电炉钢厂天车作业的解析与多炉连浇方案的制定

电炉钢厂天车作业的解析与多炉连浇方案的制定刘青王英群唐洪华田乃媛李烈军陈学文童冬民AnAnalysisofCraneOperationandDeterminationofMulti-HeatContinuousCastingSchemeforEAFSteelmakingPlantLiuQing,WangYingqun,TangHonghuaandTianNaiyuan(UniversityofScienceandTechnology,Beijing100083)LiLiejun,ChenXuewenandTongDongmin(GuangzhouIron&SteelCoLtd)1钢厂天车作业的解析1.1钢厂概况广钢第1电炉炼钢分厂有1座40t超高功率交流电弧炉，最大出钢量约50t，年产钢22万t(设计年生产能力17万t)；配有1台50tLF钢包精炼炉和1台R6m150mm×150mm4机4流小方坯连铸机，形成了典型的EAF-LF-CCM三位一体的现代电炉炼钢生产流程。但铸机无回转台(仅有钢包架)，连铸生产与钢包周转共用一部天车，使炼钢—精炼—连铸工序间物流的衔接匹配混乱，无法实行连浇。该厂车间主要工位的平面布置如图1所示，箭头表示天车的运行路线。图1EAF-LF-CCM生产流程的主要工位布置Fig.1LayoutofmainworkingstationinEAF-LF-CCMmultiheatcontinuouscastingproductionroute1.2炼钢厂系统的物流解析时间、温度和物质量(重量、流量)是钢铁制造流程多维物流管制的3个基本要素［1］。时间因素解析即对炼钢—精炼—连铸生产过程的时间参数：装料次数、补炉及装料时间、冶炼周期、冶炼时间/(熔化时间、炉内精炼时间)、出钢时间、精炼装置内的处理时间、大包浇注时间、连铸机浇注周期、钢包(满/空)在工序间的传搁时间及诸操作的过程进行描述、分析；温度因素解析即对炼钢—精炼—连铸生产过程的温度参数：冶炼过程温度、出钢温度、钢水到达精炼工位温度、精炼过程温度、精炼毕温度、钢水到达连铸平台温度、浇注过程中间包温度、结晶器出口坯壳温度、矫直点温度等参数进行描述、分析，旨在建立合理的温度制度，优化钢厂系统的物流管制。EAF-LF-CCM生产流程天车作业的时间因素解析见表1。表1天车作业的时间参数解析Table1Timefactoranalysisofcraneoperation符号含义样本容量平均值/min标准差/min波动系数/%最大值/min最小值/min极差/mintAB空包挂钩时间160.450.1431.10.670.250.42tBC空包从处理区到钢包车运输时间211.10.2724.51.750.671.08tCD放空包时间270.670.2131.31.000.330.67tDE等待出钢时间237.696.5485.023.752.4221.33tEF电炉出钢时间352.420.3313.62.971.671.30tFGEAF-LF运输时间320.910.1617.61.170.500.67tHI精炼工位离站时间340.520.1631.81.000.250.75tIJ满包挂钩时间390.750.2634.71.420.421.00tJK钢水从钢包车至钢包架的运输时间291.960.5628.63.421.002.42tKL大包到台～大包开浇351.380.4331.12.000.331.67tLM大包浇注时间3567.334.837.277.3355.5021.83tMN大包停浇～大包离台352.300.8336.13.831.002.83tNO从钢包架到钢包处理区的运输时间330.780.1823.11.000.370.63tOP挂副钩时间310.830.2833.71.250.251.00tPQ倒渣时间321.450.3020.72.170.751.42tQR倒渣毕～吹水口始320.640.2031.31.080.330.75tRS吹水口时间170.620.2438.71.080.250.83tST吹水口毕至将钢包放在处理架上180.540.1731.50.830.170.66tTU更换滑动水口时间267.102.9241.113.583.1710.42tUV摘副钩时间190.470.1634.00.830.170.67tVW装液压装置及放包201.930.8845.64.000.833.17t’BC天车从处理区到钢包车空走时间130.920.1718.51.250.580.67tOO处理区空包放置时间70.500.1938.00.920.250.672连浇方案的制定2.1电炉与铸机连浇的匹配分析因电炉冶炼周期较长，为tEAF=99.19±11.81min，铸机的单炉浇注时间tCC=67.33±4.83min，要实现1座电炉与1台连铸机的连浇，关键是解决电炉冶炼周期长与铸机单炉浇注时间短的矛盾。随着具有钢水加热功能的炉外精炼装置的发展，使得1座电炉配1台铸机实现连烧的工艺成为可能。广钢LF要求的工艺处理时间为：tLF≥30min，因而可将tEAF-tCC≈32min由LF炉来承担。即要使电炉与连铸机生产节奏协调、实现连浇，可通过控制各炉次钢水在LF炉内的处理时间来实现，连烧时各炉次钢水在LF精炼工序的处理时间为：tWn=(m-n)(tEAF-tCC)+tLF(1)由(1)式可知：①tEAF与tCC之差越大，tWn越长；②连浇炉数m越多，tWn越长；③同一浇次中，各炉次钢水在LF炉的处理时间不同，且随炉序号n的递减而延长。表2是按(1)式得出的各炉次钢水在LF炉的处理时间。此外，浇次间的引锭准备时间，对连浇生产也很重要。两个浇次间所允许的准备时间为：tP=m(tEAF-tCC)(2)显然，tP只与m及(tEAF-tCC)有关，且随其增加而延长。表2各炉次钢水在LF的处理时间/minTable2MoltensteeltreatingtimeforeachheatinLF/min炉序号(n)连浇1炉连浇2炉连浇3炉连浇4炉处理时间tWn/min第1炉306294126第2炉306294第3炉3062第4炉30注：未考虑换包时间2.2换包过程的时间分析实现连浇须解决3个矛盾：第1，换包时一部天车能否及时吊运钢包到位；第2，计算表明：钢包架最大负荷为90t，而满包钢水的总重超过此值；第3，该部天车须载运浇毕的空包去钢包处理区倒渣、修包，以确保生产不间断。在现场调研和数据处理的基础上，运用物流学的搬运活性理论［2］，以获得“最小运输功”为原则，可采取以下两类方案：(1)先翻包处理。第1包钢水浇毕，天车立即运送空包至处理区、倒渣毕将大包放于处理位后，天车立刻去钢包车吊运第2包钢水上钢包架。时间约束条件：t换包1＜t余(3)温度约束条件：Toff-ΔT≥T浇(4)t换包1包括：大包停浇～离台时间、空包从钢包架到处理区运输时间、挂副钩时间、倒渣时间、坐包时间、天车从处理区到钢包车空行时间、天车对满包挂钩时间、钢水由钢包车到钢包架运输时间、大包到台～大包开浇时间等，由实测数据计算得出t换包1=11min，即t余＞11min时可进行连浇。为了给天车争取时间，在钢水温度满足浇铸的前提下应尽量延长t余，计算如下：t余=G/(4×0.15×0.15×Vc×ρ)(5)由(5)式知：降低拉速和保留较多的余钢量都有助于增加t余，根据G和Vc计算出的t余见表3。从中可知：若中间包内剩余4t钢水，其t余＜t换包1，无法连浇；如G=5t，则拉速必须严格控制在0.68m/min以内，才能连浇；若拉速为0.8m/min，则中间包允许浇注的钢水不少于6t。是否可进行连浇，须视实际情况而定。表3中间包剩余钢水(G)最长浇注时间(t余)Table3Maximumcastingtime(t余)ofresidualsteel(G)intundish中间包剩余钢水(G)/t剩余钢水最长浇注时间(t余)/min0.60.70.80.91.01.11.21.31.4*820.0217.1615.0213.3512.0110.9210.019.248.58717.5215.0213.1411.6810.519.568.768.097.51615.0212.8711.2610.019.018.197.516.936.44512.5110.739.388.347.516.836.265.785.36410.018.587.516.676.015.465.014.624.29*0.6，0.7……1.4为拉速(VC/m.min-1)数据(2)后翻包处理。上一包浇毕后，天车即刻将空包吊往处理区，待钢包放稳后，天车立即驶向钢包车，吊运下一包钢水上钢包架，“保护”一段时间t保再去钢包处理区倒渣、修理。温度约束条件：Toff-ΔT≥T浇(6)时间约束条件：t换包2＜t余；t等待＜t必(7)t换包2包括：大包停浇～离台时间、空包从钢包架至处理区的运输时间、处理区空包放置时间、天车由处理区到钢包车空行时间、天车对满包挂钩时间、钢水从钢包车到钢包架运输时间、大包到台～大包开浇时间，由实测数据计算得出t换包2=9min，即：t余＞9min时可连浇。由表3可知：若G=5t，则拉速0.8m/min即可保证连浇；若拉速为1.0m/min，则中间包的钢水至少应为6t。t等待由换包时间、大包开浇～中间包开浇时间、规定天车保护时间、天车从钢包架到处理区时间、天车给空包挂钩时间、挂副钩时间组成，从实测数据计算得出：t等待=21min，因此t必＞21min。1996年10月赴现场调研时，第3360炉钢水与第3361炉钢水连浇时就是采用的后翻包模式，即天车将第3361炉钢水吊上台、开浇并保护至允许离开时间后才去钢包处理区翻第3360炉空包，翻包及更换滑动水口均很顺利，说明此模式可行。2.3其他条件(1)大包停浇前，应及时降低拉速，确保中间包内装满钢水；(2)大包停浇时，天车已给钢包挂钩毕，待关闭滑动水口后，迅速吊离空包；(3)大包停浇时，钢包车已开出精炼站，到指定位置等待天车吊运钢水；(4)大包引流操作迅速、及时；(5)中间包耐火材料满足连浇的要求。3实现连浇的方案实际生产中，第1包钢水浇毕与第2包钢水开浇之间存在一段时间间隔，即换包时间。对一电炉分厂来说允许的换包时间为11min/9min。引入换包时间后，第1包钢水开浇时间要提前，即第1包钢水在LF炉中的处理时间要相应缩短。由此须对公式(1)和(2)进行修正，得：tWn=(m-n)(tEAF-tCC-t换包)+tLF(8)tP=m(tEAF-tCC)-(m-1)t换包(9)同样，根据公式(8)、(9)可分别得出先、后翻包模式的各炉次钢水在LF炉中的处理时间和浇次间的引锭准备时间。根据连浇炉数和翻包顺序，设计出：2炉连浇先翻包、2炉连浇后翻包、3炉连浇先翻包和3炉连浇后翻包4种连浇生产方案［3］。2炉连浇，后翻包模式的生产进度图见图2。其中：图2后翻包模式2炉连浇的生产进度图Fig.2Ganttof2heatcontinuouscastingschemeformodelofslagdumpinglater(1)电炉冶炼周期：tEAF=100min；(2)大包浇注时间：tCC=68min;(3)第1包钢水在LF炉中处理时间：tW1=(2-1)×(100-68-9)+30=53min；(4)第2包钢水在LF处理时间：tW2=30min；(5)换包时间：t换包2=9min；(6)电炉至精炼炉运输时间：tEAF-LF=1min；(7)大包出精炼站～大包开浇时间：tLF-CCM=5min；(8)2个浇次间所允许的准备时间：tP=2×(100-68)-(2-1)×9=55min2炉连浇实现后，仅中间包耐材一项，每年即可节约资金120万元。同时，还减少了中间包砌筑和清理的人力、财力消耗，改善了生产流程中物流衔接、匹配不合理的局面。符号含义tWn——连浇中第n炉钢水在LF炉中的处理时间；m——计划连浇炉数