煉鋼排產模式的研究與實踐

郝偉哲，張偉龍，胡 敏，李 陽，王立永，蔣同祥

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063200）

0 引言

隨著煉鋼工藝水平和過程控制能力的不斷提高，煉鋼到連鑄整個生產流程逐步發展成為多層次、多維數、多目標的體系[1]。由于市場競爭日益激烈，既要重視工藝水平和過程控制能力的同時也要實現高效生產，保證產量和品種能夠有效、穩定兌現[2]，而最優的生產計劃和生產調度[3]便是能否在現有的條件下最大限度兌現產量和品種的關鍵。

首鋼京唐鋼鐵項目是國務院批復的首鋼搬遷的重要承載工程，是國家“十一五”規劃重點項目，具備年產1 500 萬t 鐵、鋼、材的綜合生產能力，是一個流程緊湊、裝備大型、技術先進、循環經濟、臨?？扛?、自主創新的新一代鋼鐵夢工廠。公司一期煉鋼廠目前建有4 座KR 脫硫裝置、2 座300 t 脫磷轉爐、3 座300 t脫碳轉爐、2 座雙工位RH 精煉站、1 座CAS 精煉站、1 雙工位座LF 爐、4 臺板坯連鑄機（2 臺2 150 mm，2臺1 650 mm），如圖1 所示。產品涉及汽車外板、高強DP鋼、家電板、鍍錫板、車輪鋼、管線鋼、工程機械用鋼等，隨著3 號高爐投產，鐵水產能穩步提升，日產鐵水突破4 萬t。如何實現澆次排產模式最優，進一步釋放產能，既能滿足多樣化品種生產需求，又能實現爐產量提高，成為煉鋼生產組織中面臨的重要難題。

圖1 京唐煉鋼流程圖

1 煉鋼排產主要影響因素分析

通過對煉鋼生產過程剖析，從下達訂單到組織交貨流程分解，分析出煉鋼排產主要受鐵水條件、合同交貨周期、澆次斷面及鋼種拉速、鑄機檢修及功能精度所影響。

1.1 鐵水條件

京唐公司一期冶煉品種主要是低硫、低硅鋼種，而鐵水條件對鋼種的冶煉有著較大的影響，因此對鋼種的排產也產生了一定影響。

鐵水條件主要是指鐵水中C、Si、Mn、P、S 的含量以及鐵水進站溫度情況，而影響排產的主要因素為鐵水Si、S 含量和進站溫度，由于鐵水的Si、S 含量和進站溫度不同，對處理周期和鋼種的要求均有所不同。因此，為保證澆次計劃可以順利連續冶煉，在排產過程中，需要對不同Si、S 含量和進站溫度的鐵水均要有所考慮和調整。具體影響如下：

1）由于大部分鋼種均需要低硫控制，當進站鐵水w（S）在0.08%以上時，KR 處理周期長，脫硫效果差，將不利于非LF 工藝低S 鋼種（w（S）≤0.01%）澆次的排產，當w（S）超出判定要求時容易造成鋼的熱脆現象，降低鋼的機械性能[4-8]，不利于鋼材的機械加工。

2）當鐵水w（Si）≥0.07%或者鐵水溫度≤1 380 ℃時，均會大幅增加提溫劑和石灰消耗，容易引起噴濺，造成處理時間延長、鋼水質量下降，影響低Si 品種和重點品種的兌現。

因此，澆次排產要充分考慮高爐鐵水條件波動影響，高爐檢修時的停、送風信息掌控以及澆次調整方法至關重要。

1.2 合同交貨周期

京唐公司合同客戶群體廣，產品結構多元化，多規格、小批量訂單越來越凸顯，為滿足客戶的合同要求，澆次排產要與合同時限遙相呼應。每個合同客戶均有不同的交貨周期和質量檢查周期，同時合同訂單的需求量也存在差異，煉鋼排產要秉著產量的最大化、合同兌現的及時性和產品質量穩定的原則進行排產，因此會造成煉鋼排產的難度增大。

1.3 澆次斷面及鋼種拉速

根據合同需求，每個訂單都對斷面有不同的要求，而煉鋼排產澆次的斷面大小與澆鑄周期成反比，斷面越大，澆鑄周期越短，因此澆次斷面對煉鋼排產產生較大影響。同時不同的訂單，所需要的鋼種也有所不同，不同的鋼種會造成結晶器配水量不同，使得鑄機拉速不盡相同，因此鋼種的拉速也會增大排產難度。

1.4 鑄機功能精度維護

隨著高爐產量和訂單合同量逐步提升，越來越多的短澆次、小斷面和高質量要求的合同不斷增加。為保證訂單合同的兌現和產品質量滿足要求，鑄機功能精度維護時間無法保證。因此保證鑄機功能精度維護時間的前提下，實現訂單合同的按時兌現，會造成煉鋼排產難度的增大。

2 排產關鍵要點

2.1 鐵水條件

當進站鐵水w（S）=0.09%以上，將不利于非LF 工藝低S 鋼種（w（S）≤0.01%）澆次的排產；Si 含量過高時會增加渣料消耗，而且渣量大，容易引起噴濺，增加熱量損失；鐵水入爐溫度低將造成鋼水后吹嚴重，吹損大，同時鋼鐵料消耗高，成本高，鋼水質量無法得到保障。為保證鐵水條件對應品種冶煉，根據鐵水情況進行選擇性分配鐵水，并盡量減少重點品種安排，同時增加LF 爐等低合金鋼種澆次排產。

2.2 合同交貨周期和鑄機功能精度維護

為確保合同按時兌現，提前與計劃對接，將合同資源進行歸類梳理，以合同節點為準安排澆次計劃，優化品種結構，保證合同能夠及時兌現。根據優化后的品種澆次計劃，鑄機集中排產進行連續澆鑄，集中澆鑄前對連續澆鑄的鑄機提前進行設備強化，保證鑄機功能精度達到最優。也可根據排產計劃組織單鑄機連續澆鑄，以保證其他3 臺鑄機設備功能維護時間。鑄機中包連續快換簡圖如圖2 所示。

圖2 鑄機中包連續快換簡圖

2.3 澆次斷面及鋼種拉速

根據合同資源安排澆次計劃后集中進行生產，由于精煉處理周期和品種斷面、拉速不同，為使上下工序生產節奏一致，4 臺鑄機同時澆鑄生產時，澆次排產應安排多個短周期澆次和單個長周期澆次。鑄機澆鑄爐數少，并澆次數多，可實現日產量的最大化。

2.4 其他排產要點控制

2.4.1 鐵鋼界面在途鐵數量的控制

京唐公司采用“一包到底”運輸方式，其鐵鋼界面在途鐵數量的多少將直接影響鐵鋼界面生產的平衡。所以整體澆次排產模式必須與在途鐵數量相對應，以確保鐵鋼界面的生產平衡。

在途鐵數量將直接決定澆次開澆時刻，澆次開澆時刻又反作用于高爐出鐵節奏。當在途鐵數量≤4 包，開1 臺鑄機為宜；當在途鐵數量5～7 包，開2 臺鑄機為宜；當在途鐵數量8～10 包，開3 臺鑄機為宜；當在途鐵數量≥11 包，開4 臺鑄機為宜，鑄機每并澆1爐，將對應減少1 包在途鐵；在途鐵≥15 包，宜采用增加鑄機澆鑄次數，減少鑄機澆鑄爐數的排產方式，可實現在途鐵快速下降，保障鐵鋼界面平衡。

2.4.2 鋼種工藝路線的組織

不同工藝路線將直接影響煉鋼生產組織，決定日產量和品種兌現能否完成，所以澆次排產模式應充分考慮鋼種工藝路線。

各鋼種在轉爐和鑄機的生產模式基本可通用，但在精煉工序卻有不同工藝路線。京唐公司轉爐設備布局由東向西為2 號P、1 號P、1 號C、2 號C、3 號C，精煉設備布局由東向西為LF 爐、1 號RH、CAS、2 號RH，鑄機設備布局由東向西為1 號機、2 號機、3 號機、4 號機。首先4 臺鑄機澆次排產時，要充分考慮澆次各鋼種工藝路線，避免鋼種工藝路線沖突，發生“無站可進”的情況，同時要實現4 臺精煉站資源使用最大化；其次，澆次排產時要減少“對角”路線組織，如3號C—LF—4 號機，這樣會增加天車交叉作業，影響生產效率；最后，安排雙聯工藝品種生產時，要考慮雙聯結束后澆次優先LE 工藝生產，可避免精煉站資源浪費，對提高日產量效果明顯。

3 現場控制效果

排產模式控制前后日產量箱線圖和品種兌現率的箱線圖分別如圖3、圖4 所示。

圖4 控制前后兌現率箱線圖

通過綜合考慮鐵水條件、合同交貨期、品種斷面和拉速及鑄機功能精度，倒排澆次使得合同分品種集中兌現，不僅能夠保證產品質量，同時能將日平均產量由97 爐升高到107 爐，月澆次品種兌現率由92.4%升高到99.5%。

4 結論

通過分析煉鋼排產模式的影響因素，總結排產模式控制要點，使得日產量和品種兌現率均實現明顯提高：日產量由平均95～100 爐提高至平均105～110 爐；月澆次品種兌現率由92.4%升高到99.5%以上。