D0:10.133745.issn1001-053x.2007.s1.021 第29卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.29 Suppl.1 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 宣钢铁水罐扩容改造的参数 王锋)田乃媛) 徐安军)贺东风) 常贺起2) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)宣化钢铁集团有限责任公司，张家口075100 摘要从宣钢铁水供应的现状出发，提出了“高炉一铁水罐一转炉”这样一个紧凑的高炉一转炉界面模式（铁水罐向 转炉直兑铁水).并从时间、铁水质量、能源与环保、设备以及人员配置等五个方面来评价分析铁水直兑的优点，根据 铁水直兑的要求，宣钢现有铁水罐必须扩容，提出了现有铁水罐扩容改造的两种方法，并对这两种方法的改造效果进 行比较.最后，讨论了铁水罐扩容后相关辅助设施的改造问题，从而为宣钢的铁水供应方案的改造提出了参考依据. 关键词铁水罐：直兑：扩容 分类号TF341.9:TF302 宣化钢铁集团有限责任公司（简称宣钢）是我国 在这种模式中，铁水从出高炉区到进入转炉的 一家有悠久历史的老企业，目前，宣钢的炼铁和炼 周期长，需要54~198min,平均需要时间为97min, 钢生产主要集中在工厂的东区，东区现有5座高炉， 其中运输时间（铁水罐从出高炉区到进入转炉区的 其中2座300m3,1座450m3,1座1350m3,1座 时间)为11~16min,天车每次吊一个铁水罐向混铁 1800m3.有2个转炉炼钢炉区一小转炉区和大转 炉倒铁水的周期为10min,机车每次运送的铁水罐 炉区：小转炉区有25t转炉3座（主要由小高炉供应 个数为2~5个，转炉的冶炼周期为33min,混铁炉 铁水)，连铸机3台，目前已形成110万t钢综合生 为转炉存储的铁水量是转炉每次所需铁水量的1~4 产能力：大转炉区有110t转炉2座（主要由两座大 倍，所以可以得到铁水从出高炉区到进入转炉的最 高炉来供应铁水)，90t的LF精炼炉1座，连铸机2 小值和最大值时间，11+10+33=54min,16+10× 台，目前己形成280万t钢综合生产能力.随着现5+33×4=198mi.考虑到铁水的温降问题，这种 在公司不断扩大生产，高炉和转炉的生产能力越来 模式下高炉所出的铁水必须进入混铁炉进行二次加 越大，如何使高炉铁水和转炉炼钢很好地衔接起来 热，保证进入转炉前的铁水温度要高于1250℃（转 (高炉铁水与两座110t转炉之间的衔接)，加快生产 炉对铁水温度的最低要求温度T≥1250℃). 节奏，同时又能降低生产成本，成为公司为实现年 1.2铁水直兑分析 产600万t目标所面临的问题. 在现在的钢铁生产过程中，95%以上的企业都 采用传统的高炉一转炉界面模式，典型的模式分别 1铁水罐向转炉直兑铁水 是高炉一铁水罐一混铁炉一铁水包一转炉模式（即 宣钢采用的模式)，以及高炉一鱼雷罐一铁水包一转 1.1现状 炉模式.随着生产节奏加快和节能意识的强化，传 宣钢现在生产中实际每个铁水罐盛铁量一般在 统界面已经越来越不能满足实际的需要，所以就出 65~88t范围之内，罐的上部净空为30~40cm.主 现了高炉一铁水罐（铁水包）一转炉这样一个紧凑的 要是因为铁水罐内铁水结盖影响罐的容量（铁水中 界面模式，使得传统的长流程变为短流程，提高生 含Ti太高，容易结盖，结盖厚度一般在10~20cm), 产节奏，目前这种模式在国外许多著名钢铁公司都 致使每次高炉出铁量不稳定.一个铁水罐每次所盛 得到了采用，我国沙钢也采用这种模式.在这种模 的铁水量不能满足一个110t转炉每次所需的兑铁 式中，铁水罐将承担铁水的承载功能、铁水的运输 量(110t转炉平均每次所需铁水量为95t),所以宣 功能、铁水的缓冲库存功能、铁水的预处理功能和 钢一直采用传统的高炉一转炉的界面模式，即高炉 铁水的兑入量匹配功能，这类铁水罐基本上包括了 一铁水罐一混铁炉一铁水包一转炉. 收精日期：2007-02-10回日期：2007-04-20 作者简介：王锋(1982一)，男，硕士研究生
第 29 卷 增刊 1 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol.29 Suppl.1 2007 年 6 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 收稿日期：2007−02−10 修回日期：2007−04−20 作者简介：王 锋（1982⎯），男，硕士研究生 宣钢铁水罐扩容改造的参数 王 锋 1) 田乃媛 1) 徐安军 1) 贺东风 1) 常贺起 2) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 宣化钢铁集团有限责任公司，张家口 075100 摘 要 从宣钢铁水供应的现状出发，提出了“高炉—铁水罐—转炉”这样一个紧凑的高炉—转炉界面模式(铁水罐向 转炉直兑铁水)．并从时间、铁水质量、能源与环保、设备以及人员配置等五个方面来评价分析铁水直兑的优点，根据 铁水直兑的要求，宣钢现有铁水罐必须扩容，提出了现有铁水罐扩容改造的两种方法，并对这两种方法的改造效果进 行比较．最后，讨论了铁水罐扩容后相关辅助设施的改造问题，从而为宣钢的铁水供应方案的改造提出了参考依据． 关键词 铁水罐；直兑；扩容 分类号 TF 341.9；TF 302 宣化钢铁集团有限责任公司(简称宣钢)是我国 一家有悠久历史的老企业．目前，宣钢的炼铁和炼 钢生产主要集中在工厂的东区，东区现有 5 座高炉， 其中 2 座 300 m3 ，1 座 450 m3 ，1 座 1350 m3 ，1 座 1800 m3 ．有 2 个转炉炼钢炉区——小转炉区和大转 炉区：小转炉区有 25 t 转炉 3 座(主要由小高炉供应 铁水)，连铸机 3 台，目前已形成 110 万 t 钢综合生 产能力；大转炉区有 110 t 转炉 2 座(主要由两座大 高炉来供应铁水)，90 t 的 LF 精炼炉 1 座，连铸机 2 台，目前已形成 280 万 t 钢综合生产能力．随着现 在公司不断扩大生产，高炉和转炉的生产能力越来 越大，如何使高炉铁水和转炉炼钢很好地衔接起来 (高炉铁水与两座 110 t 转炉之间的衔接)，加快生产 节奏，同时又能降低生产成本，成为公司为实现年 产 600 万 t 目标所面临的问题． 1 铁水罐向转炉直兑铁水 1.1 现状 宣钢现在生产中实际每个铁水罐盛铁量一般在 65~88 t 范围之内，罐的上部净空为 30~40 cm．主 要是因为铁水罐内铁水结盖影响罐的容量(铁水中 含 Ti 太高，容易结盖，结盖厚度一般在 10~20 cm)， 致使每次高炉出铁量不稳定．一个铁水罐每次所盛 的铁水量不能满足一个 110 t 转炉每次所需的兑铁 量(110 t 转炉平均每次所需铁水量为 95 t)，所以宣 钢一直采用传统的高炉—转炉的界面模式，即高炉 —铁水罐—混铁炉—铁水包—转炉． 在这种模式中，铁水从出高炉区到进入转炉的 周期长，需要 54~198 min，平均需要时间为 97 min， 其中运输时间(铁水罐从出高炉区到进入转炉区的 时间)为 11~16 min，天车每次吊一个铁水罐向混铁 炉倒铁水的周期为 10 min，机车每次运送的铁水罐 个数为 2~5 个，转炉的冶炼周期为 33 min，混铁炉 为转炉存储的铁水量是转炉每次所需铁水量的 1~4 倍，所以可以得到铁水从出高炉区到进入转炉的最 小值和最大值时间，11+10+33＝54 min，16+10× 5+33×4＝198 min．考虑到铁水的温降问题，这种 模式下高炉所出的铁水必须进入混铁炉进行二次加 热，保证进入转炉前的铁水温度要高于 1250℃(转 炉对铁水温度的最低要求温度 T≥1250℃)． 1.2 铁水直兑分析 在现在的钢铁生产过程中，95%以上的企业都 采用传统的高炉—转炉界面模式，典型的模式分别 是高炉—铁水罐—混铁炉—铁水包—转炉模式(即 宣钢采用的模式)，以及高炉—鱼雷罐—铁水包—转 炉模式．随着生产节奏加快和节能意识的强化，传 统界面已经越来越不能满足实际的需要，所以就出 现了高炉—铁水罐(铁水包)—转炉这样一个紧凑的 界面模式，使得传统的长流程变为短流程，提高生 产节奏．目前这种模式在国外许多著名钢铁公司都 得到了采用，我国沙钢也采用这种模式．在这种模 式中，铁水罐将承担铁水的承载功能、铁水的运输 功能、铁水的缓冲库存功能、铁水的预处理功能和 铁水的兑入量匹配功能．这类铁水罐基本上包括了 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.021
·164 北京科技大学学报 2007年增刊1 高炉出铁到转炉之间所有操作需要的功能] ×3=24人（每个混铁炉每班4人，两个混铁炉，共 如果宣钢要实现铁水罐的多功能性，首先，罐 有3班人)：两部天车人数为1×2×3=6人（每个天 的容量要满足直兑要求（单个铁水罐盛铁量至少为 车每班1人，两部天车，共有3班人)：在混铁炉下 95),即铁水兑入量要匹配：其次，铁水罐要具有 从混铁炉出铁口拉送铁水包的人数为1×2×3=6 铁水预处理的功能，即铁水罐可以当作一个反应器 人（每个天车每班1人，两个出铁口，共有3班人）.可 来使用.这些功能的实现都要求铁水罐有足够的容 以看出，改为直兑模式后，工作人员数直接减少36 量，那么根据宣钢的实际，在现有铁水罐的基础上 人. 扩容是否合适，这是铁水直兑面临的首要问题. 从以上五个方面可以看出，实现直兑铁水后， 1.3实现铁水直兑后的效果预测 宣钢可以从生产节奏、铁水质量、节能环保、减少 如果宣钢实现了铁水的直兑，那么混铁炉将会 设备和人员开支等方面达到降低成本，提高产能的 被取消，生产工序将会变少，生产节奏将会加快， 目的. 由以下五个方面可以看出直兑的优越性， (1)时间.现在的模式中，铁水从出高炉区到进 2 铁水罐加高扩容分析 入转炉需要的时间为54~198min,平均需要时间为 由于现有铁水罐的设计，特别是旋转轴中心线 97min.改为直兑模式后，所需时间变为44~115 和盛铁水时铁水罐重心的相对位置制约着铁水罐加 min,预测平均需要时间为77min,其中机车每次 高的可行性及加高的高度，所以计算盛铁水的铁水 运送的铁水罐为2~3个，铁水罐储存的铁水量为转 罐的重心就成了铁水罐加高可行性的依据 炉每次所需铁水量的1~3倍，所以可以得到铁水从 出高炉区到进入转炉的最小值和最大值时间分别为 宣钢的铁水罐是U型铁水罐，在铁水罐盛铁水 的情况下（铁水平面距离罐口平面0.4m,视各钢厂 11+33=44min,16+33×3=115min.从这两组数 实际铁水情况、运输情况和铁水预处理情况不同而 据可以看出，铁水实现直兑后，铁水从出高炉区到 不同)求它的重心，铁水罐主视图的剖面图和左视图 进入转炉的时间间隔明显减少，生产节奏明显加快. 的剖面图如图1和图2，由于重心在图1和图2的Y (2)质量.现在的模式中，铁水进入转炉前需要 四次与空气直接接触（高炉所出铁水兑入铁水罐，铁 轴上，所以计算过程不考虑横坐标的计算，只考虑 纵坐标的变化，计算过程单位取标准单位，角度用 水罐中的铁水兑入混铁炉，混铁炉中的铁水兑入铁 弧度表示 水包，铁水包中的铁水兑入转炉)，严重影响了铁水 的质量：其次，铁水一般进入混铁炉后，需要等待 2.1现用铁水罐盛铁水时重心的计算过程 从图1和图2中可以看出，铁水罐从外层到内 1h左右，这样容易使铁水出现回硫（宣钢采用铁水 层分别是：钢板罐壳，永久层材料，耐火砖。同时， 沟连续脱硫)，同样也影响铁水的质量，改为直兑模 式后，铁水与空气直接接触就只有两次，铁水不经 从两个图中也可以看出，铁水罐底部并不完全是一 个球形状，而是一个球冠被垂直于水平面的对称面 过混铁炉而直接进入转炉，通过时间因素的分析计 算可以看到铁水在铁水罐中的时间短，回硫少. 平分开后中间再加宽了116mm.由于实际的铁水 罐盛铁水时的重心与底部为球冠形状、上部圆柱形 (3)能源与环保.现在的模式中，宣钢采用开口 状的近似铁水罐盛铁水的重心是相同的（从图2可 式混铁炉，倒铁水时灰尘污染严重：铁水进入混铁 以看出，实际罐加宽的部分和近似罐的剖面是重合 炉需要二次加热，改为直兑模式后，既可以减少对 炼钢车间的环境污染，也可以节约高炉煤气，降低 的)，所以只要计算出近似铁水罐的重心就可以了. 能耗：铁水罐扩容后，对减少铁水罐的使用罐数， 计算方法：由于图2中的平面关于y轴对称， 提高铁水罐的使用周期，降低铁水罐的温度波动等 各个部分的密度分布均匀，所以可以把各个部分看 都起到积极的作用) 作密度均匀的薄片，利用公式()来计算其重心，根 据总静矩等于各分静矩之和的原理，应用公式(2) (4)设备.改为直兑模式后，可以取消两座混铁 炉以及给混铁炉兑铁水的两部天车，同时可以减少 可求得总的重心坐标 铁水罐的使用个数，可以由现在使用的51个降低到 下= (1) 43个（针对东区生产）. (⑤)人员.两个混铁炉工位工作的工人数为4×2 M:=>my. (2) i=l
• 164 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 高炉出铁到转炉之间所有操作需要的功能[1,2]． 如果宣钢要实现铁水罐的多功能性，首先，罐 的容量要满足直兑要求(单个铁水罐盛铁量至少为 95 t)，即铁水兑入量要匹配；其次，铁水罐要具有 铁水预处理的功能，即铁水罐可以当作一个反应器 来使用．这些功能的实现都要求铁水罐有足够的容 量，那么根据宣钢的实际，在现有铁水罐的基础上 扩容是否合适，这是铁水直兑面临的首要问题． 1.3 实现铁水直兑后的效果预测 如果宣钢实现了铁水的直兑，那么混铁炉将会 被取消，生产工序将会变少，生产节奏将会加快， 由以下五个方面可以看出直兑的优越性． (1)时间．现在的模式中，铁水从出高炉区到进 入转炉需要的时间为 54~198 min，平均需要时间为 97 min．改为直兑模式后，所需时间变为 44~115 min，预测平均需要时间为 77 min，其中机车每次 运送的铁水罐为 2~3 个，铁水罐储存的铁水量为转 炉每次所需铁水量的 1~3 倍，所以可以得到铁水从 出高炉区到进入转炉的最小值和最大值时间分别为 11+33＝44 min，16+33×3＝115 min．从这两组数 据可以看出，铁水实现直兑后，铁水从出高炉区到 进入转炉的时间间隔明显减少，生产节奏明显加快． (2)质量．现在的模式中，铁水进入转炉前需要 四次与空气直接接触(高炉所出铁水兑入铁水罐，铁 水罐中的铁水兑入混铁炉，混铁炉中的铁水兑入铁 水包，铁水包中的铁水兑入转炉)，严重影响了铁水 的质量；其次，铁水一般进入混铁炉后，需要等待 1 h 左右，这样容易使铁水出现回硫(宣钢采用铁水 沟连续脱硫)，同样也影响铁水的质量．改为直兑模 式后，铁水与空气直接接触就只有两次，铁水不经 过混铁炉而直接进入转炉，通过时间因素的分析计 算可以看到铁水在铁水罐中的时间短，回硫少． (3)能源与环保．现在的模式中，宣钢采用开口 式混铁炉，倒铁水时灰尘污染严重；铁水进入混铁 炉需要二次加热．改为直兑模式后，既可以减少对 炼钢车间的环境污染，也可以节约高炉煤气，降低 能耗；铁水罐扩容后，对减少铁水罐的使用罐数， 提高铁水罐的使用周期，降低铁水罐的温度波动等 都起到积极的作用[3]． (4)设备．改为直兑模式后，可以取消两座混铁 炉以及给混铁炉兑铁水的两部天车，同时可以减少 铁水罐的使用个数，可以由现在使用的 51 个降低到 43 个(针对东区生产)． (5)人员．两个混铁炉工位工作的工人数为 4×2 ×3＝24 人(每个混铁炉每班 4 人，两个混铁炉，共 有 3 班人)；两部天车人数为 1×2×3＝6 人(每个天 车每班 1 人，两部天车，共有 3 班人)；在混铁炉下 从混铁炉出铁口拉送铁水包的人数为 1×2×3＝6 人(每个天车每班 1 人，两个出铁口，共有 3 班人)．可 以看出，改为直兑模式后，工作人员数直接减少 36 人． 从以上五个方面可以看出，实现直兑铁水后， 宣钢可以从生产节奏、铁水质量、节能环保、减少 设备和人员开支等方面达到降低成本，提高产能的 目的． 2 铁水罐加高扩容分析 由于现有铁水罐的设计，特别是旋转轴中心线 和盛铁水时铁水罐重心的相对位置制约着铁水罐加 高的可行性及加高的高度，所以计算盛铁水的铁水 罐的重心就成了铁水罐加高可行性的依据． 宣钢的铁水罐是∪型铁水罐，在铁水罐盛铁水 的情况下(铁水平面距离罐口平面 0.4 m，视各钢厂 实际铁水情况、运输情况和铁水预处理情况不同而 不同)求它的重心．铁水罐主视图的剖面图和左视图 的剖面图如图 1 和图 2，由于重心在图 1 和图 2 的 Y 轴上，所以计算过程不考虑横坐标的计算，只考虑 纵坐标的变化，计算过程单位取标准单位，角度用 弧度表示． 2.1 现用铁水罐盛铁水时重心的计算过程 从图 1 和图 2 中可以看出，铁水罐从外层到内 层分别是：钢板罐壳，永久层材料，耐火砖。同时， 从两个图中也可以看出，铁水罐底部并不完全是一 个球形状，而是一个球冠被垂直于水平面的对称面 平分开后中间再加宽了 116 mm．由于实际的铁水 罐盛铁水时的重心与底部为球冠形状、上部圆柱形 状的近似铁水罐盛铁水的重心是相同的(从图 2 可 以看出，实际罐加宽的部分和近似罐的剖面是重合 的)，所以只要计算出近似铁水罐的重心就可以了． 计算方法：由于图 2 中的平面关于 y 轴对称， 各个部分的密度分布均匀，所以可以把各个部分看 作密度均匀的薄片，利用公式(1)来计算其重心，根 据总静矩等于各分静矩之和的原理，应用公式(2) 可求得总的重心坐标． 1 d D y y A = σ ∫∫ (1) 1 n x i i i M m y = = ∑ (2)
Vol.29 Suppl.1 王锋等：直钢铁水罐扩容改造的参数 ·165· 116 图1铁水罐主视图的剖面图 图2铁水罐左视图的剖面图 式中，下为均匀薄片重心的坐标，D为均匀薄片在 耐火砖：⑥上部耐火砖：⑦底部永久层：⑧中部和 xOy坐标平面的闭区域，A为闭区域D的面积，d。 上部永久层：⑨底部罐壳钢结构：⑩中部和上部罐 为在闭区域D上任取一直径很小的闭区域，M为薄 壳钢结构【 片对轴的静距，m:为薄片上第i部分的质量，片为 利用公式(2)可以求得铁水罐在盛满铁水时的 薄片上第i部分重心的纵坐标. 重心纵坐标为1.950m,计算结果如表1.选取碳化 通过以上两个公式可以计算出铁水罐各部分的 硅砖的密度为2600kgm-3,永久层密度为2800 重心和体积，主要包括以下10个部分：①底部铁水： kgm3,罐壳钢结构的密度为7850kgm3,取铁水 ②中部铁水：③上部铁水：④底部耐火砖：⑤中部 温度为1500℃，密度为7100kgm3. 表】现用铁水罐在盛铁水情况下各个部分重心 铁水罐各部分编号 计算项目 1 2 3 6 8 9 10 m 0.885 1.653 2.653 0.595 1.653 2.853 0.507 2.505 0.475 2.505 7m3 2.732 3.175 6.248 1.805 1.025 2.119 0.899 1.720 0.267 0.535 p/(kg.m) 7100 7100 7100 2600 2600 2600 2800 2800 7850 7850 m/kg 19394 22542 44363 4692 2666 5509 2518 4817 2092 4199 ye/m 1.950 所以铁水罐在盛满铁水时的重心纵坐标为 2.2铁水罐加高扩容的可行性分析 1.950m:同上可以计算出空罐的重心纵坐标为 由表1可以看到，铁水罐在盛满铁水时的重心 1.797m.考虑实际铁水罐是在近似铁水罐的基础上 纵坐标为1.950m.从图1中可以看出，铁水罐的旋 将平面（如图2）垂直加厚了116mm,所以加厚部分 转轴中心线的纵坐标为2.200m.从两个数据对比可 的体积为： 以得出，铁水罐的重心最大可以提高到2.100m(即 Vm=[(π×1.2002-1.200×2×0.198)+(2.410× 认为重心的纵坐标与旋转轴中心线的纵坐标之间相 0.232×3)+(2.470×(2.400-0.696)]=0.785m2 差不小于0.100m是安全的)，则对表1的数据从重 心又反推回去就可以得到表2，即铁水罐的高度可 现在铁水罐可以盛铁水的总质量为： 以加高0.302m,高度将会达到4.007m. m总=19.394+22.542+44.363+0.785×7.100= 91.873t
Vol.29 Suppl.1 王锋等：宣钢铁水罐扩容改造的参数 • 165 • 图 1 铁水罐主视图的剖面图 图 2 铁水罐左视图的剖面图 式中， y 为均匀薄片重心的坐标，D 为均匀薄片在 xOy 坐标平面的闭区域，A 为闭区域 D 的面积，do 为在闭区域 D 上任取一直径很小的闭区域，Mx 为薄 片对轴的静距，mi 为薄片上第 i 部分的质量，yi 为 薄片上第 i 部分重心的纵坐标． 通过以上两个公式可以计算出铁水罐各部分的 重心和体积，主要包括以下 10 个部分：①底部铁水； ②中部铁水；③上部铁水；④底部耐火砖；⑤中部 耐火砖；⑥上部耐火砖；⑦底部永久层；⑧中部和 上部永久层；⑨底部罐壳钢结构；⑩中部和上部罐 壳钢结构 [4-5]． 利用公式(2)可以求得铁水罐在盛满铁水时的 重心纵坐标为 1.950 m，计算结果如表 1．选取碳化 硅砖的密度为 2600 kg⋅m−3 ，永久层密度为 2800 kg⋅m−3 ，罐壳钢结构的密度为 7850 kg⋅m−3 ，取铁水 温度为 1500℃，密度为 7100 kg⋅m−3 ． 表 1 现用铁水罐在盛铁水情况下各个部分重心 铁水罐各部分编号 计算项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 y/m 0.885 1.653 2.653 0.595 1.653 2.853 0.507 2.505 0.475 2.505 V/m3 2.732 3.175 6.248 1.805 1.025 2.119 0.899 1.720 0.267 0.535 ρ/(kg⋅m−3 ) 7100 7100 7100 2600 2600 2600 2800 2800 7850 7850 m/kg 19394 22542 44363 4692 2666 5509 2518 4817 2092 4199 y 总/m 1.950 所以铁水罐在盛满铁水时的重心纵坐标为 1.950 m；同上可以计算出空罐的重心纵坐标为 1.797 m．考虑实际铁水罐是在近似铁水罐的基础上 将平面(如图 2)垂直加厚了 116 mm，所以加厚部分 的体积为： V 加 2 = × − ×× + × [( 1.200 1.200 2 0.198) (2.410 π 0.232 3) (2.470 (2.400 0.696)] 0.785 ×+ × − = m2 现在铁水罐可以盛铁水的总质量为： m 总 = + + +×= 19.394 22.542 44.363 0.785 7.100 91.873 t． 2.2 铁水罐加高扩容的可行性分析 由表 1 可以看到，铁水罐在盛满铁水时的重心 纵坐标为 1.950 m．从图 1 中可以看出，铁水罐的旋 转轴中心线的纵坐标为 2.200 m．从两个数据对比可 以得出，铁水罐的重心最大可以提高到 2.100 m(即 认为重心的纵坐标与旋转轴中心线的纵坐标之间相 差不小于 0.100 m 是安全的)，则对表 1 的数据从重 心又反推回去就可以得到表 2，即铁水罐的高度可 以加高 0.302 m，高度将会达到 4.007 m．
·166· 北京科技大学学报 2007年增刊1 表2加高后铁水罐在盛铁水情况下各个部分重心 铁水罐各部分编号 计算项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m 0.885 1.653 2.804 0.595 1.653 3.004 0.507 2.656 0.475 2.656 7m3 2.732 3.175 7.695 1.805 1.025 2.494 0.899 1.720 0.267 0.535 p/(kg.m) 7100 7100 7100 2600 2600 2600 2800 2800 7850 7850 m/kg 19394 22542 54637 4692 2666 6485 2518 4817 2092 4199 ya/m 2.100 同上，可以得到铁水罐加高以后空罐的重心纵 的炉次（宣钢要求600~700炉次），这就要求耐火材 坐标为1.803m:铁水罐盛铁水的质量为： 料的质量一定要好.同样，耐火砖的厚度在一定程 m。=102.69t. 度上是同它的炉次、质量、费用等成正比例关系的. 从以上两组数据对比分析可以得出，在安全范 3.1国内外铁水罐耐火材料比较 围之内，铁水罐可以通过加高扩容使其盛铁水的能 通过表3中的数据可以看出，不同的耐火砖如 力由原来的91.804t增加到102.693t. 果成分配比不相同，耐火砖的性能也随之改变，所 3改变铁水罐的耐火砖厚度来扩容 以对于各个企业，可以根据自身的生产来选择合适 的耐火砖 铁水罐是一种盛铁水的容器，必须保证有一定 表3国内外耐火砖性能比较6刀 项目 w(Al2O3)/% w(SiC r(C)/% 气孔率% 体积密度/(gcm) 常温耐压强度MPa 日本烧成砖 一 一 11.20 2.78 51.9 德国烧成砖 10-12 2.80 40-60 安钢不烧砖 16.31 60.89 7.1 17.60 2.70 36.80 攀钢不烧砖 71.21 12.46 8.46 4 3.22 77.4 普通高铝砖 55.60 22 2.35 38.10 3.2耐火砖厚度减薄对铁水罐扩容的影响 位置上的匹配. 现用铁水罐底部耐火砖的厚度为0.200m,中部 运输过程：要考虑铁水罐高度与运输路途中厂 耐火砖的厚度为0.181m,上部耐火砖的厚度为 房、管道、电线等高度的协调，以免发生事故：考 0.151m.随着耐火材料的性能不断改进，在铁水罐 虑以前铁路的设计承载能力要求 的使用罐次不受影响的情况下，适当采用改进后的 转炉区：要考虑天车的承载能力，天车倾倒铁 高性能耐火砖（例如改进型碳硅砖），这样可以降低 水时厂房高度的影响 耐火砖的厚度，如果铁水罐内的耐火砖的厚度都减 5结论 薄10%，同上计算，可以得出铁水罐所盛铁水的总量 m。=91.913t,比现用铁水罐可以多盛铁水 通过以上的分析和计算可以看出，宣钢如果实 0.109t.由此可以看出，通过铁水罐耐火砖减薄来 现了铁水直兑，那么将可以在加快生产节奏、提高 扩大铁水罐的罐容是非常有限的，而且在耐火砖减 产能、降低能耗、节约成本等方面为企业带来巨大 薄的时候必须考虑铁水罐的使用罐次、保温效果等 的效益：为了配合铁水直兑，铁水罐必须扩容，通 方面的性能要求. 过计算两种扩容方式的可行性及扩容效果可以得 出，铁水罐加高扩容比耐火砖减薄扩容的优势更大， 4扩容后辅助设施的改造 是一种可行的铁水罐扩容方案：铁水罐扩容后，相 铁水罐扩容以后（主要是加高扩容），要考虑以 关辅助设备也必须进行相应的改造. 下几个方面辅助设施的改造. 炼铁区：要考虑铁水罐高度和出铁溜槽高度、 (下转第170页)
• 166 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 表 2 加高后铁水罐在盛铁水情况下各个部分重心 铁水罐各部分编号 计算项目 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 y/m 0.885 1.653 2.804 0.595 1.653 3.004 0.507 2.656 0.475 2.656 V/m3 2.732 3.175 7.695 1.805 1.025 2.494 0.899 1.720 0.267 0.535 ρ/(kg⋅m−3 ) 7100 7100 7100 2600 2600 2600 2800 2800 7850 7850 m/kg 19394 22542 54637 4692 2666 6485 2518 4817 2092 4199 y 总/m 2.100 同上，可以得到铁水罐加高以后空罐的重心纵 坐标为 1.803 m；铁水罐盛铁水的质量为： m' 总 =102.69 t． 从以上两组数据对比分析可以得出，在安全范 围之内，铁水罐可以通过加高扩容使其盛铁水的能 力由原来的 91.804 t 增加到 102.693 t． 3 改变铁水罐的耐火砖厚度来扩容 铁水罐是一种盛铁水的容器，必须保证有一定 的炉次(宣钢要求 600~700 炉次)，这就要求耐火材 料的质量一定要好．同样，耐火砖的厚度在一定程 度上是同它的炉次、质量、费用等成正比例关系的． 3.1 国内外铁水罐耐火材料比较 通过表 3 中的数据可以看出，不同的耐火砖如 果成分配比不相同，耐火砖的性能也随之改变，所 以对于各个企业，可以根据自身的生产来选择合适 的耐火砖． 表 3 国内外耐火砖性能比较[6-7] 项目 w(Al2O3)/% w(SiC)/% w(C)/% 气孔率/% 体积密度/(g⋅cm−3 ) 常温耐压强度/MPa 日本烧成砖 ⎯ ⎯ ⎯ 11.20 2.78 51.9 德国烧成砖 ⎯ ⎯ 10~12 2.80 40~60 安钢不烧砖 16.31 60.89 7.1 17.60 2.70 36.80 攀钢不烧砖 71.21 12.46 8.46 4 3.22 77.4 普通高铝砖 55.60 ⎯ ⎯ 22 2.35 38.10 3.2 耐火砖厚度减薄对铁水罐扩容的影响 现用铁水罐底部耐火砖的厚度为 0.200 m，中部 耐火砖的厚度为 0.181 m，上部耐火砖的厚度为 0.151 m．随着耐火材料的性能不断改进，在铁水罐 的使用罐次不受影响的情况下，适当采用改进后的 高性能耐火砖(例如改进型碳硅砖)，这样可以降低 耐火砖的厚度，如果铁水罐内的耐火砖的厚度都减 薄 10%，同上计算,可以得出铁水罐所盛铁水的总量 m 总 =91.913 t ，比现用铁水罐可以多盛铁水 0.109t．由此可以看出，通过铁水罐耐火砖减薄来 扩大铁水罐的罐容是非常有限的，而且在耐火砖减 薄的时候必须考虑铁水罐的使用罐次、保温效果等 方面的性能要求． 4 扩容后辅助设施的改造 铁水罐扩容以后(主要是加高扩容)，要考虑以 下几个方面辅助设施的改造． 炼铁区：要考虑铁水罐高度和出铁溜槽高度、 位置上的匹配． 运输过程：要考虑铁水罐高度与运输路途中厂 房、管道、电线等高度的协调，以免发生事故；考 虑以前铁路的设计承载能力要求． 转炉区：要考虑天车的承载能力，天车倾倒铁 水时厂房高度的影响． 5 结论 通过以上的分析和计算可以看出，宣钢如果实 现了铁水直兑，那么将可以在加快生产节奏、提高 产能、降低能耗、节约成本等方面为企业带来巨大 的效益；为了配合铁水直兑，铁水罐必须扩容，通 过计算两种扩容方式的可行性及扩容效果可以得 出，铁水罐加高扩容比耐火砖减薄扩容的优势更大， 是一种可行的铁水罐扩容方案；铁水罐扩容后，相 关辅助设备也必须进行相应的改造． (下转第 170 页)
·170· 北京科技大学学报 2007年增刊1 [3)]毕英杰.MES的整体架构及在钢铁行业的应用.控制工程， [5]Yi G,Suh K H,et al.Optimal operation of quality controlled 2005,12(6:30 product storage.Cmpute Chem Eng,2000,24:475 [4]Zanoni S,Zavanella L.Model and analysis of integrated produc- [6]BONA K.Optimisation of inventory control systems with genetic tion-inventory system:The case of steel production.Int J Prod algorithms.Period Polytech Ser Transp Eng,2005,33(1~2):89 Ec0n,2005,93-4:197 Storage area optimization for casting-rolling process in BOF special steel plants LU Junhui),LIU Qing ZHANG Liqiang2,BAI Suhong2.CHENG Guoguang 1)Metallurgical and Ecological Engineering School,University and Science Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Department of Production Plan,Shijiazhuang Iron &Steel Co.Ltd.,Shijiazhuang 050031,China ABSTRACT The functional frame of MES and its role in storage management in steel enterprise were de- scribed.The leak of technology management was pointed out,and then a resolving method was discussed and a storage management system was developed by using Delphi 7.0 and Microsoft SQL Server 2000.Meanwhile,the direction of storage optimization was put forward,and it is helpful for enterprise informationization. KEY WORDS BOF special steel plants:storage management:MES:Midst storage (上接第166页) [5]李传薪.钢铁厂设计原理（下册）.北京治金工业出版社，1997： 参考文献 132 [殷瑞钰.治金流程工程学.北京：治金工业出版社，2004：253 [6段晓东.影响铁水罐内衬寿命的因素和措施。四川怡金， [2]邱剑.钢铁制造流程高炉一转炉界面物质流技术的研究[学位 2003(2):30 论文1.北京科技大学，2004：82 【7]魏太林，贾国栋，韩希娟，等.安钢65t铁水罐长寿实践.附 [3】吕冬瑞.宣钢取消混铁炉可行性分析.治金研究，2006：249 火材料，2002,36(6)：369 [4同济大学数学教研室.高等数学.北京：高等教育出版社，2000： 123 Feasibility research of hot metal bottles'increasing dimension in Xuansteel WANG Feng.TIAN Naiyuan.XU Anjun)HE Dongfeng)CHANG Hegi) 1)Metallurgical and Ecological Engineering School,University and Science Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)Xuanhua I&S Group Co.Ltd.,Zhangjiakou 075100,China ABSTRACT The compact BF-BOF interface mode which is "BF-the hot metal bottle-BOF"(direct charg- ing from the hot metal bottle into the converter)was put forward by analyzing the actuality of supplying hot metal in the steelworks.Its advantages were evaluated and analyzed on from time,the quality of hot metal,en- ergy resource and environmental protection,equipments and staff.The result showed that the exiting hot metal bottles must be changed,and two methods of the capacity-expansion of hot metal ladles were produced in light of the request of hot metal direct charging,and two methods'effects were compared.Finally,the change of correla- tive establishment was also discussed,and some reason were preposed for rebuilding the supplier methods in the steelworks. KEY WORDS hot metal bottle:direct charging:capacity-expansion
• 170 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 [3] 毕英杰．MES 的整体架构及在钢铁行业的应用．控制工程， 2005, 12(6): 30 [4] Zanoni S, Zavanella L. Model and analysis of integrated production-inventory system: The case of steel production. Int J Prod Econ, 2005, 93~4: 197 [5] Yi G, Suh K H, et al. Optimal operation of quality controlled product storage. Cmpute Chem Eng, 2000, 24: 475 [6] BÓNA K. Optimisation of inventory control systems with genetic algorithms. Period Polytech Ser Transp Eng, 2005, 33(1~2): 89 Storage area optimization for casting-rolling process in BOF special steel plants LU Junhui1), LIU Qing1), ZHANG Liqiang2), BAI Suhong2), CHENG Guoguang1) 1) Metallurgical and Ecological Engineering School, University and Science Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Department of Production Plan, Shijiazhuang Iron &Steel Co. Ltd., Shijiazhuang 050031,China ABSTRACT The functional frame of MES and its role in storage management in steel enterprise were described. The leak of technology management was pointed out, and then a resolving method was discussed and a storage management system was developed by using Delphi 7.0 and Microsoft SQL Server 2000. Meanwhile, the direction of storage optimization was put forward, and it is helpful for enterprise informationization. KEY WORDS BOF special steel plants；storage management；MES；Midst storage (上接第 166 页) 参 考 文 献 [1] 殷瑞钰. 冶金流程工程学. 北京: 冶金工业出版社, 2004: 253 [2] 邱剑. 钢铁制造流程高炉－转炉界面物质流技术的研究[学位 论文]. 北京科技大学, 2004: 82 [3] 吕冬瑞. 宣钢取消混铁炉可行性分析. 冶金研究,2006:249 [4] 同济大学数学教研室. 高等数学. 北京：高等教育出版社, 2000: 123 [5] 李传薪. 钢铁厂设计原理(下册). 北京 冶金工业出版社, 1997: 132 [6] 段晓东 . 影响铁水罐内衬寿命的因素和措施 . 四川冶金 , 2003(2): 30 [7] 魏太林，贾国栋，韩希娟，等. 安钢 65 t 铁水罐长寿实践. 耐 火材料, 2002, 36(6): 369 Feasibility research of hot metal bottles’ increasing dimension in Xuansteel WANG Feng1), TIAN Naiyuan1), XU Anjun1), HE Dongfeng1), CHANG Heqi2) 1) Metallurgical and Ecological Engineering School, University and Science Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Xuanhua I&S Group Co. Ltd., Zhangjiakou 075100, China ABSTRACT The compact BF-BOF interface mode which is “BF⎯the hot metal bottle⎯BOF” (direct charging from the hot metal bottle into the converter) was put forward by analyzing the actuality of supplying hot metal in the steelworks. Its advantages were evaluated and analyzed on from time, the quality of hot metal, energy resource and environmental protection, equipments and staff. The result showed that the exiting hot metal bottles must be changed, and two methods of the capacity-expansion of hot metal ladles were produced in light of the request of hot metal direct charging, and two methods’ effects were compared. Finally, the change of correlative establishment was also discussed, and some reason were preposed for rebuilding the supplier methods in the steelworks. KEY WORDS hot metal bottle；direct charging；capacity-expansion