兌鐵包與鐵包天車的運(yùn)行過程研究

黃幫福 施哲 張桂芳 李廣雙 齊巖 李東

(1.昆明理工大學(xué);2.秦皇島首秦金屬材料有限公司)

0 引言

鋼鐵生產(chǎn)是將物質(zhì)狀態(tài)轉(zhuǎn)變、物質(zhì)性質(zhì)控制、物質(zhì)流管制融合在一起的復(fù)雜制造過程，要進(jìn)一步優(yōu)化鋼鐵生產(chǎn)流程，就應(yīng)該十分注意研究和開發(fā)“界面技術(shù)”，促進(jìn)生產(chǎn)流程整體運(yùn)行的穩(wěn)定、協(xié)調(diào)和高效化、連續(xù)化［1］。兌鐵包和鐵包天車作為鐵/鋼界面鐵水運(yùn)輸?shù)妮d體和工具，對(duì)煉鐵和煉鋼起著銜接—匹配、協(xié)調(diào)—緩沖的作用，其運(yùn)行狀況是鐵/鋼界面系統(tǒng)運(yùn)行效率的重要體現(xiàn)。冶金科研人員對(duì)鐵/鋼界面做了大量研究［2－7］，主要包括機(jī)車調(diào)度、魚雷罐管理和調(diào)度的研究以及鐵水運(yùn)輸相關(guān)參數(shù)的解析和優(yōu)化，并未涉及兌鐵包、鐵包天車的運(yùn)行解析。

筆者以秦皇島首秦金屬材料有限公司(以下簡(jiǎn)稱首秦公司)鐵/鋼界面兌鐵包和鐵包天車為研究對(duì)象，運(yùn)用冶金流程工程學(xué)理論，深入研究?jī)惰F包、鐵包天車的運(yùn)行過程，給出運(yùn)行時(shí)間推薦值，并提出相應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，為提高鐵/鋼界面的物流調(diào)控水平提供借鑒。

1 鐵/鋼界面流程簡(jiǎn)介

首秦公司目前有兩座高爐，分別為1 號(hào)高爐1200 m3、2 號(hào)高爐1780 m3，兩座倒罐站，三座脫硫站(兩座為在線脫硫，一座為離線脫硫)，三座100 t轉(zhuǎn)爐(平均冶煉周期36 min)，一座鑄鐵機(jī);另設(shè)有一個(gè)冶車站(魚雷罐和機(jī)車調(diào)度室)和一個(gè)魚雷罐修罐間;高爐—倒罐站區(qū)段共有11～18 個(gè)260 t 魚雷罐(共22 個(gè))和3 臺(tái)機(jī)車在線周轉(zhuǎn)，倒罐站—轉(zhuǎn)爐區(qū)段有3 個(gè)100 t 兌鐵包和2 臺(tái)鐵包天車(103#和104#)在線運(yùn)行。首秦公司鐵/鋼界面平面布置如圖1 所示。

由圖1 可以看出，鐵/鋼界面結(jié)構(gòu)布局非常緊湊，若能在現(xiàn)有生產(chǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高物流調(diào)控水平，則更能發(fā)揮流程優(yōu)勢(shì)和提高鐵/鋼界面系統(tǒng)運(yùn)行效率。

2 兌鐵包運(yùn)行解析

2.1 兌鐵包運(yùn)行過程解析

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，煉鋼廠的鐵水供應(yīng)路徑主要有兩條:一是脫硫路徑，即倒罐站兌完鐵后，兌鐵包先經(jīng)脫硫工序脫硫扒渣，再經(jīng)天車吊運(yùn)兌入轉(zhuǎn)爐;二是不脫硫路徑，即倒罐站兌完鐵后，兌鐵包直接由鐵水天車吊運(yùn)兌入轉(zhuǎn)爐。兩條路徑對(duì)應(yīng)的兌鐵包周轉(zhuǎn)路徑如圖2 所示。

圖1 首秦公司鐵/鋼界面平面布置

圖2 兌鐵包周轉(zhuǎn)路徑

根據(jù)圖2 的周轉(zhuǎn)路徑，進(jìn)一步對(duì)兌鐵包的周轉(zhuǎn)事件進(jìn)行解析(如圖3 所示)。

圖3 兌鐵包周轉(zhuǎn)事件解析

由圖3 可以看出，將兌鐵包重包、空包運(yùn)行事件綜合起來，可知:兌鐵包在各工序中的事件包括到達(dá)、開始(如倒鐵開始)、結(jié)束(如倒鐵結(jié)束)和離開四類事件。生產(chǎn)過程中，鐵/鋼界面各工序的主要功能之一是時(shí)間緩沖和生產(chǎn)協(xié)調(diào)，為保障兌鐵包連續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行，一方面需提高各工序自身的操作水平和各工序?qū)惰F包運(yùn)行事件的控制水平，另一方面還需提高兌鐵包的調(diào)度水平。

2.2 兌鐵包運(yùn)行時(shí)間解析

與周轉(zhuǎn)事件相對(duì)應(yīng)，兌鐵包的運(yùn)行時(shí)間包括剛性時(shí)間和柔性時(shí)間［8］，其中剛性時(shí)間又包括吊包位至兌鐵位的運(yùn)輸時(shí)間、兌鐵位至吊包位的運(yùn)輸時(shí)間、兌鐵位至脫硫位的運(yùn)輸時(shí)間、脫硫位至吊包位的運(yùn)輸時(shí)間和天車吊運(yùn)時(shí)間。柔性時(shí)間則為兌鐵包在各工序之間傳擱時(shí)等待作業(yè)所用的時(shí)間，由于倒罐站倒鐵時(shí)間、脫硫站作業(yè)時(shí)間和轉(zhuǎn)爐兌鐵時(shí)間會(huì)因生產(chǎn)模式的不同存在波動(dòng)，因此筆者將此三段時(shí)間歸為柔性時(shí)間。兌鐵包運(yùn)行時(shí)間解析結(jié)果見表1 表2。

表1 兌鐵包剛性時(shí)間解析 min

由表1 可知，兌鐵包的剛性運(yùn)行時(shí)間是兌鐵包周轉(zhuǎn)過程中無法優(yōu)化和縮減的時(shí)間，以上各段時(shí)間值可為生產(chǎn)調(diào)度提供參考。

由表2 統(tǒng)計(jì)分析可知，只有兌鐵時(shí)間的波動(dòng)系數(shù)較小，即離散程度較小。表中各段柔性時(shí)間會(huì)由于生產(chǎn)模式和鋼種的不同有所差別，但可通過實(shí)際測(cè)量和生產(chǎn)分析給出其推薦值，具體如下:

1)倒鐵時(shí)間:根據(jù)倒罐站一次倒鐵成功所測(cè)時(shí)間(3.5 min)給出其推薦時(shí)間;

2)噴吹時(shí)間:取平均盛鐵量96t 和平均值S 含量0.035%時(shí)，兌鐵包在脫硫工位的噴吹時(shí)間為其推薦時(shí)間;

表2 兌鐵包柔性時(shí)間解析

3)扒渣時(shí)間:取平均盛鐵量96 t 和平均值S 含量0.035%時(shí)，所產(chǎn)生渣量在扒渣位的扒渣時(shí)間為其推薦時(shí)間;

4)作業(yè)時(shí)間:根據(jù)噴吹時(shí)間和扒渣時(shí)間的推薦值，以及實(shí)測(cè)的中間過渡操作(測(cè)溫、取樣、運(yùn)輸)時(shí)間，給出其推薦時(shí)間;

5)兌鐵時(shí)間:取平均盛鐵量96 t 時(shí)，兌鐵包在轉(zhuǎn)爐的正常操作兌鐵時(shí)間為其推薦時(shí)間。

2.3 兌鐵包運(yùn)行時(shí)間參數(shù)的數(shù)學(xué)描述

根據(jù)圖3 的周轉(zhuǎn)事件解析，可得出兌鐵包的運(yùn)行時(shí)間可分為重包運(yùn)行時(shí)間和空包運(yùn)行時(shí)間，以下給出兌鐵包運(yùn)行時(shí)間參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

t1——兌鐵包重包運(yùn)行時(shí)間，min;

t11——兌鐵包在倒罐站兌鐵時(shí)間，min;

t12——兌鐵包從倒罐站至脫硫站的運(yùn)輸時(shí)間，min;

t13——兌鐵包在脫硫站的脫硫時(shí)間，min;

t14——兌鐵包在脫硫站的扒渣時(shí)間，min;

t15——兌鐵包從脫硫位至吊包位的運(yùn)輸時(shí)間，min;

t16——吊包位至吊起結(jié)束時(shí)間，min;

t17——吊起結(jié)束至轉(zhuǎn)爐運(yùn)輸時(shí)間，min;

t18——轉(zhuǎn)爐兌鐵時(shí)間，min;

t19——重包柔性時(shí)間，min;

t2——兌鐵包空包運(yùn)行時(shí)間，min;

t21——轉(zhuǎn)爐至吊包位運(yùn)輸時(shí)間，min;

t22——下放空包至吊包位時(shí)間，min;

t23——吊包位至兌鐵位運(yùn)輸時(shí)間;

t24——空包柔性時(shí)間，min。

t19和t24兩段柔性時(shí)間無法實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量且所測(cè)值無意義，因此只能通過優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度來縮短此兩段時(shí)間。

2.4 兌鐵包周轉(zhuǎn)率

為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)兌鐵包周轉(zhuǎn)效率問題，本文提出兌鐵包周轉(zhuǎn)率概念。所謂兌鐵周轉(zhuǎn)率是指在一定時(shí)間內(nèi)(通常以24 h 為標(biāo)準(zhǔn))，鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)作業(yè)時(shí)間與兌鐵包運(yùn)行時(shí)間的比值，即兌鐵包的周轉(zhuǎn)次數(shù)，其表達(dá)式為:

T——鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)作業(yè)時(shí)間，min。

3 鐵包天車運(yùn)行解析

鐵包天車的運(yùn)行過程與兌鐵包的運(yùn)行過程緊密相關(guān)，結(jié)合兌鐵包的周轉(zhuǎn)規(guī)律，以下對(duì)鐵包天車的運(yùn)行過程進(jìn)行解析。

3.1 鐵包天車運(yùn)行過程解析

鐵水包的運(yùn)行方式?jīng)Q定了鐵包天車的運(yùn)行方式，由此可知，鐵包天車的運(yùn)行往返于倒罐坑和轉(zhuǎn)爐之間(如圖4 所示)。

圖4 鐵包天車運(yùn)行過程示意圖

由圖4 鐵包天車運(yùn)行可以看出，鐵包天車的運(yùn)行過程可分為重車運(yùn)行(吊運(yùn)重包)和空車運(yùn)行(吊運(yùn)空包)。

3.2 鐵包天車運(yùn)行時(shí)間解析

鐵包天車的運(yùn)行時(shí)間同樣包括剛性時(shí)間和柔性時(shí)間，其中剛性時(shí)間又包括上下鉤時(shí)間、吊起重包時(shí)間、下放空包時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間和兌鐵時(shí)間，柔性時(shí)間則為天車在周轉(zhuǎn)過程中的等待時(shí)間，此時(shí)間無法實(shí)現(xiàn)定量測(cè)量且所測(cè)值無意義，因此本文不做詳細(xì)統(tǒng)計(jì)。出鐵包天車的剛性時(shí)間的解析結(jié)果見表3。

表3 鐵包天車剛性時(shí)間解析 min

3.3 鐵包天車運(yùn)行時(shí)間參數(shù)的數(shù)學(xué)描述

由圖4 可知，鐵包天車的運(yùn)行時(shí)間可分為重車運(yùn)行時(shí)間和空車運(yùn)行時(shí)間，以下給出鐵包天車運(yùn)行時(shí)間參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

t1——重車運(yùn)行時(shí)間，min;

t11——從吊包位吊起重包時(shí)間，min;

t12——吊運(yùn)重包至轉(zhuǎn)爐的運(yùn)輸時(shí)間，min;

t13——轉(zhuǎn)爐兌鐵時(shí)間，min;

t14——重車的柔性時(shí)間，min;

t2——空車運(yùn)行時(shí)間，min;

t21——吊空包至倒罐坑的運(yùn)輸時(shí)間，min;

t22——下放空包至吊包位時(shí)間，min;

t23——空車的柔性時(shí)間，min。

3.4 鐵包天車的作業(yè)率

為進(jìn)一步認(rèn)識(shí)鐵包天車的運(yùn)行問題，本文提出天車作業(yè)率評(píng)價(jià)指標(biāo)。所謂鐵包天車的作業(yè)率是指在一定時(shí)間內(nèi)(通常以24 h 為標(biāo)準(zhǔn))，鐵包天車吊運(yùn)鐵包作業(yè)時(shí)間與系統(tǒng)運(yùn)行總時(shí)間的比值表達(dá)式為:

式中:m——鐵包天車吊運(yùn)鐵包數(shù)，包;

T——鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，min。

4 結(jié)論

1)通過解析兌鐵包的運(yùn)行過程，得出兌鐵包的剛性運(yùn)行時(shí)間為11.5 min，給出了柔性運(yùn)行時(shí)間的推薦值和兌鐵包周轉(zhuǎn)周期計(jì)算公式，提出了兌鐵包周轉(zhuǎn)率評(píng)價(jià)指標(biāo)。分析表明:兌鐵包運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，周轉(zhuǎn)率就越低，鐵水預(yù)處理－轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)運(yùn)行效率也就越低。

［1］殷瑞鈺.冶金流程工程學(xué).北京:冶金工業(yè)出版社，2004:5.

［2］王新華.冶金研究.北京:冶金工業(yè)出版社，2002:61－72.

［3］劉茂林，高海潮，閻華，等.鐵水運(yùn)輸作業(yè)過程時(shí)間因素分布的研究.鋼鐵，2005，40(3):21－24.

［4］邱劍，田乃媛，劉茂林，等.寶鋼制造業(yè)流程鐵鋼界面物流參數(shù)的解析.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，26(2):197－201.

［5］劉茂林，田乃媛，徐安軍.高爐－轉(zhuǎn)爐區(qū)段物流過程解析.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22(1):8－11.

［6］黃幫福，賀東風(fēng)，田乃媛，等.魚雷罐管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).冶金自動(dòng)化，2010，34(4):16－21.

［7］黃幫福，賀東風(fēng)，田乃媛，等.魚雷罐的運(yùn)行控制.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(7):936－940.

［8］劉青，盧灼洪，李秋民，等.方坯高效連鑄鋼包運(yùn)行系統(tǒng)的物理模型.鋼鐵，1999，34(增刊):476－478.