首鋼股份鋼軋工序節能降耗管理實踐

劉月蘋 彭璇 趙金勇 王志偉 劉冬旺 曹泳

摘 要：鋼鐵工業是我國國民經濟的重要基礎產業和實現工業化的支柱產業，同時也是能源消耗和大氣污染物排放大戶，是我國節能減排工作的重點。鋼鐵企業作為高能耗的行業，從板坯至鋼卷，存在升溫→降溫→升溫的過程，期間有大量的能量損失。提高能源利用效率，降低生產單耗，提升能源價值，不僅可以貫徹落實節約資源和保護環境基本國策，堅持綠色發展理念，而且可以大幅降低生產成本，提高效率，增強企業發展的內生動力，提升企業核心競爭力，保持企業的生機和活力。

關鍵詞：節能；熱送；降耗

MANAGEMENT PRACTICE OF ENERGY SAVING AND CONSUMPTION REDUCTION IN STEEL ROLLING PROCESS OF SHOUGANG

Liu Yueping? ? Pen Xuan? ? Zhao Jinyong? ? Wang Zhiwei? ? Liu Dongwang? ? Cao Yong

（Shougang Qianan Iron＆Steel Company? ? Qianan? ? 064400， China）

Abstract：The iron and steel industry is an important foundation industry of Chinese national economy and the pillar industry of realizing industrialization，and it is also the large user of energy consumption and air pollutants emission，which is the focus of our energy saving and emission reduction work. As an industry with high energy consumption，iron and steel enterprises， from slab to steel coil， there is a process of heating up， cooling down and heating up，during which there is a large amount of energy loss. Improve the efficiency of energy utilization，reduce the production consumption，promote energy value，not only can implement the resource conservation and environmental protection basic national policy，adhere to the concept of green development，but also can greatly reduce the production cost，improve efficiency，enhance the endogenous driving force of the development of the enterprise， promote enterprise's core competitiveness，maintain the vigor and vitality of the enterprise.

Key words：energy saving; hot delivery; consumption

0? ? 引? ? 言

首鋼股份鋼軋工序節能降耗管理的探索，旨在減少煉鋼板坯入熱軋加熱爐前的過程溫降，提升板坯周轉效率，縮短板坯傳擱時間，提高板坯入熱軋加熱爐的溫度[1]。進而降低熱軋加熱爐能耗，提升板坯加熱均勻性、縮短熱軋加熱爐在爐時間，減少氧化燒損，提升熱軋軋制過程穩定性及最終產品質量，提高產品成材率和產量[2]。

1? ? 背景與現狀

1.1? ? 企業踐行環境經營戰略的必然選擇

中國目前正處于經濟和社會發展轉型期，處于生態環境保護的攻堅期、關鍵期和轉型期。鋼鐵企業作為高能耗、高污染的行業，必須緊緊圍繞國家節能減排發展戰略，全面貫徹落實節約資源和保護環境基本國策，堅持綠色發展理念，滾動實施“綠色行動計劃”，努力提高能源利用效率，降低生產單耗，提升能源價值，支撐環境經營戰略的實施[3]。

1.2? ? 企業提高綜合競爭力的客觀要求

近年來，我國鋼鐵工業的發展出現重大戰略轉折，進入以結構調整、提升經營質量、增強盈利能力、實現環境友好為主線的新階段。由于產能嚴重過剩導致鋼材價格持續下跌，企業生產經營困難，行業整體效益大幅下滑。因此，為防范和降低企業經營風險，提高在惡劣經濟環境中的生存能力，打贏國際國內兩大市場突圍戰，必須要苦練內功，通過持續開展降本增效活動增強企業發展的內生動力，提升企業核心競爭力，保持企業的生機和活力。

1.3? ? 企業精益管理水平的價值體現

隨著鋼鐵市場競爭白熱化的同時，客戶對鋼鐵產品的需求也從按標準大規模訂貨，轉變為多品種、多規格、小批量、個性化條件訂貨。例如：首鋼股份熱軋作業部每月訂單70萬t，約 5 000個訂單行項目。不同鋼種規格有著不同的技術要求，訂單的多樣化，增加了訂單兌現的難度，過程中煉鋼澆鑄生產的板坯溫度約900 ℃，而板坯入加熱爐平均溫度僅為320 ℃，期間有大量的熱能損失。因此，怎么將生產出的板坯快速入熱軋加熱爐，是每個鋼鐵企業工作者研究的重要課題，作為其評價指標的板坯熱裝熱送率，則直接反映出企業的精益管理水平。板坯熱裝熱送比例的提升不僅能大幅節能降耗，還具有提高成材率，提高生產率，優化產品性能等多項優勢。首鋼股份2018年400 ℃口徑熱裝熱送率為39.7%，距先進企業有較大的差距，急需通過靈活、高效的管理創新方法開展相關工作，達到指標提升的目標[4]。

2? ? 管理探索

首鋼股份鋼軋工序是通過開發高效系統、降低板坯庫管控、合理使用設備、優化計劃排程等各類管理創新方法，打破傳統思維，使澆鑄的板坯快速入熱軋加熱爐，達到節能降耗的目的[5]。

一是采用信息化技術，依托新上線的產銷系統平臺，結合生產管理人員的多年經驗，支撐了多個創新型想法實施，開發了板坯品質判定系統和構建了鋼軋計劃一體化排程新模式，大幅解放了人力物力，提升了工作效率，有利于一貫制生產組織管理。同時，構建板坯庫存管理體系，建立物料標準化周期管理機制，實現板坯物料的精準管控，支撐了降庫工作的開展，達到縮短板坯傳擱時間和提升板坯周轉效率的目的。

二是圍繞現有設備，用最小的投資換取最大的回報。選取使用率較低的保溫爐設備，重點從職責劃分優化、規范鋼種使用要求、更換燒嘴及燃燒介質等方式，達到提高使用效果及使用量的需求，大幅的提升了硅鋼的熱裝熱送率。在此基礎上，針對仍存在的保溫爐空燒、浪費現象，組織建立并實施動態點火控制機制，大幅減少了燃氣損耗。

三是基于現代化生產管理理論，創造性提出“熱清坯虛擬排產”理念，解決了這一行業難題。在煉鋼組爐組澆中融入軋制計劃規則，創造多種組合模式，實現鋼軋計劃聯排，縮短板坯傳擱時間，增加煉鋼與熱軋計劃匹配性。

2.1? ? 開發高效系統，提高生產效率

1）遷順煉鋼品質判定系統的現狀。

首鋼股份2010年開始汽車板產量直線上升，由于汽車板的產品特性要求煉鋼工序保證較高的潔凈度控制水平，2012年搭建了自動判級體系。但是，這個判級系統的設計理念為從轉爐生產開始一直到鑄坯切割完畢，所有數據全部收集完畢后才能完成全部判級，且過程人工操作較多，實際完成判級時間為3 h左右，滯后性明顯，效率低下，影響后續排產。在此情況下，需要搭建新的品判模型，優化判級及質量處置規則，實現訂單與鑄坯關聯，縮短判級時間[2]。

遷鋼原汽車板判級系統采用蒂森技術支持判定規則，汽車板判級包含Q1～Q36共計36個判定條件，由汽車板判級系統QM按照規則將鑄坯自動匹配為10級～14級，最終完成需經過預判、初判、終判共計三個環節，判定準確率差，最終判定完成需要3 h以上。

通過消化前期蒂森技術支持及遷順近十年汽車板生產經驗，同時借鑒寶鋼模型經驗，對現有汽車板判定規則和流程進行整合優化和系統創新，優化原有鑄坯等級判定規則，建立爐次異常代碼基準、鑄坯異常代碼基準、鋼種質量等級基準、爐次異常代碼處置基準、鑄坯異常代碼處置基準、位置坯改鋼基準、異鋼種連澆改鋼基準，依托以上基準開發爐次判定系統和鑄坯判定系統兩大判定模塊，實現所有鑄坯帶單生產，質量等級時時在線判定、在線處置，消除了熱坯清理等坯、人工核對、人工評審等系列效率低下問題，新的品判模型的開發有效地帶動了首鋼汽車板品種質量的進一步提升。

工藝開發前，板坯切割完畢需3 h才能具備排產條件。通過新品判系統搭建，平均1 h就具備排產條件。比之前縮短了2 h，按照堆垛過程中板坯每小時溫降15 ℃考慮，可提高板坯熱裝溫度約為30 ℃。

2）遷順煉鋼品質判定系統開發與創新。

2019年之前，首鋼股份合同兌現主要采用分段式管理，需人工進行產能平衡。計劃排程人員根據訂單安排煉鋼澆次生產，且為系統外Excel版澆次計劃，板坯下線時均無訂單，直到熱軋計劃編制時，四班計劃員根據板坯明細與訂單明細一一人工比對，再進行板坯塊塊“掛單”操作。鋼軋計劃脫節，無銜接，排產人員工作量大且效率低下，不利于一貫生產管理，也不利于嚴格按合同組織生產[6]。

2019年年初，首鋼股份投入新產銷系統，依托新制造系統，結合首鋼股份實際情況，構建了鋼軋計劃一體化排程新模式和開發了板坯品質判定系統，大幅解放了人力物力，提高了生產效率。鋼軋一體化作業計劃更好地實現了煉鋼-連鑄-軋制聯動作業，解決了板坯脫掛單、生產接續難以把控的痛點，大幅降低了計劃員的工作強度，提升了排程效率，增加了計劃單的合理性，每一個計劃單純排程時間減少1 h以上。

2.2? ? 降低板坯庫存，提升周轉效率

板坯庫存與熱裝熱送呈反比關系。2018年首鋼股份板坯庫存日均6.47萬t，板坯下線至入加熱爐的平均傳擱時間91.4 h，板坯周轉率低下，無單板坯較多，板坯庫存控制缺乏規范性管理，極大影響板坯熱裝熱送率的提升。

1）建立物料標準化周期管理機制。

針對板坯庫存缺乏規范性管理問題，對板坯庫各個物料狀態制定標準化周期，對每一物料增加物料狀態持續時間，實現了各物料狀態持續時間的監控和管理，制定每一物料狀態處理時限及負責人。同時，在產銷系統及經營決策支持系統開發系列庫存管控報表，對板坯實時庫存實現精準管控[7]。

2）建立超期物料消化機制。

煉鋼工序生產過程中，產生頭尾坯、換水口坯、混澆坯等各類非穩態坯，占板坯總量的10%左右，此類非穩態坯大多以余材狀態存在，無法按照期貨合同消化。大量非穩態板坯的產出導致庫存積壓，傳統方式采用定期軋制無單帶出品進行物料消化，消化方式較為被動，導致鋼軋工序銜接能力降低，經營效益下降。開發建立頭尾坯/非穩態坯期貨合同，拓展產品渠道，規范產品鋼種規格，變被動消化為主動銷售，即提高了板坯周轉效率，提升鋼軋工序銜接能力，有效盤活閑置資源，提高噸鋼產品附加值。

3）建立非穩態坯消化機制。

煉鋼正常的生產過程中會產生頭尾坯、換水口坯、混澆坯等各類非穩態坯，占板坯總量的10%左右，此類板坯大多對不上正式訂單。前期采用定期軋制無單帶出品方式進行消化，消化方式較為被動，板坯傳擱時間長。通過產銷協同工作推進，拓展產品渠道，規范產品鋼種規格，建立“QPA_遷順頭尾坯/京唐非穩態坯期貨合同”合同類別，隨產生隨消化，被動消化變為主動軋制，不但提高了板坯消化效率，提升板坯周轉率，提高噸鋼產品附加值。

4）建立板坯庫存精準管控機制。

板坯庫存的合理值是多少，一直是生產組織人員重點研究的問題。結合首鋼股份多年生產管理經驗，通過每日熱裝熱送及四班排產合理性分析，摸索出最佳板坯庫存為3萬～3.5萬t。每日生產協調會中，在保證計劃單排產合理以及熱軋產線連續的前提下，通過品種排產優化、資源平衡、檢修動態調整等手段持續精準管控板坯庫存，保證其合理性。

2.3? ? 新建保溫設備，支撐熱送提升

為了適應取向硅鋼和中高牌號無取向硅鋼的成批軋制、溫裝入爐的要求，以及高碳、高合金鋼等特殊鋼種的溫裝需求。2009年熱軋作業部在二煉鋼板坯庫新建8座保溫爐，爐內裝有燒嘴并長期燃燒用于鑄坯的保溫。板坯庫空冷板坯傳擱時間12 h入加熱爐基本能達到400 ℃，而保溫爐物料傳擱時間35 min入加熱爐基本能達到400 ℃，保溫效果提升顯著。

2.4? ? 建立虛擬排程，消除熱清短板

汽車外板表面質量要求很高，進而要求對應的板坯表面質量高。首鋼股份在一煉鋼板坯庫有專門的板坯火焰清理機，在使用中發現熱清坯的熱裝熱送率極低，僅為10%左右，而整個產線產品平均熱送率已達50%，汽車外板訂單每月約4萬t，這一問題亟待解決。

1）熱清坯熱裝熱送率低原因分析。

首先，熱清坯較普通板坯增加了一個機清工藝，整體流程及判定時間長。

其次，汽車外板需夠一定數量方可排產，即板坯判定完成一定數量才具備排產條件，板坯傳擱時間長。

然后，機清工藝流程長，機清輥道運行總長度298 m，整個工藝流程需耗時33 min，其中鑄坯運輸28 min，清理5 min。機清過程溫度損失多，純清理過程中的水冷導致板坯溫降約110 ℃。

最后，普通板坯在板坯庫堆垛碼放，廠房溫度偏高，而熱清坯機清期間無保溫設備，機清生產整個流程都是無保溫狀態，且周圍環境較為空曠，過程中溫度損失多。

2）熱清坯虛擬排程。

由于上述因素的存在，導致熱清坯從板坯澆鑄開始至機清質量判定完成平均時間為6.1 h，而熱清坯在庫時間6.1 h時，板坯當時的溫度達到熱送400 ℃標準的比例僅約20%。

通過提出“熱清坯虛擬排程”，即對板坯收池條件限制性放開，板坯下線默認判定合格，使機清坯的在制品等待狀態板坯具備可排產功能，實現了板坯下線后，機清與排產同步進行，創造了計劃排程史上里程碑式的變革。

2.5? ? 推進排程優化，實現直裝計劃

板坯直裝指的是板坯生產完成后不下線直接入加熱爐，為板坯傳擱時間最短的生產組織模式。2019年年初開始推進板坯直裝，期間解決了產銷和PES物料信息不同步、煉鋼PES上料信息未反饋等一系列系統問題， 下半年實現直裝功能的全貫通。生產組織上從計劃的角度提前預排熱軋軋制計劃，實現了煉鋼和熱軋的生產計劃聯動，煉鋼產出實物后在系統中照合替換，替換成功后實物裝入加熱爐產出完成軋制。同時，完成直裝操作流程制定，規范崗位操作[8]。

3? ? 結? ? 語

1）通過開發高效系統、降低板坯庫管控、合理使用設備、優化計劃排程等各類管理創新方法，首鋼股份熱裝熱送率呈穩步攀升趨勢，升幅67.32%，年度節約的燃氣產生的發電效益數千萬元。

2）推動了板坯庫存的降低，大幅提升了板坯周轉率，減少了資金占用。板坯庫齡時間降幅65.86%；板坯日均庫存降幅55.18%。

3）熱裝熱送率的提高大幅減少板坯加熱爐在爐時間，提升了工序產量。項目實施以來，熱軋板坯加熱爐平均在爐時間降幅5.72%。

4）熱裝熱送率的提高可有效提升板坯加熱均勻性，提升熱軋軋制過程穩定性及最終產品質量，增加首鋼股份產品的競爭力。

參考文獻

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