D0I:10.13374/j.issn1001053x.2013.01.018 第35卷第1期 北京科技大学学报 Vol.35 No.1 2013年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2013 特殊钢厂炉机匹配研究 穆衍清12，尹佳》，谢飞鸣，王宝12，王彬2)，王闯12)，刘青)， 卢新春24，张立强)，白素宏5) 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100)83 3)北京科技大学国家材料服役安全科学中心，北京1000834)方大特钢科技股份有限公司，南昌330012 5)河北钢铁集团石家庄钢铁有限责任公司，石家庄050031 通信作者，E-mail:qliu@ustb.cdu.cn 摘要目前国内炼钢厂普遍存在多钢种生产的复杂组织模式，生产组织中“炉”与“机”之间的匹配程度在很大程度 上影响着炼钢厂生产的顺利进行.在以往研究的基础上，以国内某特殊钢厂为例，对炉机匹配问题进行分析讨论.提出 当量周期的概念，结合产品结构对炉机匹配模式进行解析：提出炉机匹配度的建议评价指标，对炉机匹配关系进行评价 关键词特殊钢：生产控制；调度；冶金炉：连铸机 分类号TF758 Research on matching between furnaces and casters in special steel plants MU Yan-qing12).YIN Jia 3),XIE Fei-ming4),WANG Bao).WANG Bin 12).WANG Chuang 12). LIU Qing 12),LU Xin-chun 24).ZHANG Li-qiang),BAI Su-hong5) 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China 3)National Center of Materials Service Safety,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 4)Fangda Special Stcel Science and Technology Co.Ltd..Nanchang 330012,China 5)Shijiazhuang Iron Steel Co.Ltd.,Hebei Iron and Steel Group,Shijiazhuang 050031.China Corresponding author,E-mail:qliu@ustb.edu.cn ABSTRACT Nowadays,the complex organization mode of multi-steel grade production exists in many steelmaking plants in China.The matching between metallurgical furnaces and casters has effect on the smooth running of production in the workshops.With a typical steel plant in China as an example,the issue about furnace-caster matching was analyzed based on previous studies.The concept of equivalent period was proposed to solve the furnace-caster matching mode in combination with product structure.The index of furnace-caster mnatching degree was suggested to evaluate the furnace-caster matching mode. KEY WORDS special steel;production control;scheduling:mnetallurgical furnaces:casters 钢厂的合理规模、合理配量单元工序/装置对 存在.这给特殊钢厂的高效运行带来了困难，具体 于提高我国炼钢厂的整体水平，优化企业结构和资 表现为炼钢炉与连铸机之间的匹配模式不合理. 源配置具有重大的战略意义-.高效连铸技术的 目前关于炉机匹配问题，国内外学者的研究主 发展加快了钢铁生产节奏，市场的影响使得钢订 要集中于炉机排程及调度方面-12，国内还有对 单越来越趋向于多品种和小批量，造成单台设备承 于新建钢厂流程配置问题的研究13-4，本文针对 担多钢种共同生产任务的现象在国内特殊钢厂普遍 钢厂现有的流程配置，在炼钢厂系统生产组织优 收稿日期：2011-1227 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50874014)：教育部博士学科点专项基金资助项目(2009006110024)：中央高校基本科研业 务费专项(FRF-BR-09-020B)
第 第 期 月 北 京 科 技 大 学 学 报 七 年卷 特殊钢厂炉机 匹配研究 穆衍 清‘·尹 佳 谢飞鸣 王 宝‘王 彬‘王 闯‘刘 青‘〔’‘ 卢新春圳 张立强 白素宏 北京科技大学钢铁冶金新技术 国家重点实验 室 北京科技大学国家材料服役安全科学中心 北京 河北钢铁集团石家庄钢铁有限责任公司石家庄 困 通信作者 一 。 北京 北京科技大学冶金与生态工程学院北京 韶 方大特钢科技股份有限公司南昌 摘 要 目前 国内炼钢厂普遍存在多钢种生产 的复杂组织模式 生产组织 中 “炉 ” 与 “机 ” 之间的匹配程度在很 大程度 上影 响着炼钢厂生产 的顺利进行 在 以往研究的基础上 以国内某特殊钢厂为例 对炉机匹配 问题进 行 分析讨论 提 出 当量周期的概念 结合产品结构对炉机匹配模式进行解析 提出炉机匹配度的建议评价指标对炉机匹配关系进行评价 关键词 特殊钢 生产控制 调度 冶金炉 连铸机 分类号 对 一叮乞‘夕 了乞 尸 召 饭一川‘夕 似 洲 、 似 以 刀 石‘口 。‘、 困五‘尤一人。。“ 刀月刃‘石一。、 刀八 卜人。。。 一 、‘ 、 、 〔 、 、 困 一 一 毛 一 一 、 、 、 一 韶 一 一飞 玉 一 一 、〔 一 、一 一 一 一 一 、 耳 一 、 一 一韶 〕 一 、 钢厂 的合理规模 、合理配量单元工序 装置对 存在 这给特殊钢厂 的高效运行带来 了困难 具体 于提高我 国炼钢厂 的整体水平 、优化企业结构和资 表现为炼钢炉与连铸机之 间的匹配模式不合理 源配置具有重大的战略意义 卜司 高效连铸技术的 目前关于炉机匹配 问题 国内外学者的研究主 发展加快 了钢铁生产节奏 市场 的影响使得钢厂订 要集 中于炉机排程及调度方面 一‘国内还有对 单越来越趋 向于多品种和小批量 造成单台设备承 于新建钢厂流程配置 问题 的研究 ‘一‘ 本文针对 担多钢种共同生产任务的现象在国内特殊钢厂普遍 钢厂现有 的流程配置 在炼钢厂 系统 生产组织优 收稿 日期 一 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 教育部博士学科点专项基金资助项 目 明。即 中央高校基本科研业 务 费专项 又 一 一 一 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2013．01．018
第1期 穆衍清等：特殊钢厂炉机匹配研究 .127. 化3,15-16研究的基础上，探讨炉机匹配模式的共 对炼钢厂内某一炼钢炉与各连铸机间对应唯一性的 性问题，本文以对长材型特殊钢厂“炉”与“机”之 量化评价指标，生产运行时，与该炼钢炉相对应的 间的对应关系为例进行研究，分析影响炉机匹配的 连铸机个数越多，“炉→机”匹配度越小：当该炼 因素，阐述确定合理炉机匹配模式的方法，并提出 钢炉向多个连铸机供应钢水时，供给的钢水量越平 炉机匹配模式的建议评价指标. 均，“炉机”匹配度越小 在生产过程中，炼钢厂i号炼钢炉向方号连铸 1炉机匹配模式的评价 机提供的钢水量占该炼钢炉冶炼钢水总量的比值由 1.1炉机匹配模式概述 f表示，见下式： 炉机对应关系问题的确定是炼钢厂系统运行 优化的首要问题和基础3，国内众多钢厂17-20对这 f=2Bori-cCM×100%. (1) QBOFi 一问题都十分关注.所谓“炉机对应”原则，即炼钢 式中，QBOP:表示一定时间内i号炼钢炉生产的钢 厂系统的主要生产工序（炼钢工序和连铸工序）之 水量，QBOF一CCM)表示一定时间内i号炼钢炉向 间确立明确的对应关系，其表现形式一般分为“定 方号连铸机提供的钢水量，i一转炉设备号，j一连 炉对定机”和“一一对应”两种.目前，国内许多特 铸机设备号. 殊钢厂存在着品种钢和常规钢混合生产的生产组织 为综合评价i号炼钢炉对多台连铸机的钢水供 模式，钢种的差异性造成炼钢厂各工序运行多样性， 应情况，进一步对f进行量化处理，得到“炉一 以及“炉”“机”之间匹配的复杂性.图1是国内生产 机”匹配度的计算公式，见下式： 弹簧钢的某特殊钢厂炉机匹配模式，图中浅色箭头 1)2 表示常规钢生产的作业路线，深色箭头表示品种钢 生产的作业路线.图中的数值表示该工序、作业路 RF-c ×100. 1 (2) 1- 线的当月产量与炼钢厂总产量的比值.由图1可知， 该厂“炉”与“机”之间的对应关系不明确，钢水的 式中，一C表示“炉一机”匹配度，n表示连铸 交叉供应比例较大，这对现场的生产组织带来了困 机个数.对该钢厂三座转炉的“炉→机”匹配度进 难，不利于生产的顺利运行 行计算，结果如表1所示.由表1可知：该厂三座 店总 转炉中“炉→机”匹配度最大的为2号转炉(33.1)， 分比 其生产钢水中71.4%供应给了2号连铸机，与连铸 11% → 机的对应性相对较好；1号转炉“炉→机”匹配度 号炉 18.4% 47% 1号LF 1号机 最小，仅为12.1，与连铸机的对应较为分散. (34.2%) 6.5% (26.0%) 25.2% 表1“炉→机”匹配度 3.6% 2号炉 Table 1 Matching degree of furnaces-casters (35.3%) 8.4% 器提 钢水去向比例/% “炉→机” 3.8% 8.3% 逍 → 炼钢炉 1号连铸机2号连铸机3号连铸机 匹配度 3号炉 2号LF 3号机 1号转炉 32.5 53.8 13.7 12.1 (30.5%) (26.6%) 2号转炉 18.4 71.4 10.2 33.1 3号转炉 27.5 12.5 60.0 17.7 图1炼钢厂炉机匹配模型 Fig.1 Furnaces-casters matching mode in a steelmaking (2)“机→炉”匹配度.“机一炉”匹配度是对 plant 炼钢厂内某一连铸机与各炼钢炉间对应唯一性的量 1.2炉机匹配度 化评价指标.其评价内容与“炉→机”匹配度类同. 为分析与评价多炉对多机流程中“炉”与“机” 与“炉→机”匹配度计算公式的推导相似，“机→ 之间的匹配程度，本文提出炉机匹配度的建议评价 炉”匹配度计算方法见下式： 指标.所谓炉机匹配度是对炼钢厂炼钢炉与连铸机 QBoF-CCM1×100%, 之间对应唯一性的量化评价指标，其量纲为一，数 QCCMj (3) 值范围为0~100.包括“炉一机”匹配度和“机一 炉”匹配度两个建议评价指标，下面分别阐述. g -×100 (4) (1)“炉→机”匹配度.“炉→机”匹配度，是 1-- m
128 北京科技大学学报 第35卷 式中，QccM表示一定时间内j号连铸机浇注的钢 地从作业路线、产品结构、当量周期以及炉机匹配 水量，S一F表示“机一炉匹配度，C表示i号 模式的缓冲能力四个方面逐一阐述 炼钢炉向犭号连铸机提供的钢水量占该连铸机浇注 2.1作业路线 钢水总量的比值，m表示转炉个数.对该钢厂三台 在炼钢厂，不同的作业路线以及工序内不同设 连铸机的“机一炉”匹配度进行计算，结果如表2 备的冶炼操作差异对钢水的温降影响十分明显.在 所示.由表2可知：该厂三台连铸机中“机一炉” “能耗最小”原则的指导下，将不同作业路线的温降 匹配度最大的为3号连铸机(284)，其生产钢水中 大小作为作业路线的选择依据.以该钢6Si2I, 的68.8%由3号转炉供应，与转炉的对应性相对较 的生产为例，工艺流程为BOF一LF一→CCM.通过 好：1号连铸机“机一炉”匹配度最小，仅为24， 对实际生产数据的解析，得到不同作业路线生产 与转炉的对应较为分散 60Si2Mmb的温度变化规律，如表3所示.表3中 表2“机一炉匹配度 列出了1号转炉生产60Si2Mb的所有作业路线， Table 2 Matching degree of casters-furnaces 不同作业路线下1号转炉的出钢目标温度最大相 钢水来源比例/% 炉一机” 差23C;转炉连铸钢水温降相差最大为9C. 连铸机 1号转炉2号转炉3号转炉 匹配度 其中作业路线“1→1→1”(1号转炉→1号LF精炼 1号连铸机 42.7 25.0 32.3 2.4 2号连铸机 炉→1号连铸机)的温度损失最小，即在安排生产 38.8 53.2 8.0 16.0 3号连铸机 17.7 13.5 68.8 28.4 60Si2Mb作业路线时，优先选择1号转炉生产的 品种钢经由1号LF供应1号连铸机浇注， 由以上分析可知，该钢厂目前炉机匹配模式并 不合理.下面本文以该钢厂炉机匹配模式的优化为 将此思路应用于其他钢种生产数据分析后， 例，讨论并阐述合理炉机匹配模式的确定 得到如下作业路线建议：品种钢“1→1一1”和 “3→2→3”；常规钢“2→2”(2号转炉一2号连铸机， 2 炉机匹配模式的确定 不经过LF精炼).在实际生产时，应遵循“能耗最 确定炉机匹配模式，应综合考虑钢水温度、工 小原则”优先选择过程能耗最小的作业路线，以保 序产量、节奏匹配及应对异常等因素.本文将相应 证“炉与“机”之间明确的对应关系 表3生产60Si2Imb过程中各工序温度 Table 3 Temperature in each process for producing 60Si2Mnb 转炉 氩站 LF精炼 连铸 路线 出钢温度/℃ 离站温度/℃ 离站温度/℃ 上平台温度/℃ 温降/℃ BOF→LFCC 1号 1号 1号 2号 1号 3号 1→1→1 1619 1563 1533 1527 92 1+1→3 1639 1583 1553 1543 96 1-→2+1 1628 1572 1536 1527 101 1→2+3 1642 1586 1550 1543 99 注：1一1一1表示钢水生产作业路线为1号转炉一1号1，F精炼炉一1号连铸机.其他类同 作业路线确定后，不同设备的生产情况需要进 序产品结构与设备产品结构之间关系，阐述工序产 一步量化分析.下面将论述如何确定生产过程中各 品结构与设备产品结构之间的关系 设备的产品结构 根据本文2.1节对作业路线的论述结果，该厂 2.2产品结构 转炉与连铸机生产品种钢的优先顺序均为1号、3 所谓产品结构，是指炼钢厂/工序/设备生产的 号和2号.因此，设备使用方案大致可划分为表4 某种产品产量占其总产量的比例.炼钢厂产品结 和表5所示的三种.例如表4方案2表示：1号转 构、工序产品结构和设备产品结构分别指炼钢厂、炉全部生产品种钢，2号转炉全部生产常规钢，3号 某一工序和某一设备生产某种产品产量占其总产量 转炉兼顾生产品种钢和常规钢 的比例 根据方案中各设备的产品结构可得出各设备 以该钢厂为例，其产品根据生产工艺的不同分 的当量周期情况，进而得到各设备对不同产品的产 为品种钢和常规钢两种，为方便讨论，本文只选取 能情况.以此为依据，推算工序内不同产品的总 产品结构中的品种钢比例进行阐述，并重点分析工产能，最终得到工序产品结构.经推导，得到不
· 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 式中 表示一定时间内 号连铸机浇注 的钢 水量可一 表示 “机 炉’匹配度表示‘号 炼钢炉 向 号连铸机提供的钢水量 占该连铸机浇注 钢水总量的比值 。表示转炉个数 对该钢厂三台 连铸机的 “机 、 炉 ” 匹配度进行计算 结果如表 所示 由表 可知 该厂三台连铸机 中 “机 、 炉 ” 匹配度最大的为 号连铸机 其生产钢水 中 的 由 号转炉供应 与转炉的对应性相对较 好 号连铸机 “机 、 炉 ” 匹配度最小仅为 与转炉的对应较为分散 表 入 “机 一 炉 ” 匹配度 一 连铸机 钢水来源比例 号转炉 号转炉 号转炉 “炉 一 机 ” 匹配度 号连铸机 号连铸机 号连铸机 汪 一 由以上分析可知 该钢厂 目前炉机匹配模式并 不合理 下面本文 以该钢厂炉机匹配模式的优化为 例 讨论并阐述合理炉机匹配模式的确定 炉机 匹配模式的确定 确定炉机匹配模式 应综合考虑钢水温度 、工 序产量 、节奏 匹配及应对异常等 因素 本文将相应 地从作业路线 、产 品结构 、当量周期以及炉机匹配 模式的缓冲能力四个方面逐一阐述 作业路线 在炼钢厂不同的作业路线 以及工序 内不同设 备的冶炼操作差异对钢水的温 降影响十分明显 在 “能耗最小 ”原则的指导下将不同作业路线的温降 大小作为作业路线的选择依据 以该钢厂 的生产 为例 工艺流程为 、 、 通过 对 实际生产数据 的解析 得到不 同作业路线 生产 人 的温度变化规律 如表 所示 表 中 列出了 号转炉生产 的所有作业路线 不同作业路线下 号转炉的出钢 目标温度最大相 差 转炉 连铸钢水温 降相 差最大为 其中作业路线 ‘、、 、尸 号转炉 、 号 精炼 炉 、 号连铸机 的温度损失最小 即在安排生产 作业路线时优先选择 号转炉生产的 品种钢经 由 号 供应 号连铸机浇注 将 此 思路应用 于其 他 钢 种 生 产 数据 分析后 得 到如 下作业 路线 建议 品种 钢 “ 、 和 “ 、 、 ” 常规钢 “ 、 ” 号转炉 、 号连铸机 不经过 精炼 在实际生产 时 应遵循 ‘·能耗最 小原则 ” 优先选择过程 能耗最小的作业路线 以保 证 “炉 ” 与 “机 ” 之间明确 的对应关系 表 生产 过程中各工序温度 一 路线 一 转炉 氢站 精炼 连铸 出钢温度 ℃ 离站温度 ℃ 离站温度 ℃ 土平台温度 ℃ 温降 ℃ 号 号 号 号 号 号 斗 升 一 升 升 一 叶 一 一 一 弓 注 、 一 表示钢水生产作业路线为 号转炉 一 号 精炼炉 一 号连铸机 其他类 同 作业路线确定后不同设备的生产情况需要进 一步量化分析下面将论述如何确定生产过程 中各 设备 的产品结构 产品结构 所谓产 品结构 是指炼钢厂 工序 设备生产的 某种产 品产量 占其总产量 的 比例 炼钢厂产 品结 构 、工序产 品结构和设备产 品结构分别指炼钢厂 、 某一工序和某一设备生产某种产品产量 占其总产量 的 比例 以该钢厂为例 其产品根据生产工艺的不同分 为品种钢和常规钢两种 为方便讨论 本文只选取 产品结构 中的品种钢 比例进行阐述 并重点分析工 序产 品结构与设备产品结构之 间关系阐述工序产 品结构与设备产品结构之 间的关系 根据本文 节对作业路线的论述结果该厂 转炉与连铸机生产 品种钢 的优先顺序均为 号 、 号和 号 因此 设备使用方案大致可划分为表 和表 所 示 的三种 例 如表 方案 表示 号转 炉全部生产 品种钢 号转炉全部生产常规钢 号 转炉兼顾生产品种钢和常规钢 根据方案 中各设备 的产 品结构可 得 出各设备 的当量周期情况 进而 得到各设备对不 同产品的产 能情 况 以此 为依据 推算工序 内不 同产 品的总 产 能 最终得 到 工序产 品结构 经推 导 得 到不
第1期 穆衍清等：特殊钢厂炉机匹配研究 129· 同方案下工序产品结构与设备产品结构的关系，如 例为1一Pc1:pm表示1号转炉产品结构中品种钢 表4和表5中公式所示.p表示该设备产品结构 比例，相应的常规钢比例为1-pa.a和b分别表 中品种钢比例，其范围为01.例如：pc1表示1 示该设备对常规钢和品种钢的单炉生产周期，单位 号连铸机产品结构中品种钢比例，相应的常规钢比 为min. 表4生产过程设备使用方案（转炉） Table 4 Equipment scheme in the production process (BOF) 设备产品结构（品种钢比例） 计算结果（品种钢比例） 设备使用方案 1号3号2号范围 工序产品结构（品种钢比例）计算公式 转炉工序(a=31min,b=37min) apfl p41 0 00≤pm<1 029.5% (2b-2a)pr1 +3a 2 100% Pf3 0 0≤P3<1 (2ab-a2)p3+a2 2-a2)p3+a2+2ab 29.5%62.6% 100%100%p2 0≤p2≤1 (3b-2a)p+2a 62.6%100% (2b-2a)pp2 +2a+b 表5生产过程设备使用方案（连铸机） Table 5 Equipment scheme in the production process (CCM) 设备产品结构（品种钢比例） 工序产品结构（品种钢比例）计算公式 计算结果（品种钢比例） 设备使用方案 1号3号2号 范围 连铸工序(a=26min,b-50min) 1 Pel 0 0 0≤pc1<1 apel 020.6% (2b-2a)pc1+3a 100% pe3 0 0≤pe3<1 (2ab-a2)pe3+a3 (62 -a2)pc3 +a2 +2ab 20.6%51.0% 100%100%pe2 0≤pe2≤1 (3b-2a)pe2+2a 51.0%100% (2b-2a)pc2+2a+b 2010年2月该炼钢厂品种钢产品比例为52.6%. 设备的作业方案.对于方案中的节奏匹配是否合理， 查表4可知，转炉工序应选取方案2，由方案2对 下文将进行进一步验证 应的公式反推计算得p%=672%;查表5可知，连 2.3当量周期 铸工序应选取方案3，由方案3对应的公式反推计 2.3.1当量周期的确定 算得p2=2.3%.相应的炉机匹配方案如图2所示， 在确定了初步的炉机对应关系后，炉机匹配模 图2中细线表示常规钢作业路线，粗线表示品种钢 式的确定还应充分考虑炼钢炉和连铸机的产能和生 作业路线 产节奏等因素.本文对生产周期的概念进行进一步 BOF-1 探究，提出当量周期的概念.所谓当量周期，即一 AR-1 LF-1 CC-1 定时间范围内工序或设备对某特定钢种生产一炉次 所用（平均）时间.以设备当量周期和工序当量周期 BOF-2 来具体表述 AR-2 LF-2 CC-2 (1)设备当量周期.在工序内单台设备在进行多 钢种生产时某钢种钢水的供给节奏（对连铸机而言 BOF-3 AR-3 CC-3 即钢水浇注节奏).设备当量周期反映的是单座（台） 设备针对某钢种的生产节奏及生产能力水平，设备 图2改进后炉机匹配方案 当量周期越大，生产节奏越慢，产能越小.其表达 Fig.2 Scheme of furnaces-caster matching after improve- 式如下式所示： ment 由图2可知，在由作业路线初步确定的炉机对 (rp) 应关系基础上，利用产品结构可进一步定量确定各 =1 (5) Pin
第 期 穆衍清等 特殊钢厂炉机匹配研究 · · 同方案下工序产品结构与设备产品结构的关系如 表 和表 中公式所示 表 示该设备产 品结构 中品种钢 比例 其范 围为 、 例如 表示 号连铸机产品结构中品种钢比例相应的常规钢比 例为 一 表 示 号转炉产 品结构中品种钢 比例 相应 的常规钢 比例为 一 和 分别表 示该设备对常规钢和 品种钢的单炉生产周期 单位 为 表 生产过程设备使用方案 转炉 讲 设备使用方案 设备产品结构 品种钢比例 号 号 号 范围 工序产品结构 品种钢比例 计算公式 计算结果 品种钢比例 转炉工序 簇 。 镇 ‘一 ‘一 、 。 毛 一 一 。 一 住 、 、 表 生产过程设备使用方案 连铸机 匕 设备使用方案 设备产品结构 品种钢比例 号 号 号 范围 工序产品结构 品种钢比例 计算公式 计算结果 品种钢比例 连铸工序 而 氏 一 夕 一 、 、 仇 一 一 一 、 年 月该炼钢厂品种钢产 品比例为 查表 可知转炉工序应选取方案 由方案 对 应的公式反推计算得 二 查表 可知 连 铸工序应选取方案 由方案 对应 的公式反推计 算得 二 相应 的炉机匹配方案如图 所示 图 中细线表示常规钢作业路线 粗线表示品种钢 作业路线 一 图 改进后炉机匹配方案 ￡ 朗 由图 可知 在 由作业路线初步确定的炉机对 应关系基础上利用产品结构可进一步定量确定各 设备的作业方案 对于方案中的节奏匹配是否合理 下文将进行进一步验证 当最周期 当量周期的确定 在确定 了初步 的炉机对应关系后 炉机匹配模 式的确定还应充分考虑炼钢炉和连铸机的产能和生 产节奏等因素 本文对生产周期的概念进行进一步 探究 提 出当量周期 的概念 所谓 当量周期 即一 定时间范围内工序或设备对某特定钢种生产一炉次 所用 平均 时间 以设备当量周期和工序当量周期 来具体表述 设备当量周期 在工序内单台设备在进行多 钢种生产时某钢种钢水的供给节奏 对连铸机而言 即钢水浇注节奏 设备当量周期反映的是单座 台 设备针对某钢种 的生产节奏及生产能力水平 设备 当量周期越大生产节奏越慢 产能越小 其表达 式如下式所示 艺 几 ‘ 一刀 一 一 才
.130· 北京科技大学学报 第35卷 式中，u表示设备生产钢种i的当量周期，T1表 表7设备当量周期与工序当量周期 示该设备对钢种i的单炉生产周期，P:表示钢种i Table 7 Equivalent period of cquipments and equivalent pe 在该设备生产所有钢种中的产量百分比，n表示该 riod of processes 设备生产的钢种数量，？表示该设备作业率.以该钢 设备当量 工序当量 钢种 工序 厂为例，将钢种以品种钢和常规钢分类讨论，其 周期/mi 1号2号3号 周期/min 取值为2. 转炉 73.1114.441.4 21.5 (2)工序当量周期.工序内多台设备同时运转时 品种钢LF精炼 40.0 40.0 2.0 某钢种钢水的供给节奏（对连铸工序而言即钢水浇 连铸 50.0 50.0 25.0 转炉 62.8 45.8 291.0 24.3 注节奏).工序当量周期反映的是工序针对某钢种 常规钢 连铸 26.0 26.0 的生产节奏及生产能力水平，工序当量周期越大， 生产节奏越慢，产能越小.其表达式如下式所示： 2.3.2节奏匹配的约束 1 现代钢厂的高效运行要求以连铸工序为中心 (6) P7 因此，对于一个炼钢厂而言，要实现炼钢厂连铸机 点() 的连续浇注，需满足以下四个约束条件： i=1 ①转炉冶炼常规钢当量周期≤连铸机浇注常 式中，r表示工序生产钢种当量周期，m表示 规钢当量周期： 工序内设备个数.以该厂转炉炼钢工序为例，其 ②转炉冶炼品种钢当量周期≤连铸机浇注品 取值为3. 种钢当量周期： 在本文的分析中，忽略作业率的影响对当量周 期进行计算，认为7=100%.将式(5)和式(6)优化 ③LF精炼工序理论最小当量周期≤转炉冶炼 为下式： 品种钢当量周期： n ④LF精炼工序当量周期≤连铸机浇注品种钢 (Tipi) i=1 当量周期. (T) Pi LF精炼工序理论最小当量周期，是指当LF 1 精炼工序满负荷生产时的当量周期.由式（⑧）计 m pi (8) 算可知，该厂LF精炼工序理论最小当量周期为 20.0mim. i=1 利用上述四个约束条件对图2所示的改进后匹 以该钢厂为例，其不同钢种的各工序生产周期 配方案进行进一步的验证.由式(8)计算可知：在 如表6所示，由式(7)和(8)计算而得的各设备及 该方案中连铸工序浇注品种钢和常规钢的当量周期 工序的当量周期进行计算，结果见表7.由表6和 分别为24.5min和27.2min;转炉工序生产品种钢 表7可知：该厂2号转炉冶炼品种钢的生产周期 和常规钢的当量周期分别为21.6nim和24.0mi1. 为37min,而当量周期却高达114.4min.这是由于 满足上述四个约束条件，即满足节奏匹配要求，该 2号转炉承担多钢种生产任务，即相邻两炉品种钢 改进方案具有可行性，下文将通过对炉机匹配缓冲 生产中会插入一炉或多炉的常规钢生产任务，使其 能力的分析，进一步讨论本改进方案的最优性 表6各工序生产周期 2.4炉机匹配模式的缓冲能力 Table 6 Production cycle of each process 炉机匹配缓冲能力主要是指，在己确定的炉机 转炉生产 连特机生产 钢种 LF精炼生 匹配模式下，通过时间及产能缓冲以应对异常状况 周期/min 产周期/min 周期/min 的发生，根据“拉速决定流量“原则，炉机匹配模式 品种钢 37 0 50 常规钢 31 26 的缓冲原则具体表现为：在满足上述四个约束条件 的前提下，保证连铸机产品结构不变，通过调整炼 向下一工序提供品种钢的时间间隔远大于37min. 钢炉的产品结构使生产顺行 因此，在衡量炼钢厂某工序/设备向下一工序提供 下面以该钢厂为例，通过分析优化后炉机匹配 某钢种钢水的平均节奏时，应选用当量周期，比简 模式中转炉工序当量周期与3号转炉冶炼品种钢比 单地用其单炉钢水的生产时间更为客观、准确. 例之间的关系，分析该模式的缓冲能力，如图3所
· · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 式中叮 表示设备生产钢种 艺的当量周期 表 示该设备对钢种 乞的单炉生产周期 表示钢种 乞 在该设备生产所有钢种 中的产量百分 比 表示该 设备生产的钢种数量 叮表示该设备作业率 以该钢 厂为例 将钢种 以品种钢和常规钢分类讨论 其 取值为 工序当量周期 工序 内多台设备同时运转时 某钢种钢水 的供给节奏 对连铸工序而言即钢水浇 注节奏 工序 当量周期反映的是工序针对 某钢种 的生产节奏及生产能力水平 工序 当量周期越大 生产节奏越慢 产能越小 其表达式如下式所示 表 设备当量周期与工序 当量周期 一 一一 ‘、‘。一 卜 钢” 工序下万嘿些不再一周期 ‘‘ 转炉 一 飞 品种钢 精炼 〔 一 〔 连铸 住 一 。 乐 转 炉 治 生 连 铸 一 一 才 场 艺 爪 之 艺 式中才 表示工序生产钢种 饭当量周期二表示 工序 内设备个数 以该厂转炉炼钢工序 为例 其 。 取值为 在本文的分析 中忽略作业率的影响对当量周 期进行计算 认为 刀二 将式 和式 优化 为下式 叮 才 二 艺 爪 艺 堂一生 一‘艺 几夕 以该钢厂为例 其不同钢种 的各工序生产周期 如表 所示 由式 和 计算而得的各设备及 工序 的当量周期进行计算 结果见表 由表 和 表 可知 该厂 号转炉冶炼 品种钢 的生产周期 为 而 当量周期却高达 这是 由于 号转炉承担多钢种 生产任务 即相邻两炉品种钢 生产 中会插入一炉或 多炉 的常规钢生产任务使其 表 各工序生产周期 钢种 转炉 生产 周期 精炼生 产周期 连铸机生产 周期 品种钢 常规钢 向下一工序提供 品种钢 的时间间隔远大于 因此 在衡量炼钢厂某工序 设备 向下一工序提供 某钢种钢水的平均节奏时应选用当量周期比简 单地用其单炉钢水的生产时间更为客观 、准确 节奏匹配的约束 现代钢厂 的高效运行要求 以连铸 工序 为中心 因此 对于一个炼钢厂而言 要实现炼钢厂连铸机 的连续浇注 需满足 以下 四个约束条件 ①转炉冶炼常规钢 当量周期 成 连铸机浇注常 规钢 当量周期 ②转炉冶炼 品种钢 当量 周期 蕊 连铸机浇注 品 种钢当量周期 ③ 精炼工序理论最 小当量周期 毛转炉冶炼 品种钢 当量周期 ④ 精炼工序 当量周期 蕊连铸机浇注 品种钢 当量周期 精炼工序理论最小 当量 周期 是指 当 精炼工序满 负荷 生产 时 的当量 周期 由式 助 计 算可知 该厂 精炼 工序 理 论最 小 当量周 期为 利用上述四个约束条件对 图 所示的改进后匹 配方案进行进一步 的验证 由式 计算可知 在 该方案中连铸工序浇注 品种钢和常规钢 的当量周期 分别为 和 转炉工序生产品种钢 和常规钢 的当量周期分别为 和 ·‘‘“· 满足上述 四个约束条件 即满足节奏匹配要求 该 改进方案具有可行性 下文将通过对炉机匹配缓冲 能力的分析 进一步讨论本改进方案的最优性 炉机 匹配模式的缓 冲能力 炉机匹配缓冲能力主要是指 在 已确定的炉机 匹配模式下 通过 时间及产 能缓冲 以应对异常状况 的发生 根据 “拉速决定流量 ”原则 炉机匹配模式 的缓冲原则具体表现 为 在满足上述 四个约束条件 的前提下 保证连铸机产 品结构不变 通过调整炼 钢炉的产品结构使生产顺行 下面 以该钢厂为例 通过分析优化后炉机匹配 模式 中转炉工序 当量周期与 号转炉冶炼 品种钢 比 例之 间的关系 分析该模式 的缓冲 能力 如 图 所