兑铁包与铁包天车的运行过程研究

黄帮福 施哲 张桂芳 李广双 齐岩 李东

(1.昆明理工大学;2.秦皇岛首秦金属材料有限公司)

0 引言

钢铁生产是将物质状态转变、物质性质控制、物质流管制融合在一起的复杂制造过程，要进一步优化钢铁生产流程，就应该十分注意研究和开发“界面技术”，促进生产流程整体运行的稳定、协调和高效化、连续化［1］。兑铁包和铁包天车作为铁/钢界面铁水运输的载体和工具，对炼铁和炼钢起着衔接—匹配、协调—缓冲的作用，其运行状况是铁/钢界面系统运行效率的重要体现。冶金科研人员对铁/钢界面做了大量研究［2－7］，主要包括机车调度、鱼雷罐管理和调度的研究以及铁水运输相关参数的解析和优化，并未涉及兑铁包、铁包天车的运行解析。

笔者以秦皇岛首秦金属材料有限公司(以下简称首秦公司)铁/钢界面兑铁包和铁包天车为研究对象，运用冶金流程工程学理论，深入研究兑铁包、铁包天车的运行过程，给出运行时间推荐值，并提出相应评价指标，为提高铁/钢界面的物流调控水平提供借鉴。

1 铁/钢界面流程简介

首秦公司目前有两座高炉，分别为1 号高炉1200 m3、2 号高炉1780 m3，两座倒罐站，三座脱硫站(两座为在线脱硫，一座为离线脱硫)，三座100 t转炉(平均冶炼周期36 min)，一座铸铁机;另设有一个冶车站(鱼雷罐和机车调度室)和一个鱼雷罐修罐间;高炉—倒罐站区段共有11～18 个260 t 鱼雷罐(共22 个)和3 台机车在线周转，倒罐站—转炉区段有3 个100 t 兑铁包和2 台铁包天车(103#和104#)在线运行。首秦公司铁/钢界面平面布置如图1 所示。

由图1 可以看出，铁/钢界面结构布局非常紧凑，若能在现有生产基础上进一步提高物流调控水平，则更能发挥流程优势和提高铁/钢界面系统运行效率。

2 兑铁包运行解析

2.1 兑铁包运行过程解析

据现场调研，炼钢厂的铁水供应路径主要有两条:一是脱硫路径，即倒罐站兑完铁后，兑铁包先经脱硫工序脱硫扒渣，再经天车吊运兑入转炉;二是不脱硫路径，即倒罐站兑完铁后，兑铁包直接由铁水天车吊运兑入转炉。两条路径对应的兑铁包周转路径如图2 所示。

图1 首秦公司铁/钢界面平面布置

图2 兑铁包周转路径

根据图2 的周转路径，进一步对兑铁包的周转事件进行解析(如图3 所示)。

图3 兑铁包周转事件解析

由图3 可以看出，将兑铁包重包、空包运行事件综合起来，可知:兑铁包在各工序中的事件包括到达、开始(如倒铁开始)、结束(如倒铁结束)和离开四类事件。生产过程中，铁/钢界面各工序的主要功能之一是时间缓冲和生产协调，为保障兑铁包连续、稳定的运行，一方面需提高各工序自身的操作水平和各工序对兑铁包运行事件的控制水平，另一方面还需提高兑铁包的调度水平。

2.2 兑铁包运行时间解析

与周转事件相对应，兑铁包的运行时间包括刚性时间和柔性时间［8］，其中刚性时间又包括吊包位至兑铁位的运输时间、兑铁位至吊包位的运输时间、兑铁位至脱硫位的运输时间、脱硫位至吊包位的运输时间和天车吊运时间。柔性时间则为兑铁包在各工序之间传搁时等待作业所用的时间，由于倒罐站倒铁时间、脱硫站作业时间和转炉兑铁时间会因生产模式的不同存在波动，因此笔者将此三段时间归为柔性时间。兑铁包运行时间解析结果见表1 表2。

表1 兑铁包刚性时间解析 min

由表1 可知，兑铁包的刚性运行时间是兑铁包周转过程中无法优化和缩减的时间，以上各段时间值可为生产调度提供参考。

由表2 统计分析可知，只有兑铁时间的波动系数较小，即离散程度较小。表中各段柔性时间会由于生产模式和钢种的不同有所差别，但可通过实际测量和生产分析给出其推荐值，具体如下:

1)倒铁时间:根据倒罐站一次倒铁成功所测时间(3.5 min)给出其推荐时间;

2)喷吹时间:取平均盛铁量96t 和平均值S 含量0.035%时，兑铁包在脱硫工位的喷吹时间为其推荐时间;

表2 兑铁包柔性时间解析

3)扒渣时间:取平均盛铁量96 t 和平均值S 含量0.035%时，所产生渣量在扒渣位的扒渣时间为其推荐时间;

4)作业时间:根据喷吹时间和扒渣时间的推荐值，以及实测的中间过渡操作(测温、取样、运输)时间，给出其推荐时间;

5)兑铁时间:取平均盛铁量96 t 时，兑铁包在转炉的正常操作兑铁时间为其推荐时间。

2.3 兑铁包运行时间参数的数学描述

根据图3 的周转事件解析，可得出兑铁包的运行时间可分为重包运行时间和空包运行时间，以下给出兑铁包运行时间参数的数学表达式为:

t1——兑铁包重包运行时间，min;

t11——兑铁包在倒罐站兑铁时间，min;

t12——兑铁包从倒罐站至脱硫站的运输时间，min;

t13——兑铁包在脱硫站的脱硫时间，min;

t14——兑铁包在脱硫站的扒渣时间，min;

t15——兑铁包从脱硫位至吊包位的运输时间，min;

t16——吊包位至吊起结束时间，min;

t17——吊起结束至转炉运输时间，min;

t18——转炉兑铁时间，min;

t19——重包柔性时间，min;

t2——兑铁包空包运行时间，min;

t21——转炉至吊包位运输时间，min;

t22——下放空包至吊包位时间，min;

t23——吊包位至兑铁位运输时间;

t24——空包柔性时间，min。

t19和t24两段柔性时间无法实现定量测量且所测值无意义，因此只能通过优化现场调度来缩短此两段时间。

2.4 兑铁包周转率

为进一步认识兑铁包周转效率问题，本文提出兑铁包周转率概念。所谓兑铁周转率是指在一定时间内(通常以24 h 为标准)，铁水预处理—转炉系统作业时间与兑铁包运行时间的比值，即兑铁包的周转次数，其表达式为:

T——铁水预处理—转炉系统作业时间，min。

3 铁包天车运行解析

铁包天车的运行过程与兑铁包的运行过程紧密相关，结合兑铁包的周转规律，以下对铁包天车的运行过程进行解析。

3.1 铁包天车运行过程解析

铁水包的运行方式决定了铁包天车的运行方式，由此可知，铁包天车的运行往返于倒罐坑和转炉之间(如图4 所示)。

图4 铁包天车运行过程示意图

由图4 铁包天车运行可以看出，铁包天车的运行过程可分为重车运行(吊运重包)和空车运行(吊运空包)。

3.2 铁包天车运行时间解析

铁包天车的运行时间同样包括刚性时间和柔性时间，其中刚性时间又包括上下钩时间、吊起重包时间、下放空包时间、运输时间和兑铁时间，柔性时间则为天车在周转过程中的等待时间，此时间无法实现定量测量且所测值无意义，因此本文不做详细统计。出铁包天车的刚性时间的解析结果见表3。

表3 铁包天车刚性时间解析 min

3.3 铁包天车运行时间参数的数学描述

由图4 可知，铁包天车的运行时间可分为重车运行时间和空车运行时间，以下给出铁包天车运行时间参数的数学表达式为:

t1——重车运行时间，min;

t11——从吊包位吊起重包时间，min;

t12——吊运重包至转炉的运输时间，min;

t13——转炉兑铁时间，min;

t14——重车的柔性时间，min;

t2——空车运行时间，min;

t21——吊空包至倒罐坑的运输时间，min;

t22——下放空包至吊包位时间，min;

t23——空车的柔性时间，min。

3.4 铁包天车的作业率

为进一步认识铁包天车的运行问题，本文提出天车作业率评价指标。所谓铁包天车的作业率是指在一定时间内(通常以24 h 为标准)，铁包天车吊运铁包作业时间与系统运行总时间的比值表达式为:

式中:m——铁包天车吊运铁包数，包;

T——铁水预处理—转炉系统的运行时间，min。

4 结论

1)通过解析兑铁包的运行过程，得出兑铁包的刚性运行时间为11.5 min，给出了柔性运行时间的推荐值和兑铁包周转周期计算公式，提出了兑铁包周转率评价指标。分析表明:兑铁包运行时间越长，周转率就越低，铁水预处理－转炉系统运行效率也就越低。

［1］殷瑞钰.冶金流程工程学.北京:冶金工业出版社，2004:5.

［2］王新华.冶金研究.北京:冶金工业出版社，2002:61－72.

［3］刘茂林，高海潮，阎华，等.铁水运输作业过程时间因素分布的研究.钢铁，2005，40(3):21－24.

［4］邱剑，田乃媛，刘茂林，等.宝钢制造业流程铁钢界面物流参数的解析.北京科技大学学报，2004，26(2):197－201.

［5］刘茂林，田乃媛，徐安军.高炉－转炉区段物流过程解析.北京科技大学学报，2000，22(1):8－11.

［6］黄帮福，贺东风，田乃媛，等.鱼雷罐管理系统的设计与实现.冶金自动化，2010，34(4):16－21.

［7］黄帮福，贺东风，田乃媛，等.鱼雷罐的运行控制.北京科技大学学报，2010，32(7):936－940.

［8］刘青，卢灼洪，李秋民，等.方坯高效连铸钢包运行系统的物理模型.钢铁，1999，34(增刊):476－478.