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邢钢BOF—L F—CCM工序产能匹配研究
发表时间:[2008-06-30]  作者:尹 佳,刘 青,田新中,胡黎宁  编辑录入:admin  点击数:11775

  要:在研究邢钢转炉炼钢厂现行生产运行状况的基础上,从物质量基本参数出发,对转炉炼钢生产流程中转炉、LF、连铸机产能进行了分析,对流程的匹配模式进行了探索。

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:10021043(2008)03002104

    对于炼钢厂的BOFLFCCM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448 t转炉,248 t LF4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 t20 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1LF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44150mm×150mm铸机,建成之后345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1BOF2LF4CCM2BOF1LF5CCM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BOFLFCCM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。

21  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;QBOF为转炉平均每炉出钢量,tηBOF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20051 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7515ta2号转炉生产能力为8343ta3号转炉生产能力为833 5ta4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325t以上。其中1号、2号转炉合计产量为15868ta

    20061号、2号转炉生产品种钢,分别与2LF2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。

22  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,minQLFLF平均每包钢水量,tτLFLF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τLTlLT2rLF,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LFBOFLFCC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1LF精炼工位净处理平均时间为300 rain.,2LF精炼工位净处理平均时间为340 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73t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2LF2号转炉对应1LF,可以极大的提高LF的生产效率,增加品种钢产量。若2006LF作业率以80%计,1号、2LF处理能力分别为6728ta5 936taLF工序总能力达到12664ta;若作业率以90%计,1号、2LF处理能力分别为7569ta6678taLF工序总能力达到。1 4247ta

23  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;Sb为连铸坯的断面面积,m2Vs为连铸机的拉速,mminηCCM为连铸机的日历作业率,%;ρ为带液芯钢坯的密度,取77 tm3B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20064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1234号连铸机的产能分别为:6885ta733 8ta5396ta5603ta。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25222t,/a,其中用于生产品种钢的3号、4号机产能之和为10999ta,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11206t

3  BOFLFCCM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1BOF2LF3CCM2BOF1LF4CCM两条生产线中,其中1号、2号转炉合计产量为。15868taLF作业率以80%计,1号、2LF处理能力合计为12664ta3号、4号连铸机产能合计为10999ta。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150mm165mm,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。

31  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293 min,若连铸机浇铸周期为28 min,则连铸机作业率应为879%。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。

32  从连铸机拉速角度分析

邢钢连铸机品种钢拉速最大值为22 mmin,作业率8084%,两台连铸机最大生产能力为12697ta,小于1号和2号转炉的产量;如将拉速提升到247 mmin,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。

33  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293 minLF精炼周期320min(双工位1号和2LF加热时间的平均值),连铸机在拉速191 mmin(3号和4号连铸机拉速平均值)时的浇铸周期363 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)5流,其生产能力与转炉的匹配系数可以从4流的0792提升到0990,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。


34  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LFLF产能与转炉相差较小,其生产能力与转炉的匹配系数为0916,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 mm4流大方坯连铸机,使得工序产能匹配。

4   

    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:3059(1号转炉)3400(2LF)0902808(2号转炉)3000(1LF)094;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222 mmin);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。

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