初轧厂钢锭加热和轧制过程的系统仿真研究.pdf_大学文库

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1983.04.004 北京钢铁学院学报 1983年第4期初轧厂钢锭加热和轧制过程的系统仿真研究热能工程系高仲龙· 计算中心李秀山摘要本文以某初轧厂一个月实际生产的调度和现场记录数据为依据，建立了生产过程系统仿真的数学模型，利用这些模型在计算机上对初轧厂钢笑加热和轧制过程进行多火仿真试验和过程研究，为现场的生产调度和管理等技术人员提供决策依据，也可供过程控制等系统研究人员参考。一、前言初轧厂是钢铁企业的一个重要生产环节，均热车间又是整个初轧厂的咽喉，它连接着间断生产的炼钢工序和连续生产的轧钢工序。在其间不仅起缓冲调节作用，而且对整个初轧厂的产量和产品质量及收益多少都起着重要的作用，如能加强管理，有效的利用设备，合理的调度生产将对现场生产面貌和能耗的节约产生积极影响。为此，利用离散型仿其语言GPSS(GENERAL PURPOSE SIMULATION SY.- STEM)对某初轧厂钢锭加热和轧制生产过程进行了初步仿真研究。一个系统在通常情况下，要经常受到系统外界因素变化的影响，这些发生于系统外部的变化统称为在系统环境中发生的变化。在建立系统模型时，很重要的一步是根据研究目的确定要仿真的系统和系统环境之间的界限。这里把均热和轧制两个工序作为研究对象，或称仿真系统，就是说要仿真的系统是由均热和轧制两个分系统构成，其它工序都看成是系统环境。二、仿真系统的工艺概述均热分系统中，共17个炉坑，一般只开14个左右，输入该分系统的钢锭为8.5吨沸腾钢和9,85吨镇静钢，冷锭来自冷锭库，并且是随时可取的，热锭来自炼钢厂，从钢水出炉到钢锭运到初轧厂，中间要经过镇静、脱模等多道工序，工序之间的传送还要受到各种随，二分校8艺级串业生医和群、郭长河同学参加了研究工作。 37

北京俐铁举眺举报，牟结翔初轧厂 ‘ 钢锭加热和轧制过程的系统仿真研究热能工程系计算中心高仲龙李秀山摘要本文以某初札厂一个月实际生产的调度和现场记录数据为依据，建立了生产过程系统仿真的数学模型，利用这些模型在计算机上时初札厂钢仗加热和札制过程进行多次仿真试验和过程研究，为现场的生产调度和管理等技术人负提供决策依据，也可供过程控制等系统研究人员参考启斤心牙一、目幼巨初轧厂是钢铁企业的一个重要生产环节，均热车间又是整个初轧厂的咽喉，它连接着间断生产的炼钢工序和连续生产的轧钢工序。在其间不仅起缓冲调节作用，而且对整个初车厂的产量和产品质量及收益多少都起着重要的作用，如能加强管理，有效的利用设备，合理的调度生产将对现场生产面貌和能耗的节约产生积极影响。为此，利用离散型仿真语言对某初轧厂钢锭加热和轧制生产过程进行了初步仿真研究。一个系统在通常情况下，要经常受到系统外界因素变化的影响，这些发生于系统外部的变化统称为在系统环境中发生的变化。在建立系统模型时，很重要的一步是根据研究目的确定要仿真的系统和系统环境之间的界限。这里把均热和轧制两个工序作为研究对象，或称仿真系统，就是说要仿真的系统是由均热和轧制两个分系统构成，其它工序都看成是系统环境。二、仿真系统的工艺概述均热分系统中，共个炉坑，一般只开个左右，输入该分系统的钢锭为吨沸腾钢和吨镇静钢，冷锭来自冷锭库，并且是随时可取的，热键来自炼钢厂，从钢水出护到钢锭运到初轧厂，中间要经过镇静、脱模等多道工序，工序之间的传送还要受到各种随二分校“ 级毕业生匡和群、郭长河同学参加了研究工作。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1983．04．004

机因素的影响，所以火车运到初轧厂的热锭，可能是每批一炉，也可能是每批儿炉，而每批之间的时间间隔是随机的。由于钢锭的传搁时间不同，到达均热车间的温度也有所差异。同时由于炼钢转炉钢水量不一致，所以每炉钢水浇注的钢锭块数不完全相同。当一批热锭到达均热分系统时，若有空坑处于待料状态，可即时进行装炉，以提高钢锭入炉温度，诚少热量损失，缩短烧钢时间。可以节约能耗，提高产量和质量。现场规定对700°C以上的热锭优先装炉，即在同一批中有2炉以上的热锭时，先装温度高的。钢锭到达均热分系统后，如果没有空坑，·则需要等待，即出现待装现象，使钢锭温度下降，造成热量损失。钢锭从入炉到出炉的在炉时间，要根据钢锭入炉时的温度、锭数、锭型、炉温、初始煤气量等因素来确定，现场主要用的是快速烧钢法。当均热炉出现空坑，且预计在相当长的时间内没有热锭到达，则从冷锭库调入冷锭装炉。钢锭在均热炉炉坑经过加热、均热等过程，达到轧制标准后，即可准备出炉。这时，如果轧机正好处于可用状态，而又没有其它炉坑在出钢，就即刻出钢，如果这两个条件不具备，已烧好的钢就要处于待轧状态。如果有多炉钢锭待轧时，一旦可以出炉轧制，则高碳钢锭优先出护。当炉坑连续烧钢达一定炉数时，需进行空炉化炉底，进行液体出渣，化炉时间一般为 2小时。均热分系统的输出是钢锭出炉，又做为轧制分系统的输入，钢锭出炉是用钳式吊车将钢锭吊出放在送锭车上，一般一次一块，送锭车将烧好的钢锭送到轧制辊道，经回转台进入轧机轧制。一般钢锭从出炉到轧制中间传送时间为1.5分钟。每块钢锭的轧制时间，经实地考察可以认为是服从均匀分布的。轧制的钢坯进精整车间，即从轧制分系统输出。在轧制分系统中，需大量辅助设备的支持才能维持正常运行。因此，当某些辅助设备出现机械、电气故障或操作事故时，轧制就要中断，直到故障排除，才能重新运行。当均热分系统不能对轧机连续不断地供给烧好的钢锭，轧机就要处于待热状态。轧制分系统是三班连续生产，每次交接班要设备检查半小时，所以每班轧机可轧制时闻最多七个半小时。综上所述，可得到图1所示的仿真工艺流程。其中，钢锭的到达是本系统的环境，均热和轧制是本系统的主要过程，待料时间、待装时间、待热时间、待轧时间和等待热装时间在整个系统中是一些中间变量。对这样的系统，就目前来讲，怎样把随机的间断到达的钢锭，经均热过程的合理调节后连续不断的对轧机喂钢，使轧机在设备能力允许的前提下有节奏的生产，从而节约能耗，保证计划产量，提高产品质量，这对生产是很有意义的。 38

机因索的形响，所以火车运到初轧广的热键，可能是每批一炉，也可能是每批几护，而每批之间的时间间隔是随机的。由于钢锭的传搁时间不同，到达均热车间的温度也有所差异。同时由于炼钢转炉钢水量不一致，所以每炉钢水浇注的钢锭块数不完全相同。当一批热锭到达均热分系统时，若有空坑处于待料状态，可即时进行装护，以提高钢锭入护温度，减少热量损失玉缩短烧钢时间，可以节约能耗，提高产量和质量。现场规定对以上的热锭优先装炉，即在同一批中有炉以上的热锭时，先装温度高的。钢锭到达均热分系统后，如果没有空抵则需要等待，即出现待装现象，使钢锭温度下降，造成热量损失。钢键从入炉到出炉的在炉时间，要根据钢锭入炉时的温度、锭数、锭型、炉温、初始煤气量等因素来确定，现场主要用的是快速烧钢法。当均热炉出现空坑，且预计在相当长的时间内没有热锭到达，则从冷锭库调入冷锭装炉。钢锭在均热炉炉坑经过加热、均热等过程，达到轧制标准后，即可准备出炉。这时，如果轧机正好处于可用状态，而又没有其它炉坑在出钢，就即刻出钢，如果这两个条件不具备，已烧好的钢就要处于待轧状态。如果有多炉钢锭待轧时，一旦可以出炉轧制，则高碳钢锭优先出炉。当炉坑连续烧钢达一定炉数时，需进行空炉化炉底，进行液体出渣，化炉时间一般为小时。均热分系统的输出是钢锭出炉，又做为轧制分系统的输入，钢锭出炉是用钳式吊车将钢锭吊出放在送锭车上，一般一次一块，送锭车将烧好的钢锭送到轧制辊道，经回转台进入轧机轧制。一般钢锭从出炉到轧制中间传送时间为。分钟。每块钢锭的轧制时间，经实地考察可以认为是服从均匀分布的。轧制的钢坯进精整车间，即从轧制分系统输出。在轧制分系统中，需大量辅助设备的支持才能维持正常运行。因此，当某些辅助设备出现机械、电气故障或操作事故时，轧制就要中断，直到故障排除，才能重新运行。当均热分系统不能对轧机连续不断地供给烧好的钢锭，轧机就要处于待热状态。轧制分系统是三班连续生产，每次交接班要设备检查半小时，所以每班轧机可轧制时间最多七个半小时。综上所述，可得到图所示的仿真工艺流程。其中，钢锭的到达是本系统的环境，均热和轧制是本系统的主要过程，待料时间、待装时间、待热时间、待轧时间和等待热装时间在整个系统中是一些中间变量。对这样的系统，就目前来讲，怎样把随机的间断到达的钢锭，经均热过程的合理调节后连续不断的对车机喂钢，使轧机在设备能力允许的前提下有节奏的生产，从而节约能耗，保证计划产量，提高产品质量，这对生产是很有意义的

五、仿真结果仿真系统的系统模型设定后，确认模型，即验证模型的合理性及适用范围是模型应用的不可缺少的步骤。由于该仿真过程引入了随机因素，所以仿真输出的各种变量都带有一定随机性，为了获得系统的真实值，对各种方案的多次仿真结果，采取消除初始偏置和用分批平均法消除各批数据间的互相关，再用统计方法进行分析求值，从而得出各种系统输出变量的真值，及真值落入给定估值区间的概率。例如按此法得出日轧制吨位的均值为 5452.6吨，轧制吨位的真值以95%的慨率落入(5452.6±10？)吨。同样可确定其它变赴的真值。仿真结果与实际系统的统计数据列表如下：均值项目实际数据仿真结果日轧制产量 5451.3吨 5452,6吨月轧制登 14万吨 14.5万吨轧机作业率 81% 85% 入护祖度 830°C 785C 日故障时间 82.9分钟 79.8分钟月故碑次数 113次 132次 4 每日每炉的空坑时间 107分钟 134分钟通过上述几项主要指标的比较可以看出，仿真的模型系统和实际系统的活动情况基本是一致的。这说明系统模型的结构和有关数学模型的精度是合理的，也证明系统仿真的手段是系统研究和过程研究的有效工具。在系统模型确认后，又设计了各种不同的生产方案，进行了实时仿真，根据仿真结果的分析还可得到如下的结论。 1.实际系统在正常生产时，开14个炉坑，对这样一个系统，不需改变任何设备条件，若将烧冷锭的规定改成空炉待装时间为1.5~2小时就可适时装入冷锭，则空炉时间可大幅度减少，月轧制吨位将增加1.5万吨左右。 2,如果要按实际系统的原产量进行生产，只要稍许改善来锭的温度分布或稍许调整热锭到达的时间间隔，只要开13个炉坑，系统照样能充裕的完成月吨位轧制任务，这样既可减少能源消耗，又威少维修费用。 3.在系统仿真的过程中，可以得到实际系统中没有记录的各种参数和中间变量的数值结果。这些结果可为现场的生产规划、经济预测及进一步优化仿真提供重要的依据。参考文献 [11 G·戈登著杨金标译系统仿真治金工业出版社1982年 [2]离散型乡：2一之日·氵又分4 GPSS入门编HⅡTAC阳和54年 46

五、仿真结果仿真系统的系统模型设定后，确认模型，即验证模型的合理性及适用范围是模型应用的不可缺少的步骤。由于该仿真过程引入了随机因素，所以仿真输出的各种变量都带有一定随机性，为了获得系统的真实值，对各种方案的多次仿真结果，采取消除初始偏置和用分批平均法消除各批数据间的互相关，再用统计方法进行分析求值，从而得出各种系统输出变量的真值，及真值落入给定估值区间的概率。例如按此法得出日轧制吨位的均值为吨，轧制吨位的真值以的概率落入士吨。同样可确定其它变量的真值。仿真结果与实际系统的统计数据列表如下均值项目实际数据仿真结果日车制产皿。 ‘ 。吨。吨月轧制量万吨。万吨轧机作业率人炉温度日故障时间 …一二……亘三二三… 一一竺竺竺一一竺竺一。分钟月故障次数次每日每炉的空坑时间分钟分钟通过上述几项主要指标的比较可以看出，仿真的模型系统和实际系统的活动情况基本是一致的。这说明系统模型的结构和有关数学模型的精度是合理的，也证明系统仿真的手段是系统研究和过程研究的有效工具。在系统模型确认后，又设计了各种不同的生产方案，进行了实时仿真，根据仿真结果的分析还可得到如下的结论。。实际系统在正常生产时，开个炉坑，对这样一个系统，不需改变任何设备条件，若将烧冷锭的规定改成空炉待装时间为小时就可适时装入冷锭，则空炉时间可大幅度减少，月轧制吨位将增加乐万吨左右。如果要按实际系统的原产量进行生产，只要稍许改善来锭的温度分布或稍许调整热锭到达的时间间隔，只要开个炉坑，系统照样能充裕的完成月吨位轧制任务，这样既可减少能源消耗，又减少维修费用。在系统仿真的过程中，可以得到实际系统中没有记录的各种参数和中间变量的数值结果。这些结果可为现场的生产规划、经济预测及进一步优化仿真提供重要的依据。〔 · 戈登著杨金标译」离散型，定二卜一夕月，入门编圣参考文献系统仿真冶金工业出版社年久于人昭和年