炼钢物流系统炉机匹配规则复习资料-冶金2011级-2014630.doc

炼钢物流系统炉机匹配规则1.转炉炼钢厂工序产能和品种钢铸机配置炼钢生产组织的核心是生产作业计划与调度。合理的生产作业计划与调度是保证生产物流通畅、进行资源合理配置与高效利用，提高设备利用率，进而提升生产系统的整体运行效率，降低物耗、能耗及成木，增加企业盈利和企业竞争力的重要途径。钢产量是衡量炼钢厂生产运营状况的一个重要指标。对于转炉-LF-连铸机流程，三个工序都有可能成为制约整个流程生产的瓶颈，决定流程的实际生产能力。瓶颈是企业在实现其目标的过程中现存的或潜伏的制约因素，是生产能力小于或等于生产负荷的资源，而且在不同条件下，同一生产流程的瓶颈可能会发生转移，因此在市场需求允许的情况下，根据钢铁冶金过程工程和炼钢厂系统的运行原则与调控策略等相关理论，充分发挥每个设备的生产能力，首先应该分析限制钢厂年生产能力的因素.在解决了流程瓶颈的基础上，还要解决好各个生产环节的衔接匹配的问题。具体到BOFLFCCM流程，分析三者的实际生产能力，掌握流程的瓶颈并提出改进建议。炼钢厂生产能力的分析，就是对钢铁制造过程中物质流的三个基本参数(时间、温度和物质量)中的物质量进行分析，剖析转炉、LF炉和连铸机生产过程，并进行协调匹配研究，以提升整个流程的产能。炼钢内部能力匹配 这里应考虑炼钢、热轧和冷轧各工序内部的能力匹配关系。炼钢工序主要包括冶炼、精炼和连铸工段：冶炼和精炼以炉为单位、连铸以浇次为单位分别进行连续生产，连铸的浇次与浇次间隔为3050m in；为保证连铸的连续生产，这3个工段的时间需满足精炼周期冶炼周期浇注时间，对1炉钢是这样要求，对1个浇次也是这样要求。精炼在冶炼和连铸之间起到缓冲和协调作用，因此3个工段中要求精炼周期最短，为避免连铸等待钢水则须冶炼周期小于或等于浇注时间。因此，炼钢工序内部的能力匹配关系为：精炼能力冶炼能力连铸能力，其匹配程度与连铸产能扩展能力有关。连铸产能扩展能力强，则炼钢工序内部之间是一种宽松型能力匹配；连铸扩展能力弱，则炼钢内部之间是一种紧凑型能力匹配，以确保在连铸产能扩展后炼钢内部仍能满足能力匹配关系。实际生产中影响各工段生产能力的因数各不相同。由于不同钢种的冶炼周期变动不大，冶炼能力主要受转炉作业率的影响，而铁水量是影响转炉作业率的重要因素，因此，转炉的实际冶炼能力主要受铁水量的影响；浇注时间受到钢种、规格和工艺的影响，因此，不同炉次间浇注时间波动大，连铸生产能力在正常情况下主要受连铸工艺和生产组织的影响；精炼周期主要与精炼方式和钢种有关，炉次间的精炼周期波动大，实际精炼能力主要受生产组织的影响。2.炼钢炉、钢水精炼装置和连铸机的合理匹配原则在已定的条件下所提供的钢水，除了达到最终产品的化学成分要求外，最重要的是能按要求的时间、温度和数量及时地送到连铸机上。连铸机的机型、连铸坯的尺寸、断面等主要由产品品种、质量和轧机等条件决定。 实际上冶炼与连铸之间的配合调度是一个很复杂的问题，有许多种不同的情况，如冶炼周期大于或小于连铸机的浇铸周期、冶炼设备和连铸机之间有无缓冲装置、冶炼装置和连铸机所配置的数量不同等。这些使配合调度多种多样，在进行总体设计时要通过做调度图表考虑各种情况合理安排，尽量减少等钢液或钢液等连铸机的时间。作业时间设计时要尽量做到: 连铸机的浇注时间与冶炼、精炼的冶炼周期保持同步；连铸机的准备时间应小于冶炼、精炼的冶炼周期；当冶炼周期和浇注周期配合有困难时要考虑增加钢包炉(LF)来调节。 对于大容量的氧气转炉炼钢车间来说，同一套设备由于冶炼的钢种不同或产品的质量要求不同以及铸坯断面尺寸、拉速的改变，浇铸周期会有很大的差别。冶炼和连铸之间的时间匹配要困难得多，再加上从经济效益、节约生产成本方面的考虑，一座生产的大转炉常配备两套以上不同功能、不同作用的精炼设备及相应的多台连铸机。生产中，当某些品种的精炼周期和浇铸周期过长时，就采用相对于炼钢炉双周期的操作制度。这样虽然建设投资增加了，但对于车间的长期生产来说提高了车间大多数设备的作业率，降低了某些品种的生产成本，总的来说还是合理的、经济的。甘特图(生产进度线条图 )甘特图能直观地反映任务工期、进度、逻辑关系以及关键路径,是一种有效的项目进度管理工具。生产计划甘特图3.什么是炼钢物流“一对一”的单通道设备匹配模式？有何特点？1）模式：当前一些电炉和转炉炼钢厂采用了一对一的单通道设备配置模式，即:1座冶炼炉+1套精炼设备+1台连铸机，用该模式专业化地生产一种类型的产品。2）原则：这种配置较易做到前后工序设备容量相同，生产能力一致；在空间布置上，紧凑，物流顺行、不干扰；在操作周期上，通过合理分担各工序的任务和目标及适当地选择有关设备的参数，做到时间相近或一致。3）特点：在一对一的情况下，钢水的精炼周期和一炉钢水的浇铸周期，一般都应该略短于冶炼炉的生产周期，才有可能长时间地连续生产。采用这种模式：车间的生产容易组织协调，设备能达到最高的生产速率和最高的作业率，能得到好的技术经济指标及效益。这种设备匹配的车间单位生产能力的投资同比也最省。4.炼钢精炼连铸生产系统的组成炼钢、炉外精炼和连铸是冶金企业三个关键的生产工序，这三个工序能否协调生产是反映企业生产水平和管理水平的重要标志。如何根据企业的设备状况、工艺条件和生产实际组织好这三个工序的生产，制定合理的生产计划，一直是冶金企业急待解决的向题。以宝钢为例，其炼钢精炼连铸生产系统包括转炉、运输工具(天车、过跨小车等)、精炼设备(RH,CAS,KIP,KST)、模铸设备和连铸设备，这些设备的平面布置情况参见图1。该系统的主要设备参数如下：受铁坑两个，旁边可停4个铁水罐车，每个罐车可装铁水280t 360t，受铁后用天车将装有铁水的铁水包送至转炉；300t转炉3座，宝钢转炉吨位大、技术先进、生产周期短、钢水质量高； 转炉下有3个钢包台车，负责将出钢后的钢水包送到指定的跨；有多种精炼设备，包括真空脱气RH 1台，脱硫KIP 1台、脱氧和合金化CAS 2台、喷粉设备KST 1台，这些精炼设备中用得最多的是CAS；天车7台，其中原料装入跨2台，各铸钢跨S台；过跨小车4台；连铸机2台，还有相应的模铸设备。宝钢从炼钢到连铸的生产工艺流程见图2。从图1和图2可以看到，该生产系统包含的设备种类多、工艺路线比较复杂，由于工序间传递的是高温钢水，连铸工序对浇注钢水的温度有较严格的要求，因此钢水包作为各工序的运输和处理对象，必须在很短的时间内，按指定的工艺路径顺序通过各种处理设备，不允许出现长时间地间断，也不可能在某一设备前钢水包长时间地排队等待。由于炼钢、精炼和连铸的工序处理时间以及工序间的传搁时间有差异，在实际生产过程中，必然会出现设备空闲等待钢水包或设备忙而使钢水包排队等待处理的现象，例如连铸机开浇时间延迟或因设备原因拉速减小使得后续钢水包在连铸工序前形成等待队列；又如，由于炼钢出钢时间延迟或精炼处理时间延长使得连铸机不得不减小拉速等待钢水包的到达。从生产的角度看，这种工序之间不协调的现象是不可避免的，但是为了提高生产率和产品质量，这种现象应该尽可能减少。为此，一方面应提高现场人员的操作和调度水平，另一方面还应对连铸生产计划的合理编排加以研究。炼钢精炼连铸可以认为是一个多服务台排队服务系统，服务对象是钢水包，服务台是各种处理设备和运输设备，随着时间步进，各服务对象依次通过各服务台并得到服务。评价这个系统的主要指标是在不违反操作规程的前提下，各服务对象排队等待的时间越少越好。而生产计划编排是否合理会直接影响到上述目标的实现，因此在一个生产计划排定之后，应该对它的合理性进行检验，然后再下达到各工序去执行，目前最有效的检验手段是运用计算机模拟方法，将实际生产系统抽象为一个模拟模型，将排定的计划在该模型上试运行，同时统计各种有关运行结果，通过对结果的分析来评价该计划是否可行和是否合理。模拟结果分析1）系统评价指标 前文已经提到，对于炼钢-精炼连铸生产系统，保持各工序和设备之间的良好的衔接和匹配，不阻塞，不断流是评价该系统生产过程是否良好的重要指标，也是评估生产计划编排是否合理的主要标准之一，在模拟模型中，具体的量化指标有：因转炉提前出钢使钢水包在精炼设备前排队等待的时间，以最常用的精炼设备CAS为例.这个时间用CASWAIT表示；因转炉延迟出钢使精炼设备出现空闲，等待处理钢水包的时间用CASLATE表示；因精炼设备提前完成对钢水包的处理，使钢包在连铸设备前排队等待的时间用CCWAIT表示；因精炼设备延迟完成对钢包的处理而造成连铸设备等待钢水包的时间用CCLATE表示。2）结果分析 连铸工序是模拟系统的终端，在冶金企业中该工序也是整个生产系统的核心，本文把考查不同的连铸生产计划对模拟系统的影响作为研究的重点。一个连铸生产计划按其生产铸坯的钢种及宽度的不同划分为不同的组，每一组称为一个CAST，每一个CAST由数炉组成，每一炉为转炉一次的出钢量，以HEAT表示。一般讲一个连铸计划中包含的CAST数和HEAT数越多，表明连铸连续生产的时间越长，产量越高，但由于工艺和设备条件的限制，CAST和HEAT数只能保持在某个范围内。另一方面，由于炼钢、精炼、连铸等工序处理时间有差异，一般炼钢的出钢速度高于连铸的浇注速度，尽管有模铸调节这两个工序生产节奏的差异，但长时间的连续生产也会将这种差异累积放大，给生产组织带来很大的困难，因此有必要寻找一个平衡点，在满足三个工序生产协调的前提下，找出较为理想的LAST数和HEAT数。炉数HEAT对计划执行的影响 首先分析当一个CAST中分别包含三炉、四炉和五炉时，系统的四个时间评价参数CASWAIT,CASLATE,CCWAIT和CCLATE的变化情况，利用模拟系统对各种情况分别模拟运行20次，得到的结果参见图16至图19。由模拟结果可以看出，CASWAIT和CASLATE随炉数的增加略有上升，但变化不大，这主要是宝钢CAS精炼设备有两台，且处理能力很高，在通常情况下钢包在这个工序出现阻塞和延迟的情况较少，另外RH精炼设备还可在特殊情况下替代CAS，从模拟结果看，CASWAIT和CASLATE的值不超过1分钟。CCWAIT随炉数的增加有明显的降低，而CCLATE则随着炉数的增加大幅度上升。这表明，随着一个CAST中炉数的增加，钢包在连铸机前排队等待的可能性会减小，而连铸因钢包不能及时到达而延迟开工或降低拉速的可能性增加，因为钢包在连铸前允许等待的时间与钢水的温降有直接关系，如果钢包等待时间过长，则钢包必须返回CAS进行升温处理.这样就会打乱连铸计划排定的生产顺序，造成的后果是比较严重的。相反，由于连铸机可以通过调节拉坯速度来缓冲由于钢包不能及时到达连铸工序而出现的延迟浇铸，只要延迟浇铸时间不是过长，则不会对连铸计划和执行造成大的影响，根据上述分析，在排连铸计划时，只要满足CCLATE的值小于允许的连铸延迟浇铸时间，应尽可能增加一个CAST中的HEAT数。CAST数对计划执行的影响分别设一个连铸计划中包含的CAST数为1、2、3，考察系统的四个时间评价参数的变化情况，对每一个包含不同CAST数的连铸计划模拟运行20次，模拟结果参见图20到图23。从模拟结果可以看出，CASWAIT受CAST数变化的影响很小，而CASLATE则随着CAST数的增加有明显增大的趋势。这是因为转炉在改炼不同的钢种时，处理时向会比炼同一钢种的时间长一些，就有可能出现由于钢水不能按计划时间出钢，造成CAS精炼设备空闲，具体反应为CASLATE值增加。此外，CASWAIT和CASLATE两个时间参数随着CAST数的增加，变化趋势正好相反。从兼顾各个方面使整体最优的原则出发，连铸计划能最为平稳运行的CAST数为2。5.炼钢连铸热轧一体化集成调度管理规则为了降低因燃料价格上涨而引起的燃料费用的增加，世界各国的钢铁企业都进行生产设备的改造、生产技术的革新。为节省能源，提高产品的竟争力，钢铁生产工艺有两种质的飞跃，一个是连铸技术取代传统的模铸技术;另一个为炼钢一连铸一热轧一体化工艺将连铸与热轧同期化进行生产的一体化技术。特别是日本木在这方面的工作尤为突出，使日本钢铁工业的技术水平和管理水平跃居世界领先地位。炼钢连铸热轧一体化生产管理具有节能、提高金属收得率和降低工序中间等待时间、缩短生产周期等特点，是钢铁企业生产管理的重要发展趋势。文献1, 2对冷装(非一体化)的生产管理方法进行了系统研究，因热装热送(一体化)的生产和管理与传统的冷装工艺之间存在较大差别，因此需要对一体化的生产调度管理进行综述，指出国内外此问题的研究现状，并分析存在问题，明确发展方向。一体化工艺的构成及直接化的技术课题1）炼钢一连铸一热轧的一体化工艺一般有4种形式(见图1)连铸热轧一体化计划：关键是制订炼钢的出钢、精炼、浇铸及热轧轧制一体化生产的“火车时刻表”，使物流按“时刻表”移动;高炉转炉轧钢生产流程的演进2）炼钢热轧直接化的技术课题根据连铸机供给热轧铸坯的方式和温度的不同，将连铸与热轧工艺之间的连接方式分成几个方面。(1) CC-CCR 连铸一冷坯装炉轧制，简称冷装。对于特殊钢连铸坯有的因钢种、技术等要求，必须进行缓冷，根据轧制计划，经过一段时间再由板坯垛吊至炉前轨道，装炉加热。一般装炉温度低于400。(2) CC-HCR 连铸一热坯装炉轧制，装炉温度一般为400700，可称为温装。当连铸生产计划与热轧轧制计划的衔接上存在一段时间差时，高温连铸坯也无法直接装入加热炉。为了减少热能损失，可以将热坯放到保温坑中存放一段时间，需要时再吊出装炉，这样既使热能得到保存，又在时间上得以缓冲。目前这种方式占有很大的比重。(3) CC-DHCR 连铸一直接热坯装炉轧制，装炉温度都在7001000，简称热装。由于是通过输送辊道将连铸过来的高温坯直接送入加热炉，装炉温度都在700以上。这是目前连铸与热轧间的最佳衔接方式。(4) CC-HDR 连铸一直接热轧，当连铸机可以实现高温铸造时，在板坯运输过程中采取必要的保温措施，针对板坯边角部温降大等问题采取边部加热等措施，就可以达到轧制温度(11501200)，铸坯不经加热炉而直接送上轧线。显然这是最为理想的工艺路线，但它对各个环节都提出十分严格的要求。包括板带自由轧制工艺的实现。进行直接化的首要条件是炼钢车间供给连铸车间高纯净的钢水，其工艺包括炉外精炼、二次精炼等。特别是对于特种钢来说，二次精炼要求更严格。把直接化分成3个水平，作为直接化的必要技术课题是：无缺陷板坯制造技术；板坯温度的保证技术；炼钢热轧直送率提高技术。HCR,DHCR, HDR必须考虑的共同技术是无缺陷板坯的制造技术，这是当中的第一步。 6.炼钢厂的物流管制技术炼钢厂的物流管制技术是全面研究转炉炼钢厂生产流程的物流运行规律，理顺该系统内物态转变、物性控制与物流管制之间的关系，进而实现物流的通畅与炼钢厂的整体优化，最终建立炼钢厂生产流程的物流调控系统。广钢转炉炼钢厂有3座8t氧气顶吹转炉,2台3机3流R6m连铸机，铸坯断面均为150mm方坯(其中1号连铸机是高效连铸攻关铸机)，精炼采用炉后在线吹氩和喂线的方式，钢包公称容量为15t,是典型的炼钢炉外处理连铸三位一体的小转炉炼钢生产流程。炼钢厂物流管制技术包括以下内容。1）炼钢厂生产流程的时间因素、温度因素及物质量因素解析时间、温度和物质量(重量、流量)是钢铁制造流程多维物流管制的3个基本变量(基本参数)。这些基本变量(参数)的特点是以同一形式、同一单位贯穿于钢铁制造流程的始末，并且往往直接关联到产量、生产效率、生产成本等重要生产技术经济指标。从3个基本参数出发，对转炉炼钢厂生产流程中铁水供应工序、炼钢工序、二次冶金（精炼）工序、连铸工序、工序间衔接环节的时间因素、温度因素及物质量因素进行系统的解析，在实测钢厂系统大量工艺和生产数据的基础上，进行分析并综合集成得出炼钢厂的物流运规律。 (1)时间参数的数据项有:炼钢工序。炉号:加废钢开始时刻加废钢结束时刻兑铁水开始时刻兑铁水停止时刻开吹时刻停吹时刻测温时刻补吹时间打开出钢口时间出钢开始时刻加合金开始时刻加合金停止时刻出钢结束时刻溅渣护炉开始时刻溅渣护炉停止时刻倒渣时间、堵出钢口时间。炉后吹氩工位。炉号:到氩站时刻开始下氩枪（顶吹氩）时刻吹氩开始时刻吹氩结束时刻提枪时刻测温时刻离开操作工位时刻开始等待天车吊运时刻天车到达时刻天车离开时刻。精炼(喂丝/吹氢)工位。炉号:天车到达钢包（过跨）车时刻过跨车开动时刻停止时刻开始精炼时刻精炼结束时刻开始吹氩时刻结束吹氩时刻测温时刻开出操作工位时刻开始等待天车吊运时刻天车到达时刻天车离开时刻去向;连铸工序。炉号:天车到达回转台时刻回转台开动时刻回转台停止时刻钢包开浇时刻中间包第一次测温时刻第二次测温时刻第三次测温时刻钢包停浇时刻回转台开动时刻回转台停止时刻钢包离台时刻。温度参数的数据项有：转炉停吹后温度炉内温度出钢毕温度氩后温度精炼毕温度连铸平台温度开浇温度。浇铸过程中间包3次测温温度等。(3)物质量参数的分析统计项有:钢铁料、辅料、合金料、流程能耗和耐火材料等。图1所示广钢转炉炼钢生产过程的时间/温度解析结果。7.钢铁企业的生产运行特点要了解钢铁企业生产物流管理的要点，首先要搞清楚钢铁企业的生产运行特点。现代大型钢铁联合企业的工厂布置都是按钢铁生产的工艺流程来设置的，一般的生产流程，如图1所示。如图1所示，从工艺流程上看，钢铁企业属于典型的、流程型的生产类型制造企业，因此只有大量大批的生产才能使企业获得较好的经济效益。但随着客户需求的日趋多层次、多样化、个性化致使对产品的要求已是多品种、小批量，要解决大量大批生产与需求要求多品种、小批量的尖锐矛盾，有必要对钢铁企业的生产过程进行细分。按照钢铁企业各工序的工艺特点和管理特点，可将钢铁企业的生产流程分为两大部分，见图1中的虚框1和虚框2。虚框1是高炉冶炼区。生产任务是向下道的炼钢工序提供合格的铁水。由于高炉炼铁所固有的工艺特性，并且追求的是高产、稳产和低成本，因此，高炉炼铁是按标准铁水成分生产单一的产品，这一生产过程属于典型的连续的流程型生产类型。虚框2是炼钢、轧钢、成品生产区。合格的钢铁产品包括内在质量(理化性能)和外在质量(表面及外观)，内在质量的关键部分是由炼钢工序决定的(化学成分)，产品的其他质量属性是在轧钢和再处理工序形成的。因此，要生产满足客户需求的钢铁产品，炼钢及以后的各道工序必须采用按客户订单组织生产的方式，也可部分依对市场需求的预测以存货生产方式组织生产。可以将钢铁企业生产物流的管理模式分为两种类型，即一种是以高炉炼铁区域的面向生产流程的物流管理;另一种是从炼钢开始到成品发货为止的面向订单的物流管理，它采用面向生产流程与主业务流程相结合的物流管理模式。8.钢铁企业内部生产特点钢铁联合企业的生产是典型的流程性生产，包括矿山、烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等生产工序环节，构成了钢铁生产主流程的化学和物理过程。这一过程包含物态转变和物性转变的工艺过程，同时包含多维物流的控制过程。其制造流程长，工序多，在制品需高温处理，在流程中，形状会出现显著的物理和化学变化。流程中的物料流是时间、物料、能量、质量和信息五大因素的载体。钢铁企业的生产属于流程式生产，主要技术特点是：产品生产过程的环节多、工艺复杂；上下工序之间是紧密配合的联合作业，相互依赖关系十分密切；生产过程中原料、半成品、成品的数量多，且相当部分是在高温或液态下周转，厂内外的运输量大。钢厂的特点：资源密集、能耗密集：在钢铁联合企业内，每吨 钢将消耗0.60.8t标煤、1.501.55t铁矿石、28t新水；生产规模大、物流吞吐大：制造流程工序多、结构复杂；制造流程中伴随着大量物质和能量排放，并形成了复杂的环境界面。一个典型钢铁生产工艺流程如图所示。由图可见，钢铁企业物流是多段生产、多段运输、多段存储的大型生产和管理模式，物流种类多、工序多、形式不一，且有各种原料。在制品和产成品中包括：铁矿石、粉矿、原煤、生铁、废钢、钢水、钢坯和钢卷等。一般钢铁生产过程会因设备情况、质量要求、产品品种的不同而使所用的原料、方法、加工工序不同。对炼铁而言，其原料可能是铁矿石，经过(或不经过)铁水预处理进入转炉，也可能是废钢直接进入电炉；对炼钢而言，有可能经过二次精炼或三次精炼；轧制成材的工序更是多种多样。这些只是工艺上的不同，更关键的在于钢铁企业生产中所使用的大都是大型设备，成本高，操作复杂，作业的连续性强，工序连接紧密，对时间和温度要求条件苛刻。它们之间不仅存在时间平衡和温度平衡问题，而且存在资源能力和物流平衡问题。因此，如何实现多生产工序和环节中的物流优化，是钢铁企业的一个重要课题。9.钢铁制造流程的过程特征从钢铁制造流程的结构演进(图4)可见，在连铸(凝固)之前的工序是不断解析优化的趋向，工序数目日趋增加，工序功能日益简化集中，但效率更高、时间节奏更快;而连铸之后的工序则越来越简化集成、紧凑连续。简要的描述钢铁制造流程的变化导致了一代又一代的钢厂模式的演进，但是冶金流程中物态转变、物性控制的一些本质特征并无重大的变化，钢厂的生产流程总是由化学冶金过程和物理冶金过程构成。化学冶金过程；主要是体现物质组成、温度、时间之间的关系;物理冶金过程：主要是体现形变、物质结构、温度、时间之间的关系。物态转变、物