
为物料在铁水罐传输经历的时间，min，其计算式为：
[0106][0107]
其中，s2表示传送铁水至转炉的距离，m；v2表示传输的平均速度，m/min。
[0108]
t
2-3
为物料在罐中的存储时间，min。
[0109]
(3)炼钢时间解析表示为：
[0110][0111]
其中，为炼钢过程所需的时间，min；t
3-1
为转炉冶炼一个周期时间，min；
[0112]
t
3-2
表示物料在钢包传输经历的时间，min，其计算式为：
[0113][0114]
其中：s3表示传送距离，m；v3表示运输平均速度，m/min。
[0115]
t
3-3
为存储的时间，min；t
3-4
为炉外精炼的总时间设，min。
[0116]
(4)连铸时间解析表示为：
[0117][0118]
其中，为连铸过程所需的时间，min；t
4-1
为连铸节点所消耗时间，min，其值等于连铸开始位置到火焰切割位置的距离s4(m)与连铸速度vc(m/min)之比；t
4-2
为铸胚切割到开始装车时间，min；t
4-3
为开始装车到装车结束时间，min；t
4-4
为炼钢厂到热轧厂运输时间，min；t
4-5
为卸车至完毕时间，min；t
4-6
为进入板坯库到进入加热炉时间间隔，min。
[0119]
(5)加热炉时间解析表示为：
[0120][0121]
其中，为加热炉过程所需的时间，min；t
5-1
为在加热炉设备中所用时间，min；t
5-2
为由于加热炉工况变化引起的物料停滞等所等待延迟的时间，min。
[0122]
(6)热轧时间解析表示为：
[0123][0124]
其中，为热轧过程所需的时间，min；轧制过程时间为t
6-1
，钢材运输至成品库时间为t
6-2
。
[0125]
根据钢铁企业订单生产要求，利用步骤101中钢铁制造流程物质流网络平衡图(物质流网络平衡结果)，在假设钢比系数不变的前提下，得到满足订单生产要求的各个关键节点合格产品产量，满足订单生产要求的各个关键节点合格产品产量满足关系式(16)至式(18)。
[0126]
第τi时刻，第i节点第j单元的产品产量为：
[0127][0128]
其中，为第i节点第j单元在τi时刻的外销合格品产量，单位：吨；为第i节点第j单元在时刻的供入下一单元物质流流量，单位：吨；为第i节点第j单元在τi时刻的合格产品产量(目标产品产量)，单位：吨。
[0129]
当生产计划发生变化，订单决定了第i节点第j单元在τ
i+δi
时刻目标产品产量为假设钢比系数为定值，则：
[0130]
第i-1节点第j单元在τ
(i-1)+δ(i-1)
时刻的目标产品产量为：
[0131][0132]
第i+1节点第j单元在τ
(i+1)+δ(i+1)
时刻的目标产品产量为：
[0133][0134]
其中，为第i节点第j单元在τ
i+δi
时刻目标产品产量，单位：吨；为第i-1节点第j单元在τ
(i-1)+δ(i-1)
时刻目标产品产量，单位：吨；为第i+1节点第j单元在τ
(i+1)+δ(i+1)
时刻目标产品产量，单位：吨；r
i-1
为第i-1节点的钢比系数，ri为第i节点的钢比系数，r
i+1
为第i+1节点的钢比系数。
[0135]
以步骤101中物质流网络平衡图各关键节点的合格产品产量为基点，以步骤102中各关键节点的合格产品产量为目标点，根据关键节点的生产工艺，得到两个稳定生产状态之间过渡过程的产量动态变化量，得到物质流增/减特性(如图5中
③
)。
[0136]
根据连结器特性得出连结器物质流损耗随传输时间变化的函数关系，并结合关键节点处物质流增/减特性，得出钢铁制造流程相邻前、后节点物质流协同变化关系(图5中的过程
①
和过程
②
)，得到物质流协同变化特性。
[0137]
其中，步骤103中各节点从初始产品产量到目标产品产量的产量动态变化量满足关系式(19)至式(22)。
[0138]
钢铁制造流程各生产工艺，归纳起来包括三类，分别为：加热/冷却类、化学反应类和受力做功类。他们产量动态变化量遵循的规律分别为：
[0139]
(1)加热/冷却类：
[0140][0141]
其中：m
i,j
为第i节点第j单元合格产品产量，单位：吨；a为换热面积，m2；h(τ)为综合换热系数，受加热或冷却环境影响，由辐射和对流换热系数组成。
[0142][0143]
其中：ha(τ)为对流换热系数，w/(m2·
k)；ε为发射率；δ为斯提芬波尔兹曼常数，5.67
×
10-8
w/(m2·
k4)；tf(τ)为加热/冷却环境温度，由设备特性、状态参数综合决定，k；tw(τ)为加热/冷却金属物料表面温度，k；t(τ)、t0分别为加热/冷却金属物料加热/冷却终点和初始温度，k；c
p
为比热，kj/(kg
·
k)。
[0144]
(2)化学反应类：
[0145][0146]
其中：w为分子量；t(τ)为热力学温度，℃；e(τ)为活化能，kj/mol；a为常数，c
an
(τ)和c
bm
(τ)为两个反应物在n级和m级反应时的浓度，mol/l；r为理想气体常数，值为8.314j/(mol
·
k)。
[0147]
(3)受力做功类：
[0148][0149]
其中：f(τ)为加入外力，n；w(τ)为输入功，j；l为输送距离，m；v2(τ)、v2(τ)为起始和终止速度，m/s。
[0150]
第i节点的目标产品产量波动传递到第i+1节点以及第i-1节点，满足关系式(23)到关系式(27)。
[0151]
(1)第i节点第j单元第τi时刻第一稳定状态的产量为：
[0152]
第i节点第j单元第τ
i+δτi
时刻的目标产品产量为：
[0153][0154]
(2)由于协同变化，第i节点的产量波动对第i+1节点的产量影响为：
[0155]
第i+1节点第j单元第τ
(i+1)+δτ(i+1)
时刻的产品产量为：
[0156][0157]
其中，
[0158][0159]
[0160]
其中，τ表示时刻，表示第i节点第j单元从所述第一稳定状态过
[0161]
渡到第二稳定状态时的产量动态变化量，t/min；表示第i节点第j单元在第τi时刻的目标产品产量，单位：吨；δm(τ)表示第i节点第j单元与第i+1节点第j单元流量波动传递时的物料损失，单位：吨；表示第i+1节点第j单元在第τ
i+1
时刻的目标产品产量，单位：吨；表示第i节点第j单元在第τ
i+δi
时刻的目标产品产量，单位：吨；δi表示基准状态和目标状态的时间间隔，min；δτi表示在δi时间间隔内动态变化时的时间步长，min；δm
i,j
，δm
(i+1),j
表示基准状态和目标状态之间产量变化量，单位：吨；为两个节点之间的时间间隔，min，由时间解析获得。
[0162]
上述过程可根据具体的钢铁制造流程进行更改，方便适用于各种实际情况的钢铁制造流程物质流动态特性解析。
[0163]
根据步骤105确定的各节点的在各时刻的目标产品产量，控制钢铁制造中流程。
[0164]
实施例2
[0165]
如图7所示，本实施例提供了一种钢铁制造流程中物质流运行控制系统，包括：
[0166]
物质流解析和时间解析模块201，用于在第一稳定状态下，对钢铁制造流程中节点和连结器进行物质流解析和时间解析，得到物质流网络平衡结果和时间解析结果；所述物质流网络平衡结果包括各所述节点的初始产品产量；所述时间解析结果包括各钢铁制造流程的时间解析。
[0167]
节点的目标产品产量确定模块202，用于根据预设生产要求，基于所述物质流网络平衡结果和所述时间解析结果，在钢比系数不变的条件下，确定满足所述预设生产要求的各个所述节点的目标产品产量。
[0168]
产量动态变化量确定模块203，用于确定各所述节点从所述初始产品产量到所述目标产品产量的产量动态变化量。
[0169]
物质流协同变化确定模块204，用于基于各所述节点从所述初始产品产量到所述目标点的目标产品产量，根据各连结器的物质流损耗随传输时间变化的函数关系，确定钢铁制造流程中各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化。
[0170]
节点的在各时刻的目标产品产量确定模块205，用于根据各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化，确定从所述第一稳定状态过渡到第二稳定状态过程中，各所述节点的在各时刻的目标产品产量；所述第二稳定状态为满足所述预设生产要求后的状态。
[0171]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0172]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种钢铁制造流程中物质流运行控制方法，其特征在于，包括：在第一稳定状态下，对钢铁制造流程中节点和连结器进行物质流解析和时间解析，得到物质流网络平衡结果和时间解析结果；所述物质流网络平衡结果包括各所述节点的初始产品产量；所述时间解析结果包括各钢铁制造流程的时间解析；根据预设生产要求，基于所述物质流网络平衡结果和所述时间解析结果，在钢比系数不变的条件下，确定满足所述预设生产要求的各个所述节点的目标产品产量；确定各所述节点从所述初始产品产量到所述目标产品产量的产量动态变化量；基于各所述节点从所述初始产品产量到所述目标点的目标产品产量，根据各连结器的物质流损耗随传输时间变化的函数关系，确定钢铁制造流程中各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化；根据各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化，确定从所述第一稳定状态过渡到第二稳定状态过程中，各所述节点的在各时刻的目标产品产量；所述第二稳定状态为满足所述预设生产要求后的状态。2.根据权利要求1所述的钢铁制造流程中物质流运行控制方法，其特征在于，所述节点包括烧结、炼铁、炼钢和轧钢，所述连结器包括皮带、鱼雷罐和钢包。3.根据权利要求1所述的钢铁制造流程中物质流运行控制方法，其特征在于，在时刻τ第i节点的第j单元的物质流解析公式表示为：其中，α
i,j,τ
表示时刻τ外界加入第i节点的第j单元的辅助物质流流量，表示时刻τ供入第i节点的第j单元的物质流量，表示时刻τ由除了第i节点的其他节点回收后返回第i节点的第j单元的物质流量，ε
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的外销合格品量，γ
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的废品量，g
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元供入下一单元的物质流流量，β
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的资源回收物质流量，s
i,j,τ
表示时刻τ第i节点的第j单元的损失物质流量；第l
i-1
连结器的物质流解析公式表示为：其中，l
i-1
表示第i-1节点与第i节点之间的连接器，表示钢铁制造系统外界加入第l
i-1
连结器第n单元的辅助物质流流量，表示第i-1节点输入第l
i-1
连结器第n单元的物质流量，表示第l
i-1
连结器第n单元的输出的物质流量，表示l
i-1
连结器第n单元的损失物质流量。4.根据权利要求3所述的钢铁制造流程中物质流运行控制方法，其特征在于，所述物质流网络平衡结果包括各所述节点的物质流平衡公式和各所述连结器的物质流平衡公式；第i-1节点的物质流平衡公式表示为：
其中，表示供入第i-1节点的物质流量，表示供入第i-1节点的第k单元的物质流量，m
i-1
表示第i-1节点中单元的数量，θ
i-1,k
为第i-1节点的第k单元的分配系数，g
i-1
表示第i-1节点输出的物质流量，g
i-1,k
表示输出第i-1节点的第k单元的物质流量；第l
i-1
连结器的物质流平衡公式表示为：连结器的物质流平衡公式表示为：其中，表示第l
i-1
连结器的单元数量，表示供入l
i-1
连结器的物质流流量，表示输出l
i-1
连结器的物质流流量，表示供入第i节点的物质流流量。5.根据权利要求1所述的钢铁制造流程中物质流运行控制方法，其特征在于，所述时间解析结果包括烧结时间解析、炼铁时间解析、炼钢时间解析、连铸时间解析、加热炉时间解析和热轧时间解析。6.根据权利要求1所述的钢铁制造流程中物质流运行控制方法，其特征在于，基于各所述节点从所述初始产品产量到所述目标点的目标产品产量，根据各连结器的物质流损耗随传输时间变化的函数关系，确定钢铁制造流程中各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化，具体包括：第i-1节点第j单元在τ
(i-1)+δ(i-1)
时刻的目标产品产量为：第i+1节点第j单元在τ
(i+1)+δ(i+1)
时刻的目标产品产量为：其中，为第i节点第j单元在τ
i+δi
时刻目标产品产量，为第i-1节点第j单元在τ
(i-1)+δ(i-1)
时刻目标产品产量，为第i+1节点第j单元在τ
(i+1)+δ(i+1)
时刻目标产品产量，r
i-1
为第i-1节点的钢比系数，r
i
为第i节点的钢比系数，r
i+1
为第i+1节点的钢比系数。7.根据权利要求1所述的钢铁制造流程中物质流运行控制方法，其特征在于，根据各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化，确定从所述第一稳定状态过渡到第二稳定状态过程中，各所述节点的在各时刻的目标产品产量；所述第二稳定状态为满足所述预设生产要求后的状态，具体包括：第i节点第j单元第时刻的目标产品产量为：
第i+1节点第j单元第τ
(i+1)+δτ(i+1)
时刻的目标产品产量为：其中，τ表示时刻，表示第i节点第j单元从所述第一稳定状态过渡到第二稳定状态时的产量动态变化量，表示第i节点第j单元在第τ
i
时刻的产品产量，δm(τ)表示第i节点第j单元与第i+1节点第j单元流量波动传递时的物料损失。8.一种钢铁制造流程中物质流运行控制系统，其特征在于，包括：物质流解析和时间解析模块，用于在第一稳定状态下，对钢铁制造流程中节点和连结器进行物质流解析和时间解析，得到物质流网络平衡结果和时间解析结果；所述物质流网络平衡结果包括各所述节点的初始产品产量；所述时间解析结果包括各钢铁制造流程的时间解析；节点的目标产品产量确定模块，用于根据预设生产要求，基于所述物质流网络平衡结果和所述时间解析结果，在钢比系数不变的条件下，确定满足所述预设生产要求的各个所述节点的目标产品产量；产量动态变化量确定模块，用于确定各所述节点从所述初始产品产量到所述目标产品产量的产量动态变化量；物质流协同变化确定模块，用于基于各所述节点从所述初始产品产量到所述目标点的目标产品产量，根据各连结器的物质流损耗随传输时间变化的函数关系，确定钢铁制造流程中各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化；节点的在各时刻的目标产品产量确定模块，用于根据各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化，确定从所述第一稳定状态过渡到第二稳定状态过程中，各所述节点的在各时刻的目标产品产量；所述第二稳定状态为满足所述预设生产要求后的状态。

技术总结
本发明公开一种钢铁制造流程中物质流运行控制方法及系统，涉及钢铁制造技术领域，该方法包括：在第一稳定状态下对钢铁制造流程中节点和连结器进行物质流解析和时间解析，得到物质流网络平衡结果和时间解析结果；根据预设生产要求，确定满足预设生产要求的各个节点的目标产品产量；确定各节点从初始产品产量到目标产品产量的产量动态变化量；基于各节点从初始产品产量到目标点的目标产品产量，根据各连结器的物质流损耗随传输时间变化的函数关系，确定钢铁制造流程中各节点的相邻前节点和相邻后节点的物质流协同变化；根据物质流协同变化，确定过渡到第二稳定状态过程中各节点的在各时刻的目标产品产量。本发明提高了钢铁制造流程的连续化水平。流程的连续化水平。流程的连续化水平。


技术研发人员：陈德敏 陈光 许浩文 陆彪 李宁 王郭兴 张璐
受保护的技术使用者：安徽工业大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/9/20