关键词：工艺流程；工序产能匹配；物流平衡

中图分类号：TF087  文献标识码：A文章编号：1002—1043(2008)03—0021—04

    对于炼钢厂的BOF—LF－CCM流程，3个工序都有可能成为制约整个流程生产顺行的瓶颈，影响流程的实际生产能力^[1]。在不同条件下，同一生产流程的瓶颈可能会发生转移。因此要充分发挥每个工序的生产能力，首先应该分析钢厂生产能力的因素。当然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问题。本文对具体的转炉－LF－连铸机流程，分析三者的实际生产能力，找出流程的瓶颈并提出改进建议。

1  炼钢厂简况

    邢台钢铁有限公司(以下简称邢钢)炼钢厂原有4座48 t转炉，2座48 t LF和4台四机四流150mm×150mm连铸机，分别布置在3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。此跨有90 t／20 t天车4部，备用天车1部。

    邢钢炼钢厂的1号、2号转炉生产品种钢，3号主要生产普碳钢，3号转炉必要时也为1号LF供应钢水，4号转炉只生产普碳钢。现有的炉机对应方式基本为1机对1炉生产，如图1所示。

2006年为更好组织生产，计划在修包区右方建立5号连铸机，暂定为4机4流150mm×150mm铸机，建成之后3、4和5号连铸机只开其中两台，第三台作为备用。其中3号连铸机性能相对较差，因此理想情况是启用4号和5号连铸机。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号BOF→2号LF→4号CCM和2号BOF→1号LF→5号CCM两条生产线中钢包的运行路线，后文中5号连铸机生产数据参照4号连铸机。

    由于1号和2号连铸机用于生产普碳钢，与转炉的匹配方案在文献[2]中已经分析，所以本文以下将对LF、新增的5号连铸机以及原有的3号、4号连铸机产能进行研究，对邢钢炼钢厂生产过程时间(工序作业时间)进行解析和对炼钢厂生产能力进行计算，提出适应邢钢的BOF—LF—CCM配置方案。

2  炼钢厂生产能力分析

    炼钢厂生产能力的分析，就是对钢铁制造过程中物质流的3个基本参数(时问、温度和物质量)中的物质量进行分析，剖析转炉、LF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，见式(1)^[3]：

式(1)中：为转炉平均生产能力，t/a；Q_BOF为转炉平均每炉出钢量，t；η_BOF为转炉的日历作业率，％；τ_BOF为转炉的冶炼周期，min。

    由式(1)可以确定1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号转炉为2005年1 2月下旬投产，不计人统计数据)。

    根据表1中的数据可得出，邢钢转炉炼钢厂1号转炉生产能力为75．15万t／a；2号转炉生产能力为83．43万t／a；3号转炉生产能力为83．3 5万t／a。4号转炉与3号转炉均以生产普碳钢为主，参照3号炉产能水平，则转炉工序年产能力可达到325万t以上。其中1号、2号转炉合计产量为158．68万t／a。

    2006年1号、2号转炉生产品种钢，分别与2座LF，2台连铸机形成“一对一”的匹配模式。在现有条件下，1号、2号转炉产能和节奏的均衡是十分必要且有意义的。

2．2  LF精炼工序产能解析

    LF年产能力计算公式，见式(2)^[3]：

LF精炼处理周期，min；Q_LF为LF平均每包钢水量，t；τ_LF为LF作业率，％。

    邢钢LF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LTl(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，进人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。

    通过对邢钢LF精炼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2。其中喂丝时间一般为2 min左右，通常归人副工位处理时间(软吹时间)。

    对表2的分析，其中LF工序各操作时间的

样本容量均为175个。虽然邢钢LF总处理时间较长，达到了5 2 min，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LTl等待位、LT2软吹位可并行作业，且τ_LTl+τ_LT2＜r_LF，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^[4]。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，这样可以加强LF对BOF→LF→CC流程的缓冲能力，为提升炼钢厂的生产能力创造条件。

    在现有的生产条件下，邢钢1号LF精炼工位净处理平均时间为30．0 rain．，2号LF精炼工位净处理平均时间为34．0 rain(受处理钢种的影响)。2005年采用1号转炉供应两座LF的方式，造成LF作业率偏低，仅为46％左右，严重限制了LF的产量，两座LF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号转炉对应2号LF和2号转炉对应1号LF，可以极大的提高LF的生产效率，增加品种钢产量。若2006年LF作业率以80％计，1号、2号LF处理能力分别为67．28万t／a、5 9．36万t／a，LF工序总能力达到126．64万t／a；若作业率以90％计，1号、2号LF处理能力分别为75．69万t／a、66．78万t／a，LF工序总能力达到。1 42．47万t／a。

2．3  连铸工序产能解析

    连铸机年产钢坯的能力(不考虑连浇)，计算

方法如式(3)^[3]：

   式(3)中，为连铸机的生产能力，t/a；n为连铸机的流数；S_b为连铸坯的断面面积，m2；Vs为连铸机的拉速，m／min；η_CCM为连铸机的日历作业率，％；ρ为带液芯钢坯的密度，取7．7 t／m³；B为从合格钢水到合格铸坯的收得率，一般取98％；

    由式(3)可以确定1台四流。150 mm×150mm小方坯连铸机的生产能力与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3。

    结合以上数据，邢钢炼钢厂1、2、3和4号连铸机的产能分别为：68．85万t／a、73．3 8万t／a、53．96万t／a和56．03万t／a。由以上计算可知，若该厂以其目前水平运行，则其2006年连铸工序产能达252．22万t，／a，其中用于生产品种钢的3号、4号机产能之和为109．99万t／a，在5号连铸机投产后替代3号连铸机，达到与4号相同的生产水平，则4号和5号连铸机的生产能力可达112．06万t。

3  BOF－LF－CCM产能匹配分析

    对邢钢炼钢、LF、连铸工序的生产能力进行对比，在1号BOF→2号LF→3号CCM和2号BOF→1号LF→4号CCM两条生产线中，其中1号、2号转炉合计产量为。158．68万t／a，LF作业率以80％计，1号、2号LF处理能力合计为126．64万t／a，3号、4号连铸机产能合计为109．99万t／a。可见工序产能为：转炉＞LF＞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。由公式(3)可知，铸坯规格一定时提升连铸机产量方法有：提高作业率、提高拉速和增加流数^[4]。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，如将150 mm×150mm改造为150mm～165mm，但这种方法还要考虑后续工序——轧机的生产要求，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“一对一”模式，1座转炉对1台连铸机，从作业时间平衡角度分析，转炉作业率为92％，平均冶炼周期为29．3 min，若连铸机浇铸周期为28 min，则连铸机作业率应为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％，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，作业率80．84％，两台连铸机最大生产能力为126．97万t／a，小于1号和2号转炉的产量；如将拉速提升到2．47 m／min，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，因此应对现有的工艺技术进行改进并调整钢液浇铸温度。

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工序产能平衡需求，通过图3的分析，在现有生产节奏中，转炉冶炼周期29．3 min，LF精炼周期32．0min(双工位1号和2号LF加热时间的平均值)，连铸机在拉速1．91 m／min(3号和4号连铸机拉速平均值)时的浇铸周期36．3 min下，将3号、4号和5号连铸机改建或建为5流，可以解决连铸与转炉产能不匹配的问题。

    如将4号和5号连铸机改造(建成)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、控制浇铸温度、提高拉速等，可更好地匹配连铸机与转炉的产能。

3．4  分析总结

    邢钢2006年生产中，连铸机浇铸温度控制不够严格，造成连铸机拉速较低，不能适应生产需要。因此应首先控制钢水浇铸温度，以保证合适的拉速^[6]，否则需要采用增加流数等方法提升连铸机产能。

    分析提升连铸机产能常用的3种方式，其中增加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，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，需要综合考虑多种因素，在效果和成本上进行平衡。

    连铸机产能满足流程需求后，流程的瓶颈就转移到LF，LF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^[6]，最终达到转炉流程整体产能的优化，以发挥LF在时问、温度上的缓冲作用。

    上述研究结果受到工厂的关注，并对原有改造方案进行调整，其中将5号连铸机建成280mm×325 mm的4流大方坯连铸机，使得工序产能匹配。

4  结  论

    通过对邢钢48 t转炉与双工位的LF以及与4流、5流、6流高效连铸机采用“一对一”模式匹配的研究表明：

    (1)转炉与LF的周期比较接近，周期比值：30．59(1号转炉)／34．00(2号LF)≈0．90；28．08(2号转炉)／30．00(1号LF)≈0．94；因此邢钢转炉与LF“一对一”基本上可以满足现有生产需求。

    (2)48 t转炉与4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)；与5流高效连铸机匹配，可形成较为合理的组合；与6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。