第9章钢厂流程的结构与模式

1、钢厂流程的结构与模式钢厂流程的结构与模式孙健孙健1内容提纲内容提纲 v 工序功能的演进与钢厂流程结构的关系工序功能的演进与钢厂流程结构的关系v 钢钢厂生产中的厂生产中的运输问题运输问题v 钢钢厂总图布置厂总图布置问题问题v 钢厂结构优化问题钢厂结构优化问题v 钢厂结构优化与工程设计钢厂结构优化与工程设计2 工序、装置是制造流程系统中下一层次的组成工序、装置是制造流程系统中下一层次的组成单元，是流程网络中的节点。单元，是流程网络中的节点。4工序功能的演进与钢厂流程结构的关系工序功能的演进与钢厂流程结构的关系钢铁制造流程中工序功能的演进钢铁制造流程中工序功能的演进脱硫脱磷脱硅 402 0 04 0

2、 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 002 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 02 0 0 02 2 0 02 4 0 02 6 0 02 8 0 03 0 0 03 2 0 03 4 0 0时 间 （ m in）1234567891 01 11 2薄 板 坯 连 铸 连 轧 流 程温 度 （ ）02 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 005 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0

3、 03 0 0 03 5 0 04 0 0 04 5 0 05 0 0 05 5 0 06 0 0 06 5 0 07 0 0 07 5 0 0温度（）模 铸 钢 锭 红 送 流 程1234567891 01 11 21 1 1 31 402 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 005 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 03 5 0 04 0 0 04 5 0 05 0 0 05 5 0 06 0 0 06 5 0 07 0 0 07 5 0 0温度（）模 铸 -钢 锭 冷 装 流 程1

4、23456781 01 11 21 1 1 31 48 902 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 002 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 02 0 0 02 2 0 02 4 0 02 6 0 02 8 0 03 0 0 03 2 0 03 4 0 0温度（）连 铸 热 装 热 送 流 程1234567891 01 11 202 0 04 0 06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 002 0 04 0

5、06 0 08 0 01 0 0 01 2 0 01 4 0 01 6 0 01 8 0 02 0 0 02 2 0 02 4 0 02 6 0 02 8 0 03 0 0 03 2 0 03 4 0 0温度（）连 铸 冷 装 流 程1234567891 01 11 29 模铸流程：1、原料2、烧结3、矿槽4、高炉出铁5、兑铁6、转炉出钢7、浇注8(8)、钢锭9、均热炉10、初轧机11(11)、板坯库12、加热炉13、精轧机卷取14、成品库连铸流程：1、原料2、烧结3、矿槽4、高炉出铁5、兑铁6、转炉出钢7、精炼8、连铸9(9)、板坯库10、加热炉11、轧制卷取12、成品库薄板坯连铸连轧流程：

6、1、原料2、烧结3、矿槽4、高炉出铁5、兑铁6、转炉出钢7、精炼8、连铸9、板坯输送10、加热炉11、轧制卷取12、成品库5钢铁制造流程工序功能的演进钢铁制造流程工序功能的演进可见，钢厂生产流程逐步由间歇型向准连续可见，钢厂生产流程逐步由间歇型向准连续/ /连续型过渡，工艺流程不断紧凑化，准连续连续型过渡，工艺流程不断紧凑化，准连续/ /连续化，产品结构专业连续化，产品结构专业化是钢厂结构调整的主要方向。化是钢厂结构调整的主要方向。6钢铁制造流程工序功能的演进和工程逻辑钢铁制造流程工序功能的演进和工程逻辑的变化的变化钢铁制造流程工序功能的演进钢铁制造流程工序功能的演进v 钢铁冶金工序功能：在钢

7、铁生产的某个工序中完钢铁冶金工序功能：在钢铁生产的某个工序中完成的冶金任务。成的冶金任务。v 就冶金工序而言，工序功能是多元化的，每一个就冶金工序而言，工序功能是多元化的，每一个工序都可以完成多个冶金任务，如高炉，可以完成工序都可以完成多个冶金任务，如高炉，可以完成铁矿石还原、脱硫、渗碳等功能；转炉可完成脱碳、铁矿石还原、脱硫、渗碳等功能；转炉可完成脱碳、脱磷、脱硫、升温等功能；脱磷、脱硫、升温等功能；v 随着钢铁冶金技术的进步，每一个工序的功能都随着钢铁冶金技术的进步，每一个工序的功能都在发生变化，出现了工序功能的演进。在发生变化，出现了工序功能的演进。8钢铁冶炼工序的功能分布和组成钢铁冶炼

8、工序的功能分布和组成9凝固、轧制工序功能分布和组成凝固、轧制工序功能分布和组成10钢铁冶金生产流程氧化还原过程的演进钢铁冶金生产流程氧化还原过程的演进钢铁生产流程氧化还原过程的比较钢铁生产流程氧化还原过程的比较A: A: 铁矿石；铁矿石；B: B: 高炉出炉铁水；高炉出炉铁水；C: C: 装装入炼钢炉的铁水；入炼钢炉的铁水；D: D: 海绵铁；海绵铁；E: E: 出炉钢水；出炉钢水；F: F: 成品钢成品钢G: G: 预还原矿石。预还原矿石。A-B: A-B: 高炉过程；高炉过程；C-E: C-E: 氧气转炉炼钢过氧气转炉炼钢过程；程；A-G: A-G: 预还原；预还原；A-D: A-D: 直

9、接还原；直接还原；D-D-E: E: 电炉炼钢；电炉炼钢；G-E: G-E: 终还原；终还原；A-G-B: A-G-B: 两步法熔融还原；两步法熔融还原；A-H-B: A-H-B: 一步法熔融一步法熔融还原。还原。11钢铁冶金生产流程温度控制的演进钢铁冶金生产流程温度控制的演进温T10度 高温出钢 优化钢包和中间包周转后的出钢策略 T20 低温出钢 T30 T2 T1 T3 中间包钢水目标温度 加热 冷却 加热 转炉 出钢 精炼 精炼 连铸 连铸 终点 终点 开始 结束 开始 结束12钢铁冶金工序功能的解析钢铁冶金工序功能的解析1 1、高炉、高炉氧化物高效还原器氧化物高效还原器液态金属初始发生

10、器和连续供应器液态金属初始发生器和连续供应器能量转换器和控制器能量转换器和控制器冶金质量初始控制器冶金质量初始控制器2 2、铁水预处理、铁水预处理冶金负荷和质量调节器冶金负荷和质量调节器能量调节器能量调节器高炉转炉过程连续作业的缓冲器高炉转炉过程连续作业的缓冲器13钢铁冶金工序功能的解析钢铁冶金工序功能的解析3 3、转炉、转炉 快速、高效脱碳器快速、高效脱碳器 快速升温器快速升温器 能量转换和发生器能量转换和发生器 优化脱磷器优化脱磷器4 4、电炉、电炉 废钢快速熔化器废钢快速熔化器 适度脱磷、脱碳器适度脱磷、脱碳器 能量转换和控制器能量转换和控制器14钢铁冶金工序功能的解析钢铁冶金工序功能的

11、解析5 5、二次冶金、二次冶金 优化精炼器优化精炼器 炼钢炉连铸机作业缓冲协调器炼钢炉连铸机作业缓冲协调器 生产效率、效益倍增器生产效率、效益倍增器6 6、连续铸锭、连续铸锭 高效凝固器高效凝固器 优化成型器优化成型器 冶金器冶金器 节能器节能器7 7、轧钢、轧钢 连续形变器连续形变器 组织性能控制器组织性能控制器 多层次附加处理器多层次附加处理器15构建高效紧凑、连续顺行的工艺布局构建高效紧凑、连续顺行的工艺布局4钢厂生产中的运输问题钢厂生产中的运输问题布局特点：布局特点：（1）按工序）按工序 “一字型一字型”科学布局。科学布局。（2）工艺流畅，以）工艺流畅，以“流流”为核心，实现物料运输不

12、落地、不为核心，实现物料运输不落地、不折返。折返。（3）联合与集中布置相结合。）联合与集中布置相结合。（4）布置紧凑，吨钢占地为）布置紧凑，吨钢占地为0.9m2。实施效果实施效果：占地面积小，内部物流运输距离短。占地面积小，内部物流运输距离短。在同等物料运输量的情况下，物料运输距离及运输功仅为光阳在同等物料运输量的情况下，物料运输距离及运输功仅为光阳厂的厂的72%、为宝钢的、为宝钢的54%、为日本君津厂的、为日本君津厂的85%。17钢厂生产中的运输问题钢厂生产中的运输问题181钢厂的总图布置应体现制造流程动态运行的钢厂的总图布置应体现制造流程动态运行的总体设计概念。总体设计概念。l总图总图布置

13、是钢厂静态布置是钢厂静态“空间结构空间结构”的集中体的集中体现，在相当大程度上是时现，在相当大程度上是时-空边界的规定。空边界的规定。2钢厂钢厂的工厂布置的工厂布置应应体现以体现以“流流”(物质流物质流-物物流流)为核心的为核心的概念概念。l工厂布置与车间工厂布置与车间布置是相互依存的。布置是相互依存的。19钢厂总图布置问题钢厂总图布置问题20高效率、低成本洁净钢炼钢厂平面图（大型全薄板型生产厂）高效率、低成本洁净钢炼钢厂平面图（大型全薄板型生产厂） 环境、生态问题对钢铁工业结构变化带环境、生态问题对钢铁工业结构变化带来深刻影响。来深刻影响。 钢厂结构是指企业内部各要素之间合乎钢厂结构是指企业

14、内部各要素之间合乎社会经济发展规律、技术进步规律、企业组社会经济发展规律、技术进步规律、企业组织规律、市场竞争规律等，相对稳定的内在织规律、市场竞争规律等，相对稳定的内在联系和作用形式。联系和作用形式。21钢厂结构优化问题钢厂结构优化问题钢厂结构优化的技术思路立足于：钢厂结构优化的技术思路立足于：1）工序功能集合的解析工序功能集合的解析-优化；优化；2）工序之间关系集合的协调工序之间关系集合的协调-优化；优化；3）流程工序集合的重构优化。流程工序集合的重构优化。22钢厂结构优化问题钢厂结构优化问题23钢厂结构优化问题钢厂结构优化问题废钢废钢过去：不活跃的系统过去：不活跃的系统氧气转炉氧气转炉扁

15、平轧材扁平轧材高炉高炉电弧炉电弧炉长材长材 在首钢已有技术的基础上，充分吸收国内外先进烧结厂的在首钢已有技术的基础上，充分吸收国内外先进烧结厂的经验，通过深入研究和创新优化，创新设计了集中燃料破碎、经验，通过深入研究和创新优化，创新设计了集中燃料破碎、成品立体集中筛分系统。成品立体集中筛分系统。 整个工艺流程由燃料破碎、配料、混合制粒、烧结冷却到整个工艺流程由燃料破碎、配料、混合制粒、烧结冷却到成品筛分，按工序功能的解析优化，按照流程网络实现了紧凑成品筛分，按工序功能的解析优化，按照流程网络实现了紧凑衔接，最大限度地缩短物流运距、减少物料转运。全厂占地面衔接，最大限度地缩短物流运距、减少物料转

16、运。全厂占地面积比常规设计减少积比常规设计减少30%，转运站仅有，转运站仅有3个。整个烧结厂在功个。整个烧结厂在功能、结构、效率等方面都达到国际先进行列。能、结构、效率等方面都达到国际先进行列。24首钢京唐首钢京唐2500m2烧结厂先进流程三维设计烧结厂先进流程三维设计钢厂结构优化与工程设计钢厂结构优化与工程设计2526钢厂结构优化与工程设计钢厂结构优化与工程设计工序功能在工程上的组合优化的基本步骤：工序功能在工程上的组合优化的基本步骤：区段过程组合优化区段过程组合优化炼铁烧结（球团）焦化的组合系统工程炼铁烧结（球团）焦化的组合系统工程铁水预处理转炉二次冶金连铸的组合优化车间铁水预处理转炉二次

17、冶金连铸的组合优化车间废钢预热电炉二次冶金连铸的组合优化车间废钢预热电炉二次冶金连铸的组合优化车间无缺陷铸坯生产技术高温铸坯输送技术铸坯直接高温热装炉技术或直无缺陷铸坯生产技术高温铸坯输送技术铸坯直接高温热装炉技术或直接轧制接轧制控温控轧控冷技术控温控轧控冷技术MISMIS控制技术控制技术272829铁水预处理与全量铁水在线铁水预处理与全量铁水在线“三脱三脱”处理的技术效果与经济效益处理的技术效果与经济效益30 Old Process Mixer Open Hearth Ingot Casting New Process Torpedo HMT BOF CAS CC Transfer Time

18、 Transfer Time Transfer Time t=25(min) t=25(min) t=25(min) Item Start End* Item Start End* Item Start End Item Start End Temp. 1350 1300 Temp. 1285 1617 Temp. 1590 Temp. 1565 C% 4.3 3.8 C% 3.8 0.04 C% 0.04 0.04 C% 0.04 0.04 S% 0.018 0.008 S% 0.008 0.008 S% 0.008 0.008 S% 0.008 0.008 P% 0.070 0.02 P% 0.020 0.012 P% 0.012 0.012 P% 0.012 0.012 Si% 0.42 0.01 Operating Time (min) Operating Time (min) Operating Time (min) Operating Time (min) 19.9 13 30 30.7 *出钢后包内样 *出铁后包内样 31炼钢工艺流程的变革和大型转炉炼钢厂技术的发展炼钢工艺流程的变革和大型转炉炼钢厂技术的发展钢厂结构优化与工程设计钢厂结构优化与工程设计案例分析案例分析首钢京唐钢铁厂流程结构优化