D0I:10.13374/j.issn1001053x.2000.01.027 第22卷第1期 北京科技大学学报 Vol.22 No.1 2000年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2000 高炉一转炉区物流过程解析 刘茂林 田)媛 徐安军 北京科技大学治，院，北京100083 摘要通过对高炉一转炉区段物流过程的1.提出该区段经历3次大的发展，形成2种典 型布局，简要论述了各工序功能：着重阐述了 没流程布局的变化及工序间衔接、匹配的重 要性：总结出流程布局发展的必然性和本质特 关键词高炉一转炉区段：物流：流程布局 分类号TF543;F402.2 炼铁过程的发展经历了诞生、缓慢向前发 论解析高炉一转炉区段，有助于了解铁水生产： 展、迅速发展3个时期.首先是由单一高炉工序 的物流运行规律 逐渐地分解为烧结、高炉、铁水预处理等几个独 立的较简单的工序，随后这些工序再联合成一 1高炉一转炉区段物流解析 个连续/准连续的过程.每一个新工序的产生都 是以完成一定功能为目的.工序功能分解是新 1.1高炉一转炉区段流程的布局 矿石还原经历了空气炉、生吹炉、熟铁吹炼 工序产生的内在推动力，追求各工序功能完善 炉，最后实现了典型的建筑式高炉，并在以后的 和工序间功能的组合优化促进了各工序、工序 衔接技术表达方式的变化，推动了生产流程的 发展中满足了对铁水持续增长的技术要求.其 进步.本文运用钢铁制造过程多维物流管制理 生产流程的变化是以高炉为中心向前、后展开 的，从物流运行轨迹角度分析，形成了图1、2所 烧结机、 料场： 料场 料仓 高炉 一小转炉、 焦炉 料仓一 平炉 烧结机、 一料仓 小转炉、 料仓 高炉 ·混铁炉 焦炉 平炉 铁路 铁路 一料仓 料仓 图1"多一多“布置示意图 Fig.1 Scheme of'several-several'layout 大型烧结机、 料场 大型 焦炉 ·料仓 铁水预处理 皮带 皮带高炉铁路 ·大型转炉 铁路 大型烧结机、 料场 大型 焦炉 铁水预处理 皮带 料仓 皮带高炉铁路 ·大型转炉 铁路 二 44444+ 图2“1一1”布置示意图 Fig.2 Scheme of 'one-one'layout 1999-09-08收稿 刘茂林男，31岁，博士生
第 2 卷 第 1期 2 0 0 0 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n vi e r s iyt o f s e i e n e e a n d Te e h n o l o yg B e ij i n g V 6 1 一 2 2 N O . l F e b . 2 0 0 0 高炉一转 炉 区 段 物 流 过 程 解 析 刘 茂林 田 夕 媛 徐 安军 北 京科 技大 学冶 允 _ 、 院 , 北 京 10 0 0 8 3 摘 要 通过 对 高炉一转 炉 区段物 流过 程的 子 型布 局 . 简要 论 述 了各工 序功 能 ; 着重 阐述 了 要性 ; 总 结 出流程布 局 发展 的必 然性 和本 质托 关键词 高 炉 一 转炉 区 段 : 物 流 ; 流程 布局 分 类号 T F 5 4 3 : F 4 0 2 . 2 提 出该区段 经历 3 次 大的 发展 , 形 成 2 种 典 没流 程 布局 的变 化及 工序 间衔 接 、 匹配 的重 炼铁过 程 的发展 经历 了诞 生 、 缓慢 向前 发 展 、 迅速发展 3 个时期 . 首 先是 由单一 高炉工序 逐渐地分解为烧结 、 高炉 、 铁水预 处理等几个独 立 的较简 单 的工 序 , 随后 这些工 序 再 联合成 一 个连续 /准连续 的过程 . 每 一 个新工 序 的产 生都 是 以完成 一定 功 能为 目的 . 工 序 功能 分解是 新 工 序产 生 的 内在推 动 力 , 追 求各 工 序功 能完善 和 工 序 间 功能 的组 合优化促进 了各工 序 、 工 序 衔接技术 表达方 式的变化 , 推动 了 生 产流程 的 进步 . 本文 运用 钢 铁制造过 程多 维物 流管制理 论 「` ,解析 高炉一转炉 区段 , 有助 于 了解铁水 生 产 的物流运 行规律 . 1 高炉一转炉 区 段物 流 解析 1 . 1 高炉 一转炉 区段 流 程 的布局 矿石 还原经历 了空 气炉 、 生 吹炉 、 熟铁吹炼 炉 , 最后 实现 了典型 的建筑式 高炉 , 并在 以后 的 发展 中满 足 了对铁 水持续增长 的技术 要求 . 其 生 产 流程 的 变化 是 以高炉 为 中心 向前 、 后 展 开 的 , 从物流运行轨迹 角度分 析 , 形 成 了 图 1 、 2 所 烧 结机 、 焦炉 一料仓 烧 结机 、 一料仓 焦炉 」l l 」 . L , { 仓 _ 仓 _ 高 高丫炉 _ _ … 陌 混铁 炉 一 小转炉 、 平炉 小转炉 、 平炉 一 料 仓 仓 一 F ig . 1 料场 图 1 ” 多一多 “ 布 置示 意 图 S e h e m e o f ’ s e v e r a 】一s e v e r a l , l a y o u t 大型烧 结机 、 焦炉 共杰卡 料 仓 , 份 仪甲 皮带 料场 4 公 卜 料仓 反甲 一皮带 大型 高炉 铁路 铁水预处理一 一 大型转炉 铁路 大型烧结机 、 焦炉 大型 高炉 铁路 铁水预处理 一 大型转炉 { 铁路 ! 图 2 ” 1一 1 “ 布置 示 意图 Fi g . 2 S e h e m e o f ’ o n e ~ se 习 n e , l a y o u t 1 9 99 一 0 9 一 0 8 收稿 刘 茂林 男 , 31 岁 , 博 士生 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 01. 027
Vol.22 No.1 刘茂林等：高炉一转炉区段物流过程解析 。9。 示的2种典型布局.图1是以小型的烧结机、焦 炼功能的影响，主要表现在由脱Si,S,P,C,合金 炉、高炉、氧气转炉（平炉）为主体工序的布置特 化等多元功能转向脱C、升温单一化，进而提高 征，是为了扩大生产规模，局部的不断追加而 转炉效率，降低出钢温度、延长炉龄等，充分满 成，在我国普遍采用的发展道路.图2是以大型 足连铸需要，保证生产平稳进行. 的烧结机、焦炉、高炉、氧气转炉为主体工序的 1.3工艺流程变化 布置特征，表面看这些大型烧结机、高炉、氧气 烧结、炼焦、铁水预处理、氧气转炉等技术 转炉相对集中，但正常生产时物流过程是有层 的产生和发展，使该区段工艺流程发生了显著 次特征的，在相应的层内流动，而层间流动较 变化，主要表现在工序单体装备技术进步的同 少，具有相对稳定的物流轨迹：扩大规模时是纵 时，工序间衔接、匹配工程也得到发展，工序间 向的一层一层叠加，当然叠加的层数受物流通 的衔接效果影响物流运行及主体工序能力的发 畅的限制. 挥. 可见技术决定流程，技术的发展决定流程 分析图1、2布局，按生产过程特点可模化 的发展和变化.高炉一转炉区段中烧结、炼焦、 为由“刚性组元”和“柔性组元”四相间组成（图 氧气转炉的出现对流程发展具有革命性，而烧 3).当然这里“刚性组元”和“柔性组元”并不是 结、炼焦、高炉、氧气转炉的不断进步则是渐进 概念，而是反映生产过程是通过缓冲调节(“柔 地影响着流程的发展. 性"”)使前、后主体工序最大限度地发挥生产能 1.2各工序功能 力，主体工序生产的大范围波动是以牺牲生产 工序功能是指工序在流程中发挥的主要作 率为代价的（刚性”）. 用.高炉一转炉区段各工序自出现以来它们的 煤场 混铁炉、 基本功能并没有发生显著变化，但各工序功能 煤仓 焦炉 料仓 混铁车 转炉 是多元的，且有些功能可在多工序中实现，因此 料场 高炉 铁水预处理平炉 如何实现功能及某功能在工序间的再分配却不 断地、逐渐地发生变化. (1)烧结造块可将高品位铁精矿粉烧结成烧 矿场 烧结机 刊矿仓 结矿（球团矿），降低脉石含量，使得高炉渣量从 “刚性组元”)“柔性组元” 40年代的每吨铁800900kg降到目前的 图3高炉一转炉区段生产过程抽象示意图 250-300kg.烧结矿从非熔剂性经熔剂性到高碱Fig.3 Scheme of the processing in the zone of BF and converter 度，改善了冶金性能，利于高炉强化还原，加快 烧结机、焦炉、高炉、转炉（平炉）是“刚性组 物态转变速度，利用系数显著提高.炼焦为高炉 元”：料场、料仓、铁水包、混铁炉、混铁车是“柔 提供“骨架”和还原剂，焦炭冶金性能不断改善， 性组元”.当铁水预处理工序处于部分铁水处理 满足因喷煤等引起的焦炭负荷增加、高炉强化、 状态时呈现为“柔性组元”，全量铁水处理时则 大型化等方面的需要， 是“刚性组元”.“刚性组元”具有一·定的柔性， (2)高炉功能主要是还原、脱$，生产合格铁 “柔性组元”具有一定的刚性，整个生产过程呈 水.铁水预处理脱$使得高炉冶炼有可能由还 现“刚一柔”相间的特征，其中“柔性组元”又形 原、脱S并重向还原为主、脱$为辅的方向转 象地称为“活套， 变，高炉过程是一种典型的物态转变、物性控 烧结、炼焦一高炉，高炉一炼钢间的物流在 制、物流管制的综合过程，通过物流管制来控制 物质状态、温度等物性上不同，使得物流管制方 好物性且加速物态转变， 式有着本质区别，为此以高炉为界分2个小区 (3)铁水预处理功能是脱Si,S,P,同时减化 段加以分析. 高炉、转炉功能，加快物流速度，降低生产成本， (1)烧结、炼焦一高炉， 为了充分发挥其功能，目前在单体装备配置、流 1)“多一多”布置（图1）.其特征是：烧结机、 程和功能优化上有了很大进步，形成了多种工 焦炉生产能力小、数量多，高炉容积小、数量多： 艺流程（如鱼雷罐车、铁水包、转炉以及相互组 生产过程物流运输主要是通过铁路运输；料仓、 合等方法). 料场，即“活套”数量多、相对容量大；生产布局 (4)炼钢很大程度上受铁水预处理、二次精 分散、过程间断.原因在于：
M ) 1 . 2 2 N O . l 刘茂 林等 : 高炉一转 炉 区 段物 流过 程解 析 示 的 2 种典型 布局 . 图 1 是 以小 型 的烧结机 、 焦 炉 、 高炉 、 氧气转 炉(平炉 )为主 体工 序 的布置 特 征 , 是 为 了扩 大生 产规模 , 局 部 的不 断 追加而 成 , 在我 国普遍采用 的 发展道路 . 图 2 是 以大型 的烧 结 机 、 焦炉 、 高炉 、 氧 气转炉 为主 体工 序 的 布置 特 征 , 表面 看 这些大 型烧 结机 、 高炉 、 氧气 转炉相 对集 中 , 但正 常 生产 时物流过程 是 有层 次特 征的 , 在相应 的层 内流动 , 而层 间流动 较 少 , 具 有相 对稳定的物 流轨迹 ; 扩大规模 时是 纵 向的一 层 一 层叠 加 , 当然 叠 加 的层数 受物流通 畅的 限 制 . 可见 技术决定流 程 , 技术 的发展 决定 流程 的发 展 和 变化 . 高炉一转炉 区 段 中烧 结 、 炼焦 、 氧气 转炉 的 出现对 流程发展 具 有革 命性 , 而烧 结 、 炼焦 、 高炉 、 氧气转炉 的不 断 进步 则 是 渐进 地影 响 着流程 的 发 展 . L Z 各工 序 功能 工 序功 能是指 工 序在流程 中发挥 的主 要 作 用 「1] . 高炉一转炉 区段 各工序 自出现 以来它 们 的 基本 功能并没 有 发生 显 著变化 , 但各 工 序功能 是 多元 的 , 且有些功能可 在多 工 序中实现 , 因此 如何实现功能及某功 能在工 序 间 的再 分 配却 不 断地 、 逐渐 地发 生变 化 . ( l) 烧结 造块可将高品 位铁精矿粉烧 结成 烧 结矿 (球 团 矿 ) , 降低 脉石 含量 , 使 得高炉渣量 从 4 0 年 代 的 每 吨 铁 8 0 一 9 0 k g 降 到 目 前 的 25 0一 3 0 吨 . 烧 结矿 从非熔 剂性经熔 剂性 到 高碱 度 , 改 善 了冶 金 性能 , 利 于 高炉 强 化还 原 , 加 快 物态转变速度 , 利 用 系数显 著 提高 . 炼焦 为高炉 提供 “ 骨架 ” 和 还 原剂 , 焦炭冶金性能 不 断改善 , 满足 因喷 煤等 引起 的焦炭 负荷增 加 、 高炉 强 化 、 大型 化 等方面 的 需 要 . (2 )高炉功 能 主 要 是 还 原 、 脱 S , 生产 合 格铁 水 . 铁 水预 处 理脱 S 使得 高炉 冶 炼有 可 能 由还 原 、 脱 S 并重 向还 原为主 、 脱 S 为辅 的方 向转 变 . 高炉过程是一 种典型 的物 态转变 、 物 性控 制 、 物流管制的综合过程 , 通过物流管制来控制 好物性 且加速物态 转变 . ( 3 )铁 水预处 理 功能是 脱 iS , S , P , 同 时 减化 高炉 、 转炉功 能 , 加快物流速度 , 降低 生产成 本 . 为 了充分发挥其功能 , 目前在 单体装备配置 、 流 程和 功 能优 化上有 了 很 大进步 , 形 成 了 多种 工 艺流程 (如鱼 雷罐车 、 铁水 包 、 转炉 以及相 互 组 合等方法 ) . (4 )炼 钢 很大程度 上受铁水预 处理 、 二 次精 炼功能的影 响 , 主 要 表现在 由脱 iS , S , P , C , 合金 化等多元功 能转 向脱 C 、 升温 单一 化 , 进而 提高 转炉效率 , 降低 出钢 温度 、 延 长炉龄 等 , 充分满 足连铸需要 , 保 证生 产平 稳进 行 . 1 3 工 艺 流程 变化 烧 结 、 炼焦 、 铁水预处理 、 氧气 转炉 等技术 的产生 和 发 展 , 使 该区 段工 艺 流程 发生 了显 著 变化 . 主 要表现在工 序 单体装备技 术进 步的 同 时 , 工 序 间 衔接 、 匹配工 程 也 得到 发展 . 工 序 间 的衔接 效果 影 响物 流运行及主 体工 序能 力的发 挥 . 分析 图 1 、 2 布局 , 按生 产过程特 点 可模化 为 由 “ 刚性 组 元 ” 和 “ 柔 性组 元 ” 「2] 相 间组 成 ( 图 3) . 当 然 这里 “ 刚 性 组元 ” 和 “ 柔性组 元 ” 并不 是 概 念 , 而 是 反 映生 产 过程是 通过缓冲 调 节 ’( 柔 性 ” ) 使前 、 后 主体工 序最 大 限度地发挥 生 产能 力 , 主 体 工 序生 产 的大 范 围波动是 以牺牲 生 产 率为代价 的( “ 刚 性 ” ) . 煤场 煤仓 焦炉 混铁炉 、 料仓 混铁车 转炉 料场 高炉 铁 水预处理 平炉 〔 二卜 -月. 卜( 二) 一 . . 矿场 矿仓 烧结机 . . “ 刚性组元 ” 〔 ) ` ` 柔性组元 ” 图 3 高炉一转 炉 区段生 产过程 抽 象示 意图 F i g . 3 S e h e m e o f t h e P r o e e s s i n g i n t h e z o n e o f B F a n d e o n v e r t e r 烧 结机 、 焦炉 、 高炉 、 转炉 (平 炉)是 “ 刚性 组 元 ” ; 料 场 、 料仓 、 铁水包 、 混铁 炉 、 混 铁车是 “ 柔 性 组元 ” . 当 铁水预处 理 工序 处 于部 分铁水处 理 状 态时呈 现 为 “ 柔性组 元 ” , 全量铁水处 理 时 则 是 “ 刚 性组 元 ” . “ 刚 性组 元 ” 具有一 定 的 柔性 , “ 柔 性组 元 ” 具 有一 定 的 刚性 , 整个生 产 过程呈 现 “ 刚 一 柔 ” 相 间 的特 征 , 其中 “ 柔性 组 元 ” 又形 象 地称为 “ 活套 ” 1] . 烧 结 、 炼焦一高炉 , 高炉一炼钢 间 的物流 在 物质状态 、 温度等物性上 不 同 , 使得物流管制方 式有着 本质 区别 , 为 此 以高炉为 界 分 2 个 小 区 段加 以分析 . ( l) 烧 结 、 炼焦一高炉 . l) “ 多一多 ” 布置 (图 1) . 其特征 是 : 烧 结机 、 焦炉 生 产能力小 、 数量多 , 高炉 容积小 、 数量多 ; 生产过程物流运输主 要是 通过铁路运输 ; 料仓 、 料场 , 即 “ 活套 ” 数量 多 、 相 对 容量大 ; 生 产布局 分 散 、 过程 间断 . 原 因在 于 :
·10· 北京科技大学学报 2000年第1期 (a)烧结机烧结面积小，焦炉、高炉容积小， 的物流特征，但其后因平炉、小型转炉而有所不 为了提高产量，满足市场对钢材的需求，只能采 同.总的特征是：高炉座数多、容积小，平炉座数 用增加装备数量、多条生产线的方法 多、容积大，小型转炉座数多、容积小：铁水采用 (b)烧结矿热态入炉，温度较高，且运输量 铁水包运输：混铁炉一“活套”容量大，数量多： 大，只能采用铁路运输。 物流组织上呈先集中再分配的特征.原因在于： (©)各单体装备可靠性、可控性差，铁路运输 (a)增加装备数量、采用多条生产线的方法 里程长、复杂、时间长，烧结、炼焦生产与高炉消 提高产量，出现多个铁厂对多个钢厂，呈现“多 耗难以衔接、匹配、稳定，不得不增加“活套”容 一多”布置，铁一钢间用混铁炉作铁水缓冲，中 量、数量来保证高炉不致因“饥饿”而减风，甚至 间铁路相联： 休风，烧结、炼焦不致因“阻塞”而减额运行，常 ()高炉每次出铁量少，铁水包结构简单制 常在烧结、焦化、高炉附近分别设有料场 作容易，但散热快，缓冲能力弱： ()烧结机、焦炉、高炉数量多，以及铁路运 (©)高炉冶炼过程稳定，炉缸容积有限，只能 输的特点，往往使得烧结机、焦炉、高炉分别相 采用定时、间断出铁和出渣方式提供空间：而平 对集中，呈现数量上“多一多”对应，物流组织呈 炉冶炼周期长、炉容大，小型转炉治炼周期短、 现先集中再分配的特征. 炉容小、稳定性差.因此高炉生产的铁水与小型 2)“1一1”布置（图2）.特征是：烧结机烧结 转炉、平炉所需的铁水在时间、温度、物质量上 面积加大，个数减少，焦炉、高炉容积增大，座数 很难衔接、匹配，需通过混铁炉来储存和均衡温 减少；生产过程物料皮带运输：料仓、料场，即 度及铁水量的转换等.作业时间：t￥>t出：> “活套”数量变少，相对容量小；生产布局紧凑、 t小转.温度因铁水包小，运输复杂，到达钢厂时 过程连续.原因在于： 起伏大，不利于转炉的稳定操作.铁水量为平妙 (a)烧结机烧结面积、高炉容积增大后，完成 >2出铁≠卫小转炉. 一定生产能力所需单体装备的数量大大减少； 2)“1一1”布置（图2）.其特征是：转炉座数 (b)烧结矿冷态入炉，固态、温度低且运输量 少、容积大，高炉座数少、容积大：鱼雷罐车运 大，适宜用皮带运输： 输：铁水预处理产生；鱼雷罐车、铁水预处理为 (©)各单体装备可靠性、可控性增强，皮带运 衔接高炉一转炉的“活套”：物流在相应的“层” 输简单、不相互干扰、时间短，烧结生产与高炉 内流动.原因在于： 消耗较易衔接、匹配、稳定，采用较小的“活套” (a)转炉大型化、冶炼周期缩短，完成一定生 就可满足生产稳定进行： 产能力所需的转炉座数减少，转炉炼钢厂减少 ()虽然烧结机、焦炉、高炉布局相对集中， 为1~2个，每个炼钢厂2~3座大型转炉，常常采 但烧结机、焦炉、高炉数量上呈现“1一1”对应， 用3吹2、2吹1的生产模式；高炉大型化，利用 生产能力上相互匹配，加之皮带运输，物流在相 系数提高，出铁口个数增多，高炉群呈岛式布 应的“层”内流动.当然各料场的物料也可通过 置，高炉座数减少为23座.1座高炉与1座转 皮带在非对应高炉上分配，但流量较小， 炉的生产能力基本相等： 比较图1、2可知：烧结、炼焦一高炉之间物 (b)鱼雷罐车运输量大，保温性能好，可作为 料运输传统的方法是依靠大容量中间库的缓冲 铁水预处理容器，适合大型高炉的特点： 来调节，以防铁路间断运输对高炉连续生产的 (©)铁水预处理减轻高炉、转炉的冶金负荷， 影响：而现代制造过程日趋连续化和自动化，皮 加快铁水流通速率，降低生产成本： 带连续运输已和生产作业紧密联系在一起，所 (d)高炉一转炉间铁水运输时间、温度、物质 需的缓冲容量较小.烧结、炼焦一高炉区段由铁 量上的衔接、缓冲、匹配由鱼雷罐车数量及铁水 路运输转为皮带运输，影响总图布置，进而影响 预处理承担.转炉冶炼周期与高炉群产生一罐 企业结构，使得钢铁制造过程原来以铁路运输 铁水的时间周期相近，做好运输工作能够使铁 为主的格局发生了重大变化 水生产和消耗稳定进行：鱼雷罐车运输，温度相 (2)高炉一炼钢. 对稳定，缓冲能力强：铁水量为Q鱼高速车≈卫转. 1)“多一多”布置（图1）.混铁炉前具有相同 高炉、转炉布置虽相对集中，但物流有其相对固 定的轨迹，可控制在相应的“层”流动，减少相互
, 1 0 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0 年 第 l 期 a( ) 烧结机烧 结面积 小 , 焦 炉 、 高炉 容积 小 . 为 了提 高产量 , 满足市场对钢 材 的需求 , 只 能采 用 增加 装备数 量 、 多条 生产线 的 方法 . b( ) 烧 结矿 热态入 炉 , 温 度较 高 , 且 运输量 大 , 只 能采用 铁 路运输 . (c) 各单 体装 备可靠 性 、 可控性差 , 铁路运输 里 程长 、 复杂 、 时 间 长 , 烧 结 、 炼焦生 产与高炉消 耗难 以 衔接 、 匹 配 、 稳定 , 不 得不 增加 “ 活 套 ” 容 量 、 数量来保证高炉不 致 因“ 饥饿 ” 而 减风 , 甚至 休风 , 烧 结 、 炼焦 不 致 因 “ 阻塞 ” 而 减额运行 , 常 常在烧 结 、 焦化 、 高炉 附 近分 别 设有料场 . d( )烧 结 机 、 焦炉 、 高炉数量 多 , 以及铁 路 运 输 的特 点 , 往往 使得烧 结机 、 焦炉 、 高炉 分 别 相 对集中 , 呈现数 量上 “ 多一多 ” 对应 , 物流组 织呈 现先 集 中再分配 的特征 . 2) “ 1一!’l 布 置 ( 图 2) . 特 征 是 : 烧结 机烧 结 面积加大 , 个数减 少 , 焦炉 、 高炉容积增大 , 座数 减 少 ; 生 产过程物 料皮 带运输 ; 料仓 、 料 场 , 即 “ 活套 ” 数量 变少 , 相 对 容量小 ; 生产布局 紧 凑 、 过程连续 . 原 因在 于 : a( )烧结 机烧结面积 、 高炉容积增 大 后 , 完成 一定生 产 能 力所 需 单体装备 的数量 大大减少 ; b( )烧 结矿 冷态入炉 , 固态 、 温度低且运输量 大 , 适宜 用 皮带运输 ; c( )各单体装备可靠性 、 可控性增强 , 皮带运 输简单 、 不 相 互干 扰 、 时 间 短 , 烧 结生产与 高炉 消耗较 易衔接 、 匹配 、 稳定 , 采用 较小 的 “ 活套 ” 就可满足 生产稳 定 进行 ; d( )虽 然烧 结 机 、 焦 炉 、 高炉布 局 相 对集 中 , 但 烧结机 、 焦 炉 、 高炉 数量上 呈现 ’,1 一 1 ” 对应 , 生 产能力上相互匹 配 , 加之皮带运输 , 物流在相 应 的 “ 层 ” 内流 动 . 当然各 料场 的物 料也 可通过 皮带在非对 应高炉 上分配 , 但流 量较小 . 比较 图 1 、 2 可 知 : 烧结 、 炼焦一高炉之 间物 料运输传统的方法是依靠大容量 中间库 的缓冲 来调 节 , 以防 铁路 间 断运输 对高炉 连 续生 产 的 影 响 ; 而现代制造过程 日趋连 续化和 自动 化 , 皮 带连续运输 己 和 生 产 作业紧密 联系在一起 , 所 需 的 缓冲容量较 小 . 烧结 、 炼焦一高炉 区段 由铁 路运输转 为皮带运输 , 影 响总图布 置 , 进而 影 响 企 业结构 , 使得钢 铁制造过程 原来 以铁 路运输 为主的 格局 发生 了重大 变化 . (2 )高炉一炼钢 . l) “ 多一多 ” 布 置 (图 1) . 混铁 炉 前具 有 相 同 的物 流特 征 , 但其后 因平炉 、 小 型 转炉而 有所 不 同 . 总的特征是 : 高炉座数多 、 容积小 , 平炉座数 多 、 容积大 , 小型 转炉 座数多 、 容积 小 ; 铁水采用 铁水包运输 ; 混铁炉 一 “ 活套 ” 容量大 , 数量 多 ; 物流 组织上呈先集 中再分配 的特征 . 原因在 于 : a( ) 增 加装备 数量 、 采用 多条 生 产线的方法 提 高产量 , 出 现多个铁 厂 对多个钢 厂 , 呈 现 “ 多 一多 ” 布置 , 铁一钢 间用 混铁炉 作铁水 缓冲 , 中 间铁 路相联 ; b( )高炉每 次 出铁量少 , 铁水包 结 构简单制 作 容 易 , 但散热 快 , 缓冲能 力 弱 ; c( )高炉冶炼过程 稳定 , 炉缸容积 有限 , 只 能 采用 定 时 、 间断 出铁和 出渣方式提供空间 ; 而 平 炉 冶 炼周 期 长 、 炉 容大 , 小 型 转炉 冶炼 周 期短 、 炉容小 、 稳定性差 . 因 此高炉生产 的铁水与小 型 转炉 、 平炉 所 需 的 铁水在 时 间 、 温度 、 物 质量上 很难衔接 、 匹 配 , 需通 过混铁炉来储存和 均衡温 度及 铁水 量 的转 换等 . 作业 时间 : 介 炉 > > r 出铁 > > 孙渺 . 温度 因 铁水包 小 , 运输复杂 , 到达 钢 厂 时 起伏大 , 不利于转炉 的稳定操作 . 铁水量为 Q 平 炉 > > Q 出铁 半 Q 小转 炉 · 2) “ 1一1 ” 布置 ( 图 2) . 其 特征是 : 转 炉座数 少 、 容积大 , 高炉座 数少 、 容积大 ; 鱼 雷罐车运 输 ; 铁 水预处 理产生 ; 鱼 雷 罐车 、 铁水预 处 理为 衔接 高炉一转 炉的 “ 活套 ” ; 物流在相 应 的 “ 层 ” 内流 动 . 原 因在 于 : a( )转炉 大 型化 、 冶 炼周 期缩 短 , 完成一 定生 产能 力所需 的转 炉座数减少 , 转炉炼钢 厂 减少 为 1一2 个 , 每个炼钢厂 2一 3 座大 型 转炉 , 常常采 用 3 吹 2 、 2 吹 1 的 生产模 式 ; 高炉 大型 化 , 利用 系数提 高 , 出铁 口 个数增 多 , 高炉群呈 岛式布 置 , :司炉 座数减少 为 2 一3 座 . 1 座 高炉 与 1 座转 炉 的生产 能 力基本 相 等 ; (b )鱼雷 罐车运输量大 , 保温性能好 , 可 作为 铁水预 处 理容器 , 适合大 型 高炉 的特 点 ; c( )铁水预处 理减轻高炉 、 转炉 的冶金负荷 , 加 快铁水 流 通速率 , 降低 生产成本 ; d( )高炉一转炉 间铁水运输时 间 、 温度 、 物质 量上的衔接 、 缓冲 、 匹 配 由鱼雷 罐车数量 及铁 水 预处理承担 . 转 炉 冶 炼周 期 与 高炉群产生 一 罐 铁 水 的时间周 期相 近 , 做好运输 工 作能够使铁 水 生产和 消耗稳 定进行 ; 鱼雷 罐车运输 , 温度相 对 稳定 , 缓冲 能力强 ; 铁 水量为 Q 鱼 雷料 七 Q 转炉 . 高炉 、 转炉布置 虽 相 对集 中 , 但物流有其相 对 固 定 的轨迹 , 可控制在相 应的 “ 层 ” 流 动 , 减少相 互
Vol.22 No.1 刘茂林等：高炉一转炉区段物流过程解析 11 干扰，避免阻塞 杂性、多工序、温度高等特点，流程连续化的发 展不能追求直流贯通式的连续，而是在各工序 2高炉一转炉区段流程发展特点 间歇/准连续的作业形式上，通过一系列柔性“活 (1)设备大型化.为提高炼铁能力，不是在小 套”为手段使物流在时间节奏上协调、适应、匹 规模设备上采取“叠加一蔓延”的方法，而是 配：物质量上转换、传递、衔接、匹配：温度和能 使设备大型化，流程简单化、系列化、专业化. 量上转变、传递、衔接和节约；传输方向和方式 (2)工序功能不断优化和组合优化.各工序 的调整、衔接和优化等， 技术发展不平衡，完成一定功能的条件、成本等 3结论 不断发生变化，需在整体优化前提下，对各工序 功能分配不断调整. (1)高炉一转炉区段由“叠加一蔓延”向“临 (3)过程逐步连续/准连续化).烧结-一高炉： 界一紧凑一连续发展. 原料呈固态，温度低，宜用皮带运输，较易达到 (2)连续准连续过程提高了生产效率.连续/ 过程连续化.高炉本身虽是一连续反应器，但相 准连续过程愈完善，工序重迭数愈多，促使生产 对整个物流过程又只是一个阶段，且是通过间 过程各个工序合并在同一时间段内进行，可使 断加料和出铁方式满足连续生产：高炉一炼钢： 产品生产周期缩短. 高炉铁水呈液态，温度高，有温度损失，仍需依 (3)各个工序同步动作需重视“活套”工程发 靠铁路运输，其衔接、匹配尤为重要，需以间歇 展，“活套”容量由各工序设备可靠性决定， 化的作业形式，达到物流过程连续化的本质.连 (4)生产能力提高不仅在于增加规模，更重 续准连续化使得过程物流衰减最小：过程温度 要的是提高物流“速率”，减少物流“滞留时间”. 起伏最小；过程时间及过程存量最小 将物流分层，使其在“层”内流动是防止物流阻 (4)“分层式”总图布置.烧结一高炉：1台 塞，充分发挥主体工序能力的方法之一.物流速 烧结机与1座高炉的生产能力基本相等，每种 率提高，可降低各种单位消耗，减少流动资金占 物料有相应的皮带运输，运输线路专业：高炉一 用量. 转炉：1座高炉与1座转炉的生产能力基本相 参考文献 等，铁水运输路线稳定、专业.总之，从物流运行 】殷瑞钰.冶金工序功能的演进和钢厂结构的优化.金 轨迹和物流量平衡角度，烧结机一高炉一转炉 属学报，1993,29(7)：289 呈“1一1一1”布置.“分层式”布置使得所有物料 2殷瑞钰.钢铁制造过程的多维物流控制系统.金属学 在“层”内流动，只有在非常时期才可以在“层” 报，1997,33(1)29 间流动且量小，使得物料运输距离最短，运输功 3殷瑞钰.钢厂模式的实质和工程逻辑.钢铁，1995,30 最小 (6):1 4余洁.铁水的经济搬运.钢铁厂设计，1998(4)：46 (⑤)“活套”工程四发展.由于生产过程的复 Analysis of Mass Flow Process in the Zone of Blast Furnace and Converter LIU Maolin,TIAN Naiyuan,XU Anjun Metallurgy School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Mass flow process has been analysed in the zone of Blast Furnace and Converter.Three stages and two kinds of layout have been put forward about the development of it.The working procedure func- tions have been discussed.The changes of the zone layout and the importance of the joining and matching have been elaborated.The necessity and nature on the zone development have been summarized. KEY WORDS the zone of blast furnace and converter;mass flow;layout
】 V b . N 2 2 O . 刘 茂 林等 l : 高炉一转炉 区段 物 流过程 解析 干扰 , 避免 阻 塞 , 2 高炉一转炉 区 段 流程 发 展特 点 ( l) 设 备大型 化 . 为提高炼铁能 力 , 不 是在 小 规模 设 备上采取 “ 叠 加 一蔓延 ” 〔3] 的方 法 , 而是 使设备大型 化 , 流 程简单化 、 系列 化 、 专 业化 . (2 )工 序功能不断优化和 组 合优化 【, , . 各工序 技术发展 不 平衡 , 完成一 定 功能 的条件 、 成本等 不 断发生 变化 , 需在整体优化前提下 , 对 各工序 功能分配不 断调 整 . (3 )过程逐步连续 /准连续化 `3 , . 烧结一高炉 : 原 料呈 固态 , 温 度 低 , 宜 用 皮带运 输 , 较 易达 到 过程连续化 . 高炉 本身虽 是一 连续反 应器 , 但相 对 整个物流过程 又 只 是 一 个阶 段 , 且是 通 过间 断加料和 出铁方 式满足连续 生产 ; 高炉一炼钢 : 高炉铁水呈 液 态 , 温度 高 , 有温度 损 失 , 仍 需 依 靠铁路运输 , 其衔接 、 匹 配尤 为重要 , 需 以间 歇 化的作业形式 , 达到 物流过程连续化 的本质 . 连 续 /准连续化 使得过程物流衰减最 小 ; 过 程温度 起 伏最 小 ; 过程 时 间及过程 存量最 小 . (4 ) “ 分层式 ” 总 图布 置 `叼 . 烧结一高炉 : 1 台 烧结机与 1 座 高炉 的生产 能力基本 相等 , 每种 物料有相 应的 皮带运输 , 运输线路专业 ; 高炉一 转炉 : 1 座 高炉 与 1 座 转炉 的 生产能力 基本相 等 , 铁 水运输路线 稳定 、 专 业 . 总 之 , 从物流运行 轨迹和 物 流量平衡 角度 , 烧 结机一高炉一转炉 呈 “ 1一 1一 1 ” 布置 . “ 分层 式 ” 布置使得所有物料 在 “ 层 ” 内流动 , 只 有 在非常 时期才可 以在 “ 层 ” 间流动 且量小 , 使得物料运输距离最短 , 运输功 最 小 . ( 5) “ 活套 ” 工 程 「, ,发展 . 由 于 生 产过程 的复 杂 性 、 多工 序 、 温度 高等特 点 , 流程连 续化 的发 展不 能追 求直 流贯通式 的连续 , 而 是 在各工 序 间歇 /准连续的 作业形式上 , 通过一 系列 柔性 “ 活 套 ” 为 手段 使物流在 时间 节奏上协 调 、 适应 、 匹 配 ; 物质量上转 换 、 传递 、 衔接 、 匹 配 ; 温度和 能 量上转变 、 传递 、 衔 接和 节 约 ; 传输方 向和 方式 的调 整 、 衔接 和 优化等 . 3 结 论 ( 1) 高炉 一转炉 区 段 由 “ 叠 加 一 蔓延 ” 向 “ 临 界 一紧 凑一连续 ” 3[] 发 展 . (2 )连 续/准连续过程提高 了生产效率 . 连续 / 准连续过程愈 完善 , 工序 重迭数 愈 多 , 促使生产 过程各个 工 序合 并在 同一 时 间段 内进行 , 可使 产 品 生产 周 期缩短 . (3) 各个工 序同 步动 作 需 重视 “ 活套 ” 工 程发 展 , “ 活 套 ” 容量 由各 工序 设备可 靠性 决定 . (4 ) 生 产能 力 提 高不 仅在 于 增加规模 , 更 重 要 的是提 高物流 “ 速率 ” , 减 少物 流 “ 滞 留时间 ” . 将物流 分层 , 使 其在 “ 层 ” 内流动 是 防止物 流阻 塞 , 充分发挥主 体工 序能力的 方法之 一 物流速 率提高 , 可降低各种单位消耗 , 减少流动资金 占 用 量 . 参 考 文 献 1 殷 瑞钮 . 冶 金工序 功能 的演进和 钢厂 结构 的优 化 . 金 属学 报 , 1 9 9 3 , 2 9 ( 7 ) : 2 5 9 2 殷 瑞饪 , 钢 铁制 造过 程的 多维物 流控 制系 统 . 金属 学 报 , 1 9 9 7 , 3 3 ( l ) : 2 9 3 殷 瑞任 . 钢厂 模式 的实质 和 工程逻 辑 . 钢 铁 , 19 95 , 30 ( 6 ) : l 4 余洁 . 铁 水 的经济 搬运 ` 钢 铁厂 设计 , 19 98 (:4) 46 nA a ly s i s o f M a s s F l o w P r o c e s s i n ht e Z o n e o f B l a s t F unr a e e a n d C o n v e rt e r LI U 九轰之o li n , 兀叨N N d iy u a n , 刃U A’nj u n M e t al l u r g y S e h o o l , U S T B e ij ign , B e ij ign 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T M a s s fl o w P r o e e s s h a s b e e n an a ly s e d i n ht e z o n e o f B l a s t F um a e e an d C o n v e rt e .r T h r e e st a g e s an d tw o k i n d s o f lay o ut h va e b e en P t I t of rw ar d a b o ut ht e d e v e l o Pm e nt o f it . T h e w o rk i n g Por c e d ur e 九n e - t ion s h va e b e e n d i s c u s s e d . T h e e h an g e s o f ht e z on e lay o ut a n d ht e i ln P o rt an c e o f ht e j o in i n g an d m at c ih gn h va e b e e n e lab o r at e d . The ne e e s s ity a n d 11a trU e o n t h e ozn e d ve e lop me nt h a v e b e e n s切m 幻n ar i z e d , K E Y W O R D S ht e z o n e o f b l a s t fu r n a e e an d e o n v e rt e r ; m a s s fl ow ; lay o ut