轉(zhuǎn)爐煉鋼廠工序產(chǎn)能和品種鋼鑄機(jī)配置討論尹佳I）劉青D田新中刀胡黎寧小1）北京科技大學(xué)冷金與生態(tài)工程學(xué)院.北京100083：2）邢臺鋼鐵有限責(zé)任公司，河北054027

摘要在研究邢鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠現(xiàn)行生產(chǎn)運行狀況的基礎(chǔ)上，從物質(zhì)量基本參數(shù)出發(fā)，對轉(zhuǎn)爐煉

鋼生產(chǎn)流程中轉(zhuǎn)爐、LF精煉爐、連鑄機(jī)產(chǎn)能進(jìn)行了分析，對流程的匹配模式進(jìn)行探索。關(guān)鍵詞鋼鐵冶金過程工程：轉(zhuǎn)爐煉鋼廠；瓶頸：物質(zhì)量參數(shù)：生產(chǎn)能力11—刖S鋼產(chǎn)量是衡量煉鋼廠生產(chǎn)運營狀況的一個重要指標(biāo)。對于BOF—LF—CCM流程，三個設(shè)備都有可能成為決定整個流程的瓶頸，決定流程的實際生產(chǎn)能力。瓶頸是企業(yè)在實現(xiàn)其目標(biāo)的過程中現(xiàn)存的或潛伏的制約因素，是生產(chǎn)能力小于或等于生產(chǎn)負(fù)荷的資源⑴，而且在不同條件下，同一生產(chǎn)流程的瓶頸可能會發(fā)生轉(zhuǎn)移。因此在市場需求允許的情況下，充分發(fā)揮每個設(shè)備的生產(chǎn)能力，首先應(yīng)該分析限制鋼廠年生產(chǎn)能力的因素。當(dāng)然在解決了流程瓶頸的基礎(chǔ)上，還要解決好各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的銜接匹配的問題。具體到轉(zhuǎn)爐—LF爐一連鑄機(jī)流程，分析三者的實際生產(chǎn)能力，掌握流程的瓶頸并提出改進(jìn)建議。1邢鋼煉鋼廠簡介轉(zhuǎn)爐煉鋼廠車間共有4座48噸轉(zhuǎn)爐，2座48噸LF精煉爐和4臺4機(jī)4流150nmix150nun連鑄機(jī)，分為三個跨，其中精煉和連鑄工序同在一跨內(nèi)，故生產(chǎn)中滿包鋼水轉(zhuǎn)運無需過跨。此跨有90t/20t天車4部，備用天車1部。邢鋼煉鋼廠的1號、2號轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)品種鋼，3號主要生產(chǎn)普碳鋼，3號轉(zhuǎn)爐必要時也為1號LF爐供應(yīng)鋼水，4號轉(zhuǎn)爐只生產(chǎn)普碳鋼?，F(xiàn)有的爐機(jī)對應(yīng)方式為“一一對應(yīng)”，如圖1所示。技劃在修包區(qū)右方建立5號連鑄機(jī)，其為4機(jī)4流150nunX150mm,建成之后3、4和5號連鑄機(jī)只開其中兩臺，第三臺作為備用。其中3號連鑄機(jī)性能相對較差，因此理想情況是啟用4號和5號連鑄機(jī)。增添新連鑄機(jī)后車間平面簡圖如圖2所示。圖中實、虛線分別代表1號BOFf2號LF-3號CCM和2號BOF-1號LFf4號CCM兩條生產(chǎn)線中鋼包的運行路線。由于1號和2號連鑄機(jī)用于生產(chǎn)普碳鋼，與轉(zhuǎn)爐的匹配方案在文獻(xiàn)［2］中已經(jīng)分析，所以在本文以下的篇幅中將對LF爐、新增的5號連鑄機(jī)以及原有的3號、4號連鑄機(jī)產(chǎn)能進(jìn)行研究，對邢鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠生產(chǎn)過程時間（工序作業(yè)時間）進(jìn)行解析和對煉鋼廠年產(chǎn)能力進(jìn)行計算，提出適應(yīng)邢鋼轉(zhuǎn)爐噸位的BOF—LF—CCM配置方案。轉(zhuǎn)爐精煉爐連鑄機(jī)-?非主路線圖1邢鋼煉鋼廠生產(chǎn)模式圖2增添新連鑄機(jī)后邢鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠車間平面圖2煉鋼廠年產(chǎn)能力分析煉鋼廠生產(chǎn)能力的分析，就是對鋼鐵制造過程中物質(zhì)流的三個基本參數(shù)（時間、溫度和物質(zhì)量）中的物質(zhì)量進(jìn)行分析，剖析轉(zhuǎn)爐、LF爐和連鑄機(jī)生產(chǎn)過程，并進(jìn)行協(xié)調(diào)匹配研究，以提升整個流程的產(chǎn)能。2.1轉(zhuǎn)爐煉鋼工序產(chǎn)能解析轉(zhuǎn)爐年產(chǎn)能力計算公式，見式（1）E：py_525600xQbofX〃bof式中：P；°F一轉(zhuǎn)爐平均年產(chǎn)鋼量，t/a；Qbof—轉(zhuǎn)爐平均出鋼量，t；〃BOF—轉(zhuǎn)爐的口歷作業(yè)率，%：rBOF—轉(zhuǎn)爐的冶煉周期，min；由式（1）可以確定1座轉(zhuǎn)爐年產(chǎn)能力、冶煉周期及作業(yè)率之間的定量關(guān)系。根據(jù)邢鋼2005年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得出各轉(zhuǎn)爐冶煉周期和作業(yè)率，如表1（由于4號轉(zhuǎn)爐為2005年12月下旬投產(chǎn)，不計入統(tǒng)計數(shù)據(jù)）o表12005年各轉(zhuǎn)爐冶煉周期和作業(yè)時間統(tǒng)計表轉(zhuǎn)爐作業(yè)時間，mm口歷時間，mm作業(yè)率冶煉周期，mm1號47894452560091.12%30.592號48805452560092.86%28.083號48308352560091.91%27.82總計1450081157680091.96%（均值）28.51（均值）根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)可得出，邢鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠1號轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力為75.15萬t/a；2號轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力為83.43萬t/a；3號轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)能力為83.35萬t/ao4號轉(zhuǎn)爐與3號轉(zhuǎn)爐均以生產(chǎn)普碳鋼為主,參照3號爐產(chǎn)能水平，則轉(zhuǎn)爐工序年產(chǎn)能力可達(dá)到325萬t以上。其中1號、2號轉(zhuǎn)爐合計產(chǎn)量為158.68萬t/a<>其中的2號、3號轉(zhuǎn)爐年產(chǎn)能力相對均衡，1號轉(zhuǎn)爐年產(chǎn)能力最小。在3座轉(zhuǎn)爐中1號轉(zhuǎn)爐裝備水平最好，但受冶煉鋼種的影響，其冶煉周期過長，2005年平均冶煉周期是30.59mm,明顯長于2號、3號轉(zhuǎn)爐，同時作業(yè)率也低于2號、3號轉(zhuǎn)爐?？梢酝ㄟ^操作水平的提高和生產(chǎn)計劃的優(yōu)化，加上其本體裝備水平的優(yōu)勢，縮短其平均冶煉周期,提高其年產(chǎn)量o2006年1號、2號轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)品種鋼，分別與2座LF爐，2臺連鑄機(jī)形成“一一對應(yīng)的”匹配模式，1號、2號轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的鋼種也趨同。在現(xiàn)有條件下，1號、2號轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能和節(jié)奏的均衡是十分必要且有意義的。根據(jù)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高品種鋼比例的指導(dǎo)思想，邢鋼2006年明年產(chǎn)量和品種鋼比例都在逐步提高。如表2所示：表2邢鋼2004?2006（一季度）生產(chǎn)情況統(tǒng)計年份年產(chǎn)量"品種鋼汽普通鋼計品種鋼比例『％20042161237537389162384824.8620052378058847279153077935.632006—季度62659326117236542141.682006年全年鋼產(chǎn)量270萬t,其中品種鋼為113萬t,均比2005年提高了13.54%和33.37%,品種鋼增長幅度大于總產(chǎn)量增幅。2.2LF精煉工序產(chǎn)能解析LF爐年產(chǎn)能力計算公式，見式（2涸：p>_525600⑴式中：LF精煉爐年生產(chǎn)能力，t/a；—LF爐精煉處理周期，min：0/—LF爐精煉包平均每包鋼水量，t；〃“?一LF精煉爐年作業(yè)率，％；邢鋼LF爐采用雙工位作業(yè)，并全程吹氯：即自轉(zhuǎn)爐出鋼完畢鋼包吊運至副工位LT1（即座包等待工位）開始吹氯，經(jīng)過短時的等待，在前一包鋼水出站后，進(jìn)入LF工位進(jìn)行精煉處理（測溫、取樣、加料、加熱等操作），加熱結(jié)束后測溫、取樣、喂絲“而后進(jìn)入副工位LT2（即軟吹工位）繼續(xù)吹氯弱攪拌直至達(dá)到要求，吹氯結(jié)束,吊運離開。通過對邢鋼LF精煉爐實測時間和生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得出該廠LF工藝過程各時間項的平均值如表3o其中喂絲.時間一般為2niui左右，通常歸入副工位處理時間（軟吹時間）°對表3的分析，雖然邢鋼LF爐總處理時間較長，達(dá)到了52分鐘甚至更長，但是由于采用了“雙工位”作業(yè)，使得主工位LF精煉位和副工位LTK等待位LT2軟吹位可并行作業(yè)，且tLT1+tLT2<tLF,在對某一包鋼水進(jìn)行LF精煉的同時，可以完成前一包鋼水的軟吹作業(yè)和后一包鋼水的座包等待。這樣可以在不壓縮操作時間的情況下，使得LF爐的生產(chǎn)節(jié)奏基本適應(yīng)轉(zhuǎn)爐和連鑄機(jī)的生產(chǎn)要求。如能再優(yōu)化LF爐的操作,可?以進(jìn)一步提升LF爐的精煉能力，這樣可以加強(qiáng)LF爐對LD—LF—CC流程的緩沖能力，為提升煉鋼廠的生產(chǎn)能力創(chuàng)造條件。表3LFI序各時間項統(tǒng)計結(jié)果序號過程時間項平均值最大值最小值樣本容量1鋼水等待處理時間（LTD,min5.61911072加熱開始至結(jié)束時間（LF）,mm28.045161073喂統(tǒng)時間，mm4軟吹時間（LT2）,mm18.33861075LF爐工序總時間（到站至軟吹畢），mm51.98041107在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，邢鋼1號LF爐精煉工位凈處理平均時間為30.0min,2號LF爐精煉工位凈處理平均時間為34.0mm（受處理鋼種的影響）o2005年采用1號轉(zhuǎn)爐供應(yīng)兩座LF精煉爐的方式，造成LF精煉爐作業(yè)率偏低，僅為46%左右，嚴(yán)重限制了LF爐的產(chǎn)量，兩座LF爐處理能力僅為73萬t左右。因此2006年開始改進(jìn)運行方式，對原有生產(chǎn)模式進(jìn)行優(yōu)化，由1號轉(zhuǎn)爐對應(yīng)2號LF爐和2號轉(zhuǎn)爐對應(yīng)1號LF爐，可以極大的提高LF爐的生產(chǎn)效率，增加品種鋼產(chǎn)量。若2006年LF爐作業(yè)率以80%計,1號、2號LF爐處理能力分別為67.28萬t/a、59.36萬t/a,LF爐工序總能力達(dá)到126.64萬t/a：若作業(yè)率以90%計，1號、2號LF爐處理能力分別為75.69萬t/a、66.78萬t/a,LF爐工序總能力達(dá)到142.47萬t/a2.3連鑄工序產(chǎn)能解析連鑄機(jī)年產(chǎn)鋼坯的能力（不考慮連澆），計算方法如式（3）叫=525600xxxVxpxriCCMxB式中：/Vs一連鑄機(jī)的年產(chǎn)鋼坯能力，t/a；〃一連鑄機(jī)的流數(shù)；S/,一連鑄坯的斷面面積，m2；

Vs一連鑄機(jī)的拉速，in-iiiui；仇詢一連鑄機(jī)的口歷作業(yè)率，%;Q一帶液芯鋼坯的密度，取7.7V1113：從合格鋼水到合格鑄坯的收得率，一般取98%：由式(3)可以確定一臺4流150iniiix150mm小方坯連鑄機(jī)的年產(chǎn)能力、拉速之間的定量關(guān)系。邢鋼2006年4月份數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到各連鑄機(jī)的平均拉速和熱態(tài)作業(yè)率，如表4。表4邢鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠各連鑄機(jī)熱態(tài)作業(yè)率連鑄機(jī)編號熱態(tài)作業(yè)時間，nun口歷時間，min熱態(tài)作業(yè)率平均拉速，nvmin1號198392448081.04%2382號204592448083.57%2.463號197902448080.84%1.874號197072448080.50%1.95結(jié)合以上數(shù)據(jù)，邢鋼煉鋼廠1、2、3和4臺連鑄機(jī)的產(chǎn)能分別為：68.85萬比、73.38萬t/a、53.96萬t/a和56.03萬t/a。由以上計算可知，若該廠以其目前水平運行，則其2006年連鑄工序產(chǎn)能可達(dá)252.22萬t/a,其中用于生產(chǎn)品種鋼的3號、4號機(jī)產(chǎn)能之和為109.99萬t/a。在5號連鑄機(jī)投產(chǎn)后替代3號連鑄機(jī)，達(dá)到與4號相同的生產(chǎn)水平，連鑄機(jī)的年生產(chǎn)能力可達(dá)112.06萬to3BOF—LF—CCM產(chǎn)能匹配分析對邢鋼煉鋼、LF爐、連鑄工序的年產(chǎn)能力進(jìn)行對比，在1號BOF-2號LF-3號CCM和2號BOF-1號LF-4號CCM兩條生產(chǎn)線中，其中1號、2號轉(zhuǎn)爐合計產(chǎn)量為158.68萬t/a,LF作業(yè)率以80%計，1號LF爐、2號LF爐處理能力合計為126.64萬t/a,3號、4號連鑄機(jī)產(chǎn)能合計為109.99萬t/ao可見工序產(chǎn)能為：轉(zhuǎn)爐〉LF爐〉連鑄機(jī)，在現(xiàn)有的條件下連鑄機(jī)是整個流程的瓶頸。故要提高整個流程的產(chǎn)量，首先是提升連鑄機(jī)的產(chǎn)能。由公式(3)可知，鑄坯規(guī)格一定時提升連鑄機(jī)產(chǎn)量方法有：增加作業(yè)率、提高拉速和增加流數(shù)。3.1從連鑄機(jī)作業(yè)率角度分析按照“一一對應(yīng)”模式，一座轉(zhuǎn)爐對應(yīng)一臺連鑄機(jī)，從作業(yè)時間平衡角度分析，轉(zhuǎn)爐作業(yè)率為92%,平均冶煉周期為29.3mm,若連鑄機(jī)澆注周期為28min,則連鑄機(jī)作業(yè)率應(yīng)為87.9%。目前連鑄機(jī)熱態(tài)作業(yè)率僅為81%,連鑄機(jī)產(chǎn)能有提升潛力。如果從產(chǎn)能平衡角度，即使連鑄機(jī)作業(yè)率達(dá)到90%,在產(chǎn)能上也不能不能滿足流程匹配協(xié)調(diào)要求。從工序運行協(xié)調(diào)性的角度，實際生產(chǎn)中增加連鑄機(jī)將使調(diào)度更加混亂影響系統(tǒng)順行。3.2從連鑄機(jī)拉速角度分析邢鋼連鑄機(jī)品種鋼拉速最大值為2.2ni/rnin,作業(yè)率80.84%,兩臺連鑄機(jī)最大年產(chǎn)能力為144.28萬t/a,小于1號和2號轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)量;如將拉速提升到2.47nVnuii，作業(yè)率90%,其產(chǎn)能達(dá)到工序產(chǎn)能協(xié)調(diào)要求。連鑄機(jī)的拉速主要取決于鋼液澆鑄溫度，因此對現(xiàn)有的工藝技木進(jìn)行改進(jìn)和改善鋼液澆鑄溫度。3.3從連鑄機(jī)增加流數(shù)角度分析增加連鑄機(jī)流數(shù)可以使其產(chǎn)能滿足流程產(chǎn)能平衡需求，通過圖3的分析，在現(xiàn)有生產(chǎn)節(jié)奏(轉(zhuǎn)爐周期29.3mm,LF爐周期32mm,連鑄機(jī)拉速：1.87m/min和1.95niiniii)卜，將連鑄機(jī)增加為5流數(shù)可以合理的解決與轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能不匹配的問題。如圖3所示。圖3邢鋼轉(zhuǎn)爐—LF爐一連鑄機(jī)(4流、5流、6流)產(chǎn)能分析如將連鑄機(jī)改造為5流，其生產(chǎn)能力與轉(zhuǎn)爐的匹配系數(shù)可以從4流的0.792提升到0.990,在此基礎(chǔ)上在對連鑄機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化，如提高作業(yè)率，控制溫度提高拉速，可進(jìn)一步平衡連鑄機(jī)與轉(zhuǎn)爐的產(chǎn)能。當(dāng)然，增加流數(shù)也會增加設(shè)備的維護(hù)的成本，因此在提升連鑄機(jī)產(chǎn)能上，需要綜合多種措施，在效果和成本中進(jìn)行平衡。當(dāng)連鑄機(jī)流數(shù)為6流時，其生產(chǎn)能力與轉(zhuǎn)爐的匹配系數(shù)為1.188,這時連鑄機(jī)的產(chǎn)能大于連鑄機(jī)的產(chǎn)能。3.4分析總結(jié)連鑄機(jī)產(chǎn)能滿足流程需求后，流程的瓶頸就轉(zhuǎn)移到LF爐，LF爐的產(chǎn)能與轉(zhuǎn)爐相差較小，其生產(chǎn)能力與轉(zhuǎn)爐的匹配系數(shù)為0.916,可以通過改進(jìn)精煉工藝和運行水平，縮短精煉周期印，最終達(dá)到轉(zhuǎn)爐流程整體產(chǎn)能的優(yōu)化，以發(fā)揮LF爐在時間/溫度上緩沖能力。在文獻(xiàn)［2］中提出對于普鋼廠50t轉(zhuǎn)爐一般配置2座為宜，相應(yīng)的連鑄機(jī)配置為2臺。邢鋼4座轉(zhuǎn)爐，其中2座生產(chǎn)普碳鋼，對應(yīng)的連鑄機(jī)也為2臺,與文獻(xiàn)［2］的優(yōu)化方案相符；2座生產(chǎn)ML08AL.SWRCH35K等品種鋼，對應(yīng)的連鑄機(jī)也為2臺。參考普鋼轉(zhuǎn)爐配置方案和考慮生產(chǎn)順行，生產(chǎn)品種鋼轉(zhuǎn)爐配置2座為宜，過多則增加調(diào)度難度，對應(yīng)的LF爐和連鑄機(jī)也以2座（臺）為宜：其中LF爐需采用“雙工位”，如能采用鋼包回轉(zhuǎn)臺式則可以進(jìn)一步加強(qiáng)LF爐的緩沖能力；連鑄機(jī)澆鑄溫度需要嚴(yán)格控制，以保證合適的拉速⑶，否則需要采用增加流數(shù)等方法，以滿足流程匹配協(xié)調(diào)的要求。4結(jié)論

通過對邢鋼48t轉(zhuǎn)爐與雙工位的LF爐以及與4流、5流、6流高效連鑄機(jī)采用一一對應(yīng)模式匹配的研究表明：1）轉(zhuǎn)爐與LF爐的周期比較接近，周期比值：30.59（1號轉(zhuǎn)爐）/34.00（2號LF爐）Q0.90：28.08（2號轉(zhuǎn)爐）/32.00（1號LF爐）80.88：因此邢鋼轉(zhuǎn)爐與LF精煉爐“一一對應(yīng)”基本上可以滿足現(xiàn)有生產(chǎn)需求。2）48t轉(zhuǎn)爐與4流高效鑄機(jī)匹配，雖然可形成更高水平的組合，但對鑄機(jī)的作業(yè)水平要求較高（如作業(yè)率為95%,平均拉速需達(dá)到2.22m/nun）；與5流高效連鑄機(jī)匹配，可形成較為合理的組合；與6流高效連鑄機(jī)匹配的組合不太經(jīng)濟(jì),會造成連鑄機(jī)利用率低，應(yīng)盡可能避免。參考文獻(xiàn)1劉文濤，柴麗俊，張群.利用OPT確定煉鋼廠的時間緩沖.冶金能源.2004,23（16）：9?122劉青，殷瑞釬?.轉(zhuǎn)爐一棒/線材生產(chǎn)流程的優(yōu)化配置.鋼鐵.2003,38（4）：17?203劉青.現(xiàn)代長材型轉(zhuǎn)爐煉鋼廠的模式優(yōu)化研究［博士論文］.北京：北京科技大學(xué)，2002RichardJ.Choulet.StamlessSteelRefining.PraxairTechnology.Inc.1999:1?19JafarMahmoudi,HamidNabati.AnExpeiimentalStudyonProductivitymidQualityImprovementofHorizontalContmuousCastingProcess.InternationalJournalofGreenEnergyTaylor&Fiancis.2006,3（2）:185?199D