浙江煉鋼廠鋼包管控研究現(xiàn)狀與展望

  浙江至德鋼業(yè)有限公司系統(tǒng)總結(jié)了鋼包管控涉及的鋼包周轉(zhuǎn)過程仿真等方面的研究現(xiàn)狀，指出鋼包管控實(shí)踐中存在的常見問題，最后對(duì)鋼包管控的未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。隨著冶金技術(shù)的進(jìn)步，鋼包承擔(dān)的冶金功能也逐漸增多，已經(jīng)成為一種不可缺少的冶金容器，能夠起到調(diào)控鋼水化學(xué)成分和潔凈度的作用，特別指出，鋼包在制造流程中的時(shí)間節(jié)奏和溫度調(diào)控方面有著重要意義。國(guó)內(nèi)外一些配置先進(jìn)的煉鋼廠，都將鋼包周轉(zhuǎn)的合理管理和控制(簡(jiǎn)稱鋼包管控)視為穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行、協(xié)調(diào)前后工序的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于鋼水從煉鋼爐注人鋼包這段時(shí)間是煉鋼生產(chǎn)中溫降最劇烈的階段，而鋼包的蓄熱狀態(tài)直接影響鋼水的溫降，鋼包周轉(zhuǎn)狀態(tài)又影響鋼包的蓄熱情況。因此，應(yīng)針對(duì)鋼包的功能和作用進(jìn)行深人研究和優(yōu)化，同時(shí)對(duì)煉鋼廠的周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量(包括熱狀態(tài)、位置狀態(tài)和侵蝕情況等)給予足夠重視。

一、鋼包管控研究現(xiàn)狀

   鋼包周轉(zhuǎn)過程貫穿整個(gè)煉鋼廠制造流程的始終，是煉鋼系統(tǒng)優(yōu)化控制的爐機(jī)對(duì)應(yīng)原則、能耗最小原則、拉速?zèng)Q定流量原則和連澆原則的集中表現(xiàn)。由于高效連鑄的鋼水溫度控制比常規(guī)連鑄要求更為嚴(yán)格，而作為鋼水運(yùn)輸載體的鋼包，其周轉(zhuǎn)過程的管理和控制狀況直接關(guān)系到煉鋼生產(chǎn)的正常進(jìn)行，因此對(duì)鋼包周轉(zhuǎn)過程的清楚認(rèn)識(shí)具有非常重要的意義。

   實(shí)際上，鋼包周轉(zhuǎn)過程是一個(gè)涉及生產(chǎn)計(jì)劃和鋼包信息的復(fù)雜調(diào)度過程。簡(jiǎn)單描述為，由三級(jí)MES系統(tǒng)下達(dá)生產(chǎn)計(jì)劃后，鋼包調(diào)度專家根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃信息(如冶煉鋼種等)，并結(jié)合鋼包信息(如鋼包包齡和烘烤時(shí)間等)，從在線周轉(zhuǎn)包或是離線烘烤包中選擇最合適的鋼包投入周轉(zhuǎn)；鋼包由轉(zhuǎn)爐上線周轉(zhuǎn)后，根據(jù)鋼種冶煉工藝的要求選擇精煉路徑；然后鋼包到達(dá)連鑄澆鑄，澆完鋼水的鋼包進(jìn)行倒渣、熱修或是冷修等操作，這樣鋼包完成一次周轉(zhuǎn)全過程，具體如圖所示。鋼包從煉鋼爐承接鋼水后就一直處于煉鋼一連鑄的生產(chǎn)過程中，對(duì)煉鋼過程中的節(jié)能降耗和生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行起著重要作用。為此前人針對(duì)鋼包管控，將研究重點(diǎn)放在鋼包周轉(zhuǎn)過程的控制、仿真、熱行為和跟蹤技術(shù)等四個(gè)方面。

 1. 鋼包周轉(zhuǎn)過程控制

  隨著鋼包周轉(zhuǎn)問題的研究深入，鋼包周轉(zhuǎn)過程控制主要集中在以下幾個(gè)方面：

   浙江至德鋼業(yè)有限公司針對(duì)鋼包周轉(zhuǎn)過程進(jìn)行深入地解析研究，建立了轉(zhuǎn)爐煉鋼廠鋼包周轉(zhuǎn)的物理模型，通過數(shù)學(xué)方法對(duì)鋼包周轉(zhuǎn)過程時(shí)間進(jìn)行描述，在此基礎(chǔ)上提出周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量的三種計(jì)算方法和鋼包周轉(zhuǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，最后通過優(yōu)化鋼包周轉(zhuǎn)的柔性時(shí)間對(duì)鋼包周轉(zhuǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化。通過對(duì)武鋼第一煉鋼廠鋼包周轉(zhuǎn)過程解析研究，從鋼包周轉(zhuǎn)時(shí)間、溫度和鋼包投運(yùn)等方面進(jìn)行綜合分析，提出工序時(shí)間控制、鋼包投運(yùn)管理和鋼包溫度制度等優(yōu)化鋼包周轉(zhuǎn)的具體措施，以及周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)——鋼包周轉(zhuǎn)率，建立鋼包周轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)管理模式，為優(yōu)化鋼包生產(chǎn)的物流調(diào)控和高效連鑄生產(chǎn)提供了保障。胡家前等以安鋼第二軋鋼廠鋼包為研究對(duì)象，從鋼包烘烤質(zhì)量、底吹合格率、鋼包自開率等方面分析鋼包管理狀況，提出改進(jìn)鋼包周轉(zhuǎn)過程控制的具體措施，有效提高了紅包周轉(zhuǎn)率，保證了生產(chǎn)順行。

  黃幫福等以首秦?zé)掍搹S的鋼包為研究對(duì)象，對(duì)特定條件下的鋼包周轉(zhuǎn)過程進(jìn)行解析，通過建立鋼包管理模式形成鋼水運(yùn)輸任務(wù)、鋼包管理和鋼包運(yùn)行優(yōu)化等三個(gè)鋼包管理系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)了鋼包的計(jì)算機(jī)化管理，系統(tǒng)將周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量的計(jì)算方法和鋼包周轉(zhuǎn)率及鋼包周轉(zhuǎn)連續(xù)化程度兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)納入其中，通過對(duì)鋼包狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控優(yōu)化鋼包周轉(zhuǎn)率和連續(xù)化程度。蔡峻等以某煉鋼廠的鋼包為研究對(duì)象，采用生產(chǎn)計(jì)劃甘特圖對(duì)澆次計(jì)劃與周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量的關(guān)系進(jìn)行研究，提出不同澆次重合時(shí)間下的周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量計(jì)算模型，對(duì)指導(dǎo)煉鋼廠生產(chǎn)組織優(yōu)化有重要意義。

2. 鋼包周轉(zhuǎn)過程仿真

   在鋼包周轉(zhuǎn)過程仿真的研究中，前人主要采用系統(tǒng)仿真手段，對(duì)鋼包管控進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要研究成果如下：

   浙江至德鋼業(yè)有限公司從節(jié)能降耗的角度出發(fā)，通過鋼包優(yōu)化選配的方式實(shí)現(xiàn)煉鋼過程的能耗優(yōu)化。鑒于實(shí)際生產(chǎn)中鋼包調(diào)度過程十分復(fù)雜，難于建立準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型進(jìn)行表達(dá)，提出基于鋼包選配規(guī)則和優(yōu)先級(jí)的鋼包調(diào)度仿真軟件。同時(shí)為了方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度專家實(shí)時(shí)監(jiān)控鋼包行為，開發(fā)了可視化的鋼包動(dòng)態(tài)模擬畫面，利用在線數(shù)據(jù)進(jìn)行離線仿真試驗(yàn)。軟件有效提高了鋼包計(jì)劃的編制精度，減少了鋼包在線調(diào)整的次數(shù)，達(dá)到了節(jié)能、降耗的目的。

   至德鋼業(yè)認(rèn)為，鋼包的優(yōu)化選配對(duì)煉鋼生產(chǎn)過程中節(jié)能降耗起著非常重要的作用，但由于實(shí)際生產(chǎn)中煉鋼生產(chǎn)設(shè)備等條件的限制很難獲得最佳的鋼包，因此采用啟發(fā)式算法對(duì)煉鋼生產(chǎn)過程中的鋼包選配問題進(jìn)行研究，首先根據(jù)鋼包調(diào)度專家的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出鋼包優(yōu)化選配的規(guī)則約束，然后提出采用啟發(fā)式算法解決鋼包起重吊裝的問題，最后輸入實(shí)際煉鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真試驗(yàn)。結(jié)果表明：軟件能夠有效提高鋼包調(diào)度的精度，減少在線調(diào)整的頻率，節(jié)約了能源消耗。張濤采用仿真軟件建立鋼包周轉(zhuǎn)逆流仿真模型，針對(duì)鋼包周轉(zhuǎn)過程中生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量間的關(guān)系進(jìn)行了研究，建模過程中鋼包的工序處理和工位間運(yùn)輸時(shí)間都采用平均值設(shè)置，但未考慮實(shí)際鋼包周轉(zhuǎn)過程中工序處理和工位間運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間波動(dòng)。同時(shí)由于模型缺少對(duì)空包周轉(zhuǎn)的控制，造成鋼包從翻渣位再次返回鑄機(jī)時(shí)經(jīng)常會(huì)經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間，與實(shí)際鋼包周轉(zhuǎn)調(diào)度不符。研究結(jié)果雖然只得出了生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與周轉(zhuǎn)鋼包數(shù)量的關(guān)系，但卻為鋼包周轉(zhuǎn)過程的研究開拓了思路。肖陽(yáng)建立了面向?qū)ο蟮匿摪{(diào)度模型，并基于仿真軟件實(shí)現(xiàn)了層次化和模塊化的鋼包調(diào)度仿真軟件，并采用改進(jìn)遺傳算法對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)表明建模方法的實(shí)用性。張燕針對(duì)鋼包周轉(zhuǎn)調(diào)度優(yōu)化問題，提出以最小化車輛數(shù)為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，采用語(yǔ)言建立鋼包調(diào)度優(yōu)化模型，然后分別采用分散搜索算法和隨機(jī)局域搜索算法求解，算法應(yīng)用有效優(yōu)化了鋼包周轉(zhuǎn)過程。譚圓圓等口將鋼包周轉(zhuǎn)調(diào)度問題轉(zhuǎn)換為帶有時(shí)間窗、車輛帶有時(shí)間調(diào)整的車輛路徑問題，根據(jù)鋼包周轉(zhuǎn)過程的約束建立了鋼包調(diào)度的數(shù)學(xué)模型，并采用分散搜索算法對(duì)模型進(jìn)行了優(yōu)化，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了模型和算法的有效性。蔡峻等針對(duì)鋼包周轉(zhuǎn)過程的特點(diǎn)和約束條件，采用仿真方法建立了鋼包周轉(zhuǎn)過程仿真模型，模型考慮了鋼包實(shí)際周轉(zhuǎn)中的時(shí)間波動(dòng)，使建模更加貼近實(shí)際，通過模型對(duì)影響鋼包周轉(zhuǎn)過程的因素進(jìn)行了定量分析，為提高煉鋼廠的鋼包管理水平提供了重要參考。