·738· 北京科技大学学报 2005年第6期 厂在四个工厂当中系统运行是效率最低的，这充 的因素，可以推断G厂在四个高效连铸工厂中该 分说明G厂的车间布置不合理，亟需改进， 项指标的控制水平最低.因而，可以说G厂“柔性 针对G厂的情况，经过多次调研，提出在喂 组元”的调整范围是最大的.从“刚性组元”一 丝吹氩工位建一条空钢包过垮轨道，实行满包、 炼钢工序看，“转炉出钢一出钢时间”项减去“1炉 空包运行的“双轨制”，加速钢包运转，缩短钢水 钢治炼过程时间”项可得冶炼2炉钢之间的间隔 输送时间，使得车间平面布置向合理方向改进， 时间，即空炉时间，结果由长至短依次是：G厂 此项建议已被采纳， 360sS厂305s,J厂179s,B厂76s:从“刚性组 32工序缓冲趋向合理、有效 元”一连铸工序的钢水等待开浇时间看，G厂 文献[7刀指出，现代化的钢厂可视为由“刚性 为390s,J厂是456s,B厂为375s,S厂是119s,G 组元”和“柔性组元”组成的协调系统.在系统实 厂该项时间长度在四个厂中居次席.可见，G厂 际运行过程中，由于不同类型“刚性组元”的“弹 中“刚性组元”的“弹性”也是较大的.在当时开展 性”值不同，不同类型“柔性组元”的极限值不同， 物质流控制研究之前，G厂的生产模式是三炉- 并且各类前后衔接工序的衔接匹配关系不同，因 两机并有少量模铸，后来在高效连铸技术的开发 而这类系统在运行方式上将会表现出不同类型 过程中于1997年底实现了三炉-两机的全连铸生 的“弹性链/半弹性链”谐振状态.系统的“柔性组 产，然而其转炉与连铸机生产节奏明显不协调， 元”是相对于“刚性组元”而言的，其一方面在生 因此出现了上述“柔性组元”的“大调整”和“刚性 产过程中具有“刚性组元”的弹性特征，另一方面 组元”的“高弹性”非稳定谐振状态，应该说，这种 其物质流基本参数的波动范围往往明显大于前 “柔性组元”的“大调整”和“刚性组元”的“高弹 后相邻工序，因此，作为“柔性组元”在生产过程 性”在纵向上对于G厂系统的衔接、匹配、优化、 中对“刚性组元”的功能还具有“缓冲”、“分担”、 升级起到了有效的“缓冲”作用.然而同其他三个 “调整”乃至“取代”等作用.由于系统运行过程中 高效连铸钢厂的横向比较中可知，G厂的“缓冲” “刚性组元”之间的相互衔接往往处于非理想“设 尚不尽合理，还存在很大的优化“空间”.迫切需 计”的状态，工序在时间、温度、物质量等参数上 要在生产模式的优化中，实现“缓冲”的进一步合 总会存在一定的误差，因为“柔性组元”的存在可 理有效、系统运行的进一步优化， 以协调“刚性组元”之间的部分误差，而组元自身 3.3工序运行趋向高效、优化 又可以自我消化其他的误差.“柔性组元”的缓冲 由图1(b)知，对于优化系统，或者说系统在 作用是通过对时间、温度、物质量等参数的调节 “自上而下”的优化过程中，“上一层”的优化会从 实现的，具体的方式与方法均不同.如LF通过精 根本上“指导决定”“下一层”的优化.就炼钢厂 炼处理时间来调节时间参数，通过升温功能调节 系统而言，生产模式优化后，炉机对应关系明确， 温度参数；连铸机冷床通过增加其长度、宽度扩 工艺路线清晰，系统在运行过程中的工序关系简 大铸坯容量来调节物质流量.“刚性组元”和柔性 单化，工序之间衔接、匹配、协调、组织大大优化， 组元的“弹性”作用是根据工序/装置的功能来调 时间、温度、物质量三个基本参数在生产过程中 节和适应的.依据前文对生产模式在炼钢厂系统 表现为生产节奏稳定、过程温降合理、产能均衡 运行过程中的地位与逻辑关系的论述，对于优化 对应.因此，要充分发挥连铸工序的重要作用，逐 系统而言，当生产模式优化以后，必然会推进生 步实现铸机运行的高速化，以此向前推动转炉运 产过程的衔接匹配，协调优化工序之间的关系， 行的高效化，向后提高轧钢机作业的连续性，不 提高系统的运行效率. 断优化整个钢铁制造系统的运行过程，并实现钢 根据上述分析来讨论G厂工序缓冲问题.二 厂规模合理、结构优化、清洁生产和可持续发展. 次冶金工序是炼钢一连铸生产流程当中的“柔性 针对G厂生产模式的优化及其效应简要描 组元”.由研究可知，G厂在该环节中钢水处理 述如下： 毕等待天车吊运时间是139$，在四个高效连铸工 (I)生产模式的对比分析.G厂未开展运行控 厂中是最长的：从炼钢一连铸过程等待时间占整 制之前，其生产模式如图2所示，三座转炉向2台 个生产过程时间的比例，G厂为14.7%，比B厂和 连铸机平均分配式的供应钢水.1号铸机实现高 J厂高1.7%，比S厂少0.8%，若考虑转炉公称吨位 效连铸后，经对炼钢厂运行控制进行研究，提出73 8 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 5 年 第 6 期 厂在 四个 工厂 当 中系统运 行是 效率 最低 的 , 这 充 分说 明 G 厂 的车 间布 置 不合 理 , 亚 需 改进 . 针 对 G 厂 的情 况 , 经 过 多次 调研 , 提 出在 喂 丝 / 吹氢工 位建 一 条空 钢包 过垮 轨 道 , 实行 满包 、 空包 运 行 的 “ 双 轨 制 ” , 加 速钢 包 运转 , 缩 短钢 水 输送 时 间 , 使 得 车 间平面 布 置 向合 理方 向改进 , 此 项 建 议 已 被采 纳 . 1 2 工 序 缓冲 趋 向合理 、 有效 文献 7[ 〕指 出 , 现代 化 的钢 厂 可视 为 由 “ 刚性 组元 ” 和 “ 柔 性组 元 ” 组成 的协调 系统 . 在 系统 实 际运 行 过程 中 , 由于 不 同类型 “ 刚性 组元 ” 的 “ 弹 性 ” 值不 同 , 不 同类 型 “ 柔性 组元 ” 的极 限值 不 同 , 并且各 类 前后 衔接工序的衔接 匹配关系 不 同 , 因 而 这 类 系统 在 运 行 方式上 将会表现 出不 同类 型 的 “ 弹性链 /半 弹性 链 ” 谐 振状 态 . 系统 的 “ 柔性 组 元 ” 是相 对 于“ 刚性 组元 ” 而 言 的 , 其一 方 面在 生 产过 程 中具有 “ 刚 性组元 ” 的弹性 特征 , 另 一方 面 其 物 质 流 基本 参 数 的 波动 范 围往往 明显 大 于前 后 相邻工 序 . 因此 , 作 为“ 柔 性组 元 ” 在 生产 过程 中对 “ 刚 性组 元 ” 的功 能还 具有 “ 缓冲 ” 、 “ 分担 ” 、 “ 调整 ” 乃 至“ 取 代 ” 等 作用 . 由于系 统运行 过程 中 “ 刚性组 元 ” 之 间的相 互衔接 往往 处于 非理想 “ 设 计 ” 的状态 , 工 序在 时间 、 温 度 、 物质 量 等参 数上 总 会存 在一 定 的误差 , 因为“ 柔性 组元 ” 的存 在可 以协 调“ 刚性 组元 ” 之 间 的部分 误差 , 而 组元 自身 又可 以 自我消 化其他 的误 差 . “ 柔 性组 元 ” 的缓 冲 作用 是通 过 对 时 间 、 温 度 、 物 质 量等 参 数 的调节 实现 的 , 具体 的方式 与 方法 均不 同 . 如 L F 通 过精 炼处理 时 间来 调节 时 间参数 , 通 过升 温 功能调 节 温度 参 数 ; 连 铸机 冷床 通 过 增加 其长 度 、 宽度扩 大铸坯 容量 来调 节物质流 量 . “ 刚 性组元 ” 和 柔性 组 元 的“ 弹性 ” 作 用是 根 据工 序 /装置 的功 能 来调 节和 适应 的 . 依 据前 文对 生产模 式 在炼钢 厂 系统 运行 过程 中的地位 与逻 辑关 系 的论述 , 对 于优 化 系统 而 言 , 当 生产 模式 优 化 以后 , 必 然会推 进 生 产 过程 的衔接 匹 配 , 协 调 优化 工序 之 间 的关 系 , 提 高系 统 的运 行效 率 . 根据上述 分 析来讨 论 G 厂工 序缓 冲 问题 . 二 次冶金工序是炼 钢一连铸生 产流程 当 中的 “ 柔性 组 元 ” . 由研 究可 知 〔l] , G 厂在 该 环节 中钢 水 处理 毕 等待 天车 吊运 时 间是 139 5 , 在 四个高效连铸 工 厂 中是 最长 的 : 从炼钢 一连 铸 过程 等待 时间 占整 个 生产 过 程 时间 的 比例 , G 厂 为 14 .7 % , 比 B 厂 和 J厂 高 1 . 7% , 比 S 厂少 .0 8% , 若 考虑转 炉 公称 吨位 的 因素 , 可 以推 断 G 厂 在四个 高效 连铸 工 厂中 该 项指标 的控制 水平 最低 . 因而 , 可 以说 G 厂 “ 柔 性 组元 ” 的调 整 范 围是 最 大 的 . 从 “ 刚 性组 元 ” 炼钢 工序 看 , “ 转 炉 出钢一出钢 时 间 ” 项减 去 “—l 炉 钢 冶炼 过程 时 间 ” 项可 得 冶炼 2 炉钢 之 间 的间 隔 时 间 , 即 空炉 时 间 , 结 果 由长至 短 依次 是 : G 厂 3 6 0 5 , S 厂 3 0 5 5 , J 厂 1 79 5 , B 厂 7 6 5 ; 从 u 刚性 组 元 ” — 连 铸工序 的钢 水等 待 开浇 时 间看 , G 厂 为 3 9 0 5 , J 厂 是 4 5 6 5 , B 厂 为 3 75 5 , S 厂 是 1 19 5 , G 厂 该项 时 间长 度在 四个 厂 中居 次席 . 可 见 , G 厂 中 “ 刚性 组元 ” 的 “ 弹性 ” 也是较大的 . 在 当 时开展 物质 流 控制 研 究之 前 , G 厂 的 生产 模式 是 三炉一 两机 并有 少量 模铸 , 后 来在 高效 连铸 技术 的 开发 过 程 中于 1 997 年底 实现 了三 炉一两机 的全 连铸 生 产 , 然 而其 转炉 与连 铸 机 生产 节 奏 明显 不协 调 , 因此 出现 了上 述 “ 柔性 组元 ” 的 “ 大 调整 ” 和 “ 刚性 组元 ” 的 “ 高弹性 ” 非稳 定谐 振状 态 . 应该 说 , 这 种 “ 柔 性 组元 ” 的 “ 大调 整 ” 和 “ 刚性 组 元 ” 的 “ 高 弹 性 ” 在 纵 向上对 于 G 厂 系统 的衔接 、 匹配 、 优 化 、 升 级起 到 了有效 的 “ 缓 冲 ” 作用 . 然 而 同其他 三个 高 效连铸 钢 厂 的横 向比较 中 可知 , G 厂 的 “ 缓冲 ” 尚不 尽合 理 , 还 存在 很 大 的优 化 “ 空 间 ” . 迫切 需 要在 生产模 式的优化 中 , 实现 “ 缓冲 ” 的进 一步 合 理 有 效 、 系 统运 行 的进 一 步优 化 . 1 3 工 序运 行 趋 向高效 、 优 化 由 图 l (b) 知 , 对 于优 化系 统 , 或 者说 系统 在 “ 自上而 下 ” 的优化 过程 中 , “ 上 一层 ” 的优 化会 从 根 本 上 “ 指导 /决定 ” “ 下 一层 ” 的优 化 . 就炼 钢 厂 系统 而 言 , 生产模 式优 化后 , 炉 机对 应关 系 明确 , 工 艺路线 清 晰 , 系 统在 运行 过程 中的工序 关 系简 单化 , 工序之 间衔接 、 匹配 、 协 调 、 组 织大大 优化 , 时间 、 温 度 、 物质 量三 个 基本 参 数在 生 产过 程 中 表 现 为生 产节 奏 稳 定 、 过程 温 降合 理 、 产 能 均衡 对应 . 因此 , 要充 分发 挥连 铸工 序 的重要 作用 , 逐 步 实现铸机 运 行 的高速 化 , 以此 向前 推动 转炉运 行 的高效 化 , 向后提 高轧钢 机 作业 的连续 性 , 不 断 优化整 个钢 铁制 造 系统 的运行 过 程 , 并实现 钢 厂规 模合 理 、 结构优 化 、 清 洁生 产和 可持 续发展 . 针 对 G 厂 生产模 式 的优化 及 其效 应 简要 描 述 如 下 : ( l) 生 产模 式 的对 比 分析 . G 厂未 开 展运 行控 制 之前 , 其 生产 模式 如 图 2 所 示 , 三 座转 炉 向 2 台 连 铸机 平 均分 配 式 的供应 钢 水 . 1 号 铸机 实 现 高 效 连铸 后 , 经 对炼 钢 厂运 行 控制 进 行研 究 , 提 出