D0L:10.13374/.issn1001-053x.2012.09.019 第34卷第9期 北京科技大学学报 Vol.34 No.9 2012年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2012 考虑传搁能耗的304不锈钢电炉冶炼流程最优连浇炉 数计算方法 冯 凯》 徐安军)四 汪红兵2》 田乃媛” 1)北京科技大学高效钢铁治金国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学计算机与通信工程学院，北京100083 区通倍作者，E-mail:anjunxu@126.com 摘要分析了304不锈钢电炉治炼流程的传搁时间和传搁过程温降情况，建立各个工序治炼温度制度与连浇炉数的关系， 得知已有温度制度下的连浇炉数仅为2炉，并以6炉连浇为例给出不同连浇炉数情况下温度制度.通过计算流程中传搁能 耗，讨论了连浇炉数与浇次总传搁能耗和平均传搁能耗的关系。提出了一种考虑传搁能耗确定最优连浇炉数的方法.对比发 现，当增加连浇炉数的传搁能耗小于开浇一次耗材消耗的能耗时，最大连浇炉数为最为合理的连浇炉数 关键词不锈钢：电炉：炼钢：能耗：生产管理：计算方法 分类号TF741.1 Computational method of continuous casting heats for the 304 stainless steel smelting flow in EAF by considering transport energy FENG Kai'”,XU An-jun”',WANG Hong-bing》,TIAN Nai-yuan'' 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Computer and Communication Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:anjunxu@126.com ABSTRACT Both transport time and temperature drop in transport processes were analyzed for the 304 stainless steel smelting flow in an electric arc furnace (EAF).The relationship between the temperature schedule in each process and continuous casting heats was es- tablished.In the existing temperature schedule the number of continuous casting heats was two.The temperature schedule with different continuous casting heats was presented by taking the process of six continuous casting heats for example.The transport energy during transport processes was calculated so as to analyze the relationship between continuous casting heats and different types of transport en- ergy.A method for determining the optimum number of continuous casting heats was proposed which takes the transport energy into ac- count.When the transport energy of increasing the continuous casting heats is less than the consumables'energy consumption of a new casting,the most number of continuous casting heats is the optimum. KEY WORDS stainless steel;electric furnaces;steelmaking:energy consumption:production management:computational methods 中间包连浇炉数是反映钢厂生产组织控制能力 的影响.这就要求中间包连浇炉数的确定，从以 的重要指标，提高中间包连浇炉数有利于减少中间 流程内各工序的结构设计和简单叠加推进到以流程 包的使用数量、提高连铸机的作业率、降低连铸机辅 整体动态、有序和连续运行的集成优化、集成创新的 材及能源介质消耗.不断提高中间包连浇炉数，降 层次上来- 低生产成本是钢厂历来攻关的目标0.影响中间包 中间包连浇炉数的确定需要考虑是否需要备 连浇炉数的因素很多，除了耐材质量、浇铸钢种外， 包.在生产过程中，当钢水供应节奏可以保证不需 还受到前后工序、生产组织、操作水平和生产工艺等 要备包时，连浇炉数取决于中间包的耐火材料的性 收稿日期：201106-22 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重大项目(2006BAE03A07)
第 34 卷 第 9 期 2012 年 9 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 9 Sep． 2012 考虑传搁能耗的 304 不锈钢电炉冶炼流程最优连浇炉 数计算方法 冯 凯1) 徐安军1) 汪红兵2) 田乃媛1) 1) 北京科技大学高效钢铁冶金国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学计算机与通信工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: anjunxu@ 126． com 摘 要 分析了 304 不锈钢电炉冶炼流程的传搁时间和传搁过程温降情况，建立各个工序冶炼温度制度与连浇炉数的关系， 得知已有温度制度下的连浇炉数仅为 2 炉，并以 6 炉连浇为例给出不同连浇炉数情况下温度制度． 通过计算流程中传搁能 耗，讨论了连浇炉数与浇次总传搁能耗和平均传搁能耗的关系． 提出了一种考虑传搁能耗确定最优连浇炉数的方法． 对比发 现，当增加连浇炉数的传搁能耗小于开浇一次耗材消耗的能耗时，最大连浇炉数为最为合理的连浇炉数． 关键词 不锈钢; 电炉; 炼钢; 能耗; 生产管理; 计算方法 分类号 TF741． 1 Computational method of continuous casting heats for the 304 stainless steel smelting flow in EAF by considering transport energy FENG Kai 1) ，XU An-jun1) ，WANG Hong-bing2) ，TIAN Nai-yuan1) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Computer and Communication Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: anjunxu@ 126． com ABSTRACT Both transport time and temperature drop in transport processes were analyzed for the 304 stainless steel smelting flow in an electric arc furnace ( EAF) ． The relationship between the temperature schedule in each process and continuous casting heats was established． In the existing temperature schedule the number of continuous casting heats was two． The temperature schedule with different continuous casting heats was presented by taking the process of six continuous casting heats for example． The transport energy during transport processes was calculated so as to analyze the relationship between continuous casting heats and different types of transport energy． A method for determining the optimum number of continuous casting heats was proposed which takes the transport energy into account． When the transport energy of increasing the continuous casting heats is less than the consumables' energy consumption of a new casting，the most number of continuous casting heats is the optimum． KEY WORDS stainless steel; electric furnaces; steelmaking; energy consumption; production management; computational methods 收稿日期: 2011--06--22 基金项目: “十一五”国家科技支撑计划重大项目( 2006BAE03A07) 中间包连浇炉数是反映钢厂生产组织控制能力 的重要指标，提高中间包连浇炉数有利于减少中间 包的使用数量、提高连铸机的作业率、降低连铸机辅 材及能源介质消耗． 不断提高中间包连浇炉数，降 低生产成本是钢厂历来攻关的目标［1］． 影响中间包 连浇炉数的因素很多，除了耐材质量、浇铸钢种外， 还受到前后工序、生产组织、操作水平和生产工艺等 的影响［2--3］． 这就要求中间包连浇炉数的确定，从以 流程内各工序的结构设计和简单叠加推进到以流程 整体动态、有序和连续运行的集成优化、集成创新的 层次上来［4--5］． 中间包连浇炉数的确定需要考虑是否需要备 包． 在生产过程中，当钢水供应节奏可以保证不需 要备包时，连浇炉数取决于中间包的耐火材料的性 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.019
第9期 冯凯等：考虑传搁能耗的304不锈钢电炉冶炼流程最优连浇炉数计算方法 ·1085· 能.芦永明等的给出了在交叉供应条件下保证连铸 的匹配 机连续浇铸的必要条件是 该钢厂提供304系列不锈钢的温度制度如表4 TE TT2 和表5. NpoFTi NCate +T Ncert (1) 表1304系列不锈钢各工序生产周期 式中，Toe为转炉生产周期，Nsoe为转炉座数，T1、T2 Table 1 Production cycle of 304 stainless steel smelting processes 为一流、二流连铸机的生产周期，Ncated、Nc2为一 min 流、二流连铸机的台数 电炉 AOD LF 连铸 但是，有些钢厂由于受设备状况、工艺条件和操 87 69 51 50 作水平等限制，难以满足连浇条件，此时如果需要连 续浇铸，就需要进行一定数量的备包.王锋等通 表2304系列不锈钢各工序间必要传搁时间 过分析，给出了备包个数与连浇炉数的关系： Table 2 Essential transport time of 304 stainless steel smelting processes [max(TTa-T+1 min (2) 电炉一AOD AOD-LF LF一连铸 max（Ta,Td） 式中，N为连铸机最大连浇炉数，n为开浇前最 16 6 > 大备包数量，T为转炉区（可以是一座或多座转炉） 表3304系列不锈钢各工序间传阙温降情况 给对应精炼区提供一包钢水的周期，T为精炼区 Table 3 Temperature drop of 304 stainless steel smelting transport (可以是一个或多个精炼工序)给对应连铸机提供 processes ℃ 一包钢水的周期，T为精炼区对应连铸机（一台）浇 工序传搁过程 温降情况统计结果温降情况计算取值 注一包钢水的周期. 电炉一AOD 0.45t+(90-100) 0.451+95 于港等圆通过分析各个工序的生产周期和工 AOD-LF 0.45t+(30~45) 0.451+40 序间的运输时间，得出在需要备包的情况下的最大 LF一连铸 0.45t 0.45t 连浇炉数为 注：1为工序间传搁时间 (7-7)+(7--7-）+(T-T） +1 表4304系列钢种各个工序的温度制度 (THoF-Tcc) Table 4 Temperature schedule of 304 stainless steel smelting ℃ (3) 开始处理目标温度 出钢目标温度 式中，，T"分别为精炼处理时间的最大值和最 工艺 第1炉 连浇 第1炉 连浇 小值，Tc、T-C分别为二次治金到连铸机的最 电炉 ≥1265 ≥1265 1630-16501630~1650 大值和最小值，T、T分别为钢包在大包回转台 A0D1525-15351525-15351615-16351610-1630 上等待时间的最大值和最小值，ToF、Tcc分别为转 LF 1580~16201550~16001515-15301510-1525 炉和连铸的生产周期.王金明等回利用甘特图分析 在不同连浇炉数的情况下第1炉精炼时间的长短， 表5304钢种连铸温度制度 通过判断钢包安全性来确定合理的连浇炉数 Table 5 Casting temperature schedule of 304 stainless steel smelting 不管哪种分析方法，都没有将连浇炉数和现场 到连铸回转台目标温度 中间包钢水目标温度 的操作工艺联系起来，没有直接反应在特定情况下 第1炉 连浇 第1炉 连浇 影响连浇炉数的本质因素，很难对现场操作起到指 导性作用.本文以某钢厂304系列不锈钢生产为例 1505-1516°1500-1516°1485~1496 1481-1496 进行分析，发现在一定的生产条件下，中间包连浇炉 注：*现场对该温度不作要求，仅供参考 数取决于生产过程中对温度的控制@. 2 连浇炉数与温度制度的关系 1钢厂基本情况 2.1不同连浇炉数的理论开浇时间 以某钢厂304系列不锈钢生产为例，对生产过 以连铸机为中心安排其他工序生产，绘制一个 程和各个工艺阶段进行解析，现场数据统计列于表 浇次的理论甘特图，由于电炉产能<AOD产能<LF 1和表2，经计算传搁温降如表3所示. 产能<连铸产能，可以保证每个工序内一个浇次的 通过工序生产周期的分析可以看出，电炉产能< 所有钢包连续生产，则浇次周期（即一个浇次第1 AOD产能<LF产能<连铸产能，有利于工序之间 炉治炼开始到最后一炉浇注结束为止的时间)为
第 9 期 冯 凯等: 考虑传搁能耗的 304 不锈钢电炉冶炼流程最优连浇炉数计算方法 能． 芦永明等［6］给出了在交叉供应条件下保证连铸 机连续浇铸的必要条件是 TBOF NBOF ≤ T1T2 T1NCaster2 + T2NCaster1 . ( 1) 式中，TBOF为转炉生产周期，NBOF为转炉座数，T1、T2 为一流、二流连铸机的生产周期，NCaster1、NCaster2为一 流、二流连铸机的台数． 但是，有些钢厂由于受设备状况、工艺条件和操 作水平等限制，难以满足连浇条件，此时如果需要连 续浇铸，就需要进行一定数量的备包． 王锋等［7］通 过分析，给出了备包个数与连浇炉数的关系: Nmax = ［max( Tca，Trf ) － Tcc］·nmax max( Tca，Trf ) + 1． ( 2) 式中，Nmax为连铸机最大连浇炉数，nmax为开浇前最 大备包数量，Tca为转炉区( 可以是一座或多座转炉) 给对应精炼区提供一包钢水的周期，Trf 为精炼区 ( 可以是一个或多个精炼工序) 给对应连铸机提供 一包钢水的周期，Tcc为精炼区对应连铸机( 一台) 浇 注一包钢水的周期． 于港等［8］通过分析各个工序的生产周期和工 序间的运输时间，得出在需要备包的情况下的最大 连浇炉数为 Nmax = ( TRF max － TRF min ) + ( TRF － CC max － TRF － CC min ) + ( Twait max － Twait min ) ( TBOF － TCC) +1． ( 3) 式中，TRF max、TRF min分别为精炼处理时间的最大值和最 小值，TRF － CC max 、TRF － CC min 分别为二次冶金到连铸机的最 大值和最小值，Twait max、Twait min 分别为钢包在大包回转台 上等待时间的最大值和最小值，TBOF、TCC 分别为转 炉和连铸的生产周期． 王金明等［9］利用甘特图分析 在不同连浇炉数的情况下第 1 炉精炼时间的长短， 通过判断钢包安全性来确定合理的连浇炉数． 不管哪种分析方法，都没有将连浇炉数和现场 的操作工艺联系起来，没有直接反应在特定情况下 影响连浇炉数的本质因素，很难对现场操作起到指 导性作用． 本文以某钢厂 304 系列不锈钢生产为例 进行分析，发现在一定的生产条件下，中间包连浇炉 数取决于生产过程中对温度的控制［10］． 1 钢厂基本情况 以某钢厂 304 系列不锈钢生产为例，对生产过 程和各个工艺阶段进行解析，现场数据统计列于表 1 和表 2，经计算传搁温降如表 3 所示． 通过工序生产周期的分析可以看出，电炉产能 ＜ AOD 产能 ＜ LF 产能 ＜ 连铸产能，有利于工序之间 的匹配． 该钢厂提供 304 系列不锈钢的温度制度如表 4 和表 5． 表 1 304 系列不锈钢各工序生产周期 Table 1 Production cycle of 304 stainless steel smelting processes min 电炉 AOD LF 连铸 87 69 51 50 表 2 304 系列不锈钢各工序间必要传搁时间 Table 2 Essential transport time of 304 stainless steel smelting processes min 电炉—AOD AOD—LF LF—连铸 16 6 7 表 3 304 系列不锈钢各工序间传搁温降情况 Table 3 Temperature drop of 304 stainless steel smelting transport processes ℃ 工序传搁过程 温降情况统计结果 温降情况计算取值 电炉—AOD 0. 45t + ( 90 ～ 100) 0. 45t + 95 AOD—LF 0. 45t + ( 30 ～ 45) 0. 45t + 40 LF—连铸 0. 45t 0. 45t 注: t 为工序间传搁时间． 表 4 304 系列钢种各个工序的温度制度 Table 4 Temperature schedule of 304 stainless steel smelting ℃ 工艺 开始处理目标温度 出钢目标温度 第 1 炉 连浇 第 1 炉 连浇 电炉 ≥1 265 ≥1 265 1 630 ～ 1 650 1 630 ～ 1 650 AOD 1 525 ～ 1 535 1 525 ～ 1 535 1 615 ～ 1 635 1 610 ～ 1 630 LF 1 580 ～ 1 620 1 550 ～ 1 600 1 515 ～ 1 530 1 510 ～ 1 525 表 5 304 钢种连铸温度制度 Table 5 Casting temperature schedule of 304 stainless steel smelting ℃ 到连铸回转台目标温度 中间包钢水目标温度 第 1 炉 连浇 第 1 炉 连浇 1 505 ～ 1 516* 1 500 ～ 1 516* 1 485 ～ 1 496 1 481 ～ 1 496 注: * 现场对该温度不作要求，仅供参考 2 连浇炉数与温度制度的关系 2. 1 不同连浇炉数的理论开浇时间 以连铸机为中心安排其他工序生产，绘制一个 浇次的理论甘特图，由于电炉产能 ＜ AOD 产能 ＜ LF 产能 ＜ 连铸产能，可以保证每个工序内一个浇次的 所有钢包连续生产，则浇次周期( 即一个浇次第 1 炉冶炼开始到最后一炉浇注结束为止的时间) 为 ·1085·
·1086· 北京科技大学学报 第34卷 Teast =nTEAF TAOD +TLF Toc TEAF-AOD 2.2已有温度制度下的连浇炉数 TAOD-F+TLF-CC- (4) 根据厂方提供的温度制度（表4和表5），可以 第1炉和第2炉的开浇时间分别为 计算出各个工序间允许的最大温降如表7所示 Tcci =Temt -nTcc' (5) 根据表3中各个工序间传搁过程温降情况，可 Toc2 =Tca +Tcc. (6) 以计算出各个工序间允许的最长传搁时间如表8 式中，n为连浇炉数：TEAF TAOD TLF和Tcc分别为各 所示. 个工序的生产周期，TEAF-AODTAOD-F和Tr-Cc分别表 表7各个工序间允许的最大温降 示各个工序间的传搁时间.当n取不同值时，获得 Table 7 Maximum temperature drop of each transport process C 不同的开浇时间，如表6所示. 工序 第1炉 其他炉 以6炉连浇和10炉连浇为例，绘制一个浇次的 电炉一AOD 115 115 甘特图如图1所示. AOD-LF 45 60 表6连浇炉数与理论开浇时间的关系 LF一连铸 1 0 Table 6 Relationship between continuous casting heats and theoretical start-casting time 表8各个工序间允许的最长传搁时间 min 连浇炉数，m 第一炉开浇时间/min 第二炉开浇时间/min Table 8 Maximum transport time of each process 第1炉 其他炉 236 工序 计算值 取值 取值 273 323 计算值 电炉一AOD 44.44 44 44.44 以 3 310 360 AOD-LF 11.11 11 44.44 44 347 397 LF一连铸 31.11 31 22.22 22 384 434 6 421 471 开浇时间可以通过各个工序的生产时间和传搁 7 458 508 时间求得：第1炉开浇时间为293min,第二炉的开 495 545 浇时间为404min. 9 532 582 由于实际开浇时间必须大于理论开浇时间才能 10 569 619 保证连铸机连续生产，通过与表格6中不同连浇炉 数的开浇时间的对比，可以得知己有的温度制度下 的连浇炉数仅为2炉. EAF 878787878787 2.3不同连浇炉数下的温度制度 A)) 696969696969 同样，在一定的工艺条件下，如果需要保证一定 的连浇炉数，可以反推出相应的温度制度.以6炉 LF 515151515151 连浇为例，通过甘特图可以计算出每个炉次在各个 CC 505050505050 工序间的传搁时间如表9所示 根据表3中各个工序间传搁过程温降情况，可 10 200 300400500600700800 时间min 以计算出每个炉次在各个工序间的理论传搁温降如 EA87878787878787878787 表10所示. 对于304钢种来说，要求钢包到达连铸回转台 AOD 69696969696969696969 的目标温度是1505~1516℃，结合工序内的温度变 515I515151515151515] 化情况和工序间的传搁温降，可以推出6炉连浇时 所需的温度制度如表11所示. cc 50505050505050505050 6008001000 通过6炉连浇温度制度和钢厂给出参考的温度 200 400 200 时间min 制度的对比发现，如果要增加连浇炉数，必须提高电 图1连浇甘特图.(a)6炉：(b)10炉 炉的出钢温度，以满足精炼工序的温度要求.这样 Fig.I Gantt graphs of continuous casting:(a)6 heats;(b)10 虽然增加了连浇炉数，势必造成了能耗的增加和治 heats 炼成本的提高
北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 Tcast = nTEAF + TAOD + TLF + TCC + TEAF--AOD + TAOD--LF + TLF--CC ． ( 4) 第 1 炉和第 2 炉的开浇时间分别为 TCC1 = Tcast － nTCC， ( 5) TCC2 = TCC1 + TCC ． ( 6) 式中，n 为连浇炉数; TEAF、TAOD、TLF和 TCC 分别为各 个工序的生产周期，TEAF--AOD、TAOD--LF和 TLF--CC分别表 示各个工序间的传搁时间． 当 n 取不同值时，获得 不同的开浇时间，如表 6 所示． 以 6 炉连浇和 10 炉连浇为例，绘制一个浇次的 甘特图如图 1 所示． 表 6 连浇炉数与理论开浇时间的关系 Table 6 Relationship between continuous casting heats and theoretical start-casting time 连浇炉数，n 第一炉开浇时间/min 第二炉开浇时间/min 1 236 — 2 273 323 3 310 360 4 347 397 5 384 434 6 421 471 7 458 508 8 495 545 9 532 582 10 569 619 图 1 连浇甘特图． ( a) 6 炉; ( b) 10 炉 Fig． 1 Gantt graphs of continuous casting: ( a) 6 heats; ( b) 10 heats 2. 2 已有温度制度下的连浇炉数 根据厂方提供的温度制度( 表 4 和表 5) ，可以 计算出各个工序间允许的最大温降如表 7 所示． 根据表 3 中各个工序间传搁过程温降情况，可 以计算出各个工序间允许的最长传搁时间如表 8 所示． 表 7 各个工序间允许的最大温降 Table 7 Maximum temperature drop of each transport process ℃ 工序 第 1 炉 其他炉 电炉—AOD 115 115 AOD—LF 45 60 LF—连铸 14 10 表 8 各个工序间允许的最长传搁时间 Table 8 Maximum transport time of each process min 工序 第 1 炉 其他炉 计算值 取值 计算值 取值 电炉—AOD 44. 44 44 44. 44 44 AOD—LF 11. 11 11 44. 44 44 LF—连铸 31. 11 31 22. 22 22 开浇时间可以通过各个工序的生产时间和传搁 时间求得: 第 1 炉开浇时间为 293 min，第二炉的开 浇时间为 404 min． 由于实际开浇时间必须大于理论开浇时间才能 保证连铸机连续生产，通过与表格 6 中不同连浇炉 数的开浇时间的对比，可以得知已有的温度制度下 的连浇炉数仅为 2 炉． 2. 3 不同连浇炉数下的温度制度 同样，在一定的工艺条件下，如果需要保证一定 的连浇炉数，可以反推出相应的温度制度． 以 6 炉 连浇为例，通过甘特图可以计算出每个炉次在各个 工序间的传搁时间如表 9 所示． 根据表 3 中各个工序间传搁过程温降情况，可 以计算出每个炉次在各个工序间的理论传搁温降如 表 10 所示． 对于 304 钢种来说，要求钢包到达连铸回转台 的目标温度是 1505 ～ 1516 ℃，结合工序内的温度变 化情况和工序间的传搁温降，可以推出 6 炉连浇时 所需的温度制度如表 11 所示． 通过 6 炉连浇温度制度和钢厂给出参考的温度 制度的对比发现，如果要增加连浇炉数，必须提高电 炉的出钢温度，以满足精炼工序的温度要求． 这样 虽然增加了连浇炉数，势必造成了能耗的增加和冶 炼成本的提高． ·1086·
第9期 冯凯等：考虑传搁能耗的304不锈钢电炉冶炼流程最优连浇炉数计算方法 ·1087· 表96炉连浇每个炉次在各个工序间的传搁时间 Table 9 Transport time of each process for 6 continuous casting heats min 工序 第1炉 第2炉 第3炉 第4炉 第5炉 第6炉 电炉一AOD 106 88 70 52 34 16 AOD-LF 96 78 60 42 24 6 LF一连铸 12 11 10 8 7 表106炉连浇每个炉次在各个工序间的传搁温降 Table 10 Transport temperature drop of each process for 6 continuous casting heats ℃ 工序 第1炉 第2炉 第3炉 第4炉 第5炉 第6炉 电炉一AOD 142.7 134.6 126.5 118.4 110.3 102.2 AOD-LF 83.2 75.1 67 58.9 50.8 42.7 LF一连铸 5.4 4.95 4.5 4.05 3.6 3.15 表116炉连浇的温度制度 Table 11 Temperature schedule of 6 continuous casting heats 第1炉 第2炉 第3炉 工序 开始处理 出钢结束 开始处理 出钢结束 开始处理 出钢结束 电炉 ≥1265 1757~1761 ≥1265 1750~1760 ≥1265 1743~1734 AOD 1615~1620 1515~1530 16161625 1521~1540 1608-1617 1513~1532 LF 1431-1445 1510~1521 1446-1465 1505~1521 1446-1465 1505~1520 第4炉 第5炉 第6炉 工序 开始处理 出钢结束 开始处理 出钢结束 开始处理 出钢结束 电炉 ≥1265 1717~1726 ≥1265 1700-1710 ≥1265 1684~1693 AOD 1600~1608 1504~1523 1590~1600 1514~1495 1582~1591 1487~1506 LF 1445-1464 1504~1520 1445-1464 1503~1520 1444~1463 1503~1519 注：由于钢厂给出参考温度制度中，AOD工序内部温降较大，导致电炉出钢温度较高，但在实际生产过程中，AOD配合喷碳和吹氧使钢水 温降很小，甚至还会有一定升温作用 所示. 3增加连浇炉数对能耗的影响 传搁能耗=钢水比热容×钢水质量×传搁温降. 如果需要增加连浇炉数，减少开浇耗材的消 钢水比热容取0.837kJkg1℃1，单包钢水 耗，必须加大工序间允许的最长传搁时间，加大 质量取125t,可以计算出各个炉次在不同工序间的 允许传搁温降的范围，这样势必会增加传搁过程 传搁能耗如表14所示.同时可以计算出一个浇次 的能耗. 总的传搁能耗为119068M,即4067.94kg标准煤： 以6炉连浇为例，根据图1(a),将各个炉次在 每炉次的平均传搁能耗为19844.75M山，即677.99 不同工序间的传搁时间列入表12. kg标准煤 根据表3中各个工序间传搁过程温降情况，可 以此方法可以计算出不同连浇炉数的浇次总传 以计算出各个炉次不同工序间的传搁温降如表13 搁能耗和每炉次的平均传搁能耗如表15所示 表126炉连浇各个炉次在不同工序间的传搁时间 Table 12 Transport time of each process for 6 continuous casting heats min 工序 第1炉 第2炉 第3炉 第4炉 第5炉 第6炉 EAF-AOD 106 好 70 52 AOD-LF 96 78 60 42 24 6 LF一连铸 12 10 7
第 9 期 冯 凯等: 考虑传搁能耗的 304 不锈钢电炉冶炼流程最优连浇炉数计算方法 表 9 6 炉连浇每个炉次在各个工序间的传搁时间 Table 9 Transport time of each process for 6 continuous casting heats min 工序 第 1 炉 第 2 炉 第 3 炉 第 4 炉 第 5 炉 第 6 炉 电炉—AOD 106 88 70 52 34 16 AOD—LF 96 78 60 42 24 6 LF—连铸 12 11 10 9 8 7 表 10 6 炉连浇每个炉次在各个工序间的传搁温降 Table 10 Transport temperature drop of each process for 6 continuous casting heats ℃ 工序 第 1 炉 第 2 炉 第 3 炉 第 4 炉 第 5 炉 第 6 炉 电炉—AOD 142. 7 134. 6 126. 5 118. 4 110. 3 102. 2 AOD—LF 83. 2 75. 1 67 58. 9 50. 8 42. 7 LF—连铸 5. 4 4. 95 4. 5 4. 05 3. 6 3. 15 表 11 6 炉连浇的温度制度 Table 11 Temperature schedule of 6 continuous casting heats ℃ 工序 第 1 炉 第 2 炉 第 3 炉 开始处理 出钢结束 开始处理 出钢结束 开始处理 出钢结束 电炉 ≥1 265 1 757 ～ 1 761 ≥1 265 1 750 ～ 1 760 ≥1 265 1 743 ～ 1 734 AOD 1 615 ～ 1 620 1 515 ～ 1 530 1 616 ～ 1 625 1 521 ～ 1 540 1 608 ～ 1 617 1 513 ～ 1 532 LF 1 431 ～ 1 445 1 510 ～ 1 521 1 446 ～ 1 465 15 05 ～ 1 521 1 446 ～ 1 465 1 505 ～ 1 520 工序 第 4 炉 第 5 炉 第 6 炉 开始处理 出钢结束 开始处理 出钢结束 开始处理 出钢结束 电炉 ≥1 265 1 717 ～ 1 726 ≥1 265 1 700 ～ 1 710 ≥1 265 1 684 ～ 1 693 AOD 1 600 ～ 1 608 1 504 ～ 1 523 1 590 ～ 1 600 1 514 ～ 1 495 1 582 ～ 1 591 1 487 ～ 1 506 LF 1 445 ～ 1 464 1 504 ～ 1 520 1 445 ～ 1 464 1 503 ～ 1 520 1 444 ～ 1 463 1 503 ～ 1 519 注: 由于钢厂给出参考温度制度中，AOD 工序内部温降较大，导致电炉出钢温度较高，但在实际生产过程中，AOD 配合喷碳和吹氧使钢水 温降很小，甚至还会有一定升温作用． 3 增加连浇炉数对能耗的影响 如果需要增加连浇炉数，减少开浇耗材的消 耗，必须加大工序间允许的最长传搁时间，加大 允许传搁温降的范围，这样势必会增加传搁过程 的能耗． 以 6 炉连浇为例，根据图 1( a) ，将各个炉次在 不同工序间的传搁时间列入表 12． 根据表 3 中各个工序间传搁过程温降情况，可 以计算出各个炉次不同工序间的传搁温降如表 13 所示． 传搁能耗 = 钢水比热容 × 钢水质量 × 传搁温降． 钢水比热容取 0. 837 kJ·kg － 1 ·℃ － 1 ，单包钢水 质量取 125 t，可以计算出各个炉次在不同工序间的 传搁能耗如表 14 所示． 同时可以计算出一个浇次 总的传搁能耗为 119 068 MJ，即 4 067. 94 kg 标准煤; 每炉次的平均传搁能耗为 19 844. 75 MJ，即 677. 99 kg 标准煤． 以此方法可以计算出不同连浇炉数的浇次总传 搁能耗和每炉次的平均传搁能耗如表 15 所示． 表 12 6 炉连浇各个炉次在不同工序间的传搁时间 Table 12 Transport time of each process for 6 continuous casting heats min 工序 第 1 炉 第 2 炉 第 3 炉 第 4 炉 第 5 炉 第 6 炉 EAF—AOD 106 88 70 52 34 16 AOD—LF 96 78 60 42 24 6 LF—连铸 12 11 10 9 8 7 ·1087·
·1088· 北京科技大学学报 第34卷 表136炉连浇各个炉次在不同工序间的传胸温降 Table 13 Transport temperature drop of each process for 6 continuous casting heats ℃ 工序 第1炉 第2炉 第3炉 第4炉 第5炉 第6炉 EAF一AOD 142.7 134.6 126.5 118.4 110.3 102.2 AOD-LF 83.2 75.1 67 58.9 50.8 42.7 LF一连铸 5.4 4.95 4.5 4.05 3.6 3.15 表146炉连浇各个炉次在不同工序间的传搁能耗 Table 14 Transport energy of each process for 6 continuous casting heats 传搁能耗 第1炉 第2炉 第3炉 第4炉 第5炉 第6炉 能耗/ 24199.76 22457.76 20715.75 18973.74 17231.74 15489.73 标准煤/kg 826.78 767.26 707.75 648.23 588.72 529.20 表15不同连浇炉数的总传搁能耗和平均传搁能耗 确定一定工艺条件下合理的连浇炉数，需要知 Table 15 Total transport energy and average transport energy for differ- 道一个浇次中增加一个炉次对能耗的影响，即对于 ent continuous casting heats n炉连浇增加1炉次后，第n+1炉次能耗情况.通 连浇 浇次总传搁 平均传搁 总耗 平均耗 过表15可以计算出n取不同值时能耗的情况，如表 炉数 能耗/M 能耗/M 标准煤g 标准煤kg 16所示，E。+1=E。+1。-En。,其中E。+1为n炉连浇 1 15489.73 15489.73 529.20 529.20 增加1炉次后，第n+1炉次的能耗情况，En总为n炉 2 32721.47 16360.73 1117.92 558.96 连浇的总传搁能耗 3 51695.21 17231.74 1766.15 588.72 4 72410.96 18102.74 2473.90 表16不同n+1值与对应能耗的关系 618.47 Table 16 Relationships between the value of n +I and corresponding 94868.72 18973.74 3241.16 648.23 transport energy 6 119068.50 19844.75 4067.94 677.99 n+1 E.+/MJ 标准煤kg 7 145010.30 20715.75 4954.23 707.75 1 15489.73 529.20 8 172694.00 21586.75 5900.04 737.50 2 17231.74 588.72 9 202119.80 22457.76 6905.36 767.26 3 18973.74 648.23 10 233287.60 23328.76 7970.20 797.02 4 20715.75 707.75 绘制不同连浇炉数与总传搁能耗和平均传搁能 5 22457.76 767.26 耗的关系曲线如图2所示 6 24199.76 826.78 250000 7 25941.77 886.29 (a) 200000 y=871x3+14619x 8 27683.78 945.81 三150000 9 29425.78 1005.32 100000 10 31167.79 1064.84 50000 2345678910 绘制不同n+1值与对应能耗的关系图如图3 连浇炉数 24000 所示. =871x+14619 22000 32000 三20000 3=1742x+13748 28000 18000 三24000 16000 量00 14000 2 3 4 678910 16000 连浇炉数 12000 2345678910 图2不同连浇炉数与传搁能耗的关系.(a)总传搁能耗：(b) u+l 平均传搁能耗 图3不同n+1值与对应能耗的关系 Fig.2 Relationships between continuous casting heats and transport Fig.3 Relationship between the value of n +1 and corresponding energy:(a)total transport energy:(b)average transport energy transport energy
北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 表 13 6 炉连浇各个炉次在不同工序间的传搁温降 Table 13 Transport temperature drop of each process for 6 continuous casting heats ℃ 工序 第 1 炉 第 2 炉 第 3 炉 第 4 炉 第 5 炉 第 6 炉 EAF—AOD 142. 7 134. 6 126. 5 118. 4 110. 3 102. 2 AOD—LF 83. 2 75. 1 67 58. 9 50. 8 42. 7 LF—连铸 5. 4 4. 95 4. 5 4. 05 3. 6 3. 15 表 14 6 炉连浇各个炉次在不同工序间的传搁能耗 Table 14 Transport energy of each process for 6 continuous casting heats 传搁能耗 第 1 炉 第 2 炉 第 3 炉 第 4 炉 第 5 炉 第 6 炉 能耗/MJ 24 199. 76 22 457. 76 20 715. 75 18 973. 74 17 231. 74 15 489. 73 标准煤/kg 826. 78 767. 26 707. 75 648. 23 588. 72 529. 20 表 15 不同连浇炉数的总传搁能耗和平均传搁能耗 Table 15 Total transport energy and average transport energy for different continuous casting heats 连浇 炉数 浇次总传搁 能耗/MJ 平均传搁 能耗/MJ 总耗 标准煤/kg 平均耗 标准煤/kg 1 15 489. 73 15 489. 73 529. 20 529. 20 2 32 721. 47 16 360. 73 1 117. 92 558. 96 3 51 695. 21 17 231. 74 1 766. 15 588. 72 4 72 410. 96 18 102. 74 2 473. 90 618. 47 5 94 868. 72 18 973. 74 3 241. 16 648. 23 6 119 068. 50 19 844. 75 4 067. 94 677. 99 7 145 010. 30 20 715. 75 4 954. 23 707. 75 8 172 694. 00 21 586. 75 5 900. 04 737. 50 9 202 119. 80 22 457. 76 6 905. 36 767. 26 10 233 287. 60 23 328. 76 7 970. 20 797. 02 图 2 不同连浇炉数与传搁能耗的关系． ( a) 总传搁能耗; ( b) 平均传搁能耗 Fig． 2 Relationships between continuous casting heats and transport energy: ( a) total transport energy; ( b) average transport energy 绘制不同连浇炉数与总传搁能耗和平均传搁能 耗的关系曲线如图 2 所示． 确定一定工艺条件下合理的连浇炉数，需要知 道一个浇次中增加一个炉次对能耗的影响，即对于 n 炉连浇增加 1 炉次后，第 n + 1 炉次能耗情况． 通 过表 15 可以计算出 n 取不同值时能耗的情况，如表 16 所示，En + 1 = En + 1总 － En总，其中 En + 1为 n 炉连浇 增加 1 炉次后，第 n + 1 炉次的能耗情况，En总为 n 炉 连浇的总传搁能耗． 表 16 不同 n + 1 值与对应能耗的关系 Table 16 Relationships between the value of n + 1 and corresponding transport energy n + 1 En + 1 /MJ 标准煤/kg 1 15 489. 73 529. 20 2 17 231. 74 588. 72 3 18 973. 74 648. 23 4 20 715. 75 707. 75 5 22 457. 76 767. 26 6 24 199. 76 826. 78 7 25 941. 77 886. 29 8 27 683. 78 945. 81 9 29 425. 78 1 005. 32 10 31 167. 79 1 064. 84 图 3 不同 n + 1 值与对应能耗的关系 Fig． 3 Relationship between the value of n + 1 and corresponding transport energy 绘制不同 n + 1 值与对应能耗的关系图如图 3 所示． ·1088·
第9期 冯凯等：考虑传搁能耗的304不锈钢电炉冶炼流程最优连浇炉数计算方法 ·1089· n炉连浇增加的传搁能耗，则开浇一次耗材消耗的 4合理连浇炉数的确定 能耗E=871×(n+1)n,871为不同连浇炉数与平 提高连饶炉数不仅仅能提高连铸机作业率，更 均传搁能耗关系的斜率.计算n+1取不同值时E 重要的是减少中间包的使用数量、降低连铸机辅材 取值并汇总如表18. 及能源介质消耗.增加连浇炉数势必带来传搁能耗 表17不同连浇炉数下减少一次开浇增加的传搁能耗 的增加，当增加连浇炉数后增加的传搁能耗小于开 Table 17 Transport energy increasing due to the reduce of casting for 浇一次耗材消耗的能耗，认为增加后的连浇炉数是 different continuous casting heats 可以接受的，若要尽可能多的连浇炉数，则在可以接受 n+1 Ea1总M0 En总/M川 E/MJ 的范围内，取n+1的最大值为最合理的连浇炉数 2 32721.47 15489.73 1742.01 在n次连浇中增加1炉次，减少一次开浇成本 51695.21 32721.47 5226.02 所需付出的能耗为E,则 72410.96 51695.21 10452.04 E=En+l总n-En总(n+l）=Ea+in-En总' 94868.72 72410.96 17420.06 通过计算汇总如表17所示. 6 119068.50 94868.72 26130.09 如果可以确定开浇一次耗材消耗的经济成本， > 145010.30 119068.50 36582.13 可以通过与减少一次开浇的成本能耗的比较，确定 172694.00 145010.30 48776.18 最为合理的连浇炉数.如果难以确定开浇一次耗材 9 202119.80 172694.00 62712.23 消耗的成本，假设最为合理的连浇炉数为n+1,若 开浇一次耗材消耗的能耗恰好等于n+1炉连浇比 0 233287.60 202119.80 78390.28 表18开浇一次耗材消耗的能耗与连浇炉数的关系 Table 18 Relationship between casting consumables'energy and continuous casting heats 连浇炉数 2 5 6 > 9 10 能耗/NM 0 1742 5226 10452 17420 26130 36582 48776 62712 78390 将开浇一次耗材消耗的能耗与连浇炉数的关系 5结论 和不同连浇炉数与平均传搁能耗的关系进行对比， 如图4所示. (1)运用统计分析的方法，得到传搁时间和传 40000r 搁过程温降情况，通过计算建立各个工序治炼的温 开浇一次耗材能耗 度制度与连浇炉数的关系，并给出不同连浇炉数的 30000 艹平均传搁能耗 情况下的温度制度、 =20000 (2)利用传搁时间和传搁过程温降情况，给出 10000L 流程中传搁能耗的计算方法，并分析了不同的连浇 炉数与总传搁能耗和平均传搁能耗的关系，以及增 3 45 78 连浇炉数 加连浇炉数对能耗的影响. (3)通过对比增加连浇炉数传搁能耗与开浇一 图4开浇耗材消耗的能耗与平均传搁能耗 Fig.4 Relationship between the consumables'consumption of casting 次耗材消耗的能耗，提出一种考虑传搁能耗确定最 and average transport energy 优连浇炉数的方法 假设当前连浇炉数i为合理连浇炉数，当i次 参考文献 连浇的平均传搁能耗等于连浇炉数为i时的开浇 [Cheng R,Wang G J,Hong J.Practice on increase in continuous 一次耗材消耗的能耗，此时认为假设成立，i就是 casting heats in tundish.Wuhan Iron Steel Corp Technol,2004, 在这种工艺条件下的最合理的连浇炉数.根据增 42(4):1 (程瑞，王光进，洪军.提高中间包连浇炉数的实践.武钢技 加连浇炉数后增加的传搁能耗不大于开浇一次 术，2004,42(4)：1) 耗材消耗的能耗，从图5以得到最优连浇炉数为 D]Hu Q L,Zhao T C,Wang B.Practice to increase casting heats of 5炉. tundish.Heibei Metall,2008(4):53
第 9 期 冯 凯等: 考虑传搁能耗的 304 不锈钢电炉冶炼流程最优连浇炉数计算方法 4 合理连浇炉数的确定 提高连浇炉数不仅仅能提高连铸机作业率，更 重要的是减少中间包的使用数量、降低连铸机辅材 及能源介质消耗． 增加连浇炉数势必带来传搁能耗 的增加，当增加连浇炉数后增加的传搁能耗小于开 浇一次耗材消耗的能耗，认为增加后的连浇炉数是 可以接受的，若要尽可能多的连浇炉数，则在可以接受 的范围内，取 n +1 的最大值为最合理的连浇炉数． 在 n 次连浇中增加 1 炉次，减少一次开浇成本 所需付出的能耗为 E，则 E = En + 1总n － En总( n + 1) = En + 1 n － En总， 通过计算汇总如表 17 所示． 如果可以确定开浇一次耗材消耗的经济成本， 可以通过与减少一次开浇的成本能耗的比较，确定 最为合理的连浇炉数． 如果难以确定开浇一次耗材 消耗的成本，假设最为合理的连浇炉数为 n + 1，若 开浇一次耗材消耗的能耗恰好等于 n + 1 炉连浇比 n 炉连浇增加的传搁能耗，则开浇一次耗材消耗的 能耗 E' = 871 × ( n + 1) n，871 为不同连浇炉数与平 均传搁能耗关系的斜率． 计算 n + 1 取不同值时 E' 取值并汇总如表 18． 表 17 不同连浇炉数下减少一次开浇增加的传搁能耗 Table 17 Transport energy increasing due to the reduce of casting for different continuous casting heats n + 1 En + 1总 /MJ En总 /MJ E/MJ 2 32 721. 47 15 489. 73 1 742. 01 3 51 695. 21 32 721. 47 5 226. 02 4 72 410. 96 51 695. 21 10 452. 04 5 94 868. 72 72 410. 96 17 420. 06 6 119 068. 50 94 868. 72 26 130. 09 7 145 010. 30 119 068. 50 36 582. 13 8 172 694. 00 145 010. 30 48 776. 18 9 202 119. 80 172 694. 00 62 712. 23 10 233 287. 60 202 119. 80 78 390. 28 表 18 开浇一次耗材消耗的能耗与连浇炉数的关系 Table 18 Relationship between casting consumables' energy and continuous casting heats 连浇炉数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 能耗/MJ 0 1 742 5 226 10 452 17 420 26 130 36 582 48 776 62 712 78 390 将开浇一次耗材消耗的能耗与连浇炉数的关系 和不同连浇炉数与平均传搁能耗的关系进行对比， 如图 4 所示． 图 4 开浇耗材消耗的能耗与平均传搁能耗 Fig． 4 Relationship between the consumables' consumption of casting and average transport energy 假设当前连浇炉数 i 为合理连浇炉数，当 i 次 连浇的平均传搁能耗等于连浇炉数为 i 时的开浇 一次耗材消耗的能耗，此时认为假设成立，i 就是 在这种工艺条件下的最合理的连浇炉数． 根据增 加连浇炉数后增加的传搁能耗不大于开浇一次 耗材消耗的能耗，从图 5 以得到最优连浇炉数为 5 炉． 5 结论 ( 1) 运用统计分析的方法，得到传搁时间和传 搁过程温降情况，通过计算建立各个工序冶炼的温 度制度与连浇炉数的关系，并给出不同连浇炉数的 情况下的温度制度． ( 2) 利用传搁时间和传搁过程温降情况，给出 流程中传搁能耗的计算方法，并分析了不同的连浇 炉数与总传搁能耗和平均传搁能耗的关系，以及增 加连浇炉数对能耗的影响． ( 3) 通过对比增加连浇炉数传搁能耗与开浇一 次耗材消耗的能耗，提出一种考虑传搁能耗确定最 优连浇炉数的方法． 参 考 文 献 ［1］ Cheng R，Wang G J，Hong J． Practice on increase in continuous casting heats in tundish． Wuhan Iron Steel Corp Technol，2004， 42( 4) : 1 ( 程瑞，王光进，洪军． 提高中间包连浇炉数的实践． 武钢技 术，2004，42( 4) : 1) ［2］ Hu Q L，Zhao T C，Wang B． Practice to increase casting heats of tundish． Heibei Metall，2008( 4) : 53 ·1089·
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