煉鋼廠生產(chǎn)工序的選擇

煉鋼廠生產(chǎn)工序的選擇

近年來，隨著中國航天、汽車、造船、裝備制造等行業(yè)的發(fā)展，金屬材料尤其是鋼鐵材料發(fā)揮著重要作用。中國《“十二五”鋼鐵工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確提出在新形勢下對鋼鐵工業(yè)發(fā)展的要求:加強(qiáng)技術(shù)改造,加快技術(shù)進(jìn)步,降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量,優(yōu)化品種結(jié)構(gòu)。鋼鐵產(chǎn)品性能向著綜合使用性能、高尺寸精度、高表面質(zhì)量的高端化方向發(fā)展,冶金生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)向著節(jié)能減排、高效低耗、改善環(huán)境方向推進(jìn),冶金生產(chǎn)流程向著精細(xì)化、集成化、綠色化和循環(huán)化的方向演進(jìn)。如今,中國與日、德、美等鋼鐵強(qiáng)國在冶金工業(yè)的差距主要體現(xiàn)在單體工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制和整體流程的協(xié)調(diào)運(yùn)行等方面,煉鋼廠的精細(xì)制造不僅是對單體工序生產(chǎn)工藝進(jìn)行精細(xì)控制,還要對工序裝備進(jìn)行精細(xì)配置與運(yùn)行,對生產(chǎn)流程運(yùn)行進(jìn)行精細(xì)管控。煉鋼廠的精細(xì)制造是根據(jù)用戶終端產(chǎn)品的質(zhì)量要求,合理提出對各工序生產(chǎn)原料、設(shè)備、工藝、管理等方面的控制要求,通過單體工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制,工序裝備的精細(xì)配置與運(yùn)行,生產(chǎn)流程的精細(xì)管控來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高效率、低成本、穩(wěn)定生產(chǎn)。對于潔凈度要求比較高的鋼種,鋼廠并不是追求純凈度越高越好,而是在滿足用戶質(zhì)量要求的前提下,追求經(jīng)濟(jì)的(適當(dāng)?shù)摹⒎€(wěn)定的)潔凈度,追求生產(chǎn)過程的高效率,追求產(chǎn)品的低成本,追求產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。煉鋼廠的精細(xì)制造是煉鋼廠動態(tài)有序、連續(xù)緊湊、高效協(xié)同生產(chǎn)運(yùn)行體系的綜合體現(xiàn),它對鋼廠節(jié)能降耗、全面提升生產(chǎn)工藝與自動化控制水平具有重要意義。近年來,一些行業(yè)的精細(xì)制造已經(jīng)取得了良好的進(jìn)展。王志強(qiáng)等針對中國南車集團(tuán)眉山車輛廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀,提出了精細(xì)制造的概念,認(rèn)為精細(xì)制造的核心內(nèi)容就是在生產(chǎn)過程中精益求精、消滅故障,向質(zhì)量零缺陷進(jìn)軍,其最終目標(biāo)就是生產(chǎn)出具有最優(yōu)質(zhì)量和最低成本的產(chǎn)品,并且對市場需求做出最迅速的響應(yīng)。2005年萬科集團(tuán)推出精細(xì)制造的理念,將精細(xì)制造滲透到萬科設(shè)計(jì)、施工、營銷的各個環(huán)節(jié),更加強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的精與專。周寶東認(rèn)為電氣制造行業(yè)的精細(xì)制造更多意義上是影響制造企業(yè)加工制造水平的多種因素的雜糅,高性能加工設(shè)備和人才是實(shí)現(xiàn)精細(xì)制造的兩個重要因素。金蝶為實(shí)現(xiàn)作業(yè)成本的控制,提出了金蝶K/3ERP精細(xì)制造解決方案,該方案利用信息化手段對工序能力進(jìn)行排程,并強(qiáng)化車間作業(yè)的精細(xì)化管理,從而為車間現(xiàn)場生產(chǎn)管理提供了全面的支持。鄒志云等認(rèn)為精細(xì)化工生產(chǎn)是以高新技術(shù)為基礎(chǔ),以市場需求為導(dǎo)向,以產(chǎn)品具有特定功能、附加價值高、小批量、多品種、系列化為特點(diǎn)的化工生產(chǎn)過程。奧鋼聯(lián)(VAI)公司經(jīng)過多年的探索與實(shí)踐,形成了鋼鐵制造過程的系統(tǒng)控制技術(shù),包括生產(chǎn)計(jì)劃與控制(ProductionPlanningandControl)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制(VAIQuality)技術(shù)、鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃、排產(chǎn)和控制系統(tǒng)技術(shù)等。日本川崎制鐵公司基于信息系統(tǒng)化的趨勢,建立了煉鋼-熱軋生產(chǎn)管理與控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)劃與進(jìn)度的全面控制,生產(chǎn)的協(xié)調(diào)運(yùn)行與控制,產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控等,為鋼鐵生產(chǎn)過程的精細(xì)制造奠定了基礎(chǔ)。殷瑞鈺院士提出“高效率、低成本潔凈鋼平臺”的概念,指出潔凈鋼平臺是某種以高效率、低成本、穩(wěn)定地生產(chǎn)潔凈鋼的基礎(chǔ)性、通用性、集成性的技術(shù)系統(tǒng)(技術(shù)模塊群),包括解析、優(yōu)化的鐵水預(yù)處理技術(shù)、高效、長壽的轉(zhuǎn)爐(電爐)冶煉技術(shù)、快速、協(xié)同的二次冶金技術(shù)、高效、恒速的連鑄技術(shù)、優(yōu)化、簡捷的“流程網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)和動態(tài)-有序的物流運(yùn)行技術(shù),是現(xiàn)代煉鋼技術(shù)進(jìn)步的重要方向,對于提升鋼廠的市場競爭力具有重要意義。1裝備和流程角度的精細(xì)控制以鋼鐵生產(chǎn)過程的重要區(qū)段煉鋼系統(tǒng)生產(chǎn)過程為例,對鋼鐵生產(chǎn)過程的精細(xì)制造進(jìn)行討論,從煉鋼廠生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制、工序裝備的精細(xì)配置與運(yùn)行、生產(chǎn)流程的精細(xì)管控3個方面歸納并闡述煉鋼廠的精細(xì)制造,其架構(gòu)如圖1所示。煉鋼廠的精細(xì)制造是冶金工序功能的解析、優(yōu)化與重組理念(從工藝、裝備和流程角度)在煉鋼區(qū)段的綜合發(fā)展與表現(xiàn),是高效率、低成本潔凈鋼制造平臺的另一種表現(xiàn)形式。煉鋼廠生產(chǎn)過程主要涉及鐵水預(yù)處理、煉鋼、二次冶金和連鑄4個生產(chǎn)工序,各工序在生產(chǎn)過程中發(fā)揮著各自的作用。每個工序的功能往往是多元化的,同時某些功能也可以在多個工序中實(shí)現(xiàn)。因此,某些功能在不同工序中實(shí)現(xiàn)的程度、優(yōu)化匹配以及綜合集成等是煉鋼廠精細(xì)制造過程需要解決的問題。煉鋼廠各工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制是針對產(chǎn)品的質(zhì)量要求,合理分配各工序的冶金功能,在確保各工序完成既定冶金任務(wù)的同時,將管理到位理念滲透到各工序的生產(chǎn)過程,從而使最終的產(chǎn)品質(zhì)量得以保證。通過煉鋼廠各工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制,期望可以在嚴(yán)格的作業(yè)時間范圍內(nèi)穩(wěn)定生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品,并且在這一過程中達(dá)到資源的最優(yōu)化利用,并不需要追求各工序生產(chǎn)工藝“過度”的精細(xì)控制。本文分別從鐵水預(yù)處理、煉鋼、二次冶金和連鑄工序的工藝精細(xì)控制闡述煉鋼廠生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制。1.1藝的精細(xì)控制隨著產(chǎn)品市場競爭的不斷加劇,鋼廠為了在高產(chǎn)量下保持高品質(zhì)、高效率、低成本,廣泛采用鐵水預(yù)處理工藝。鐵水預(yù)處理工藝已從當(dāng)初為滿足冶煉低硫或極低硫鋼種的需求,發(fā)展成為煉鐵→煉鋼→凝固過程不可分割的重要環(huán)節(jié),尤其是隨著專用轉(zhuǎn)爐脫硅、脫磷技術(shù)的開發(fā)與進(jìn)展,正在形成一種全量鐵水三脫預(yù)處理工藝。鐵水預(yù)處理工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制就是針對相應(yīng)的鋼種,從預(yù)處理效果、成本、效率等方面綜合考慮,合理選擇預(yù)處理方式(單一脫硫處理或全量鐵水三脫處理),減輕轉(zhuǎn)爐冶煉過程的冶金負(fù)荷,為煉鋼工序的潔凈化生產(chǎn)提供條件。整體而言,歐美鋼廠一般采用鐵水脫硫預(yù)處理工藝,而日本多數(shù)鋼廠采用全量鐵水三脫預(yù)處理工藝。目前,中國新一代鋼廠為加快轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏,實(shí)現(xiàn)緊湊、高效、節(jié)能的循環(huán)型煉鋼生產(chǎn)模式,多采用全量鐵水三脫預(yù)處理工藝。首鋼京唐鋼鐵公司煉鋼廠采用全量鐵水三脫預(yù)處理工藝(鐵水罐預(yù)脫硫、專用轉(zhuǎn)爐預(yù)脫硅、預(yù)脫磷),為實(shí)現(xiàn)大批量、低成本、快節(jié)奏地生產(chǎn)潔凈鋼奠定了工藝基礎(chǔ)。該廠潔凈鋼生產(chǎn)新流程如圖2所示,高爐鐵水經(jīng)鐵水預(yù)處理脫硫后,分別在脫磷轉(zhuǎn)爐和脫碳轉(zhuǎn)爐中完成脫硅、脫磷和脫碳任務(wù),使得鋼中S、P、C、O等雜質(zhì)元素的去除過程明顯優(yōu)化。該廠生產(chǎn)實(shí)踐表明,全量鐵水三脫預(yù)處理工藝不僅提高了生產(chǎn)效率(脫碳轉(zhuǎn)爐冶煉1爐鋼縮短8~10min),而且降低了生產(chǎn)成本(高爐可利用含磷量較高的鐵礦,脫碳轉(zhuǎn)爐可利用錳礦進(jìn)而少加錳鐵等),還能很好地適應(yīng)薄板坯高拉速連鑄生產(chǎn)。1.2轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)特點(diǎn)轉(zhuǎn)爐煉鋼作為目前最主要的煉鋼方法,其長壽工藝與復(fù)吹技術(shù)、高效冶煉工藝的發(fā)展對鋼水質(zhì)量的提升起到了巨大的推動作用。轉(zhuǎn)爐煉鋼工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制就是通過高效供氧與長壽復(fù)吹技術(shù)、自動化煉鋼技術(shù)以及先進(jìn)檢測手段的應(yīng)用等實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉過程鋼水成分和溫度的準(zhǔn)確控制,為其后二次冶金工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制奠定基礎(chǔ)。寶鋼和武鋼在引進(jìn)國外大型轉(zhuǎn)爐煉鋼技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合自身的實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)研發(fā),形成了具有特色的大型轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝技術(shù):其中包括高效供氧、穩(wěn)定造渣、長壽復(fù)吹、過程自動控制等,轉(zhuǎn)爐煉鋼的各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也達(dá)到國際水平。在轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼水成分和溫度的控制方面,文獻(xiàn)基于熔池混勻度建立了轉(zhuǎn)爐冶煉過程吹煉模型,將該模型應(yīng)用于指導(dǎo)轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場生產(chǎn),較大地提高了轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼水命中率。如圖3所示,碳含量預(yù)測誤差絕對值小于0.02%的概率達(dá)到了80%,溫度預(yù)測誤差絕對值小于20℃的概率是83%,該模型的提出對傳統(tǒng)中小型轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)的優(yōu)化控制具有相當(dāng)?shù)膮⒖純r值。文獻(xiàn)深入分析了轉(zhuǎn)爐吹煉過程吹氧量的影響因素,并基于吹氧量統(tǒng)計(jì)模型和理論模型建立了吹氧量綜合預(yù)測模型,該模型可以對轉(zhuǎn)爐冶煉過程所需吹氧量進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測(氧耗量預(yù)測平均相對誤差小于1%)。將該模型應(yīng)用于現(xiàn)場生產(chǎn),轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)鋼水命中率得到了較大提高。圖4為采用吹氧量綜合預(yù)測模型后,冶煉終點(diǎn)鋼水碳溫命中率的驗(yàn)證結(jié)果,碳溫雙命中(碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)預(yù)測誤差絕對值小于0.03%,溫度預(yù)測誤差絕對值小于20℃)的概率達(dá)到75%以上,該模型對現(xiàn)場生產(chǎn)具有很好的指導(dǎo)作用。1.3氧精制、u3000vod二次冶金工藝始于20世紀(jì)30—50年代中后期,最初主要用于少數(shù)高級鋼種的脫氣處理,后來隨著不同功能二次冶金新工藝的開發(fā),二次冶金工藝大量用于普通鋼種生產(chǎn),二次冶金已發(fā)展成為滿足鋼水潔凈度要求、對鋼水溫度和成分進(jìn)行精確控制并有效協(xié)調(diào)煉鋼與連鑄生產(chǎn)組織的關(guān)鍵生產(chǎn)工藝。二次冶金工藝種類繁多,主要包括LF(鋼包爐)精煉工藝、VD真空精煉工藝、RH真空精煉工藝、VOD真空吹氧精煉工藝、AOD氬氧精煉工藝和CAS吹氬攪拌精煉工藝等。二次冶金工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制就是針對不同生產(chǎn)鋼種的特點(diǎn)(S含量、O含量、夾雜物等),根據(jù)不同二次冶金工藝的功能選擇合適的二次冶金工藝,并研發(fā)相應(yīng)的工藝控制技術(shù),在滿足鋼水潔凈度要求的同時,實(shí)現(xiàn)精煉過程鋼水溫度和成分的窄范圍控制,為鋼水的連續(xù)澆鑄提供原料條件。為了提高LF精煉過程的控制水平,謝樹元等在LF爐精煉工藝與冶金機(jī)制的基礎(chǔ)上,結(jié)合寶鋼LF爐精煉的具體工藝控制要求,開發(fā)了LF爐成套過程控制模型(主要包括溫度模型、合金最小成本模型、成分預(yù)報模型與脫硫模型),該模型在寶鋼分公司一煉鋼300tLF爐上得到了成功應(yīng)用?，F(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明,該模型有效地提高了精煉鋼水質(zhì)量,減少了生產(chǎn)成本。針對RH精煉過程鋼水碳含量控制不準(zhǔn)確的問題,ParkYoung-Geun利用三維流體動力學(xué)軟件構(gòu)建了RH精煉過程脫碳模型,用于實(shí)時預(yù)測RH脫碳過程鋼水的碳含量,建模過程中充分考慮了RH脫碳過程氬氣泡的行為以及整個流體的流動情況。該模型的現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明,模型預(yù)測的碳含量、氧含量與實(shí)測值相當(dāng)接近,如圖5所示。該模型可為RH精煉過程鋼水碳、氧含量的準(zhǔn)確控制提供很好的指導(dǎo)。1.4連鑄工藝優(yōu)化中國是世界上的第一產(chǎn)鋼大國,其中連鑄比達(dá)到約99%,煉鋼、連鑄產(chǎn)能過剩的矛盾已經(jīng)凸顯,精細(xì)化是今后連鑄技術(shù)裝備發(fā)展的方向。連鑄工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制就是通過中間包與結(jié)晶器內(nèi)合理穩(wěn)定流場的控制,鑄坯凝固傳熱以及連鑄過程冷卻配水系統(tǒng)的優(yōu)化控制,高精度、高水平連鑄生產(chǎn)過程控制技術(shù)的應(yīng)用等來實(shí)現(xiàn)連鑄坯質(zhì)量的精細(xì)控制。在鑄坯凝固傳熱以及冷卻配水的優(yōu)化控制方面,文獻(xiàn)針對中厚板坯連鑄生產(chǎn)中鑄坯裂紋及中心偏析等鋼廠遇到的共性問題,通過開展基礎(chǔ)研究與工藝研究,研發(fā)了連鑄凝固冷卻精細(xì)控制技術(shù)(圖6),有效解決了高裂紋敏感度連鑄坯凝固冷卻過程產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷問題。竇志超等針對連鑄生產(chǎn)中拉速及澆鑄溫度波動頻繁,導(dǎo)致靜態(tài)二冷配水控制下鑄坯表面溫度波動過大的問題,提出了一種基于有效拉速和有效過熱度的新型二冷控制模型,此模型簡單易行,且對連鑄過程中拉速及過熱度的變化具有良好的適應(yīng)能力,如圖7所示,模型在拉速或過熱度波動工況下能夠使連鑄坯表面溫度更加平緩,滿足當(dāng)前連鑄的生產(chǎn)要求。文獻(xiàn)分析了鑄機(jī)噴嘴布置方式對板坯冷卻效果的影響,通過噴嘴測試試驗(yàn),從噴嘴流量、噴射高度和水壓3個方面探討了相鄰噴嘴噴淋水重疊度與水量在板坯寬度方向分布均勻性的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,針對邯鋼第三煉鋼廠二號板坯連鑄機(jī)現(xiàn)行的二次冷卻系統(tǒng)提出了優(yōu)化方案,明顯地改善了鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量,鑄坯角部橫裂基本消除,鑄坯中心偏析從B類1.0減輕至C類1.5,其等軸晶比例提高了4.1%。在煉鋼廠的生產(chǎn)過程中,鐵水預(yù)處理、煉鋼、二次冶金和連鑄工序都具有各自的工序功能。鐵水預(yù)處理作為冶金負(fù)荷和質(zhì)量調(diào)節(jié)器,其預(yù)處理方式(單一脫硫處理或全量鐵水三脫處理)會影響轉(zhuǎn)爐冶煉過程的冶金負(fù)荷并將直接對鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。煉鋼工序的主要功能是快速脫碳與升溫、高效脫磷,煉鋼工序生產(chǎn)工藝的控制會影響初煉鋼水的成分和溫度。二次冶金工序可以對初煉鋼水進(jìn)行成分與溫度的調(diào)控和均勻化,控制夾雜物的形態(tài)并促進(jìn)夾雜物的去除等,二次冶金工序生產(chǎn)工藝控制關(guān)系到能否得到成分與溫度合格的待澆鋼水。連鑄工序通過澆鑄液態(tài)鋼水,凝固成型得到質(zhì)量合格的鑄坯,連鑄工序生產(chǎn)工藝的合理控制與否直接關(guān)系到連鑄坯質(zhì)量。工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制旨在通過對以上各工序功能的組合優(yōu)化,形成鐵水預(yù)處理→煉鋼→二次冶金→連鑄工序生產(chǎn)工藝的精細(xì)控制技術(shù),為煉鋼廠的高品質(zhì)、高效生產(chǎn)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。2金融體制提升,生產(chǎn)設(shè)備可靠性是保證冶金裝備的現(xiàn)代化支撐了中國鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展,隨著中國鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展,冶金裝備技術(shù)水平也迅速提升。煉鋼廠工序裝備的精準(zhǔn)配置是實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高效生產(chǎn)的重要途徑,而煉鋼廠生產(chǎn)設(shè)備的可靠運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、高效生產(chǎn)的重要保障。因此,工序裝備的精細(xì)配置與運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)煉鋼廠精細(xì)制造的必備條件。2.1裝備精細(xì)配置近年來,隨著市場需求的變化以及高品質(zhì)鋼種的開發(fā),國內(nèi)現(xiàn)代化、大型化煉鋼—連鑄生產(chǎn)裝備的比例逐步提高。為提高鋼材潔凈度,擴(kuò)大高附加值鋼材產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模,大多數(shù)鋼廠在配備LF爐、CAS和吹氬攪拌等常壓二次冶金設(shè)備的基礎(chǔ)上,針對板帶材的生產(chǎn)特別是冷軋薄板的生產(chǎn),又新配置RH和VD等真空精煉設(shè)備。煉鋼廠工序裝備的精細(xì)配置就是根據(jù)市場需求和高性能鋼種開發(fā)的需要,配置現(xiàn)代化、大型化的生產(chǎn)裝備,為鋼廠的高品質(zhì)、高效生產(chǎn)提供設(shè)備條件。寶鋼從20世紀(jì)90年代中期著手純凈鋼的開發(fā),其二煉鋼于1998年4月投產(chǎn),設(shè)計(jì)年產(chǎn)量288萬t。后因電工鋼、鍍錫板、汽車用鋼、高強(qiáng)度鋼等高性能鋼種的開發(fā)需要,于2006年新增1座300t轉(zhuǎn)爐、1臺RH、1座LF和1臺連鑄機(jī),目前產(chǎn)能已達(dá)到680萬t,且生產(chǎn)出來的純凈鋼在產(chǎn)品質(zhì)量上得到了很大提高。圖8為近年來寶鋼在汽車板氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制和IF鋼碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制方面取得的效果。武鋼為生產(chǎn)重軌鋼,對煉鋼生產(chǎn)裝備進(jìn)行了大規(guī)模更新與改造,改造后的一煉鋼廠擁有2座100t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,同時具有世界先進(jìn)水平的鐵水預(yù)處理和爐外精煉設(shè)備(鐵水預(yù)處理設(shè)備可將[S]質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.002%以內(nèi),VD真空處理設(shè)備可將[H]質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在1.5×10-6以內(nèi)),建成2臺高速高效5機(jī)5流方坯連鑄機(jī)。改建后該煉鋼廠的裝備達(dá)到當(dāng)代世界一流水平,已具備生產(chǎn)重軌鋼的能力,并成功開發(fā)了50、60kg/m重軌鋼。2.2生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行可靠性研究現(xiàn)代化煉鋼廠生產(chǎn)設(shè)備具有自動化程度高的特征,因此,保證生產(chǎn)設(shè)備的可靠運(yùn)行對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定以及生產(chǎn)效率的提高具有舉足輕重的作用。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)的不斷完善,設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測手段也不斷豐富,一些大型鋼鐵企業(yè)(如寶鋼、武鋼、鞍鋼)已廣泛采用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng),保證鋼鐵生產(chǎn)過程各工序設(shè)備的可靠運(yùn)行。在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的可靠性研究領(lǐng)域,吳平運(yùn)用可靠性理論與方法,針對不銹鋼方坯連鑄機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況,采用混聯(lián)系統(tǒng)的可靠性建模與可靠性分析方法,計(jì)算了不銹鋼方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性指標(biāo),指出了不銹鋼方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)和主要存在的問題,并提出了提高其生產(chǎn)運(yùn)行可靠性的改進(jìn)措施與維修策略,為方坯連鑄機(jī)的高效、可靠運(yùn)行奠定了理論基礎(chǔ)。董輝等論述了冶金生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理和方法,并將該系統(tǒng)運(yùn)用于酒鋼實(shí)際生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)了對各生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控,為生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行可靠性的判斷提供了一種有效的方法。在鋼鐵業(yè)競爭日趨激烈的今天,現(xiàn)代化、大型化生產(chǎn)設(shè)備的使用以及各工序生產(chǎn)設(shè)備的可靠運(yùn)行是鋼廠不斷提高市場競爭力的重要保障。一方面,鋼廠通過采用先進(jìn)的冶金裝備,不斷加強(qiáng)冶金裝備的自主研發(fā)和自主集成能力,為鋼廠的高品質(zhì)、高效生產(chǎn)提供設(shè)備保障;另一方面,鋼廠通過采用各種設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測手段,保證生產(chǎn)設(shè)備的可靠運(yùn)行,進(jìn)而有效發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)能力,提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。3顯著效果和應(yīng)用效果煉鋼廠生產(chǎn)流程的管控技術(shù)是自動化生產(chǎn)的重要組成部分,在工藝流程控制上具有規(guī)范操作工序、節(jié)省操作時間和實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化利用等顯著效果。煉鋼廠生產(chǎn)流程的精細(xì)管控包括對生產(chǎn)運(yùn)行的優(yōu)化控制以及生產(chǎn)過程的智能調(diào)度。其中,生產(chǎn)運(yùn)行的優(yōu)化控制包括鋼包、天車的運(yùn)行優(yōu)化以及生產(chǎn)節(jié)奏的協(xié)調(diào)控制;生產(chǎn)過程的智能調(diào)度包括構(gòu)建與生產(chǎn)工藝模型相融合的計(jì)劃與調(diào)度模型,通過對工藝模型的柔性調(diào)控,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能調(diào)度。3.1關(guān)注天車運(yùn)行過程的優(yōu)化控制煉鋼廠系統(tǒng)是鋼鐵制造過程系統(tǒng)的一個重要子系統(tǒng),其制造過程的復(fù)雜性、過程控制的艱巨性是鋼鐵制造過程多維物質(zhì)流管制最集中的體現(xiàn),煉鋼區(qū)段的優(yōu)化控制是鋼鐵制造過程系統(tǒng)運(yùn)行控制的關(guān)鍵。煉鋼廠生產(chǎn)過程物質(zhì)流載體的運(yùn)行狀況在一定程度上體現(xiàn)了煉鋼-連鑄生產(chǎn)的組織及運(yùn)行水平。鋼包和天車作為兩個具有代表性的物質(zhì)流載體,其運(yùn)行狀況是煉鋼廠生產(chǎn)運(yùn)行效率的重要體現(xiàn)。鋼包運(yùn)行過程的優(yōu)化控制是在煉鋼-連鑄生產(chǎn)流程時間、溫度等參數(shù)解析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行的綜合集成和優(yōu)化控制,包括運(yùn)行過程的解析、時間參數(shù)的數(shù)學(xué)描述,鋼包運(yùn)轉(zhuǎn)個數(shù)的確定,運(yùn)行的溫降規(guī)律等。天車運(yùn)行過程的優(yōu)化控制是指在滿足天車運(yùn)行空間、設(shè)備資源等約束條件的基礎(chǔ)上,合理地分配天車以完成生產(chǎn)物料的運(yùn)輸任務(wù),保證生產(chǎn)有序緊密進(jìn)行,包括煉鋼-連鑄生產(chǎn)過程天車運(yùn)行的時間參數(shù)解析,多天車與多任務(wù)之間的匹配,天車運(yùn)行過程空間沖突的優(yōu)化等。在鋼包運(yùn)行過程的優(yōu)化控制方面,筆者等運(yùn)用冶金流程工程學(xué)理論,對鋼包運(yùn)行過程進(jìn)行深入的解析和較為系統(tǒng)的研究,形成了鋼包運(yùn)行控制技術(shù),包括鋼包運(yùn)行過程解析、鋼包運(yùn)行時間的數(shù)學(xué)描述、鋼包運(yùn)行個數(shù)的計(jì)算、鋼包運(yùn)行過程溫降、鋼包運(yùn)行頻率及運(yùn)行過程的優(yōu)化。將該技術(shù)應(yīng)用于某鋼廠實(shí)際生產(chǎn),鋼包使用個數(shù)由原來的9個減至7個,出鋼溫度降低38℃,生產(chǎn)運(yùn)行節(jié)奏更趨合理,運(yùn)行效率得到了提高。在天車運(yùn)行過程的優(yōu)化控制方面,陳開等建立了一種時空約束下基于規(guī)則演化的天車運(yùn)行仿真模型,以優(yōu)先保證完成煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)為目標(biāo),考慮多任務(wù)之間的時間約束和多臺天車之間的空間約束問題,設(shè)計(jì)基于任務(wù)分配規(guī)則、沖突處理規(guī)則和任務(wù)結(jié)束規(guī)則的仿真運(yùn)行規(guī)則,用于控制天車的運(yùn)行過程。通過對某煉鋼廠煉鋼-連鑄生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的離線模擬測試表明,該方法能夠避免天車運(yùn)行過程中的時間空間沖突問題,獲得合理的天車運(yùn)行方案,為生產(chǎn)調(diào)度提供指導(dǎo)。3.2高效生產(chǎn)調(diào)度生產(chǎn)計(jì)劃是企業(yè)生產(chǎn)管理活動的中樞,制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的根本保證。生產(chǎn)調(diào)度是制造或服務(wù)行業(yè)中的決策過程,指在給定時間內(nèi),把可用資源分配給生產(chǎn)任務(wù),以優(yōu)化一個或多個指標(biāo),是生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行過程。煉鋼廠生產(chǎn)過程智能調(diào)度的核心是構(gòu)建與生產(chǎn)工藝模型相融合的計(jì)劃與調(diào)度模型,圖9為煉鋼廠生產(chǎn)過程的智能調(diào)度示意圖。國內(nèi)外學(xué)者對智能調(diào)度問題進(jìn)行了的廣泛研究。王秀英等針對大型鋼鐵企業(yè)煉鋼廠生產(chǎn)調(diào)度過程控制難的問題,將智能優(yōu)化設(shè)定控制策略應(yīng)用于煉鋼廠生產(chǎn)調(diào)度過程,通過結(jié)合優(yōu)化調(diào)度方法、專家系統(tǒng)、案例推理等技術(shù),研發(fā)了集調(diào)度計(jì)劃編制、在線跟蹤與調(diào)整、人機(jī)交互等功能為一體的調(diào)度軟件。將該調(diào)度軟件應(yīng)用于某大型鋼鐵企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn),結(jié)果表明靜態(tài)調(diào)度子系統(tǒng)1次編制20爐次的計(jì)劃均在15s內(nèi),動態(tài)調(diào)度平均反映時間小于12s,大大縮短了作業(yè)計(jì)劃編制的時間,降低了調(diào)度人員的工作強(qiáng)度,提高了工作效率。俞勝平等針對多設(shè)備、多工序、以及生產(chǎn)類型復(fù)雜的煉鋼廠生產(chǎn)過程,提出了基于規(guī)則的專家調(diào)度方法、基于規(guī)劃的兩階段調(diào)度方法和基于多級模糊綜合評價方法的混合智能調(diào)度方法,并應(yīng)用混合智能調(diào)度方法設(shè)計(jì)開發(fā)了調(diào)度軟件,現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明該軟件在縮短計(jì)劃編制時間、減少鋼水等待時間、提高設(shè)備利用率方面取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。圖10為3臺轉(zhuǎn)爐對3臺連鑄機(jī)、且每臺連鑄機(jī)均有10條爐次計(jì)劃時編制得到的調(diào)度計(jì)劃結(jié)果,與原來手工編制模式相比,該軟件投入使用后可將每