方坯高效连铸的物流管制及经济效益

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.03.004 第22卷第3期 北京科技大学学报 Vol.22 No.3 2000年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 2000 方坯高效连铸的物流管制及经济效益 刘青”田乃媛”卢灼洪)李秋民》赵平列蒋立新》 1)北京科技大学冶金学院，北京1000832)广州钢铁股份有限公司，广州5103813)新疆八一钢铁有限贵任公司，乌鲁木齐830022 搞要从锅铁制造流程多维物流控制系统的涵义、多维物流管制的概念和研究内容、炼钢厂 系统物流管制研究的基础等4个方面对钢铁制造流程多维物流管制理论作了概要描述，并以 高效连铸为背景，在生产过程整体优化的原则指导下，对炼钢厂生产流程中各工序进行过程解 析和整体研究，提出并实现过程中诸工序及相互关系的综合优化，取得了显著的经济效益. 关键词多维物流管制：高效连铸：方坯 分类号TF777.2:TF087 钢铁制造流程多维物流管制是当今冶金界 品的性能控制等)：物质流程的管制（制造流程 科研中的一个新的研究领域.对转炉炼钢一连 的工序途径，物质、能量的传输方式，传送方法 铸生产过程的物流调控而言，通常是在常规拉 等)三者在过程中优化组合与匹配贯通. 速的生产条件下，进行物态转变、物性控制与物 钢铁制造过程的多维物流管制，是从过程 流管制的优化组合和匹配贯通的研究.当企业 的整体上来研究复杂性问题的方法.其特点是 实现了高效连铸后，拉速提高使得该流程内的 在对金属制造过程整体优化的原则指导下，对 物流运行规律发生了显著变化，急需建立新的 金属制造过程中各工序/装置的功能进行解析 平衡体系，确保高效连铸生产的顺行，该领域的 和综合集成，将金属生产过程中的物态转变、物 研究工作国内外报道极少， 性控制和物流管制结合在一起，进行整体研究 高效连铸的物流管制是钢铁制造过程多维 并解决好过程中工序集、工序功能集和工序关 物流控制系统理论的应用和延伸，是在对转炉 系集的综合优化问题. 炼钢厂生产流程时间、温度、物质量等参数进行 1.2多维物流管制的概念 系统解析的基础上，进行集成和优化而形成的 多维物流管制系统应视为物态转变、物性 系统调控技术.该技术在广州钢厂转炉炼钢厂 控制和物流管制的结合. 的实施产生了巨大的经济效益. 从工艺上看，钢厂的生产流程实质上一方 面是物态转变和物性控制的工艺过程，如状态 1钢铁制造流程多维物流管制概述 的转变与控制、品种与质量的控制、钢材形状尺 1.1钢铁制造过程多维物流管制系统简介 寸和表面状态的控制、产品性能的控制等：另一 钢铁制造过程是由化学冶金过程（炼铁、炼 方面则是过程物流的控制，这种物流控制不仅 钢、铁水预处理、钢水的二次冶金等)、凝固过程 是物质的输送，而且要求各主要参数衔接、匹配 (连铸、模铸等，是化学冶金与物理冶金的界面)、 上的优化，如物质流量、温度、时间的合理衔接 物理冶金过程（各类压力加工、在线/离线热处 匹配，相关工序之间装备能力的匹配，时间节奏 理、表面处理等)组成.从本质上看是物质状态 的协调与缓冲，物质传输过程途径的工序、方 转变（氧化物状态、金属状态，液态金属、固态金 向、距离和方式的优化，物流途径及其时间的压 属，铸造组织状态、轧制/锻造组织状态，高温组 缩和紧凑等.这种过程物流方式可归纳为多维 织状态、低温组织状态，平衡组织状态、不平衡 的物流控制形式，见图1， 组织状态等)：物质性质控制（金属/熔渣的性质 钢厂的多维物流可以概括地用下式表示： 控制，钢水纯净度控制，晶粒尺寸、形状控制，成 Sat=ΣJj∬+A,-B)dwdrd+C (1) 199912-02收稿刘青男，32岁，讲师，硕士 式中，S一多维过程物质流系统；P一生产体 ★国家“九五"攻关项目0N0.95-525-03-03) (如矿石、生铁、钢液、铸坯、热轧材等)：w一

第 2 2 卷 第 3 期 2 口lN】年 ` 月 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u rn a l o f U n iv e rsi ty o f S e le n e e a n d l 七c h n o 】吸牙 灰劝in g V b L2 2 N 0 3 Ju l e 2 00 0 方坯 高效连铸 的物流 管制及经济效益 刘 青 ` , 田 乃 媛 ” 卢灼 洪 ” 李秋民 ” 赵 平 ” 蒋立新 ” l) 北京科技大学冶金学院 , 北京 ro 00 83 2) 广州钢 铁股份有限公司 , 广州 5 10 3 81 3) 新疆八一钢铁有限责任公司 , 乌鲁木齐 83 0 2 摘 要 从钢 铁制 造流 程多 维物流 控制 系统 的涵义 、 多维物 流管制 的概念和 研究 内容 、 炼钢 厂 系统物 流管 制研 究的基 础等 4 个 方面对 钢铁 制造流 程多 维物流 管制理论 作 了概 要描述 . 并 以 高效连 铸为背 景 , 在 生产过程 整体优 化 的原 则指导 下 , 对炼钢厂 生产流程 中各工序进 行过程 解 析和 整体研 究 , 提 出并 实现 过程 中诸工 序及相 互关系 的综合优 化 , 取得 了显著 的经济效益 . 关键词 多维物 流管 制 ; 高 效连铸 ; 方坯 分 类号 开 7 7 .2 ; 开 0 87 钢铁制造流 程多维物流管制是 当今冶金界 科研 中的一个 新的研 究领域 . 对 转炉炼钢一连 铸生 产过程 的物 流调 控而 言 , 通 常是在常规拉 速的 生产条件下 , 进行物态转变 、 物性控制与物 流管制 的优化组合和 匹 配贯通 的研 究 . 当企业 实现 了高效连铸 后 , 拉速提 高使得该 流程 内的 物流运行 规律发生 了显著变化 , 急需建立新 的 平衡体系 , 确保高效连铸生产 的顺行 . 该领域 的 研 究工 作 国 内外报道极少 . 高效连铸 的物流管制是钢铁制造 过程 多维 物流控制系统理论 l] 的应用和 延伸 , 是 在对转炉 炼钢厂 生 产流程时间 、 温度 、 物质量等参数进行 系统解析 的基础上 , 进 行集成和 优化而形 成 的 系统调 控技术 . 该技术在广 州钢 厂 转炉炼钢 厂 的 实施产生 了 巨大 的经 济 效益 . 1 钢铁制造流程多维物流 管制概述 1 . 1 钢铁制造过程多维物流管制系统简介 钢 铁制造过程是 由化学 冶 金 过程 (炼铁 、 炼 钢 、 铁水预处 理 、 钢 水 的二 次冶金等 ) 、 凝 固过程 (连铸 、 模铸等 , 是 化学冶 金 与物理冶 金 的 界面 ) 、 物理 冶金 过程 (各类压 力加工 、 在线 /离线热 处 理 、 表面处理等 ) 组成 . 从本质 上看是 物质状态 转变 (氧化物状态 、 金属 状态 , 液态 金属 、 固态金 属 , 铸造组织状态 、 轧制 /锻造组 织状态 , 高温组 织状态 、 低温组 织状态 , 平衡 组织状态 、 不 平衡 组织状态等) ; 物质性质控制 (金 属/熔渣 的性质 控制 , 钢水纯净度控制 , 晶粒尺寸 、 形状控制 , 成 1 9 9 一 12刁 2 收稿 刘青 男 , 32 岁 , 讲师 , 硕 士 * 国家 “ 九五 ” 攻关项 目困0 . 9 5 一 5 2 5 一 0 3 · 0 3 ) 品 的性 能控制等) ; 物质流程 的管制 (制 造流程 的工序 途径 , 物质 、 能量的传 输方式 , 传 送方法 等 )三者在过程 中优 化组 合 与匹 配贯通 . 钢 铁制造过程 的多维物流管制 , 是 从过程 的整体 上来研 究复杂性 问题 的方法 . 其 特点是 在对金 属制造 过程整体优化 的原则指导下 , 对 金 属制造过程 中各工 序 /装置 的功 能进行 解析 和综合集成 , 将金属 生产过程 中的物态转变 、 物 性控制和物流管制结合在一起 , 进行整 体研 究 并解决好过程 中工 序集 、 工 序功能集和工 序关 系集 的综合优化 问题 . 1.2 多维物流管制的概念 多维物流管制系统应视为物态转变 、 物 性 控制和 物流管制 的结合 2[] . 从 工 艺上看 , 钢 厂 的 生 产流程实质上 一方 面是物 态转变和物性控制 的工 艺过程 , 如状 态 的 转变与控制 、 品种与质量 的控制 、 钢材形状尺 寸和表面状态的控制 、 产 品性能的控制等 ; 另一 方面 则是 过程物流的控制 , 这种物流控制 不 仅 是 物质 的输送 , 而 且要求各主 要参数衔接 、 匹 配 上 的优化 , 如物质流量 、 温度 、 时间的合 理衔接 匹 配 , 相 关 工 序之 间装备能 力 的匹配 , 时 间 节奏 的协调 与缓冲 , 物质传输过程途径 的工 序 、 方 向 、 距离和 方式的优化 , 物流途径及其 时 间 的压 缩和 紧凑等 . 这种过程物流方式可 归纳为多维 的物流控制 形式 , 见图 1 . 钢 厂 的 多维物流 可 以概括地用 下式表 示 : 义 f 一 于班(+P,4 一助 dw d dtr cj l() 式中 , sm 。 一 多维过程物质流系统 ; jP 一 生产体 (如 矿石 、 生铁 、 钢 液 、 铸坯 、 热轧材等) ; w 一 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 03. 004

·206· 北京科技大学学报 2000年第3期 依靠流程系统内各工序装备的容量性能力和功 原料场 烧结球团 铁水预处理 能性能力的匹配和优化，激发出相关工序之间 加 匹配、衔接和调节作用的“柔性活套凹， ○ 亭 蔡 藜 连铸机 热连轨机 ○⊙-⊙·○©@-⊙ 2高效连铸的物流管制 ◎ 物态转变、物性控制 焦化 物质流 高效连铸的物流管制是在高拉速条件下研 图1钢铁制造流程系统内物质状态转变物质性质控制- 究炼钢厂生产流程的物流运行规律，理顺该系 物质流管制的组合示意图 统内物态转变、物性控制与物流管制之间的关 Fig.I The mixing of mass state transforming,mass prop- 系，进而实现物流的通畅与炼钢厂的整体优化， erty controiling and mass flow controiling in steel manu- 最终建立炼钢厂生产流程的物流管制系统. facturing process 21转炉全连铸炼钢厂的时间因素、温度因素和 生产体的质量、流量、浓度等：t一过程温度：t 物质量因素解析 一过程时间：A一生产过程中加入的能源、辅加 从钢铁制造流程多维物流管制的3个基本 剂等：B,一生产过程中的排放物、废弃物等：C 参数一时间、温度、物质量出发，对转炉炼钢 一可能出现的某些间歇现象、间歇因素等：了一 厂生产流程中铁水供应工序、炼钢工序、二次精 制造流程中某一工序. 炼工序、连铸工序、工序间衔接环节的时间因 13钢铁制造流程多维物流管制的研究内容 素、温度因素及物质量因素进行系统的解析，在 时间、温度和物质量（质量、流量）是钢铁制 实测钢厂系统大量工艺和生产数据的基础上， 造流程物流管制的3个基本要素.在钢厂多维 进行分析和综合集成得出炼钢厂的物流运行规 物流控制系统内，时间、温度、物质量表现出连 律.图2所示转炉炼钢工序的过程解析，表1为 续“可微”的特征，是基本的独立参数，其他参数 图2数字代表的涵义， (质量、品种、状态、输送等)属于派生参数.钢 2,2转炉和连铸机生产能力的定量关系表 铁制造流程整个系统及其子系统的多维物流管 通过物流解析得出炼钢厂生产流程中时间 制研究，是建立在对3个基本独立参数研究的 因素和物质量因素参数，根据转炉和连铸机小 基础之上， 时生产能力计算公式，可分别得出转炉单炉小 研究的主要内容包括钢铁制造流程系统的 时产量和治炼周期的关系、铸机拉速与小时产 边界条件和约束，流程的组织性、动态性，优化 量和浇钢炉数的关系，进而得到转炉单炉年产 指标的选择，系统优化的原则，多维物流之间的 量同冶炼周期和作业率的关系表，连铸机年浇 相互关系及其表达形式，系统的结构分析、功能 钢量同平均工作拉速和作业率的关系表，从而 分析和行为分析等，具体的基础研究内容是诸 可确定炼钢厂的目标产量， 工序间各项重要参数的衔接、匹配、连续和稳 23高效连铸的调度方案和温度制度 定，其中包括： 在炼钢厂物流解析和集成的基础上，提出 (1)物流在状态上和数量上的转变、传递、 定炉对定机的优化生产组织模式，见图3，改变 衔接、匹配；(2)物流在时间上的协调、缓冲、加 了以往平均分配产量的生产组织模式.通过分 速：(3)物流过程中金属由液态转变为固态，并 析计算，结合生产实际，提出了各工序作业时间 获得一定几何尺寸的铸坯断面，进而进行断面 的目标值，并制定了相应的炼钢一连铸生产作 形状和尺寸的转变、传递、衔接、配合；(4)物流 业计划，形成了高效连铸的调度方案.同时，根 在温度和能量上的转变、传递、衔接和节约：(5) 据时间因素、温度因素的解析，对生产过程的温 物流过程中钢的表面质量、宏观结构、微观组织 降进行了分析计算，得出生产流程中各测温点 以及性能的转变、遗传和调控：(6)物流传输途 之间的温降及温降速率规律，根据连铸中间包 径和方式的调整、衔接和优化. 钢水温度反推各工序的控制温度，得出高效连 实现上述的衔接、匹配，不仅要依靠各工序 铸的温度制度. 的功能优化、装备可靠性与可控性的提高，而且 2.4钢包运行系统的物理模型 要十分重视相邻工序之间的“柔性”调节作用. 对钢包运转2个阶段即满包和空包的转运

. 2肠 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 00 0 年 第 3 期 依 靠流程系统 内各工 序装 备的 容量性 能力和 功 能性 能力的匹 配和 优化 , 激发 出相 关工序 之间 匹配 、 衔接和 调 节 作用 的 “ 柔 性 活套 ” 13 . 连机热轧 连铸机 加热炉 转 炉 精 炼 铁水预处理 高炉 〔 多仁勿 一 仁乡 - ③ 一 O 一 。 一 @ 物态转变 、 物性控制 物质流 烧球结团@⑧献 场么原料丫、 图 1 钢铁制造流程系统内物质状态转变- 物质性质控制一 物质流管制 的组合示意 图 F电 . 1 T h e m 如d n g o f m a s s at t e tr a n s fo r m in g , m a s : Pm 卜 e r ty co n t r o il i n g a n d m a s fl ow e o n t r o i】In g in s t e l m a n u - fa c t u r i n g p r o c e , s 生产体的质量 、 流量 、 浓度等 ; t 一过 程温度 ; T 一 过程时间 ; jA 一 生产过程中加入 的能源 、 辅加 剂等 ; jB 一 生产过程中的排放物 、 废弃物等 ; C 一 可 能出现的某些间歇现象 、 间歇因素等 ; j 一 制造流程 中某一工序 . L 3 钢铁制造流程多维物流管制的研究内容 时间 、 温度和 物质量 (质量 、 流量 )是钢 铁制 造流程物 流管制的 3 个基 本要 素 . 在钢 厂 多维 物流控制系统 内 , 时 间 、 温度 、 物质量表现 出连 续 “ 可微 ” 的特征 , 是 基本的独立参数 , 其他参数 ( 质 量 、 品种 、 状态 、 输送等 ) 属于 派生 参数 . 钢 铁制造流程整个系统及其子 系统 的 多维 物流 管 制研 究 , 是 建立在对 3 个基本独立参 数研 究的 基础 之上 . 研究 的主 要 内容包括钢 铁制造流程系统的 边界 条件和 约束 , 流程 的组 织性 、 动 态 性 , 优化 指标 的选择 , 系统优化 的 原则 , 多维物流 之间 的 相 互关系及其表达形 式 , 系统 的结 构分析 、 功能 分析和 行 为分 析等 . 具体 的基础 研 究内容 是诸 工序 间各项 重 要 参数的衔接 、 匹配 、 连续和 稳 定 , 其 中包括 : ( l) 物流在状态上和 数量 上 的转变 、 传递 、 衔接 、 匹 配 ; (2) 物流在 时 间上 的协 调 、 缓 冲 、 加 速 ; (3 ) 物流过程 中金 属 由液态转变为固态 , 并 获得 一 定 几何尺 寸的铸坯断 面 , 进而 进行 断 面 形 状和尺 寸的转变 、 传递 、 衔接 、 配合 ; ( 4) 物流 在温度和 能量上 的转变 、 传递 、 衔接和 节 约 ; (5 ) 物流过程 中钢 的表面 质量 、 宏 观结 构 、 微观组 织 以及 性能的转变 、 遗传和 调控 ; (6 ) 物流传 输途 径和 方式 的调 整 、 衔接和 优化 . 实现上述 的衔接 、 匹配 , 不 仅要 依靠各工 序 的功能优化 、 装备可 靠性与可控性的提高 , 而且 要 十分重 视相邻工 序之 间 的 “ 柔 性 ” 调 节 作用 . 2 高效连铸的物流管制 高效连铸的物流管制是 在高拉速条件 下研 究炼钢 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 流管制系统 . .2 1 转炉 全连铸炼钢 厂 的时间因素 、 温 度因素和 物质量因素解析 从 钢 铁制造流程多维 物流管制 的 3 个基本 参数— 时 间 、 温度 、 物质量 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 , 进行分析和 综合集成得 出炼钢 厂 的物流运行规 律 . 图 2 所示 转炉炼钢 工 序 的过 程解 析 , 表 1 为 图 2 数字代表的涵 义 . .2 2 转炉和 连铸机生产能力的定量关系表 通过物流解析得出炼钢厂 生 产流程中时间 因素和 物质量因 素参 数 , 根据转炉 和 连铸机 小 时生 产能力计算公式 , 可分别得 出转炉单炉小 时产量和 冶炼周 期 的关系 、 铸机拉 速与小 时产 量和 浇钢炉数的关系 , 进而 得到转炉单炉年产 量 同冶 炼周 期 和 作业率的 关 系表 , 连铸机 年浇 钢 量 同平 均工 作拉速和 作业率 的关系表 , 从而 可确定炼钢 厂 的 目标产量 . 2 .3 高效连铸的调度方案和温度制度 在炼钢厂 物流解析 和集成的基础 上 , 提 出 定 炉对 定机 的优化生 产组 织模 式 , 见 图 3 , 改变 了 以往平均分配产量 的生 产组 织模式 . 通 过分 析计 算 , 结合生产 实际 , 提 出 了各工 序作业时 间 的 目标值 , 并制定 了相应 的炼钢 一连铸 生 产作 业计划 , 形 成 了高效连铸 的调 度方案 . 同 时 , 根 据 时 间 因素 、 温度因素的 解析 , 对生产过程 的温 降进行 了分 析计算 , 得 出生 产流程 中各 测 温点 之间的温降及温 降速率规律 , 根据连 铸中 间包 钢 水温度反 推各工序 的控制温 度 , 得 出高效连 铸 的温度制度 . .2 4 钢包运行系统的物理模型 对 钢 包运转 2 个阶 段 即满 包和 空包 的转运

VoL.22 No.3 刘青等：方坯高效连铸的物流管制及经济效益 ·207· 事件 名称 00 兑铁水开始 取取 下氧 下枪毕 倒炉革 出钢结束 正枪华 提枪毕倒 正 停吹开始提枪 加造渣料 摇正炉子 开始出 加 钢包车开出 时间 点 吹氧… 水 时间 910|11213114|151618 45 实测 17 19 图2转炉炼钢工序的过程解析 Fig.2 Analysis of BOF steelmaking process 表1转炉炼钢工序的时间因素解析 Table 1 Parameter resolution of time in BOF steelmaking process 均样本 最 最 样本 军 事件说明 序号 事件说明 个值 擅 值 个 最大值 繫 1加废钢时间 14 46 625 19 12摇正转炉时间 15 12 12 32 20 2加废钢和兑铁水时间间隔1443230435 405 13补吹下氧枪时间 4.1 24 1 360 3兑铁水时间 34 442058 38 14补吹时间 150 63 40 300 260 4加料毕到转炉摇正时间 321020 9 15倒炉时间 16 12 5 40 25 5转炉摇正到开始下枪时间 5 3037 4 16打出钢口时间 18 35 0 60 6下氧枪时间 4.1 35 1 4 3 幸华合金加入时间 65 35 50 80 30 7下氧枪毕到开吹时间 2 31 3 5 2 17吹氧时间 1014 98 720 1200 480 8提氧枪时间 5 31 10 8 18出钢时间 142 226 66 349 283 9倒炉时间（为取样测温） 16 10 25 15 19转炉整个冶炼过程时间 1680 30 1440 27001260 10取样时间 分 41 公 之 20空炉倒渣时间 360 11测温时间 20 121530 15 21炼钢工序出钢至出钢时间 2304 算法”2种钢包周转个数的确定方法，进而研制 炉后吹氬I LD ○ 出钢包周转个数、班冶炼炉数和钢包周转周期 炉后吹氩Ⅱ 喂丝工位 2/3ma 的定量关系表，并绘制出钢包周转个数和周转 (LD ○ 周期的关系图.同时，结合生产过程的温降规律， 炉后吹氯Ⅲ 1/3ma LD 深入分析了钢包运转的过程，建立了钢包运行 +○ 系统的物理模型9，优化生产流程中钢包的转运 图3转炉炼钢厂优化后的生产模式(m表示炼钢厂生产钢 通过分析可将钢包运行周期由94.1min缩短至 水的总质量) 80~85min,即将现有的9个周转钢包减至7个. Fig.3 Optimizatied production mode of a converter plant 2.5优化流程的物流管制方案 过程进行解析和跟踪实测，找出钢包周转过程 对连铸机高效化改造前后的生产模式、时间 的“柔性环节”，对钢包运行过程的时间参数进 因素、温度因素进行了系统分析对比，得出高效 行了数学描述，提出了“产量计算法”和“时间计 连铸前、后，以及物流管制优化后的生产过程温

、 勺】 . 2 2 N O J 刘 青等 : 方 坯高效 连铸的物流 管制及 经济效益 . 20 7 . 事件 名称 点时间 , 卜一 夕户、 C 卜 材 ) 、 如洲 ! 一 ! ) 一 ! } l 「一 … 2 一 厂 {… 5 … , … 6 … 7 { ! 门… 8 … ’ … } J { 1 { 1 … 1 3 … ’ ` … }一 ,一 { 时间 } ! ’ } } } j } l 〔 l l { } 15一} ] J j 实测 } l ! }一} 3 { l { } } 1} l州 { ’ “ { } ’ } 山 27 _ }」 ! } }… 1 { { } } 日 L 日L 到 ! l L 一 , , L 19 } .~ 月 门 「一! I ! 「l一 ! } } { }) { { { } }{ I } } ’ } } ! l匕 } 」一 1 图 2 转炉炼钢工序的过程解析 r馆 . 2 n^ a ly s is o f B O F s te l ln a k i . g P找姆砚组 表 1 转炉炼钢工序的时间因紊解析 介 b le 1 P a ar m e t e r n翔 o l n iot n o f ti. e in B O F s te 加 a ki . g P cer es 辱 事件说明 噜攀 屠悬鬓 霄 事件说 明 擅 竿 暑悬翼 l加废钢 时间 1 4 4 6 6 2 5 19 1 2摇正转炉时间 1 5 1 2 1 2 3 2 2 0 2加废钢和兑铁水时间间隔 1科 32 30 4 35 4 05 1 3补吹下氧枪时间 4 . 1 2 4 1 3 60 5 3兑铁水 时间 34 4 20 5 8 3 8 14补吹时间 150 6 3 4 0 3 00 2 60 4加料 毕到转炉摇正时间 14 犯 10 20 10 15倒炉时间 1 6 1 2 1 5 4 0 2 5 5转炉摇正到开始下枪时间 5 30 3 7 4 16打出钢 口 时间 1 8 3 5 1 0 6 0 5 0 6下氧枪时间 4 . 1 3 5 1 4 3 * * 合金加入时间 6 5 35 5 0 80 3 0 7下氧枪毕到开吹时间 2 31 3 5 2 17吹氧 时间 1 0 14 98 7 20 1 2 00 4 80 8提氧枪时间 5 3 1 2 1 0 8 18出钢 时间 1 4 2 2 26 6 6 34 9 2 8 3 9倒炉 时’lde (为取样测温 ) 16 2 1 10 2 5 15 19转炉整个冶炼过程时间 1 6 8 0 3 0 1 4 40 2 7 0 0 1 2 60 1 0取样时间 4 8 4 1 2 5 7 2 4 7 2 0空炉倒渣时间 3 60 11测温时间 20 12 15 30 15 21 炼钢工序 出钢至出钢 时间 2 304 炉后 吹氢 附 总 1 2`, m 总 } 1 1 /, m ` 1 图 3 转炉炼钢厂优化后 的生产模式 ( m 。表示炼钢厂生产钢 水的总质量 ) F褚3 O Pit m公 t ide P r 0 d u e it o n m od e o f a e o n v e rt e r P al n t 过程进行解析和 跟踪 实测 , 找 出钢 包周 转过程 的 “ 柔性环节 ” , 对 钢 包运 行过程 的时 间参数进 行了 数学描 述 , 提 出 了“ 产量计 算法 ” 和 “ 时间计 算法 ” 2 种钢 包周 转个数 的确定方法 , 进而 研制 出钢 包周 转个数 、 班冶炼炉数和 钢 包周 转周 期 的定量关系表l4] , 并绘制 出钢 包 周转 个数和 周转 周 期 的关 系图 . 同时 , 结 合生 产过程 的温降规律 , 深 入分析 了钢 包运转 的过程 , 建立 了钢 包运行 系统的物理模型 l5] , 优化生产流程中钢 包的转运 . 通过分析可 将钢 包运行周 期 由 9 4 . 1 m in 缩短至 8 0一 8 5 m in , 即将 现有的 9 个 周转钢 包减至 7 个 . .2 5 优化流程的物流管制方案 对连铸机高效化改造前后的生产模式 、 时间 因素 、 温度 因素进行 了系统分 析对 比 , 得 出高效 连铸前 、 后 , 以及物流管制优 化后的生产过程温

·208 北京科技大学学报 2000年第3期 度变化关系，提出各工序/工位物流运行优化后 此项物流管制技术，采用定炉对定机、铸机一主 生产作业时间节奏与温度的控制方案 一辅的生产模式后，生产得以进一步简化、有序、 (1)各工序优化后的生产作业时间节奏： 均衡、顺行.与1997年度对比，1998年度的产量 1)转炉冶炼周期为30min;2)炉后吹氩时间 达539552t,较1997年度产量上升35769t,增 为1.5min:3)运输时间（含喂丝时间）为7min:4) 幅71%，钢水的运转时间、等待时间、钢包周转 大包等待开浇时间为2min;5)铸机浇注周期为 的时间减少，转炉冶炼周期由34mn缩减到 15min:6)钢包周转周期为75~85min. 30min,出钢温度由1729℃降低到1690℃，转炉 (2)主要工位物流优化后的控制温度（表2）. 炉龄提高36.7%，合金收得率增加.1998年度在 表2主要工位的控制温度 各类技术经济指标提高的同时，各类原材料消 Table 2 Temperature control value for different handling 耗同步降低，获得经济效益十分显著，达 station in steelmaking plant 4286.7443万元. 物流优化后 工位温度 4结论 20MnSi Q235 出钢温度 1690 1673 高效连铸物流管制实施后，可实现炼钢厂 氩后温度 1602 1588 系统的优化，该技术在广钢转炉炼钢厂的应用 连铸平台温度 1584 1575 不仅为方坯高效连铸钢厂的物流管制提供了成 中间包测温I 1527 1524 功的经验，使我国在该技术领域的研究中到达 中间包测温Ⅱ 1523 1520 国际先进水平，研究的思想和方法同样适用于 中间包测温Ⅲ 1519 1516 板坯高效连铸和常规方坯/板坯连铸钢厂的物流 2.6炼钢厂计算机辅助生产调度系统 管制. 炼钢厂计算机辅助调度系统的建立是确保 参考文献 高效连铸物流管制实施的有力手段，该系统一 般由硬件配置方案和应用软件两部分组成.该 】殷瑞钰.钢铁制造流程的多维物流控制系统。金属学 系统硬件配置方案包括系统设计原则、系统设 报，1997,33(1)：29 2田乃媛，唐红华，刘青，钢铁制造流程的解析与集成的 计方案、生产调度数据、系统硬件配置等：应用 研究.现代化工，1999,20（增刊）片130 软件包括软件设计思想、软件设计方案、数据库 3殷瑞钰，冶金工序功能的演进和钢厂结构的优化，金 设计等 属学报，1993,29(7)：B289 4刘青，田乃媛，侯文义，等.转炉炼钢厂钢包转运的物 3高效连铸物流管制的实施效果 理模型.北京科技大学学报，1999,21(4)：338 5刘青，侯文义，田乃媛，等.方坯高效连铸钢包运行系 广州钢厂转炉炼钢厂自1998年3月起运用 统的物理模型.钢铁，1999,34（增刊）：476 Mass Flow Control and Its Economic Benefit in High Efficiency Continuous Casting of Billet LIU Qing",LAN Naiyuan",LU Zhuohong",LI Qiumin,ZHAO Ping,JIANG Lixin 1)Metallurgy School,UST Beijing.Beijing 100083,China 2)Guangzhou Iron&Steel Co.Ltd.,Guangzhou 510381,China 3)Xinjiang Bayi Iron Steel Co Ltd,Urumchi 830022,China ABSTRACT Schematic description on theory of multi-dimensional mass flow control (MMFC)in Iron Steel manufacturing process is proceeded from four aspects which are meaning,concept,research content of MMFC system in Iron Steel manufacturing process and research base of MMFC in steelmaking plant. Applied the theory to high efficiency continuous casting,process analysis and synthetic research on all work- ing procedures in converter plant are carried out,integrated optimization of various working procedures and their relationship in production process is realized,and enormous economic benefit is obtained under the guide of global optimization principle. KEY WORDS multi-dimensional mass flow control;high efficiency continuous casting;billet

北 京 科 技 大 学 学 报 20 0 年 第 3 期 度变化 关 系 , 提 出各 工 序 /工 位物流运 行优 化后 生产作业时 间节 奏与温度 的控制 方案 . ( l) 各工 序优化后 的 生 产作业 时 间节 奏 : l) 转炉冶炼周 期为 30 m in ; 2) 炉后吹氢时间 为 1 . s m in ; 3) 运输时 间 ( 含喂 丝 时间 ) 为7 m in ; 4) 大包 等待开 浇时间为 Z m in ; 5) 铸机浇注周 期为 15 m in ; 6 ) 钢 包周转周 期为7 5 ~ 8 5 m i n . (2 ) 主 要工 位物流优化后 的控制温度(表 2 ) . 表 2 主要工位 的控制温度 aT b l e Z 介m 琳ar ut er e o o t r o l v a l u e fo r d l月沁er n t h a n d il n g s 扭iot n in . t e lm a ( n g P la n t ,C 此 项物流管制技术 , 采用 定 炉 对 定机 、 铸机一 主 一 辅 的生产模式后 , 生产得以进一步简化 、 有序 、 均 衡 、 顺行 . 与 19 9 7 年度对 比 , 1 9 98 年度 的产量 达 5 3 9 5 5 2 t , 较 19 9 7 年度产量上 升 3 5 7 6 9 t , 增 幅 7 . 1 % , 钢 水 的运转 时间 、 等待 时 间 、 钢 包周 转 的时间减 少 , 转 炉冶 炼周 期 由 34 m in 缩减 到 3 0 m i n , 出 钢温度 由 1 7 2 9 oC 降低到 1 6 9 0 oC , 转炉 炉 龄提 高 36 . 7 % , 合金 收得率增加 . 1 9 9 8 年度在 各类 技术经济指标提高 的同 时 , 各类原材料消 耗 同 步 降 低 , 获 得 经 济 效 益 十 分 显 著 , 达 4 2 8 6 . 7 4 4 3 万 元 . 工位温度 物流优化后 20M l l s i 出钢温度 氢后温度 连铸平 台温度 中间包测温 I 中间包测温 H 中间包测温m 1 6 90 1 6 02 1 5 8 4 1 5 2 7 1 5 2 3 1 5 19 Q2 3 5 1 6 7 3 1 5 88 1 5 7 5 1 5 2 4 1 5 2 0 1 5 16 .2 6 炼钢 厂计 算机辅助生产调度系统 炼钢 厂 计算机辅助调 度 系统的 建立是 确保 高效连铸物流 管制 实施的 有力手段 . 该 系统 一 般 由硬件配 置方案和 应 用 软件两部 分组 成 . 该 系统硬件配置 方 案包 括系统 设 计 原则 、 系统 设 计方 案 、 生产调度数据 、 系统硬 件配置 等 ; 应 用 软件包括软件设计 思 想 、 软件设计 方 案 、 数据 库 设 计等 . 3 高效连铸物 流管制 的实施效果 广州钢 厂 转炉炼钢 厂 自 19 98 年 3 月起运用 4 结论 高效连铸 物流 管制实施后 , 可 实现炼钢 厂 系统的优化 . 该技术在广钢 转 炉炼钢 厂 的 应用 不 仅为方坯 高效连铸钢厂 的物流管制提供 了成 功的经验 , 使我 国在该技术领 域的研 究中到达 国 际 先进 水平 , 研究 的思想 和 方法 同样 适用 于 板坯高效连铸和 常规方坯 /板坯连铸钢 厂 的物流 管制 . 参 考 文 献 1 殷瑞 钮 . 钢铁 制造 流程 的多维物 流控制 系统 . 金属 学 报 , 1 9 9 7 , 3 3 ( l ) : 2 9 2 田乃媛 , 唐 红华 , 刘青 . 钢铁 制造流程 的解析 与集成 的 研究 . 现代化 工 , 19 9 , 20 (增刊 ) : 1 3 0 3 殷瑞钮 . 冶金 工序功 能的演进和 钢厂 结构 的优化 . 金 属学 报 , 19 93 , 29 ( 7) : B 2 8 9 4 刘青 , 田 乃媛 , 侯 文义 , 等 . 转炉炼 钢厂钢 包转 运的物 理模 型 . 北京 科技大 学学报 , 1 9 9 9 , 2 1( 4 ) : 3 38 5 刘青 , 侯 文义 , 田 乃媛 , 等 . 方坯 高效连 铸钢包 运行系 统 的物理模型 . 钢铁 , 19 9 , 34( 增 刊) : 4 76 M a s s F l o w C o n t r o l an d It s E e o n o m i e B e n e if t i n H igh E if e i e n c y C o nt i n u o u s C a s t i n g o f B ill e t LI U Qi gn , , 侧N aN iyU a n , , , L U hZ u o h o 心 ) , lL Q iu m in , 〕 , 刀侧 O iP 心 , , .刀月刃G L 抚in ’ ) l )M e t a llur gy S e h o l , U S T B e ij in g , B e ij in g 10 0 0 8 3 , C h in a Z ) G u an g 山o u l r o n & S te e l C o . L dt . , G uan 乡山o u 5 10 3 8 1 , C h in a 3 ) X inj ian g B盯 1 I onr & S et l C o L喊U umr e h i 8 3 00 22 , C h in a A B S T R A C T S e h e m at i e de s e ir Pt i o n o n t h e o ry o f m u lt i 一 d加 e n s i o n a l m a s s fl o w c o n t r o l (M M F C ) in l r o n & S te e l m anu af e 加irL n g rP o c e s s 1 5 P r o e e e d e d ofr m of ur a s Pe c t s w h i e h ar e m e an in g , e o n e e tP , er s e ar e h e o n t e nt o f M M F C sy s t e m in l r o n & S t e e l m aun fa c t l lr i n g Por c e s s an d er s e acr h b a s e o f M M FC in s t e e ln ak l n g Pl a n t . A PPli e d ht e het o yr ot hi hg e if e i e n e y e o nt iuon s e a s tin g , rP o e e s s an ly s i s an d s yn ht e t i e r e s e acr h on a ll w o kr . ign rP oc e d ur e s in e von ert e r Pl ant ar e c a r i e d o ut , int e gr at e d o Pt而i atZ i o n o f v iar ou s w o r树的9 Pr o e e d ur e s an d het ir er liat o n sh iP in Pr o d u c t l o n rP oc e s s 1 5 r e a li z e d , an d en o mr o u s e e o n om i e b e en if t 1 5 Ob at i n e d un de r ht e gul de o f gl o b a l o Pt而h 沮 t l o n Pir n c iP l e . K E Y WO R D S m u lt i . d im esn i o aln m a s s fl ow e o n tr o l: hi hg e if e l e n c y e o n t ir lu o u s e a s tin g ; b illet