轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進(jìn)研究

李敏二

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝中包括：轉(zhuǎn)爐冶煉工藝、連鑄生產(chǎn)工藝以及高速軋制工藝，主要用于鋼鐵工業(yè)中。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝在實(shí)際應(yīng)用過程中存在能源消耗大的問題，因此，針對轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進(jìn)研究具有十分重要的研究意義。在我國，針對轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進(jìn)研究可謂少之又少，普遍是對于轉(zhuǎn)爐冶煉工藝、連鑄生產(chǎn)工藝以及高速軋制工藝的分散研究，缺乏一套體系完備的轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝。為降低轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制過程中產(chǎn)生的不必要能耗，本文提出轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進(jìn)研究，致力于為轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供新思路。

1 轉(zhuǎn)爐冶煉-連鑄-高速軋制工藝存在缺陷

在轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制過程中，目前轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄-高速軋制工藝存在的缺陷大致可通過3 點(diǎn)加以概括，分別為：工序能量不平衡、工序產(chǎn)能不匹配要求、軋輥問題[1]。工序能量不平衡主要指的是在轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制時(shí)，各工序之間的能量不平衡，導(dǎo)致?lián)p失能量流過大，可回收的能流量極少，產(chǎn)生不必要的能耗。工序產(chǎn)能不匹配要求會導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝中的各工序之間的連接出現(xiàn)問題，導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制過程中存在工序斷層的問題，同樣會致使能源消耗的增加。軋輥問題主要是由于鋼受熱冷卻不均勻產(chǎn)生大量的應(yīng)力，一旦其應(yīng)力數(shù)值超出標(biāo)準(zhǔn)值，必然會引發(fā)軋輥問題。以上3點(diǎn)均是目前轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝存在的主要缺陷，本文在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝，改進(jìn)的具體內(nèi)容，如下文所述。

2 轉(zhuǎn)爐冶煉-連鑄-高速軋制工藝的改進(jìn)

2.1 轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡計(jì)算

針對轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進(jìn)，必須保證轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制各工序之間的能量平衡。本文通過計(jì)算能量流的方式，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡計(jì)算。在轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制過程中，主要會產(chǎn)生6 種能量流，其中包括：輸入能量流、輸出能量流、加入能量流、損失能量流、回收自用能量流以及回收他用能量流。以上6 種能量流達(dá)到轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡狀態(tài)下的示意圖，如圖1 所示。

圖1 轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡圖

結(jié)合圖1 所示，推導(dǎo)出轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡的計(jì)算表達(dá)式，可得公式（1）。

公式（1）中，i 指的是轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制具體工序，Gi指的是轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序下輸入能量流； gi指的是轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序下?lián)p失能量；iv 指的是轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序下工序物流帶走能量；ie 指的是轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序下外加能量流；ib 指的是轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序下回收用于其它工序能量； yi指的是轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序下回收用于本工序能量。通過公式（1），將得出的轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡引進(jìn)到轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進(jìn)中，使改進(jìn)后的轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝每一步流程都必須在滿足工序能量平衡的基礎(chǔ)上執(zhí)行，改進(jìn)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝存在工序能量不平衡的缺陷[2]。合理回收、利用轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝上一步工序中剩余的工序能量，提高轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制能源利用率，進(jìn)而減少轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制所需能耗。

2.2 匹配轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序產(chǎn)能

為解決傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝中存在的工序產(chǎn)能不匹配缺陷，本文通過將轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝流程中的各工序有效銜接，匹配轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序產(chǎn)能，改進(jìn)轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝。在匹配轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄-高速軋制工序產(chǎn)能過程中，首先需要計(jì)算轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序間的產(chǎn)能匹配系數(shù)，設(shè)其計(jì)算表達(dá)式為m ，可得公式（2）。

在公式（2）中，P 指的是在連鑄工序過程中，每小時(shí)連鑄的供坯能力；P 指的是在轉(zhuǎn)爐冶煉工序過程中，每小時(shí)金屬收得率，單位為% ；r 指的是轉(zhuǎn)爐冶煉工序過程中，每小時(shí)所需能耗，單位為kg ；Q 指的是在高速軋制工序過程中，每小時(shí)鑄坯需求量，單位為t/h。通過公式（2），得出轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序間的產(chǎn)能匹配系數(shù)，匹配轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序產(chǎn)能。

在此基礎(chǔ)上，還需要計(jì)算轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制上下工序的能流匹配，保證在匹配轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序產(chǎn)能過程中，不與轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡發(fā)生沖突。設(shè)次目標(biāo)函數(shù)為?，可得公式（3）。

在公式（3）中， 1iG?指的是第i -1 道工序結(jié)束輸出的能量流。在滿足公式（3）計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)下，即可完成轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄-高速軋制工序產(chǎn)能匹配。

2.3 引入節(jié)能雙模式切換模式

匹配轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序產(chǎn)能后，針對傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝中存在的軋輥問題，本文引入節(jié)能雙模式切換模式，改進(jìn)轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝。本文引入的節(jié)能雙模式切換模式具體信息，如表1 所示。

表1 節(jié)能雙模式切換模式具體信息

結(jié)合表1 所示，為節(jié)能雙模式切換模式具體信息，通過引入節(jié)能雙模式切換模式，明確雙模式切換能流匹配系數(shù)上限，防止由于物質(zhì)流溫度過高或過低導(dǎo)致的軋輥問題，以此，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進(jìn)。

3 實(shí)驗(yàn)論證

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為構(gòu)建實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對象選取某冶煉企業(yè)，使用本文改進(jìn)后的工藝與傳統(tǒng)工藝執(zhí)行轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制。本次實(shí) 驗(yàn) 硬 環(huán) 境 包 括：服 務(wù) 器Double PIV 1. 7 G 1 024 M RAM Double 80 G Disk ；客 戶 機(jī)PIV 1. 7G 256 M RAM 80 G Disk, Win2000Professional ；100 M 以太網(wǎng)以及CPRS/DCMA 無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為測試兩種工藝的能源消耗量，能源消耗量越低證明工藝性能越好。首先使用改進(jìn)后的工藝執(zhí)行轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制，記錄能源消耗量，設(shè)為實(shí)驗(yàn)組；再使用傳統(tǒng)工藝執(zhí)行轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制，記錄能源消耗量，設(shè)為對照組。針對黑盒工具-QAcenter 測得的記錄能源消耗量，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。設(shè)定實(shí)驗(yàn)次數(shù)為10 次，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，采集10 組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體內(nèi)容如表2 所示。

表2 兩種工藝下能源消耗量對比表

通過表2 可知，本文改進(jìn)后的工藝能源消耗量低于對照組近一倍以上，其能源消耗量明顯低于對照組，能夠?qū)崿F(xiàn)對轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的優(yōu)化，具有現(xiàn)實(shí)推廣價(jià)值。

4 結(jié)束語

通過轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進(jìn)研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝中存在的問題。由此可見，本文改進(jìn)后的工藝是具有現(xiàn)實(shí)意義的，能夠指導(dǎo)轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文改進(jìn)工藝在轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制中的應(yīng)用力度。截止目前，國內(nèi)外針對轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對轉(zhuǎn)爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高轉(zhuǎn)爐冶煉-連鑄- 高速軋制工藝的綜合性能提供參考。