D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.08.016 第29卷第8期 北京科技大学学报 Vol.29 No.8 2007年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2007 转炉炼钢厂工序产能和品种钢铸机配置 刘青)尹佳)田新中) 胡黎宁) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)邢台钢铁有限责任公司技术中心，邢台054027 摘要以邢钢转炉炼钢厂生产运行研究为基础，从物质量基本参数角度，对转炉，L「、连铸机三者的工序产能进行匹配分析 和综合研究·运用OT技术分析得出连铸机是原流程协调运行的“瓶颈”，通过对提升连铸机生产能力的三种方法的分析，提 出将连铸机由4流增加至5流是适合邢钢工艺的最佳工序产能匹配方案.最后，对中小吨位转炉流程的转炉，LF和连铸机匹 配模式进行探讨，认为三者“一一对应”匹配模式是可行的 关键词钢铁冶金过程工程：转炉炼钢厂：生产模式：过程优化 分类号TF758:TF769.2 钢产量是衡量炼钢厂生产运营状况的一个重要 区右方建立5#连铸机，其为四机四流150mm× 指标，对于转炉LF连铸机流程，三个工序都有可 150mm,建成之后3#、4和5#连铸机只开其中2 能成为制约整个流程生产的瓶颈，决定流程的实际 台，第3台作为备用.其中3连铸机性能相对较 生产能力，瓶颈是企业在实现其目标的过程中现存 差，因此理想情况是启用4和5连铸机，增添新 的或潜伏的制约因素，是生产能力小于或等于生产 连铸机后车间平面简图如图2所示·图中实、虚线 负荷的资源山，而且在不同条件下，同一生产流程 分别代表1#B0F→2=LF→4#CCM和2#BOF→ 的瓶颈可能会发生转移。因此在市场需求允许的情 1#LF→5*CCM两条生产线中钢包的运行路线， 况下，根据钢铁治金过程工程和炼钢厂系统的运行 转炉 精炼炉 连铸机 原则与调控策略等相关理论2]，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BOF一 吹氩站 LF一CCM流程，分析三者的实际生产能力，掌握流 —。主要路线 程的瓶颈并提出改进建议 一◆非主路线 1邢钢炼钢厂简介 转炉炼钢厂车间原有4座48t转炉，2座48t LF精炼炉和4台四机四流150mm×150mm连铸 图1邢钢炼钢厂生产模式 Fig.I Production mode of the BOF steelmaking workshop of Xing 机，分为三个跨，其中精炼和连铸工序同在一跨内， tai Iron Steel Co..Ltd. 故生产中满包钢水转运无需过跨，此跨用于调运钢 包的天车4部，备用天车1部. 由于1和2连铸机用于生产普碳钢，与转炉 邢钢炼钢厂的1#、2转炉生产品种钢，3#主要 的匹配方案在文献[2,5]中已经作了分析；所以本文 生产普碳钢，3#转炉必要时也为1#LF炉供应钢 将对LF炉、新增的5连铸机以及原有的3、4*连 水，4转炉只生产普碳钢.现有的炉机对应方式为 铸机产能进行研究，对邢钢转炉炼钢厂生产过程时 “一一对应”，如图1所示. 间（工序作业时间）进行解析和对炼钢厂年产能力进 2006年上半年为更好地组织生产，计划在修包 行计算，提出适应邢钢转炉吨位的BOF一LF一CCM 配置方案， 收稿日期：2007-03-22修回日期：2007-05-30 作者简介：刘青(1967-)男，副教授，博士
转炉炼钢厂工序产能和品种钢铸机配置 刘 青1） 尹 佳1） 田新中2） 胡黎宁2） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2） 邢台钢铁有限责任公司技术中心邢台054027 摘 要 以邢钢转炉炼钢厂生产运行研究为基础从物质量基本参数角度对转炉、LF、连铸机三者的工序产能进行匹配分析 和综合研究．运用 OPT 技术分析得出连铸机是原流程协调运行的“瓶颈”通过对提升连铸机生产能力的三种方法的分析提 出将连铸机由4流增加至5流是适合邢钢工艺的最佳工序产能匹配方案．最后对中小吨位转炉流程的转炉、LF 和连铸机匹 配模式进行探讨认为三者“一一对应”匹配模式是可行的． 关键词 钢铁冶金过程工程；转炉炼钢厂；生产模式；过程优化 分类号 TF758；TF769∙2 收稿日期：2007-03-22 修回日期：2007-05-30 作者简介：刘 青（1967—）男副教授博士 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［1］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［2—4］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 BOF— LF—CCM 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． 1 邢钢炼钢厂简介 转炉炼钢厂车间原有4座48t 转炉2座48t LF 精炼炉和4台四机四流150mm×150mm 连铸 机分为三个跨其中精炼和连铸工序同在一跨内 故生产中满包钢水转运无需过跨．此跨用于调运钢 包的天车4部备用天车1部． 邢钢炼钢厂的1＃、2＃转炉生产品种钢3＃主要 生产普碳钢3＃ 转炉必要时也为1＃ LF 炉供应钢 水4＃转炉只生产普碳钢．现有的炉机对应方式为 “一一对应”如图1所示． 2006年上半年为更好地组织生产计划在修包 区右方建立5＃ 连铸机其为四机四流150mm× 150mm建成之后3＃、4＃ 和5＃ 连铸机只开其中2 台第3台作为备用．其中3＃ 连铸机性能相对较 差因此理想情况是启用4＃ 和5＃ 连铸机．增添新 连铸机后车间平面简图如图2所示．图中实、虚线 分别代表1＃ BOF→2＃LF→4＃ CCM 和2＃BOF → 1＃LF→5＃CCM 两条生产线中钢包的运行路线． 图1 邢钢炼钢厂生产模式 Fig．1 Production mode of the BOF steelmaking workshop of Xingtai Iron ＆ Steel Co．Ltd． 由于1＃和2＃连铸机用于生产普碳钢与转炉 的匹配方案在文献［25］中已经作了分析；所以本文 将对 LF 炉、新增的5＃连铸机以及原有的3＃、4＃连 铸机产能进行研究对邢钢转炉炼钢厂生产过程时 间（工序作业时间）进行解析和对炼钢厂年产能力进 行计算提出适应邢钢转炉吨位的BOF—LF—CCM 配置方案． 第29卷 第8期 2007年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．8 Aug．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．08．016
.846 北京科技大学学报 第29卷 铸坯 料区 烘包区 铸坯 3CCM 4CCM 5CCM CCM 2CCM 修包区 例位 废钢区 铁 IBOF 2BOF 3BOF 4BOF 围绕1号转炉钢包运行路线 围绕2号转炉钢包运行路线 图2增添新连铸机后邢钢转炉炼钢厂车间平面图 Fig.2 Layout of the BOF steelmaking workshop of Xingtai Iron Steel Co.Ltd.after increasing a new CCM 2炼钢厂年产能力分析 为83.43万ta1,3*转炉生产能力为83.35万 ta1.4转炉与3#转炉均以生产普碳钢为主，参 炼钢厂生产能力的分析，就是对钢铁制造过程 照3炉产能水平，则转炉工序年产能力可达到325 中物质流的三个基本参数（时间、温度和物质量）中 万t以上.其中1÷、2*转炉合计产量为158.58万 的物质量进行分析，剖析转炉、LF炉和连铸机生产 ta-1 过程，并进行协调匹配研究，以提升整个流程的 2产、3*转炉年产能力相对均衡，1转炉年产能 产能， 力最小，在3座转炉中1#转炉装备水平最好，但受 2.1转炉炼钢工序产能解析 治炼钢种的影响，其冶炼周期过长，2005年平均治 转炉年产能力计算公式[6] 炼周期是30.59min,明显长于2#、3*转炉，同时作 业率也低于2#、3*转炉.可以通过操作水平的提高 PBoF= 525 600X QBOF TBoE (1) TBOF 和生产计划的优化，加上其本体装备水平的优势，缩 其中，P%os为转炉平均年产钢量，ta1；QBOe为转 短其平均冶炼周期，提高年产量.2006年1#、2#转 炉平均出钢量，t;o为转炉的日历作业率，%； 炉生产品种钢，分别与2座LF炉、2台连铸机形成 gor为转炉的冶炼周期，min “一一对应的”匹配模式，1÷、2#转炉生产的钢种也 由式(1)可以确定一座转炉年产能力、冶炼周期 趋同.在现有条件下，1、2转炉产能和节奏的均 及作业率之间的定量关系，根据邢钢2005年数据 衡是十分必要且有意义的，根据优化产品结构，提 统计，得出各转炉冶炼周期和作业率，如表1（由于 高品种钢比例的指导思想，2006年邢钢的年产量和 4#转炉为2005年12月下旬投产，不计入统计数 品种钢比例都在逐步提高，如表2所示 据) 表22004一2006年邢钢生产情况统计 表12005年各转炉治炼周期和作业时间统计表 Table 2 Productive information of the steelmaking workshop of Xing Table 1 Statistics of tap-to-tap time and operation time of converters tai Iron Steel Co.Ltd.from 2004 to 2006 in2005 年份 总产量品种钢人普通钢人品种钢比例/% 作业时 日历时 作业 冶炼周 2004 2161237 5373891623848 24.86 转炉 间/min 间/min 率/% 期/min 2005 2378058 8472791530779 35.63 1年 478944 525600 91.12 30.59 2006一季度 626593 261172365421 41.68 2* 488054 525600 92.86 28.08 s 2006年全年钢产量270万t,其中品种钢为 483083 525600 91.91 27.82 113万t,均比2005年提高了13.54%和33.37%， 总计 1450081 157680091.96(均值)28.51（均值） 品种钢增长幅度大于总产量增幅， 根据表1中的数据可得出，邢钢转炉炼钢厂1# 2.2LF精炼工序产能解析 转炉生产能力为75.15万ta1,2#转炉生产能力 LF炉年产能力计算公式[6：
图2 增添新连铸机后邢钢转炉炼钢厂车间平面图 Fig．2 Layout of the BOF steelmaking workshop of Xingtai Iron ＆ Steel Co．Ltd．after increasing a new CCM 2 炼钢厂年产能力分析 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． 2∙1 转炉炼钢工序产能解析 转炉年产能力计算公式［6］： P y BOF＝ 525600× QBOFηBOF τBOF （1） 其中P y BOF为转炉平均年产钢量t·a —1 ；QBOF 为转 炉平均出钢量t；ηBOF 为转炉的日历作业率％； τBOF为转炉的冶炼周期min． 由式（1）可以确定一座转炉年产能力、冶炼周期 及作业率之间的定量关系．根据邢钢2005年数据 统计得出各转炉冶炼周期和作业率如表1（由于 4＃转炉为2005年12月下旬投产不计入统计数 据）． 表1 2005年各转炉冶炼周期和作业时间统计表 Table1 Statistics of tap-to-tap time and operation time of converters in2005 转炉 作业时 间／min 日历时 间／min 作业 率／％ 冶炼周 期／min 1＃ 478944 525600 91∙12 30∙59 2＃ 488054 525600 92∙86 28∙08 3＃ 483083 525600 91∙91 27∙82 总计 1450081 1576800 91∙96（均值） 28∙51（均值） 根据表1中的数据可得出邢钢转炉炼钢厂1＃ 转炉生产能力为75∙15万 t·a —12＃ 转炉生产能力 为83∙43万 t·a —13＃ 转炉生产能力为83∙35万 t·a —1．4＃转炉与3＃转炉均以生产普碳钢为主参 照3＃炉产能水平则转炉工序年产能力可达到325 万 t 以上．其中1＃、2＃转炉合计产量为158∙58万 t·a —1． 2＃、3＃转炉年产能力相对均衡1＃转炉年产能 力最小．在3座转炉中1＃转炉装备水平最好但受 冶炼钢种的影响其冶炼周期过长2005年平均冶 炼周期是30∙59min明显长于2＃、3＃转炉同时作 业率也低于2＃、3＃转炉．可以通过操作水平的提高 和生产计划的优化加上其本体装备水平的优势缩 短其平均冶炼周期提高年产量．2006年1＃、2＃转 炉生产品种钢分别与2座 LF 炉、2台连铸机形成 “一一对应的”匹配模式1＃、2＃转炉生产的钢种也 趋同．在现有条件下1＃、2＃ 转炉产能和节奏的均 衡是十分必要且有意义的．根据优化产品结构提 高品种钢比例的指导思想2006年邢钢的年产量和 品种钢比例都在逐步提高如表2所示． 表2 2004－2006年邢钢生产情况统计 Table2 Productive information of the steelmaking workshop of Xingtai Iron ＆ Steel Co．Ltd．from2004to2006 年份 总产量／t 品种钢／t 普通钢／t 品种钢比例／％ 2004 2161237 537389 1623848 24∙86 2005 2378058 847279 1530779 35∙63 2006一季度 626593 261172 365421 41∙68 2006年全年钢产量270万 t其中品种钢为 113万 t均比2005年提高了13∙54％和33∙37％ 品种钢增长幅度大于总产量增幅． 2∙2 LF 精炼工序产能解析 LF 炉年产能力计算公式［6］： ·846· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第8期 刘青等：转炉炼钢厂工序产能和品种钢铸机配置 .847 525600×QF1E 对应1#LF炉，可以极大地提高LF的生产效率，增 PLF= (2) TLF 加品种钢产量.若2006年LF作业率以80.0%计， 式中，Pr为LF精炼炉年生产能力，ta;t为LF 1#、2#LF处理能力分别为67.28万ta和59.36 炉精炼处理周期，min;QLr为LF炉精炼包平均每包 万ta,LF炉工序总能力达到126.64万ta;若 钢水量，t;为LF精炼炉年作业率，%： 作业率以90.0%计，1#、2#LF炉处理能力分别为 邢钢LF炉采用双工位作业，并全程吹氩，即自 75.69万ta和66.78万ta1,LF炉工序总能力 转炉出钢完毕钢包吊运至副工位LT1(即座包等待 达到142.47万ta1 工位)开始吹氩，经过短时的等待，在前一包钢水出 2.3连铸工序产能解析 站后，进入LF工位进行精炼处理（测温、取样、加 连铸机年产钢坯能力（不考虑连浇）的计算公式 料、加热等操作)，加热结束后测温、取样、喂丝，而后 为[6] 进入副工位LT2(即软吹工位)继续吹氩弱搅拌直 PCCM=525 600X nSp V.PTCCM B (3) 至达到要求，吹氩结束，吊运离开门， 式中，P咒cM为连铸机的年产钢坯能力，ta一l;n为连 通过对邢钢LF精炼炉实测时间和生产记录数 铸机的流数；S。为连铸坯的断面面积，m2;V,为连 据的统计分析，得出该厂LF工艺过程各时间项的 铸机的拉速，mmin;p为带液芯钢坯的密度，取 平均值如表3，其中喂丝时间一般为2min左右，通 7.7tm一3：cM为连铸机的日历作业率，%；B为从 常归入副工位处理时间（软吹时间） 合格钢水到合格铸坯的收得率，一般取98.0%； 表3LF工序各时间项统计结果 由式(3)可以确定一台四流150mm×150mm小 Table 3 Statistics of LF process time min 方坯连铸机的年产能力、拉速之间的定量关系，邢 钢水等待 加热开始至 软吹 LF炉工序 钢2006年4月份数据统计得到各连铸机的平均拉 类别 处理时间 结束时间 时间 总时间 速和热态作业率，如表4. (LT1) (LF) (LT2)(到站至软吹毕) 表4邢钢转炉炼钢厂各连铸机生产参数 平均值 5.6 28.0 18.3 51.9 Table 4 CCM manufacturing parameters of the steelmaking workshop 最大值 19.0 45.0 38.0 80.0 of Xingtai Iron Steel Co.Ltd. 最小值 1.0 16.0 6.0 41.0 热态作业 日历时 热态作业 平均拉速/ 样本容量 107 107 107 107 连铸机 时间/min 间/min 率/% (m'min) 1# 19839 24480 81.04 2.38 由表3可知，虽然邢钢LF总处理时间较长，达 2# 20459 24480 83.57 2.46 到52min甚至更长，但是由于采用了“双工位”作 3# 19790 24480 80.84 1.87 业，使得主工位LF精炼位和副工位LT1、等待位 4# 19707 24480 80.50 1.95 LT2软吹位可并行作业，且r1十r2<,在对 某一包钢水进行LF精炼的同时，可以完成前一包 结合以上数据，邢钢炼钢厂4台连铸机的产能 钢水的软吹作业和后一包钢水的座包等待刀.这样 分别为68.85万ta1、73.38万ta1、53.96万 可以在不压缩操作时间的情况下，使得LF的生产 ta和56.03万ta1.由以上计算可知，若该厂 节奏基本适应转炉和连铸机的生产要求，如能再优 以其目前水平运行，则其2006年连铸工序产能可达 化LF的操作，可以进一步提升LF的精炼能力，可 252.22万ta-1,其中用于生产品种钢的3“、4机 加强LF对BOF一LF一CCM流程的缓冲能力，为提 产能之和为109.99万ta1.在5连铸机投产后 升炼钢厂的生产能力创造条件8]. 替代3“连铸机，达到与4#相同的生产水平，连铸机 在现有的生产条件下，邢钢1#LF炉精炼工位 的年生产能力可达112.06万t. 净处理平均时间为30.0min,2#LF炉精炼工位净 处理平均时间为34.0min(受处理钢种的影响). 3BOF一LF一CCM产能匹配分析 2005年采用1#转炉供应2座LF精炼炉的方式，造 对邢钢炼钢、LF、连铸工序的年产能力进行对 成LF精炼炉作业率偏低，仅为46.0%左右，严重限 比，在1#BOF→2#LF→3#CCM和2#BOF→ 制了LF炉的产量，2座LF炉处理能力仅为73万t 1LF→4CCM两条生产线中，其中1、2#转炉合 左右，因此2006年开始改进运行方式，对原有生产 计产量为158.58万ta1,LF作业率以80%计，1# 模式进行优化，由1转炉对应2LF炉和2转炉 LF炉、2LF炉处理能力合计为126.64万ta-1
P y LF＝ 525600× QLFηLF τLF （2） 式中P y LF为 LF 精炼炉年生产能力t·a —1 ；τLF为 LF 炉精炼处理周期min；QLF为 LF 炉精炼包平均每包 钢水量t；ηLF为 LF 精炼炉年作业率％； 邢钢 LF 炉采用双工位作业并全程吹氩即自 转炉出钢完毕钢包吊运至副工位 LT1（即座包等待 工位）开始吹氩经过短时的等待在前一包钢水出 站后进入 LF 工位进行精炼处理（测温、取样、加 料、加热等操作）加热结束后测温、取样、喂丝而后 进入副工位 LT2（即软吹工位）继续吹氩弱搅拌直 至达到要求吹氩结束吊运离开［7］． 通过对邢钢 LF 精炼炉实测时间和生产记录数 据的统计分析得出该厂 LF 工艺过程各时间项的 平均值如表3．其中喂丝时间一般为2min 左右通 常归入副工位处理时间（软吹时间）． 表3 LF 工序各时间项统计结果 Table3 Statistics of LF process time min 类别 钢水等待 处理时间 （LT1） 加热开始至 结束时间 （LF） 软吹 时间 （LT2） LF 炉工序 总时间 （到站至软吹毕） 平均值 5∙6 28∙0 18∙3 51∙9 最大值 19∙0 45∙0 38∙0 80∙0 最小值 1∙0 16∙0 6∙0 41∙0 样本容量 107 107 107 107 由表3可知虽然邢钢 LF 总处理时间较长达 到52min 甚至更长但是由于采用了“双工位” 作 业使得主工位 LF 精炼位和副工位 LT1、等待位 LT2软吹位可并行作业且 τLT1＋τLT2＜τLF在对 某一包钢水进行 LF 精炼的同时可以完成前一包 钢水的软吹作业和后一包钢水的座包等待［7］．这样 可以在不压缩操作时间的情况下使得 LF 的生产 节奏基本适应转炉和连铸机的生产要求．如能再优 化 LF 的操作可以进一步提升 LF 的精炼能力可 加强 LF 对 BOF—LF—CCM 流程的缓冲能力为提 升炼钢厂的生产能力创造条件［8］． 在现有的生产条件下邢钢1＃ LF 炉精炼工位 净处理平均时间为30∙0min2＃ LF 炉精炼工位净 处理平均时间为34∙0min（受处理钢种的影响）． 2005年采用1＃转炉供应2座 LF 精炼炉的方式造 成 LF 精炼炉作业率偏低仅为46∙0％左右严重限 制了 LF 炉的产量2座 LF 炉处理能力仅为73万 t 左右．因此2006年开始改进运行方式对原有生产 模式进行优化由1＃转炉对应2＃ LF 炉和2＃转炉 对应1＃ LF 炉可以极大地提高 LF 的生产效率增 加品种钢产量．若2006年 LF 作业率以80∙0％计 1＃、2＃ LF 处理能力分别为67∙28万 t·a —1和59∙36 万 t·a —1LF 炉工序总能力达到126∙64万 t·a —1 ；若 作业率以90∙0％计1＃、2＃ LF 炉处理能力分别为 75∙69万 t·a —1和66∙78万 t·a —1LF 炉工序总能力 达到142∙47万 t·a —1． 2∙3 连铸工序产能解析 连铸机年产钢坯能力（不考虑连浇）的计算公式 为［6］： P y CCM＝525600× nSb V sρηCCM B （3） 式中P y CCM为连铸机的年产钢坯能力t·a —1 ；n 为连 铸机的流数；Sb 为连铸坯的断面面积m 2 ；V s 为连 铸机的拉速m·min —1 ；ρ为带液芯钢坯的密度取 7∙7t·m —3 ；ηCCM为连铸机的日历作业率％；B 为从 合格钢水到合格铸坯的收得率一般取98∙0％； 由式（3）可以确定一台四流150mm×150mm小 方坯连铸机的年产能力、拉速之间的定量关系．邢 钢2006年4月份数据统计得到各连铸机的平均拉 速和热态作业率如表4． 表4 邢钢转炉炼钢厂各连铸机生产参数 Table4 CCM manufacturing parameters of the steelmaking workshop of Xingtai Iron ＆ Steel Co．Ltd． 连铸机 热态作业 时间／min 日历时 间／min 热态作业 率／％ 平均拉速／ （m·min —1） 1＃ 19839 24480 81∙04 2∙38 2＃ 20459 24480 83∙57 2∙46 3＃ 19790 24480 80∙84 1∙87 4＃ 19707 24480 80∙50 1∙95 结合以上数据邢钢炼钢厂4台连铸机的产能 分别为68∙85万 t·a —1、73∙38万 t·a —1、53∙96万 t·a —1和56∙03万 t·a —1．由以上计算可知若该厂 以其目前水平运行则其2006年连铸工序产能可达 252∙22万 t·a —1其中用于生产品种钢的3＃、4＃机 产能之和为109∙99万 t·a —1．在5＃连铸机投产后 替代3＃连铸机达到与4＃相同的生产水平连铸机 的年生产能力可达112∙06万 t． 3 BOF－LF－CCM 产能匹配分析 对邢钢炼钢、LF、连铸工序的年产能力进行对 比在 1＃ BOF →2＃ LF →3＃ CCM 和 2＃ BOF → 1＃LF→4＃CCM两条生产线中其中1＃、2＃转炉合 计产量为158∙58万 t·a —1LF 作业率以80％计1＃ LF 炉、2＃LF 炉处理能力合计为126∙64万 t·a —1 第8期 刘 青等： 转炉炼钢厂工序产能和品种钢铸机配置 ·847·
.848 北京科技大学学报 第29卷 3#、4#连铸机产能合计为109,99万ta1.可见工 36.3min下，将一台连铸机增加为5流可以合理解 序产能为：转炉>LF炉>连铸机，在现有的条件下 决与转炉产能不匹配的问题 连铸机是整个流程的瓶颈，故要提高整个流程的产 为更直观的对BOF一LF一CCM三者的产能进 量，首先是提升连铸机的产能.由式(3)可知，铸坯 行比较，引入匹配系数，山，计算方法如下： 规格一定时提升连铸机产量方法有增加作业率、提 λP=Pn/PB (4) 高拉速和增加流数].在实际生产中，提升连铸机 产能还可以采用改变铸坏断面的方法]，如将 式中，P为流程中工序产能匹配系数；PB为流程中 150mm×150mm改造为150mmX165mm,但这种 基准工序的产能，th;P。为流程中工序的产能， 方法还要考虑后续工序一轧机的生产工艺与装备， th-1 因此本文不考虑这种方法 匹配系数”可以表示两个工序间产能的匹配 3.1从连铸机作业率角度分析 程度，”越趋近1表示两工序间产能越趋近相等而 按照“一一对应”模式，一座转炉对应一台连铸 越匹配、考虑到生产的安全与顺畅，下一工序的生 机，从作业时间平衡角度分析，1和2#转炉作业率 产能力一般应稍有富余，如连铸机的生产能力应大 为92%，平均冶炼周期为29.3min;若只考虑作业 于转炉炼钢产能， 时间，连铸机浇注周期为28min,连铸机作业率应为 邢钢将一台连铸机改造为5流，其生产能力与 87.9%.目前连铸机热态作业率仅为81%，连铸机 转炉的匹配系数可以从4流的0.792提升到 产能有提升潜力，如果从产能平衡角度，即使连铸 0.990,在此基础上再对连铸机的生产进行优化，如 机作业率达到90.0%，在产能上也不能满足流程匹 提高作业率、控制温度提高拉速，可进一步平衡连铸 配协调要求.从工序运行协调性的角度，实际生产 机与转炉的产能，当然，增加流数也会增加设备的 中增加连铸机将使调度更加混乱影响系统顺行， 维护的成本，因此在提升连铸机产能上，需要综合多 3.2从连铸机拉速角度分析 种措施，在效果和成本中进行平衡。当一台连铸机 邢钢连铸机品种钢拉速最大值为2.2 流数为6流时，其生产能力与转炉的匹配系数为 mmin1,作业率80.84%，2台连铸机最大年产能 1.188,这时连铸机的产能大于转炉的产能. 力为126.97万ta-1,小于1和2#转炉的产量；如 3.4分析总结 将拉速提升到2.47mmin-1,作业率90%，其产能 在邢钢2006年生产中，连铸机浇铸温度控制不 达到工序产能协调要求.连铸机的拉速主要取决于 佳，造成连铸机拉速较低，不能适应高效生产需要， 钢液浇铸温度，因此对现有的工艺技术进行改进和 因此，应首先控制好钢水浇铸温度，以保证合适的拉 改善钢液浇铸温度1o]. 速，否则需要采用增加流数等方法提升连铸机产能 3.3从连铸机增加流数角度分析 通过对提升连铸机产能常采用的三种方法进行 增加连铸机流数可以使其产能满足流程产能平 分析，其中改变连铸机流数可不受操作水平的影响 衡需求，通过图3分析，在现有生产节奏中，转炉冶 而提升连铸机产能，比其余两种方法更可以从根本 炼周期29.3min、LF精炼周期32.0min(双工位1# 上解决连铸机产能不足的局面，在工艺水平不高的 和2“LF加热时间的平均值)、连铸机在拉速1.91 情况下，可以将人为因素对生产的影响降到最低， ms(3和4连铸机拉速平均值)时的浇铸周期 当然，增加流数也会增加设备的维护成本，因此在提 210 +BOF 升连铸机产能上，需要综合分析多种措施，在效果和 190+LF +四流CCM 成本上进行权衡 170 +五流CCM 150+六流CCM 连铸机产能满足流程需求后，流程的瓶颈就转 130 移到LF,LF的产能与转炉相差较小，其生产能力与 110 转炉的匹配系数为0.916，可以通过改进精炼工艺 90 和运行水平，缩短精炼周期2]，最终达到转炉流程 70 6065707580859095100 整体产能的优化，以发挥LF在时间/温度上缓冲 作业率% 能力 图3邢钢转炉一F炉一连铸机产能分析 在文献[5]中提出对于普钢厂50t转炉一般配 Fig-3 Productive capacity analysis of BOF-LF-CCM in Xingtai 置2座为宜，相应的连铸机配置为2台，邢钢4座 Iron Steel Co.Ltd. 转炉，其中2座生产普碳钢，对应的连铸机也为2
3＃、4＃连铸机产能合计为109∙99万 t·a —1．可见工 序产能为：转炉＞LF 炉＞连铸机在现有的条件下 连铸机是整个流程的瓶颈．故要提高整个流程的产 量首先是提升连铸机的产能．由式（3）可知铸坯 规格一定时提升连铸机产量方法有增加作业率、提 高拉速和增加流数［9］．在实际生产中提升连铸机 产能还可以采用改变铸坯断面的方法［10］如将 150mm×150mm 改造为150mm×165mm但这种 方法还要考虑后续工序—轧机的生产工艺与装备 因此本文不考虑这种方法． 3∙1 从连铸机作业率角度分析 按照“一一对应”模式一座转炉对应一台连铸 机从作业时间平衡角度分析1＃和2＃转炉作业率 为92％平均冶炼周期为29∙3min；若只考虑作业 时间连铸机浇注周期为28min连铸机作业率应为 87∙9％．目前连铸机热态作业率仅为81％连铸机 产能有提升潜力．如果从产能平衡角度即使连铸 机作业率达到90∙0％在产能上也不能满足流程匹 配协调要求．从工序运行协调性的角度实际生产 中增加连铸机将使调度更加混乱影响系统顺行． 3∙2 从连铸机拉速角度分析 邢钢 连 铸 机 品 种 钢 拉 速 最 大 值 为 2∙2 m·min —1作业率80∙84％2台连铸机最大年产能 力为126∙97万 t·a —1小于1＃和2＃转炉的产量；如 将拉速提升到2∙47m·min —1作业率90％其产能 达到工序产能协调要求．连铸机的拉速主要取决于 钢液浇铸温度因此对现有的工艺技术进行改进和 改善钢液浇铸温度［10］． 图3 邢钢转炉－LF 炉－连铸机产能分析 Fig．3 Productive capacity analysis of BOF－LF－CCM in Xingtai Iron ＆ Steel Co．Ltd． 3∙3 从连铸机增加流数角度分析 增加连铸机流数可以使其产能满足流程产能平 衡需求．通过图3分析在现有生产节奏中转炉冶 炼周期29∙3min、LF 精炼周期32∙0min（双工位1＃ 和2＃LF 加热时间的平均值）、连铸机在拉速1∙91 m·s —1（3＃和4＃连铸机拉速平均值）时的浇铸周期 36∙3min 下将一台连铸机增加为5流可以合理解 决与转炉产能不匹配的问题． 为更直观的对 BOF—LF—CCM 三者的产能进 行比较引入匹配系数 λp ［711］计算方法如下： λp＝Pn／PB （4） 式中λp 为流程中工序产能匹配系数；PB 为流程中 基准工序的产能t·h —1 ；Pn 为流程中工序的产能 t·h —1． 匹配系数 λp 可以表示两个工序间产能的匹配 程度λp 越趋近1表示两工序间产能越趋近相等而 越匹配．考虑到生产的安全与顺畅下一工序的生 产能力一般应稍有富余如连铸机的生产能力应大 于转炉炼钢产能． 邢钢将一台连铸机改造为5流其生产能力与 转炉 的 匹 配 系 数 可 以 从 4 流 的 0∙792 提 升 到 0∙990在此基础上再对连铸机的生产进行优化如 提高作业率、控制温度提高拉速可进一步平衡连铸 机与转炉的产能．当然增加流数也会增加设备的 维护的成本因此在提升连铸机产能上需要综合多 种措施在效果和成本中进行平衡．当一台连铸机 流数为6流时其生产能力与转炉的匹配系数为 1∙188这时连铸机的产能大于转炉的产能． 3∙4 分析总结 在邢钢2006年生产中连铸机浇铸温度控制不 佳造成连铸机拉速较低不能适应高效生产需要． 因此应首先控制好钢水浇铸温度以保证合适的拉 速否则需要采用增加流数等方法提升连铸机产能． 通过对提升连铸机产能常采用的三种方法进行 分析其中改变连铸机流数可不受操作水平的影响 而提升连铸机产能比其余两种方法更可以从根本 上解决连铸机产能不足的局面在工艺水平不高的 情况下可以将人为因素对生产的影响降到最低． 当然增加流数也会增加设备的维护成本因此在提 升连铸机产能上需要综合分析多种措施在效果和 成本上进行权衡． 连铸机产能满足流程需求后流程的瓶颈就转 移到 LFLF 的产能与转炉相差较小其生产能力与 转炉的匹配系数为0∙916可以通过改进精炼工艺 和运行水平缩短精炼周期［12］最终达到转炉流程 整体产能的优化以发挥 LF 在时间／温度上缓冲 能力． 在文献［5］中提出对于普钢厂50t 转炉一般配 置2座为宜相应的连铸机配置为2台．邢钢4座 转炉其中2座生产普碳钢对应的连铸机也为2 ·848· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第8期 刘青等：转炉炼钢厂工序产能和品种钢铸机配置 .849 台，与文献[5]的优化方案相符；2座生产MLO8AL、 能源，2004,23(6)：9 SWRCH35K等品种钢，对应的连铸机也为2台.参 [2]刘青，田乃媛，殷瑞钰.炼钢厂系统的运行原则与调控策略 过程工程学报，2003,3(2)：171 考普钢转炉配置方案和考虑生产顺行，生产品种钢 [3]刘青，黄星武，富平原.炼钢厂系统生产模式优化北京科技 转炉配置2座为宜，过多则增加调度难度，对应的 大学学报，2005,27(6)：736 LF炉和连铸机也以2座（台）为宜；LF炉需采用“双 [4]邱剑，田乃媛.典型流程区段炼铁炼钢界面的比较优势研究， 工位”，如能采用钢包回转台式则可以进一步加强 北京科技大学学报，2005,27(6)：740 LF炉的缓冲能力13]；连俦机浇俦温度需要严格控 [5]刘青，殷瑞钰·转炉一棒/线材生产流程的优化配置.钢铁， 制，以保证合适的拉速门，否则需要采用增加流数 2003,38(4):17 [6]刘青.现代长材型转炉炼钢厂的模式优化研究[学位论文]北 等方法，以满足流程匹配协调的要求. 京：北京科技大学，2002 4结论 [7]尹佳.中小转炉流程LF的合理配置及其对生产运行的影响研 究[学位论文]北京：北京科技大学，2007 (1)转炉与LF炉的周期比较接近，周期比值 [8】殷瑞钰·钢铁制造流程结构解析及其若干工程效应问题·钢铁， 30.59(1#转炉)/34.00(2LF炉)≈0.90,28.08 2000.35(10):1 [9]Constales D.Kacur J,Van Keer R.On the optimal cooling strat- (2转炉)/32.00(1#LF炉)≈0.88，因此邢钢转炉 egy for variable-speed continuous casting.Int J Numer Methods 与LF精炼炉“一一对应”基本上可以满足现有生产 Eng2002,53(3).539 需求. [10]董金刚.提高宝钢第二炼钢厂产能分析.钢铁研究，2006,34 (2)48t转炉与四流高效铸机匹配，虽然可 (4):32 形成更高水平的组合，但对铸机的作业水平要求较 [11】张志宏.新钢炼钢一轧钢生产过程缓冲的解析、优化与控制 [学位论文]北京：北京科技大学，2006 高（如作业率为95%，平均拉速需达到2.22 [12]Mahmoudi J,Nabati H.An experimental study on productivity mmin);与五流高效连铸机匹配，可形成较为合 and quality improvement of horizontal continuous casting pro- 理的组合；与六流高效连铸机匹配的组合不太经济， cess.Int J Green Energy Taylor Francis.2006,3(2):185 会造成连铸机利用率低，应尽可能避免 [13]邹永龙，陈林权，田伟达.杭钢二次精炼的选择及实践∥第十 四届全国炼钢学术会议文集.重庆，2006：368 参考文献 [1]刘文涛，柴丽俊，张群.利用OPT确定炼钢厂的时间缓冲.治金 Matching of productive capacity among working procedures and allocating of contin- uous casting machines for quality steel in a converter plant LIU Qing,YIN Jia,TIAN Xinzhong?),HU Lining2) 1)Metallurgy and Ecological Engineering School.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Technological Center of Xingtai Iron Steel Co.Ltd..Xingtai 054027.China ABSTRACI On the basis of the production run research of a BOF steelmaking workshop,the matching analy- sis and comprehensive research of productive capacity among BOFs,LFs and CCMs were carried out from the aspect of basic mass flow parameters.Applying OPT technology to this study,the bottleneck of coordinating op eration for the previous process was the continuous casting machine(CCM),which was determined through an- alyzing three ways to enhance productive capacity.The optimized scheme of productive capacity matching for different working procedures was put forward,which was the strands of CCM increased from 4 to 5 in the for mer process of the steelmaking plant.At last,the matching mode of converters,LFs and CCMs in the medium and small size BOF process was discussed,and the matching mode of one BOF-one LF-one CCM is feasible on some condition. KEY WORDS ferrous metallurgy process engineering;converter plant;production mode;process optimization
台与文献［5］的优化方案相符；2座生产 ML08AL、 SWRCH35K 等品种钢对应的连铸机也为2台．参 考普钢转炉配置方案和考虑生产顺行生产品种钢 转炉配置2座为宜过多则增加调度难度对应的 LF 炉和连铸机也以2座（台）为宜；LF 炉需采用“双 工位”如能采用钢包回转台式则可以进一步加强 LF 炉的缓冲能力［13］；连铸机浇铸温度需要严格控 制以保证合适的拉速［7］否则需要采用增加流数 等方法以满足流程匹配协调的要求． 4 结论 （1） 转炉与 LF 炉的周期比较接近周期比值 30∙59（1＃ 转炉）／34∙00（2＃ LF 炉） ≈0∙9028∙08 （2＃转炉）／32∙00（1＃LF 炉）≈0∙88因此邢钢转炉 与 LF 精炼炉“一一对应”基本上可以满足现有生产 需求． （2） 48t 转炉与四流高效铸机匹配虽然可 形成更高水平的组合但对铸机的作业水平要求较 高 （如 作 业 率 为 95％平 均 拉 速 需 达 到 2∙22 m·min —1）；与五流高效连铸机匹配可形成较为合 理的组合；与六流高效连铸机匹配的组合不太经济 会造成连铸机利用率低应尽可能避免． 参 考 文 献 ［1］ 刘文涛柴丽俊张群．利用 OPT 确定炼钢厂的时间缓冲．冶金 能源200423（6）：9 ［2］ 刘青田乃媛殷瑞钰．炼钢厂系统的运行原则与调控策略． 过程工程学报20033（2）：171 ［3］ 刘青黄星武富平原．炼钢厂系统生产模式优化．北京科技 大学学报200527（6）：736 ［4］ 邱剑田乃媛．典型流程区段炼铁炼钢界面的比较优势研究． 北京科技大学学报200527（6）：740 ［5］ 刘青殷瑞钰．转炉—棒／线材生产流程的优化配置．钢铁 200338（4）：17 ［6］ 刘青．现代长材型转炉炼钢厂的模式优化研究［学位论文］．北 京：北京科技大学2002 ［7］ 尹佳．中小转炉流程 LF 的合理配置及其对生产运行的影响研 究［学位论文］．北京：北京科技大学2007 ［8］ 殷瑞钰．钢铁制造流程结构解析及其若干工程效应问题．钢铁 200035（10）：1 ［9］ Constales DKacur JVan Keer R．On the optimal cooling strategy for variable-speed continuous casting．Int J Numer Methods Eng200253（3）：539 ［10］ 董金刚．提高宝钢第二炼钢厂产能分析．钢铁研究200634 （4）：32 ［11］ 张志宏．新钢炼钢—轧钢生产过程缓冲的解析、优化与控制 ［学位论文］．北京：北京科技大学2006 ［12］ Mahmoudi JNabati H．An experimental study on productivity and quality improvement of horizontal continuous casting process．Int J Green Energy Taylor Francis20063（2）：185 ［13］ 邹永龙陈林权田伟达．杭钢二次精炼的选择及实践∥第十 四届全国炼钢学术会议文集．重庆2006：368 Matching of productive capacity among working procedures and allocating of continuous casting machines for quality steel in a converter plant LIU Qing 1）Y IN Jia 1）TIA N Xinz hong 2）HU L ining 2） 1） Metallurgy and Ecological Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Technological Center of Xingtai Iron ＆ Steel Co．Ltd．Xingtai054027China ABSTRACT On the basis of the production run research of a BOF steelmaking workshopthe matching analysis and comprehensive research of productive capacity among BOFsLFs and CCMs were carried out from the aspect of basic mass flow parameters．Applying OPT technology to this studythe bottleneck of coordinating operation for the previous process was the continuous casting machine （CCM）which was determined through analyzing three ways to enhance productive capacity．The optimized scheme of productive capacity matching for different working procedures was put forwardwhich was the strands of CCM increased from4to5in the former process of the steelmaking plant．At lastthe matching mode of convertersLFs and CCMs in the medium and small size BOF process was discussedand the matching mode of one BOF-one LF-one CCM is feasible on some condition． KEY WORDS ferrous metallurgy process engineering；converter plant；production mode；process optimization 第8期 刘 青等： 转炉炼钢厂工序产能和品种钢铸机配置 ·849·