安鋼“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式運(yùn)行實(shí)踐

賈秀嶺 宋 亮

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

“一罐到底”是近年來鋼鐵行業(yè)鐵鋼界面開發(fā)的一種全新的鐵水供應(yīng)技術(shù)。其核心技術(shù)是鐵水從高爐產(chǎn)出、運(yùn)輸，到最后兌入轉(zhuǎn)爐，均使用同一個(gè)鐵水罐，由于中途不使用鐵水包和混鐵爐，鐵水不需要再進(jìn)行二次折兌，避免了折兌造成的鐵水溫降、鐵水飛濺損失和環(huán)境污染，同時(shí)節(jié)約了鐵水包和混鐵爐等相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，從而取得了顯著的直接和間接效益。

1 安鋼的“一罐到底”鐵水運(yùn)輸布置及運(yùn)輸方式

1.1 安鋼鐵鋼匹配工藝流程

安鋼目前有三座高爐運(yùn)行生產(chǎn)， 1#高爐容量為2 200 m3，2#高爐容量為2 800 m3，可使用80 t和170 t兩種鐵水罐車受鐵，3#高爐容量為4 800 m3，因出鐵流量大，僅能使用170 t鐵水罐車受鐵。煉鋼工序：三座35 t、一座100 t、三座150 t轉(zhuǎn)爐和一座100 t電爐。在實(shí)行“一罐到底”生產(chǎn)模式前（工藝流程如圖1所示），三座35 t轉(zhuǎn)爐、一座100 t轉(zhuǎn)爐使用80 t鐵水罐車供應(yīng)鐵水，鐵水罐車由火車送達(dá)后需將鐵水兌入混鐵爐，鐵水兌入轉(zhuǎn)爐前還需要使用鐵水包作為中間周轉(zhuǎn)，鐵水從高爐到轉(zhuǎn)爐之間需要折兌三次；100 t電爐使用汽車倒運(yùn)80 t鐵水罐供應(yīng)鐵水，雖僅需一次折兌，但是周轉(zhuǎn)時(shí)間長、運(yùn)輸成本高；150 t轉(zhuǎn)爐使用170 t鐵水罐車供應(yīng)鐵水，由火車送達(dá)后可兌入混鐵爐或過跨鐵水包，鐵水從高爐到轉(zhuǎn)爐之間需要折兌兩到三次。安鋼鐵鋼匹配工藝流程具有裝備級(jí)別多、工藝路徑復(fù)雜的特點(diǎn)，且原有的運(yùn)輸線路和廠房布局無法滿足“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式的要求，需要針對不同的設(shè)備和工藝，進(jìn)行量身定制的設(shè)備改造，因此實(shí)現(xiàn)“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式將面對更多、更復(fù)雜的難點(diǎn)。

圖1 安鋼鐵鋼匹配工藝流程

1.2 低成本滿足“一罐到底”設(shè)備和運(yùn)輸方式要求

實(shí)現(xiàn)“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式，吊運(yùn)設(shè)備和運(yùn)輸線路是基礎(chǔ)條件，而無論是對現(xiàn)有吊運(yùn)設(shè)備進(jìn)行改造還是建造新的運(yùn)輸線路，都會(huì)影響正常的煉鋼生產(chǎn)，而且還需要投入大量的資金，因此安鋼必須充分利用現(xiàn)有設(shè)備和鐵路運(yùn)輸?shù)谰€。

3座150 t轉(zhuǎn)爐平臺(tái)位于所在車間廠房的加料跨，運(yùn)送鐵水罐車的鐵路運(yùn)輸線位于車間廠房的混鐵爐跨，兩跨平行。原鐵水供應(yīng)路徑為：混鐵爐跨將鐵水罐吊起后兌入混鐵爐，再由加料跨的混鐵爐出鐵口兌入鐵水包中，或者將鐵水折兌入鐵水包后，鐵水包通過過跨車返回加料跨，供轉(zhuǎn)爐冶煉。因此，對過跨車實(shí)施技術(shù)改造，使其能夠承載鐵水罐過跨進(jìn)入加料跨，直接起吊兌入轉(zhuǎn)爐，實(shí)現(xiàn)150 t轉(zhuǎn)爐“一罐到底”的鐵水供應(yīng)模式。

100 t轉(zhuǎn)爐的廠房結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境不允許鋪設(shè)新的鐵路運(yùn)輸線，而原有的鐵路運(yùn)輸線行進(jìn)方向與轉(zhuǎn)爐平臺(tái)所在的冶煉跨垂直，造成鐵水罐的吊運(yùn)耳軸和冶煉跨天車的行車方向垂直。通過現(xiàn)場測量和技術(shù)論證，在轉(zhuǎn)爐冶煉平臺(tái)一側(cè)設(shè)計(jì)建造了鐵水罐車回轉(zhuǎn)臺(tái)。鐵水罐車沿鐵路運(yùn)輸線駛?cè)牖剞D(zhuǎn)臺(tái)，與機(jī)車脫鉤后由回轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)90°，使鐵水罐耳軸方向與冶煉跨平行，從而具備起吊鐵水罐兌入轉(zhuǎn)爐的能力，實(shí)現(xiàn)100 t轉(zhuǎn)爐“一罐到底”的鐵水供應(yīng)模式。

100 t電爐與100 t轉(zhuǎn)爐在廠房的同一跨內(nèi)，因此可以使用為100 t轉(zhuǎn)爐準(zhǔn)備的鐵水罐，起吊分兌為兩個(gè)80 t鐵水罐后，兌入電爐冶煉。這樣雖然多進(jìn)行了一次折兌，但加快了鐵水罐的周轉(zhuǎn)效率，提升了鐵水入爐溫度，同時(shí)降低了運(yùn)輸費(fèi)用。

3座35 t轉(zhuǎn)爐由于產(chǎn)能置換方案，將在2018年分階段退出運(yùn)行，投資進(jìn)行相關(guān)改造難以回收資金成本，不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，因此繼續(xù)維持原有的鐵水供應(yīng)模式。

2 安鋼“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式實(shí)踐的優(yōu)化

“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式的核心是鐵水資源的分配計(jì)劃，實(shí)質(zhì)就是根據(jù)匹配的工藝流程,對高爐產(chǎn)鐵編制定去向、定數(shù)量的分配計(jì)劃，從而滿足轉(zhuǎn)爐煉鋼計(jì)劃的原料需求。安鋼通過技術(shù)改造具備了執(zhí)行“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式的基礎(chǔ)條件，而在運(yùn)行實(shí)踐的過程中遇到諸多問題，例如：生產(chǎn)情況變化后，鐵水罐內(nèi)凈重?zé)o法滿足“一罐到底”的要求，仍需二次折兌；鐵水成分波動(dòng)，無法冶煉特定品種；高爐產(chǎn)鐵節(jié)奏與轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏不同步，轉(zhuǎn)爐鐵水供應(yīng)不足；鐵水罐周轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)間過長，鐵水溫降過大后凍結(jié)導(dǎo)致鐵水罐皮重增加，無法滿足“一罐到底”使用要求。為了解決這些問題，通過對生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)實(shí)施精益管理，不斷優(yōu)化生產(chǎn)組織水平，較好地實(shí)現(xiàn)了“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式。

2.1 優(yōu)化鐵水罐受鐵模式

通過實(shí)施1#、2#、3#高爐爐下的軌道衡改造，升級(jí)計(jì)量方式，鐵水罐凈重在出鐵平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線顯示，實(shí)現(xiàn)了爐前出鐵由看液位向看重量、由毛估重量向精準(zhǔn)出鐵的轉(zhuǎn)變。在運(yùn)行過程中，“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式下的轉(zhuǎn)爐鐵水裝入量不是一成不變的，需要在穩(wěn)定鐵鋼平衡的條件下，滿足不同牌號(hào)、不同工藝下轉(zhuǎn)爐爐料結(jié)構(gòu)的鐵水需求，為了靈活準(zhǔn)確、及時(shí)高效的調(diào)整鐵水罐受鐵凈重，安鋼構(gòu)建息化系統(tǒng)溝通平臺(tái)，加強(qiáng)信息交流，做到供應(yīng)和需求信息的互通、互享，高爐工序發(fā)布鐵水罐號(hào)、鐵水凈重和鐵水成分等信息，轉(zhuǎn)爐煉鋼工序依據(jù)平臺(tái)信息，及時(shí)、靈活調(diào)配爐料結(jié)構(gòu)，并及時(shí)反饋相關(guān)信息。

同時(shí)，細(xì)化高爐爐下的鐵水罐受鐵管理，明確要求高爐每次出鐵末期產(chǎn)生的“尾罐”直接運(yùn)送至下一鐵次進(jìn)行二次受鐵，鐵水罐的信息由高爐工序在信息化溝通平臺(tái)上注明鐵水編號(hào)，以及該罐二次受鐵位置，消除不符合“一罐到底”需求的尾罐，確保送達(dá)煉鋼工序后“一罐到底”的順利實(shí)施。

2.2 科學(xué)制定標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化質(zhì)量管控水平

在“一罐到底” 鐵水供應(yīng)模式下，高爐產(chǎn)鐵通過170 t鐵水罐車直接兌入100 t轉(zhuǎn)爐和150 t轉(zhuǎn)爐中，鐵鋼界面由使用混鐵爐的軟連接轉(zhuǎn)變?yōu)椴皇褂没扈F爐的硬鏈接，在某些情況下，高爐出鐵成分波動(dòng)大，無法通過兌入混鐵爐來進(jìn)行成分混勻，將會(huì)對轉(zhuǎn)爐煉鋼產(chǎn)生負(fù)面影響，以致最終影響連鑄機(jī)的正常生產(chǎn)。一方面，制定鐵水分類標(biāo)準(zhǔn)和按質(zhì)計(jì)價(jià)管理辦法，通過建立市場化的結(jié)算價(jià)格機(jī)制來進(jìn)行規(guī)范引導(dǎo)；另一方面，靈活組織受鐵模式，鐵水罐在鐵水成分穩(wěn)定的高爐爐下二次受鐵，用成分合格的鐵水稀釋成分異常的鐵水，降低成分波動(dòng)對轉(zhuǎn)爐煉鋼的不良影響。

例如：1#高爐檢修結(jié)束，送風(fēng)生產(chǎn)后鐵水硅元素含量高（設(shè)為Si1），3#高爐鐵水質(zhì)量正常，硅元素含量正常，（設(shè)為Si2）,150 t轉(zhuǎn)爐入爐鐵水硅元素含量上限設(shè)為Si3，要求Si2＜Si3＜ Si1。于是,組織鐵水罐先在1#高爐爐下進(jìn)行一次受鐵，受鐵凈重為M1,然后送至3#高爐進(jìn)行二次受鐵，兩次受鐵的凈重合計(jì)為M2，兩次受鐵后鐵水凈重滿足150 t轉(zhuǎn)爐“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式的要求，由質(zhì)量分?jǐn)?shù)公式[1]：

可推導(dǎo)出公式（1），計(jì)算得出鐵水罐在1#高爐受鐵凈重范圍：

鐵水質(zhì)量管控的要素除了元素成分之外，鐵水溫度也是一個(gè)重要指標(biāo)，適當(dāng)?shù)偷臏囟扔欣诿摿?，較高的溫度有利于碳的氧化等。溫度控制的好壞直接影響到冶煉過程中的能量、合金元素的收得率、爐襯使用壽命及成品鋼的質(zhì)量等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。溫度控制的核心原理是熱平衡，煉鋼過程的熱平衡計(jì)算建立在物質(zhì)與能量守恒的基礎(chǔ)上，計(jì)算煉鋼過程的熱量收入（包括鐵水的物理熱、化學(xué)熱）與熱量支出（包括鋼水、熔渣、爐氣的物理熱，冷卻劑熔化和分解熱等）之間的平衡關(guān)系[2]。其中影響冶煉熱平衡的兩大因素為鐵水溫度、鐵水裝入量和作為冷卻劑的廢鋼加入量。通過計(jì)算可以得出在滿足熱平衡的條件下，鐵水裝入溫度Tt、鐵水裝入量和廢鋼裝入量的關(guān)系公式：

通過精確計(jì)算，在生產(chǎn)組織過程中，根據(jù)鐵鋼平衡得出的轉(zhuǎn)爐鐵水裝爐量，科學(xué)計(jì)算鐵水裝入時(shí)的物理溫度,再綜合考慮鐵水運(yùn)輸時(shí)產(chǎn)生的熱量損失，得出高爐出鐵物理熱的控制目標(biāo),以此為指標(biāo)依據(jù)，在保證增產(chǎn)增效的同時(shí),兼顧了高爐能耗,降低了鐵水成本。

2.3 提升煉鋼生產(chǎn)組織能力

“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式的最終是為了給轉(zhuǎn)爐和電爐煉鋼提供優(yōu)質(zhì)、充足的原料鐵水。生產(chǎn)計(jì)劃管控能力水平的高低，最終體現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐和電爐能否按計(jì)劃生產(chǎn)。因此，提高轉(zhuǎn)爐煉鋼作業(yè)計(jì)劃的準(zhǔn)確率和執(zhí)行率是實(shí)現(xiàn)“一罐到底”的關(guān)鍵要點(diǎn)[3]。因此，筆者通過以下兩點(diǎn)全方位提升煉鋼計(jì)劃的準(zhǔn)確性和執(zhí)行率。

（1）精益制定煉鋼計(jì)劃。煉鋼計(jì)劃的制定，以信息化為依托，以交貨期為節(jié)點(diǎn)，在訂單統(tǒng)籌歸并的基礎(chǔ)上，按照訂單品種、規(guī)格、數(shù)量要求，優(yōu)化訂單組批設(shè)計(jì)和組爐設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)計(jì)劃的科學(xué)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，全面考慮轉(zhuǎn)爐、精煉爐和連鑄機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以及冶煉節(jié)奏和澆注速度，剛性執(zhí)行煉鋼作業(yè)計(jì)劃。

（2）全面實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，剛性落實(shí)煉鋼計(jì)劃。在生產(chǎn)過程中，確定精準(zhǔn)的連鑄機(jī)開澆時(shí)間，密切工序銜接，確保煉鋼、連鑄的資源需求以及物流供應(yīng)的高效和穩(wěn)定，并利用全方位的可視化生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施全程動(dòng)態(tài)管控。通過不斷優(yōu)化完善工藝規(guī)程、崗位作業(yè)指導(dǎo)書、管理制度，規(guī)范煉鋼—連鑄工藝操作，加強(qiáng)工藝執(zhí)行監(jiān)督力度，強(qiáng)力推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的有效實(shí)施，促進(jìn)生產(chǎn)控制水平的持續(xù)提升。通過精細(xì)化連鑄操作，穩(wěn)定結(jié)晶器液面與拉速控制，嚴(yán)格規(guī)范結(jié)晶器錐度、水口插入深度、保護(hù)渣使用等工藝制度執(zhí)行；加強(qiáng)結(jié)晶器、扇形段、中間包耐材檢查及設(shè)備維護(hù)，降低連鑄斷澆生產(chǎn)事故。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

通過不斷實(shí)踐，安鋼“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式運(yùn)行的效果越來越好，執(zhí)行率不斷提升，隨之帶來高爐產(chǎn)鐵成分和出鐵溫度的指標(biāo)更加經(jīng)濟(jì)、更加合理，轉(zhuǎn)爐鐵水入爐溫度持續(xù)改善，噸鋼鐵耗不斷降低。

3.1 “一罐到底”鐵水供應(yīng)模式執(zhí)行率不斷提升

通過生產(chǎn)運(yùn)行設(shè)備的合理改造以及生產(chǎn)組織模式的不斷創(chuàng)新，解決了“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式中遇到的各種問題，這種高效節(jié)能、綠色環(huán)保的鐵水供應(yīng)模式在安鋼落地生根，執(zhí)行率不斷提升，執(zhí)行率統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 “一罐到底”鐵水供應(yīng)模式執(zhí)行率統(tǒng)計(jì)

3.2 鐵水入轉(zhuǎn)爐溫度逐步提升

“一罐到底” 鐵水供應(yīng)模式實(shí)施一年來，鐵水入轉(zhuǎn)爐溫度有了大幅度改善，2018年5月至2019年4月，相比以往同期，100 t轉(zhuǎn)爐的鐵水入爐溫度提升了55 ℃， 150 t轉(zhuǎn)爐鐵水入爐溫度提升了36 ℃，如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)爐鐵水入爐溫度走勢

3.3 噸鋼綜合鐵水消耗明顯降低

“一罐到底” 鐵水供應(yīng)模式提升了轉(zhuǎn)爐鐵水入爐溫度，為安鋼的“節(jié)鐵增鋼”提供了有力支撐，極大地助益了廢鋼比的提高，使噸鋼綜合鐵水消耗從2017年的932 kg降低到860 kg（如圖3所示），提升鋼產(chǎn)量50萬噸，增加效益4億余元。

圖3 噸鋼綜合鐵水消耗

4 結(jié)語

安鋼“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式的成功運(yùn)行，依托的是設(shè)備的技術(shù)改造和生產(chǎn)組織的精益管理，通過優(yōu)化鐵水罐受鐵模式，滿足了“一罐到底”對鐵水供應(yīng)的要求；通過優(yōu)化質(zhì)量管控水平，保證轉(zhuǎn)爐用鐵的成分和溫度符合相關(guān)要求；通過優(yōu)化生產(chǎn)計(jì)劃編排，提升了煉鋼計(jì)劃的準(zhǔn)確性和執(zhí)行率。全流程、全工序的協(xié)力運(yùn)作使安鋼“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式得以高效運(yùn)行，從而產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

帶來效益的同時(shí)也增加了巨大的工作量，例如鐵水罐的運(yùn)輸、吊運(yùn)和維護(hù)，高爐爐前工對鐵水罐的看護(hù)和對鐵水?dāng)[動(dòng)溜槽的頻繁操作等。為了進(jìn)一步推進(jìn)、提升“一罐到底”鐵水供應(yīng)模式，將以信息化、自動(dòng)化、智能化為著力點(diǎn)，引入“鐵水罐自動(dòng)識(shí)別”系統(tǒng)、推進(jìn)鐵水?dāng)[動(dòng)溜槽控制系統(tǒng)的自動(dòng)化改造，探索鐵鋼界面大數(shù)據(jù)智能物流體系，使“一罐到底”這種高效節(jié)能、綠色環(huán)保的鐵水供應(yīng)技術(shù)得到更好的發(fā)展。