炼钢系统流程优化与成本控制

炼钢系统流程优化与成本控制王新江，王三忠，王新志随着冶炼生产技术及控制技术的不断进步，当前炼钢系统是一个集工艺、装备、控制技术、信息技术等于一体的现代化冶炼生产系统。

保证炼钢的物料及能量转化平衡、主要冶炼工序间物流供产及时间平衡是节能降耗的基础，是炼钢系统结构优化和功能优化的目的。

安钢近年来结合自身工艺技术装备水平与产品特色，围绕产品、质量、成本对生产过程管理主要从工艺流、时间流、物质流、信息流四个方面进行了系统优化与不断探索，力求实现炼钢系统的结构优化升级和功能优化升级，最终实现终端产品、质量与成本较佳结合。

1 主要工艺装备主要工艺装备情况见表1。

2 冶炼工序基本生产流程冶炼工序的基本生产流程见图1。

由图1可见，冶炼设备较多，在生产组织过程中各工序间交义作业频繁；同时冶炼钢种主要有碳素结构钢、低合金结构钢、船板钢、压力容器钢、汽车大梁钢、桥梁钢、管线钢、高强度钢、低碳低硅钢、Z向钢、高层建筑钢等。

钢种较多，而对应的规格与性能要求又存在较大差异，故工艺流的选择较为复杂，生产组织较困难，时间流与物质流的平衡性、准确性不易控制。

以下主要从工艺流、时间流、物质流、信息流来说明炼钢系统产品制造过程管理。

3 工艺流工艺流主要指产品制造工艺流程及工艺技术集成，厂家不同其所拥有的工艺装备水平不同，所掌握的工艺技术、面对的终端用户均有所差异。

在选择产品工艺流程及技术集群时，如伺依托现有的工艺装备，充分发挥自身装备优势，并集中优势技术，以较为经济的方式生产出各种性能满足用户需求的产品，是近年来冶金工作者一直致力研究的问题。

该厂近年来围绕用户多样化需求，分钢种、规格对产品工艺流进行了认真梳理与优化，并集中优势技术以稳定产品质量、降低工序能耗，努力实现产品的清洁化生产。

工艺流程的选择将面临着越来越多的可选择性，但如何选择经济的、合理的、符合自身实际的工艺流程则需要考虑更多的工艺因素及技术条件。

该厂在工艺流的选择中遵循以下基本原则：(1)不同钢种可选择不同工艺流程，前提是满足用户要求、兼顾成本；(2)同一钢种考察工艺流程优化与成分体系优化各自对成本与质量的影响，在满足用户质量要求的前提下执行成本最低原则；(3)根据用户规格及性能等要求，可选择不同工艺路线，以稳定质量；(4)分规格细化成分体系，将钢种减量化生产控制细化至同钢种不同规格；(5)在满足用户要求的条件下，实施短流程炼钢，充分利用预脱硫工艺技术。

总之，工艺流优化是保证产品质量，控制生产成本的关键因素。

以60kg级高强钢AH60C为例说明工艺流的选择与控制，用户需求如下。

规格要求：(8000－12000)mm×2600mm×(12－60)mm；表面质量及内部质量要求：表面不得有夹杂、裂纹、气泡、结疤和氧化铁皮压入等，内部不得有分层、夹渣；钢中杂质元素[S]≤0．015％、[P]≤0．020％。

该厂的装备条件：1300t混铁炉1座、150t脱硫站2座、150t复吹转炉3座、150t吹氩站3个、150t LF炉3座、150t VD真空精炼炉1座(双工位)、超宽板坯连铸机1台、炉卷机组等；故可选择的工艺流程：预脱硫→LD→LF→CC→炉卷预脱硫→LD→LF→VD→CC→炉卷。

产品制造周期：从铁水到产品检验完毕，具备发货条件需15天时间。

对钢种进行具体分析：根据以往生产技术数据分析，该产品按同一成分体系生产时，规格≤25mm时屈服强度平均500N／mm2，有30—40N／mm2的富余量，抗拉强度平均630N ／mm2，有50—60N／mm2的富余量，伸长率21％左右，各项性能都有富余量。

但在规格>25mm时屈服强度平均450N／mm2，有10—30N／mm2的富余量，抗拉强度平均580N ／mm2，有10—20N／mm2的富余量，伸长率20％左右。

厚规格产品性能虽然符合标准要求，但富余量不是很大。

分规格优化成分控制体系：≤25mm规格的[V]按0．040—0．060％控制；>25mm规格的[V]按0．070—0．100％控制。

成分优化后存在的问题：采用钒氮合金化时，控制[V]在0．040—0．060％时，钢中[N]含量个足；而[V]在0．070—0．100％时，轧制40—60mm 规格产品时伸长性能不易满足。

工艺流选择：[V]在0．040—0．060％时，选择预脱硫→LD→LF→CC→钢卷工艺流程，LF在钒氮合金化后采用LF底吹氮气工艺增加钢中[N]达到0．0090％以上；[V]在0．040—0．060％时，选择预脱硫→LD→LF→VD→CC→炉卷工艺流程，LF在钒氮合金化后再采用VD去氢保氮工艺，稳定钢中[N]达到0．0100％以上，[H]在0．00015％以下。

通过工艺流的优化，使产品质量在满足用户需求的前提下，合金成本较之前降低综合降低了约20元／t。

4 时间流时间流是在钢种既定的工艺流下，消除不必要的作业时间及非作业时间，提高时间效率，达到各工序间的时间平衡，从而可控制过程热量损失，降低工序能耗。

炼钢系统时间流的优化是以炉机匹配为基础的，保证各工序间交货时间，合理利用生产间隙，做到人工智能与人机交互的灵活运用。

该厂主要通过严格执行冶炼生产时刻表与如何保证执行冶炼时刻表两个方面进行了时间流的控制与优化。

4．1 冶炼时刻表的运行保障条件1)优化炉机匹配，保证各工序工艺时间参数分配的科学性与合理性转炉冶炼周期与对应钢种的精炼周期往往是影响炉机匹配的主要因素，同时在既定钢种、断面及工艺流的前提下，合理选择浇注速度、确定浇注周期是时间流优化的依据与关键。

如通过完善炉料结构、强化供氧强度、优化出钢口设计等将冶炼周期由35min控制在32—33min，同时精炼通过优化铁水条件、提前造渣及优化操作等措施精炼周期由40min控制在35mm以内，则浇钢周期可通过优化拉速缩短至36—38min，若该浇次为15炉连浇，总工序则可节省30—60min。

2)简化生产组织，优化调度职能简化生产组织主要是尽量减少生产过程的交叉作业，尽量实现1炉(转炉)对1机(连铸机)的生产模式；优化调度职能主要是围绕提高作业效率，要求做到生产组织统筹安排、有序执行、时间最短。

3)稳定设备运行，控制非稳态冶炼生产，提高作业效率若在正常的生产过程中设备突发故障影响60min，仅当炉次精炼电耗就约损失18．75kWh／t，约合10．5元／t，若在加上其他动力电、水、煤气、耐材及设备本身的故障等损失，将会更为严重。

故稳定设备运行，强化设备管理，控制非稳态冶炼生产是一项至关重要的工作。

4)标准化作业可稳定冶炼作业，提高钢水冶炼质量标准化作业即把丰富的生产实践经验和现代的生产管理理论相结合，通过制定一套合理、科学、可执行的标准化作业制度，让工人严格按照标准化作业制度进行操作，以达到提高生产效率的目的。

4．2 冶炼时刻表的开发与应用该系统是在借鉴铁路系统的“列车时刻表模式”开发，通过对炼钢区各工序设定基准点，并规定各工序的标准生产节奏，生产组织完全按“冶炼生产时刻表”进行，并将物料实际到达各工序的时刻和完成时刻与计划时刻进行跟踪和对比分析、动态优化，实时、定量显示生产运行与标准化要求的差异，指导现场的生产组织。

同时，在现场生产组织过程中严格执行标准工艺时间(按照分钢种工艺流要求各工序点都有其对应的标准工艺处理周期)、严格按生产时刻表的计划节点组织生产，实现生产均衡、稳定、高效、低耗化生产。

5 物质流物质流主要为实现(铁水+废钢)→(钢水)→(铸坯)流程的收支平衡、物流通畅、能耗最低而进行的流程优化。

在物质流的优化过程中主要通过以下措施进行实施。

1)加料等待时间最短、天车让车次数最少，效率最高天车吊运是一个实时、动态、复杂的调度系统，为此安钢建立天车状态(加料、下包、空载)标识及实时定位系统，根据实际生产状态生产调度依据加料等待时间最短、天车让车次数最少，效率最高，可以实时动态优化天车吊运，以此来降低天车电耗、稳定设备运行寿命，提高天车作业效率。

2)生产路径最短、起吊次数最少根据实际车间布局(各厂均有差别)，选择最短生产流程，控制天车起吊次数是控制生产工序能耗的一项必要措施。

以车间布局为例，1号连铸机与2、3号连铸机分别布置在车间两侧的两个跨间。

1号连铸机生产时优先选择：LD→1号LF→VD→1号CC的生产流程；2和3号铸机生产时优先选择：LD→2或3号LF→1或2号RH→2或3号CC的生产流程。

3)优化炉料结构及复吹效果，降低物料损耗物质流必须控制生产过程的物质损耗，炼钢系统物质损耗的最大环节在于转炉的物料消耗，而物料消耗是建立在物料平衡与热平衡的基础上，故在保证转炉复吹效果的前提下优化炉料结构至关重要。

该厂通过不断进行炉料结构优化，目前钢铁料消耗已达到1050kg／t以下，炉料结构降本较去年约为25元／t。

4)实施天车物流跟踪控制目前天车物流跟踪系统在国内较多厂家成功投入使用，目的是实时反馈各工序的物流控制及消耗情况，为进一步的数据分析及工序指标攻关提供数据支持。

6 信息流信息流主要指数据的采集、传递及便捷的信息沟通。

信息流不仅应用于生产过程数据的管理与分析，同时也是公司信息化平台的基础。

当前信息技术已成为炼钢生产管理系统中不可或缺的一项，对提升管理水平、提高生产效率、实现无纸化办公意义重大。

信息流的管理与优化应形成闭环，从企业资源的综合调配利用→过程工序质量管理→最终产品→用户→用户需求信息及使用质量信息反馈→再到企业资源的调配管理，形成闭环式管理，使信息流发挥出应有的管理优势。

目前该厂已拥有了企业资源规划系统、制造执行系统、过程控制系统，为产品制造与研发打造了完备的信息化管理平台；同时利用制造执行系统当前又先后开发出了“列车时刻表化”生产管理系统、成本管理分析系统、设备管理系统等。

此外一些先进技术的引进与应用依然离不开信息技术的支持与推进，如“一键式”自动化炼钢技术、漏钢预报、动态配水、液面自动控制等连铸集成技术。

7 结论与展望安钢主要通过对工艺流、时间流、物质流、信息流进行优化，在产品实物质量、主要经济指标及成本控制方面取得明显效果。

工艺流受用户产品需求、自身装备条件及技术水平的制约，是保证产品质量，控制生产成本的关键因素；时间流是建立在炉机匹配的基础上的，对稳定生产、提高生产效率，降低工序能耗至关重要；优化物质流可有效控制物质的收支平衡，保证物流通畅，降低物料损失；优化信息流对提升管理水平、提高生产效率。

总之，炼钢系统流程优化主要围绕品种、质量、成本，涉及装备、技术、操作等，是一项复杂、动态的系统工程。

随着炼钢技术的进步及市场的多样化需求，炼钢系统流程优化会被不断向前推进。