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    兌鐵包與鐵包天車的運行過程研究

    2013-08-09 11:02:54黃幫福施哲張桂芳李廣雙齊巖李東
    河南冶金 2013年6期
    關(guān)鍵詞:天車周轉(zhuǎn)鐵水

    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)”,促進生產(chǎn)流程整體運行的穩(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/鋼界面鐵水運輸?shù)妮d體和工具,對煉鐵和煉鋼起著銜接—匹配、協(xié)調(diào)—緩沖的作用,其運行狀況是鐵/鋼界面系統(tǒng)運行效率的重要體現(xiàn)。冶金科研人員對鐵/鋼界面做了大量研究[2-7],主要包括機車調(diào)度、魚雷罐管理和調(diào)度的研究以及鐵水運輸相關(guān)參數(shù)的解析和優(yōu)化,并未涉及兌鐵包、鐵包天車的運行解析。

    筆者以秦皇島首秦金屬材料有限公司(以下簡稱首秦公司)鐵/鋼界面兌鐵包和鐵包天車為研究對象,運用冶金流程工程學(xué)理論,深入研究兌鐵包、鐵包天車的運行過程,給出運行時間推薦值,并提出相應(yīng)評價指標(biāo),為提高鐵/鋼界面的物流調(diào)控水平提供借鑒。

    1 鐵/鋼界面流程簡介

    首秦公司目前有兩座高爐,分別為1 號高爐1200 m3、2 號高爐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;另設(shè)有一個冶車站(魚雷罐和機車調(diào)度室)和一個魚雷罐修罐間;高爐—倒罐站區(qū)段共有11~18 個260 t 魚雷罐(共22 個)和3 臺機車在線周轉(zhuǎn),倒罐站—轉(zhuǎn)爐區(qū)段有3 個100 t 兌鐵包和2 臺鐵包天車(103#和104#)在線運行。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)上進一步提高物流調(diào)控水平,則更能發(fā)揮流程優(yōu)勢和提高鐵/鋼界面系統(tǒng)運行效率。

    2 兌鐵包運行解析

    2.1 兌鐵包運行過程解析

    據(jù)現(xiàn)場調(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兌入轉(zhuǎn)爐。兩條路徑對應(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,進一步對兌鐵包的周轉(zhuǎn)事件進行解析(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、空包運行事件綜合起來,可知:兌鐵包在各工序中的事件包括到達、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 兌鐵包運行時間解析

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

    表1 兌鐵包剛性時間解析 min

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

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

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

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

    表2 兌鐵包柔性時間解析

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

    4)作業(yè)時間:根據(jù)噴吹時間和扒渣時間的推薦值,以及實測的中間過渡操作(測溫、取樣、運輸)時間,給出其推薦時間;

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

    2.3 兌鐵包運行時間參數(shù)的數(shù)學(xué)描述

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

    t1——兌鐵包重包運行時間,min;

    t11——兌鐵包在倒罐站兌鐵時間,min;

    t12——兌鐵包從倒罐站至脫硫站的運輸時間,min;

    t13——兌鐵包在脫硫站的脫硫時間,min;

    t14——兌鐵包在脫硫站的扒渣時間,min;

    t15——兌鐵包從脫硫位至吊包位的運輸時間,min;

    t16——吊包位至吊起結(jié)束時間,min;

    t17——吊起結(jié)束至轉(zhuǎn)爐運輸時間,min;

    t18——轉(zhuǎn)爐兌鐵時間,min;

    t19——重包柔性時間,min;

    t2——兌鐵包空包運行時間,min;

    t21——轉(zhuǎn)爐至吊包位運輸時間,min;

    t22——下放空包至吊包位時間,min;

    t23——吊包位至兌鐵位運輸時間;

    t24——空包柔性時間,min。

    t19和t24兩段柔性時間無法實現(xiàn)定量測量且所測值無意義,因此只能通過優(yōu)化現(xiàn)場調(diào)度來縮短此兩段時間。

    2.4 兌鐵包周轉(zhuǎn)率

    為進一步認(rèn)識兌鐵包周轉(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)時間與兌鐵包運行時間的比值,即兌鐵包的周轉(zhuǎn)次數(shù),其表達式為:

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

    3 鐵包天車運行解析

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

    3.1 鐵包天車運行過程解析

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

    圖4 鐵包天車運行過程示意圖

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

    3.2 鐵包天車運行時間解析

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

    表3 鐵包天車剛性時間解析 min

    3.3 鐵包天車運行時間參數(shù)的數(shù)學(xué)描述

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

    t1——重車運行時間,min;

    t11——從吊包位吊起重包時間,min;

    t12——吊運重包至轉(zhuǎn)爐的運輸時間,min;

    t13——轉(zhuǎn)爐兌鐵時間,min;

    t14——重車的柔性時間,min;

    t2——空車運行時間,min;

    t21——吊空包至倒罐坑的運輸時間,min;

    t22——下放空包至吊包位時間,min;

    t23——空車的柔性時間,min。

    3.4 鐵包天車的作業(yè)率

    為進一步認(rèn)識鐵包天車的運行問題,本文提出天車作業(yè)率評價指標(biāo)。所謂鐵包天車的作業(yè)率是指在一定時間內(nèi)(通常以24 h 為標(biāo)準(zhǔn)),鐵包天車吊運鐵包作業(yè)時間與系統(tǒng)運行總時間的比值表達式為:

    式中:m——鐵包天車吊運鐵包數(shù),包;

    T——鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的運行時間,min。

    4 結(jié)論

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

    [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.鐵水運輸作業(yè)過程時間因素分布的研究.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,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,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)計與實現(xiàn).冶金自動化,2010,34(4):16-21.

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

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

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