首钢股份钢轧工序节能降耗管理实践

刘月苹 彭璇 赵金勇 王志伟 刘冬旺 曹泳

摘 要：钢铁工业是我国国民经济的重要基础产业和实现工业化的支柱产业，同时也是能源消耗和大气污染物排放大户，是我国节能减排工作的重点。钢铁企业作为高能耗的行业，从板坯至钢卷，存在升温→降温→升温的过程，期间有大量的能量损失。提高能源利用效率，降低生产单耗，提升能源价值，不仅可以贯彻落实节约资源和保护环境基本国策，坚持绿色发展理念，而且可以大幅降低生产成本，提高效率，增强企业发展的内生动力，提升企业核心竞争力，保持企业的生机和活力。

关键词：节能；热送；降耗

MANAGEMENT PRACTICE OF ENERGY SAVING AND CONSUMPTION REDUCTION IN STEEL ROLLING PROCESS OF SHOUGANG

Liu Yueping    Pen Xuan    Zhao Jinyong    Wang Zhiwei    Liu Dongwang    Cao Yong

（Shougang Qianan Iron＆Steel Company    Qianan    064400， China）

Abstract：The iron and steel industry is an important foundation industry of Chinese national economy and the pillar industry of realizing industrialization，and it is also the large user of energy consumption and air pollutants emission，which is the focus of our energy saving and emission reduction work. As an industry with high energy consumption，iron and steel enterprises， from slab to steel coil， there is a process of heating up， cooling down and heating up，during which there is a large amount of energy loss. Improve the efficiency of energy utilization，reduce the production consumption，promote energy value，not only can implement the resource conservation and environmental protection basic national policy，adhere to the concept of green development，but also can greatly reduce the production cost，improve efficiency，enhance the endogenous driving force of the development of the enterprise， promote enterprise's core competitiveness，maintain the vigor and vitality of the enterprise.

Key words：energy saving; hot delivery; consumption

0    引    言

首钢股份钢轧工序节能降耗管理的探索，旨在减少炼钢板坯入热轧加热炉前的过程温降，提升板坯周转效率，缩短板坯传搁时间，提高板坯入热轧加热炉的温度[1]。进而降低热轧加热炉能耗，提升板坯加热均匀性、缩短热轧加热炉在炉时间，减少氧化烧损，提升热轧轧制过程稳定性及最终产品质量，提高产品成材率和产量[2]。

1    背景与现状

1.1    企业践行环境经营战略的必然选择

中国目前正处于经济和社会发展转型期，处于生态环境保护的攻坚期、关键期和转型期。钢铁企业作为高能耗、高污染的行业，必须紧紧围绕国家节能减排发展战略，全面贯彻落实节约资源和保护环境基本国策，坚持绿色发展理念，滚动实施“绿色行动计划”，努力提高能源利用效率，降低生产单耗，提升能源价值，支撑环境经营战略的实施[3]。

1.2    企业提高综合竞争力的客观要求

近年来，我国钢铁工业的发展出现重大战略转折，进入以结构调整、提升经营质量、增强盈利能力、实现环境友好为主线的新阶段。由于产能严重过剩导致钢材价格持续下跌，企业生产经营困难，行业整体效益大幅下滑。因此，为防范和降低企业经营风险，提高在恶劣经济环境中的生存能力，打赢国际国内两大市场突围战，必须要苦练内功，通过持续开展降本增效活动增强企业发展的内生动力，提升企业核心竞争力，保持企业的生机和活力。

1.3    企业精益管理水平的价值体现

随着钢铁市场竞争白热化的同时，客户对钢铁产品的需求也从按标准大规模订货，转变为多品种、多规格、小批量、个性化条件订货。例如：首钢股份热轧作业部每月订单70万t，约 5 000个订单行项目。不同钢种规格有着不同的技术要求，订单的多样化，增加了订单兑现的难度，过程中炼钢浇铸生产的板坯温度约900 ℃，而板坯入加热炉平均温度仅为320 ℃，期间有大量的热能损失。因此，怎么将生产出的板坯快速入热轧加热炉，是每个钢铁企业工作者研究的重要课题，作为其评价指标的板坯热装热送率，则直接反映出企业的精益管理水平。板坯热装热送比例的提升不仅能大幅节能降耗，还具有提高成材率，提高生产率，优化产品性能等多项优势。首钢股份2018年400 ℃口径热装热送率为39.7%，距先进企业有较大的差距，急需通过灵活、高效的管理创新方法开展相关工作，达到指标提升的目标[4]。

2    管理探索

首钢股份钢轧工序是通过开发高效系统、降低板坯库管控、合理使用设备、优化计划排程等各类管理创新方法，打破传统思维，使浇铸的板坯快速入热轧加热炉，达到节能降耗的目的[5]。

一是采用信息化技术，依托新上线的产销系统平台，结合生产管理人员的多年经验，支撑了多个创新型想法实施，开发了板坯品质判定系统和构建了钢轧计划一体化排程新模式，大幅解放了人力物力，提升了工作效率，有利于一贯制生产组织管理。同时，构建板坯库存管理体系，建立物料标准化周期管理机制，实现板坯物料的精准管控，支撑了降库工作的开展，达到缩短板坯传搁时间和提升板坯周转效率的目的。

二是围绕现有设备，用最小的投资换取最大的回报。选取使用率较低的保温炉设备，重点从职责划分优化、规范钢种使用要求、更换烧嘴及燃烧介质等方式，达到提高使用效果及使用量的需求，大幅的提升了硅钢的热装热送率。在此基础上，针对仍存在的保温炉空烧、浪费现象，组织建立并实施动态点火控制机制，大幅减少了燃气损耗。

三是基于现代化生产管理理论，创造性提出“热清坯虚拟排产”理念，解决了这一行业难题。在炼钢组炉组浇中融入轧制计划规则，创造多种组合模式，实现钢轧计划联排，缩短板坯传搁时间，增加炼钢与热轧计划匹配性。

2.1    开发高效系统，提高生产效率

1）迁顺炼钢品质判定系统的现状。

首钢股份2010年开始汽车板产量直线上升，由于汽车板的产品特性要求炼钢工序保证较高的洁净度控制水平，2012年搭建了自动判级体系。但是，这个判级系统的设计理念为从转炉生产开始一直到铸坯切割完毕，所有数据全部收集完毕后才能完成全部判级，且过程人工操作较多，实际完成判级时间为3 h左右，滞后性明显，效率低下，影响后续排产。在此情况下，需要搭建新的品判模型，优化判级及质量处置规则，实现订单与铸坯关联，缩短判级时间[2]。

迁钢原汽车板判级系统采用蒂森技术支持判定规则，汽车板判级包含Q1～Q36共计36个判定条件，由汽车板判级系统QM按照规则将铸坯自动匹配为10级～14级，最终完成需经过预判、初判、终判共计三个环节，判定准确率差，最终判定完成需要3 h以上。

通过消化前期蒂森技术支持及迁顺近十年汽车板生产经验，同时借鉴宝钢模型经验，对现有汽车板判定规则和流程进行整合优化和系统创新，优化原有铸坯等级判定规则，建立炉次异常代码基准、铸坯异常代码基准、钢种质量等级基准、炉次异常代码处置基准、铸坯异常代码处置基准、位置坯改钢基准、异钢种连浇改钢基准，依托以上基准开发炉次判定系统和铸坯判定系统两大判定模块，实现所有铸坯带单生产，质量等级时时在线判定、在线处置，消除了热坯清理等坯、人工核对、人工评审等系列效率低下问题，新的品判模型的开发有效地带动了首钢汽车板品种质量的进一步提升。

工艺开发前，板坯切割完毕需3 h才能具备排产条件。通过新品判系统搭建，平均1 h就具备排产条件。比之前缩短了2 h，按照堆垛过程中板坯每小时温降15 ℃考虑，可提高板坯热装温度约为30 ℃。

2）迁顺炼钢品质判定系统开发与创新。

2019年之前，首钢股份合同兑现主要采用分段式管理，需人工进行产能平衡。计划排程人员根据订单安排炼钢浇次生产，且为系统外Excel版浇次计划，板坯下线时均无订单，直到热轧计划编制时，四班计划员根据板坯明细与订单明细一一人工比对，再进行板坯块块“挂单”操作。钢轧计划脱节，无衔接，排产人员工作量大且效率低下，不利于一贯生产管理，也不利于严格按合同组织生产[6]。

2019年年初，首钢股份投入新产销系统，依托新制造系统，结合首钢股份实际情况，构建了钢轧计划一体化排程新模式和开发了板坯品质判定系统，大幅解放了人力物力，提高了生产效率。钢轧一体化作业计划更好地实现了炼钢-连铸-轧制联动作业，解决了板坯脱挂单、生产接续难以把控的痛点，大幅降低了计划员的工作强度，提升了排程效率，增加了计划单的合理性，每一个计划单纯排程时间减少1 h以上。

2.2    降低板坯库存，提升周转效率

板坯库存与热装热送呈反比关系。2018年首钢股份板坯库存日均6.47万t，板坯下线至入加热炉的平均传搁时间91.4 h，板坯周转率低下，无单板坯较多，板坯库存控制缺乏规范性管理，极大影响板坯热装热送率的提升。

1）建立物料标准化周期管理机制。

针对板坯库存缺乏规范性管理问题，对板坯库各个物料状态制定标准化周期，对每一物料增加物料状态持续时间，实现了各物料状态持续时间的监控和管理，制定每一物料状态处理时限及负责人。同时，在产销系统及经营决策支持系统开发系列库存管控报表，对板坯实时库存实现精准管控[7]。

2）建立超期物料消化机制。

炼钢工序生产过程中，产生头尾坯、换水口坯、混浇坯等各类非稳态坯，占板坯总量的10%左右，此类非稳态坯大多以余材状态存在，无法按照期货合同消化。大量非稳态板坯的产出导致库存积压，传统方式采用定期轧制无单带出品进行物料消化，消化方式较为被动，导致钢轧工序衔接能力降低，经营效益下降。开发建立头尾坯/非稳态坯期货合同，拓展产品渠道，规范产品钢种规格，变被动消化为主动销售，即提高了板坯周转效率，提升钢轧工序衔接能力，有效盘活闲置资源，提高吨钢产品附加值。

3）建立非稳态坯消化机制。

炼钢正常的生产过程中会产生头尾坯、换水口坯、混浇坯等各类非稳态坯，占板坯总量的10%左右，此类板坯大多对不上正式订单。前期采用定期轧制无单带出品方式进行消化，消化方式较为被动，板坯传搁时间长。通过产销协同工作推进，拓展产品渠道，规范产品钢种规格，建立“QPA_迁顺头尾坯/京唐非稳态坯期货合同”合同类别，随产生随消化，被动消化变为主动轧制，不但提高了板坯消化效率，提升板坯周转率，提高吨钢产品附加值。

4）建立板坯库存精准管控机制。

板坯库存的合理值是多少，一直是生产组织人员重点研究的问题。结合首钢股份多年生产管理经验，通过每日热装热送及四班排产合理性分析，摸索出最佳板坯库存为3万～3.5万t。每日生产协调会中，在保证计划单排产合理以及热轧产线连续的前提下，通过品种排产优化、资源平衡、检修动态调整等手段持续精准管控板坯库存，保证其合理性。

2.3    新建保温设备，支撑热送提升

为了适应取向硅钢和中高牌号无取向硅钢的成批轧制、温装入炉的要求，以及高碳、高合金钢等特殊钢种的温装需求。2009年热轧作业部在二炼钢板坯库新建8座保温炉，炉内装有烧嘴并长期燃烧用于铸坯的保温。板坯库空冷板坯传搁时间12 h入加热炉基本能达到400 ℃，而保温炉物料传搁时间35 min入加热炉基本能达到400 ℃，保温效果提升显著。

2.4    建立虚拟排程，消除热清短板

汽车外板表面质量要求很高，进而要求对应的板坯表面质量高。首钢股份在一炼钢板坯库有专门的板坯火焰清理机，在使用中发现热清坯的热装热送率极低，仅为10%左右，而整个产线产品平均热送率已达50%，汽车外板订单每月约4万t，这一问题亟待解决。

1）热清坯热装热送率低原因分析。

首先，热清坯较普通板坯增加了一个机清工艺，整体流程及判定时间长。

其次，汽车外板需够一定数量方可排产，即板坯判定完成一定数量才具备排产条件，板坯传搁时间长。

然后，机清工艺流程长，机清辊道运行总长度298 m，整个工艺流程需耗时33 min，其中铸坯运输28 min，清理5 min。机清过程温度损失多，纯清理过程中的水冷导致板坯温降约110 ℃。

最后，普通板坯在板坯库堆垛码放，厂房温度偏高，而热清坯机清期间无保温设备，机清生产整个流程都是无保温状态，且周围环境较为空旷，过程中温度损失多。

2）热清坯虚拟排程。

由于上述因素的存在，导致热清坯从板坯浇铸开始至机清质量判定完成平均时间为6.1 h，而热清坯在库时间6.1 h时，板坯当时的温度达到热送400 ℃标准的比例仅约20%。

通过提出“热清坯虚拟排程”，即对板坯收池条件限制性放开，板坯下线默认判定合格，使机清坯的在制品等待状态板坯具备可排产功能，实现了板坯下线后，机清与排产同步进行，创造了计划排程史上里程碑式的变革。

2.5    推进排程优化，实现直装计划

板坯直装指的是板坯生产完成后不下线直接入加热炉，为板坯传搁时间最短的生产组织模式。2019年年初开始推进板坯直装，期间解决了产销和PES物料信息不同步、炼钢PES上料信息未反馈等一系列系统问题， 下半年实现直装功能的全贯通。生产组织上从计划的角度提前预排热轧轧制计划，实现了炼钢和热轧的生产计划联动，炼钢产出实物后在系统中照合替换，替换成功后实物装入加热炉产出完成轧制。同时，完成直装操作流程制定，规范岗位操作[8]。

3    结    语

1）通过开发高效系统、降低板坯库管控、合理使用设备、优化计划排程等各类管理创新方法，首钢股份热装热送率呈稳步攀升趋势，升幅67.32%，年度节约的燃气产生的发电效益数千万元。

2）推动了板坯库存的降低，大幅提升了板坯周转率，减少了资金占用。板坯库龄时间降幅65.86%；板坯日均库存降幅55.18%。

3）热装热送率的提高大幅减少板坯加热炉在炉时间，提升了工序产量。项目实施以来，热轧板坯加热炉平均在炉时间降幅5.72%。

4）热装热送率的提高可有效提升板坯加热均匀性，提升热轧轧制过程稳定性及最终产品质量，增加首钢股份产品的竞争力。

参考文献

[1]    张兆萍.连铸坯热送热装工艺在宽厚板产线的应用[J]. 山东冶金，2017，39（3）：18-20.

[2]    李伟，祝和利，赖泉培.提高铸坯热送热装率的实践[J]. 广西节能，2022（2）：55-57.

[3]    李炜华，商存亮，邵玉红.板坯热送热装工艺在安钢的实践[J]. 宽厚板，2002（5） ：20-21.

[4]    孟秀梅，何东颖，陆晓旭，等.唐钢连铸坯热送热装实践[J]. 冶金能源，2003（2）：20-23.

[5]    张兆萍.连铸坯热送热装工艺在宽厚板产线的应用[J]. 山东冶金，2017（3）：18-19，22.

[6]    王新平.应用连铸坯热送热装技术节能降耗增产能[J]. 能源研究与利用，2007（6）：17-20.

[7]    于宏伟.热送热装工艺的研究[J]. 宽厚板，2011，17（2）：4-7.

[8]    蒋扬虎，肖坤伟，王德仓，等.连铸坯热送热装工艺热技术概述[J]. 武钢技术，1998（7）：20-24.