煉鋼系統(tǒng)流程優(yōu)化與成本控制

1、煉鋼系統(tǒng)流程優(yōu)化與成本控制王新江，王三忠，王新志隨著冶煉生產(chǎn)技術(shù)及控制技術(shù)的不斷進步，當(dāng)前煉鋼系統(tǒng)是一個集工藝、裝備、控制技 術(shù)、信息技術(shù)等于一體的現(xiàn)代化冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)。保證煉鋼的物料及能量轉(zhuǎn)化平衡、主要冶煉 工序間物流供產(chǎn)及時間平衡是節(jié)能降耗的基礎(chǔ)，是煉鋼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功能優(yōu)化的目的。安 鋼近年來結(jié)合自身工藝技術(shù)裝備水平與產(chǎn)品特色，圍繞產(chǎn)品、質(zhì)量、成本對生產(chǎn)過程管理主 要從工藝流、時間流、物質(zhì)流、信息流四個方面進行了系統(tǒng)優(yōu)化與不斷探索，力求實現(xiàn)煉鋼 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級和功能優(yōu)化升級，最終實現(xiàn)終端產(chǎn)品、質(zhì)量與成本較佳結(jié)合。1主要工藝裝備主要工藝裝備情況見表1。2冶煉工序基本生產(chǎn)流程冶煉工序的基本

2、生產(chǎn)流程見圖1。激鐵爐折牲位激鐵爐折牲位圖1 煉鋼連鑄工序生產(chǎn)流程由圖1可見，冶煉設(shè)備較多，在生產(chǎn)組織過程中各工序間交義作業(yè)頻繁；同時冶煉鋼種 主要有碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、船板鋼、壓力容器鋼、汽車大梁鋼、橋梁鋼、管線鋼、 高強度鋼、低碳低硅鋼、Z向鋼、高層建筑鋼等。鋼種較多，而對應(yīng)的規(guī)格與性能要求又存 在較大差異，故工藝流的選擇較為復(fù)雜，生產(chǎn)組織較困難，時間流與物質(zhì)流的平衡性、準(zhǔn)確性不易控制。以下主要從工藝流、時間流、物質(zhì)流、信息流來說明煉鋼系統(tǒng)產(chǎn)品制造過程管 理。3工藝流工藝流主要指產(chǎn)品制造工藝流程及工藝技術(shù)集成，廠家不同其所擁有的工藝裝備水平不 同，所掌握的工藝技術(shù)、面對的終端用戶均有

3、所差異。在選擇產(chǎn)品工藝流程及技術(shù)集群時， 如伺依托現(xiàn)有的工藝裝備，充分發(fā)揮自身裝備優(yōu)勢，并集中優(yōu)勢技術(shù)，以較為經(jīng)濟的方式生 產(chǎn)出各種性能滿足用戶需求的產(chǎn)品，是近年來冶金工作者一直致力研究的問題。該廠近年來 圍繞用戶多樣化需求，分鋼種、規(guī)格對產(chǎn)品工藝流進行了認(rèn)真梳理與優(yōu)化，并集中優(yōu)勢技術(shù) 以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低工序能耗，努力實現(xiàn)產(chǎn)品的清潔化生產(chǎn)。工藝流程的選擇將面臨著越來越多的可選擇性，但如何選擇經(jīng)濟的、合理的、符合自身 實際的工藝流程則需要考慮更多的工藝因素及技術(shù)條件。該廠在工藝流的選擇中遵循以下基 本原則：（1）不同鋼種可選擇不同工藝流程，前提是滿足用戶要求、兼顧成本；（2）同一鋼種考察 工藝

4、流程優(yōu)化與成分體系優(yōu)化各自對成本與質(zhì)量的影響，在滿足用戶質(zhì)量要求的前提下執(zhí)行 成本最低原則；（3）根據(jù)用戶規(guī)格及性能等要求，可選擇不同工藝路線，以穩(wěn)定質(zhì)量；（4）分 規(guī)格細化成分體系，將鋼種減量化生產(chǎn)控制細化至同鋼種不同規(guī)格；（5）在滿足用戶要求的 條件下，實施短流程煉鋼，充分利用預(yù)脫硫工藝技術(shù)?？傊に嚵鲀?yōu)化是保證產(chǎn)品質(zhì)量， 控制生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素。以60kg級高強鋼AH60C為例說明工藝流的選擇與控制，用戶需求如下。規(guī)格要求:（8000 12000）mmx2600mmx（12 60）mm ；表面質(zhì)量及內(nèi)部質(zhì)量要求：表面不得有夾雜、裂紋、 氣泡、結(jié)疤和氧化鐵皮壓入等，內(nèi)部不得有分層、夾渣；

5、鋼中雜質(zhì)元素 SM0. 015%、 P0. 020%。該廠的裝備條件：1300t混鐵爐1座、150t脫硫站2座、150t復(fù)吹轉(zhuǎn)爐3座、150t吹氬 站3個、150t LF爐3座、150t VD真空精煉爐1座（雙工位）、超寬板坯連鑄機1臺、爐卷機 組等；故可選擇的工藝流程：預(yù)脫硫一LD一LFCC一爐卷預(yù)脫硫一LD一LF一VD一CC一 爐卷。產(chǎn)品制造周期：從鐵水到產(chǎn)品檢驗完畢，具備發(fā)貨條件需15天時間。對鋼種進行具體分析：根據(jù)以往生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)分析，該產(chǎn)品按同一成分體系生產(chǎn)時，規(guī) 格25mm時屈服強度平均500N / mm2，有3040N / mm2的富余量，抗拉強度平均630N /mm2，有506

6、0N / mm2的富余量，伸長率21%左右，各項性能都有富余量。但在規(guī) 格25mm時屈服強度平均450N / mm2，有1030N / mm2的富余量，抗拉強度平均580N /mm2，有1020N/mm2的富余量，伸長率20%左右。厚規(guī)格產(chǎn)品性能雖然符合標(biāo)準(zhǔn)要 求，但富余量不是很大。分規(guī)格優(yōu)化成分控制體系：25mm規(guī)格的V按0. 0400. 060%控制；25mm規(guī)格 的V按0. 0700. 100%控制。成分優(yōu)化后存在的問題：采用帆氮合金化時，控制V在 0. 0400. 060%時，鋼中N含量個足；而V在 0. 0700. 100%時，軋制 4060mm 規(guī)格產(chǎn)品時伸長性能不易滿足。工藝流選

7、擇：V在0. 0400. 060%時，選擇預(yù)脫硫LD一LF一CC一鋼卷工藝流程， LF在帆氮合金化后采用 LF底吹氮氣工藝增加鋼中N達到0. 0090%以上；V在 0. 0400. 060%時，選擇預(yù)脫硫LD一LF一VD一CC一爐卷工藝流程，LF在帆氮合金化 后再采用VD去氫保氮工藝，穩(wěn)定鋼中N達到0. 0100%以上，H在 0. 00015%以下。通 過工藝流的優(yōu)化，使產(chǎn)品質(zhì)量在滿足用戶需求的前提下，合金成本較之前降低綜合降低了約 20 元 /1。4時間流時間流是在鋼種既定的工藝流下，消除不必要的作業(yè)時間及非作業(yè)時間，提高時間效率，達到各工序間的時間平衡，從而可控制過程熱量損失，降低工序能耗

8、。煉鋼系統(tǒng)時間流的優(yōu) 化是以爐機匹配為基礎(chǔ)的，保證各工序間交貨時間，合理利用生產(chǎn)間隙，做到人工智能與人 機交互的靈活運用。該廠主要通過嚴(yán)格執(zhí)行冶煉生產(chǎn)時刻表與如何保證執(zhí)行冶煉時刻表兩個 方面進行了時間流的控制與優(yōu)化。4. 1冶煉時刻表的運行保障條件1）優(yōu)化爐機匹配，保證各工序工藝時間參數(shù)分配的科學(xué)性與合理性轉(zhuǎn)爐冶煉周期與對應(yīng)鋼種的精煉周期往往是影響爐機匹配的主要因素，同時在既定鋼 種、斷面及工藝流的前提下，合理選擇澆注速度、確定澆注周期是時間流優(yōu)化的依據(jù)與關(guān)鍵。 如通過完善爐料結(jié)構(gòu)、強化供氧強度、優(yōu)化出鋼口設(shè)計等將冶煉周期由35min控制在3233min，同時精煉通過優(yōu)化鐵水條件、提前造渣及優(yōu)

9、化操作等措施精煉周期由40min控 制在35mm以內(nèi)，則澆鋼周期可通過優(yōu)化拉速縮短至3638min，若該澆次為15爐連澆， 總工序則可節(jié)省3060min。2）簡化生產(chǎn)組織，優(yōu)化調(diào)度職能簡化生產(chǎn)組織主要是盡量減少生產(chǎn)過程的交叉作業(yè)，盡量實現(xiàn)1爐（轉(zhuǎn)爐）對1機（連鑄機） 的生產(chǎn)模式；優(yōu)化調(diào)度職能主要是圍繞提高作業(yè)效率，要求做到生產(chǎn)組織統(tǒng)籌安排、有序執(zhí) 行、時間最短。3）穩(wěn)定設(shè)備運行，控制非穩(wěn)態(tài)冶煉生產(chǎn)，提高作業(yè)效率若在正常的生產(chǎn)過程中設(shè)備突發(fā)故障影響60min，僅當(dāng)爐次精煉電耗就約損失18. 75kWh / t，約合10. 5元/t，若在加上其他動力電、水、煤氣、耐材及設(shè)備本身的故 障等損失，將會

10、更為嚴(yán)重。故穩(wěn)定設(shè)備運行，強化設(shè)備管理，控制非穩(wěn)態(tài)冶煉生產(chǎn)是一項至 關(guān)重要的工作。4）標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)可穩(wěn)定冶煉作業(yè)，提高鋼水冶煉質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)即把豐富的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和現(xiàn)代的生產(chǎn)管理理論相結(jié)合，通過制定一套合 理、科學(xué)、可執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)制度，讓工人嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)制度進行操作，以達到提 高生產(chǎn)效率的目的。4. 2冶煉時刻表的開發(fā)與應(yīng)用該系統(tǒng)是在借鑒鐵路系統(tǒng)的“列車時刻表模式”開發(fā)，通過對煉鋼區(qū)各工序設(shè)定基準(zhǔn)點， 并規(guī)定各工序的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)節(jié)奏，生產(chǎn)組織完全按“冶煉生產(chǎn)時刻表”進行，并將物料實際到達 各工序的時刻和完成時刻與計劃時刻進行跟蹤和對比分析、動態(tài)優(yōu)化，實時、定量顯示生產(chǎn) 運行與標(biāo)準(zhǔn)化要求的差

11、異，指導(dǎo)現(xiàn)場的生產(chǎn)組織。同時，在現(xiàn)場生產(chǎn)組織過程中嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo) 準(zhǔn)工藝時間（按照分鋼種工藝流要求各工序點都有其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)工藝處理周期）、嚴(yán)格按生產(chǎn) 時刻表的計劃節(jié)點組織生產(chǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)均衡、穩(wěn)定、高效、低耗化生產(chǎn)。5物質(zhì)流物質(zhì)流主要為實現(xiàn)（鐵水+廢鋼）一（鋼水）一（鑄坯）流程的收支平衡、物流通暢、能耗最低 而進行的流程優(yōu)化。在物質(zhì)流的優(yōu)化過程中主要通過以下措施進行實施。1）加料等待時間最短、天車讓車次數(shù)最少，效率最高天車吊運是一個實時、動態(tài)、復(fù)雜的調(diào)度系統(tǒng)，為此安鋼建立天車狀態(tài)（加料、下包、 空載）標(biāo)識及實時定位系統(tǒng)，根據(jù)實際生產(chǎn)狀態(tài)生產(chǎn)調(diào)度依據(jù)加料等待時間最短、天車讓車 次數(shù)最少，效率最高，可以

12、實時動態(tài)優(yōu)化天車吊運，以此來降低天車電耗、穩(wěn)定設(shè)備運行壽 命，提高天車作業(yè)效率。2）生產(chǎn)路徑最短、起吊次數(shù)最少根據(jù)實際車間布局（各廠均有差別），選擇最短生產(chǎn)流程，控制天車起吊次數(shù)是控制生產(chǎn) 工序能耗的一項必要措施。以車間布局為例，1號連鑄機與2、3號連鑄機分別布置在車間 兩側(cè)的兩個跨間。1號連鑄機生產(chǎn)時優(yōu)先選擇：LD一 1號LFVD1號CC的生產(chǎn)流程；2和3號鑄機生產(chǎn)時優(yōu)先選擇：LD一2或3號LF一 1或2號RH一2或3號CC的生產(chǎn)流程。3）優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)及復(fù)吹效果，降低物料損耗物質(zhì)流必須控制生產(chǎn)過程的物質(zhì)損耗，煉鋼系統(tǒng)物質(zhì)損耗的最大環(huán)節(jié)在于轉(zhuǎn)爐的物料消 耗，而物料消耗是建立在物料平衡與熱平衡的

13、基礎(chǔ)上，故在保證轉(zhuǎn)爐復(fù)吹效果的前提下優(yōu)化 爐料結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。該廠通過不斷進行爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化，目前鋼鐵料消耗已達到1050kg / t以 下，爐料結(jié)構(gòu)降本較去年約為25元/to4）實施天車物流跟蹤控制目前天車物流跟蹤系統(tǒng)在國內(nèi)較多廠家成功投入使用，目的是實時反饋各工序的物流控 制及消耗情況，為進一步的數(shù)據(jù)分析及工序指標(biāo)攻關(guān)提供數(shù)據(jù)支持。6信息流信息流主要指數(shù)據(jù)的采集、傳遞及便捷的信息溝通。信息流不僅應(yīng)用于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的 管理與分析，同時也是公司信息化平臺的基礎(chǔ)。當(dāng)前信息技術(shù)已成為煉鋼生產(chǎn)管理系統(tǒng)中不 可或缺的一項，對提升管理水平、提高生產(chǎn)效率、實現(xiàn)無紙化辦公意義重大。信息流的管理與優(yōu)化應(yīng)形成閉環(huán)，

14、從企業(yè)資源的綜合調(diào)配利用一過程工序質(zhì)量管理一最 終產(chǎn)品一用戶一用戶需求信息及使用質(zhì)量信息反饋一再到企業(yè)資源的調(diào)配管理，形成閉環(huán)式 管理，使信息流發(fā)揮出應(yīng)有的管理優(yōu)勢。目前該廠已擁有了企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)、制造執(zhí)行系 統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)，為產(chǎn)品制造與研發(fā)打造了完備的信息化管理平臺；同時利用制造執(zhí)行系 統(tǒng)當(dāng)前又先后開發(fā)出了“列車時刻表化”生產(chǎn)管理系統(tǒng)、成本管理分析系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等。 此外一些先進技術(shù)的引進與應(yīng)用依然離不開信息技術(shù)的支持與推進，如“一鍵式”自動化煉鋼 技術(shù)、漏鋼預(yù)報、動態(tài)配水、液面自動控制等連鑄集成技術(shù)。7結(jié)論與展望安鋼主要通過對工藝流、時間流、物質(zhì)流、信息流進行優(yōu)化，在產(chǎn)品實物質(zhì)量、主要經(jīng) 濟指標(biāo)及成本控制方面取得明顯效果。工藝流受用戶產(chǎn)品需