安鋼“一罐到底”鐵水供應模式運行實踐

賈秀嶺 宋 亮

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

“一罐到底”是近年來鋼鐵行業鐵鋼界面開發的一種全新的鐵水供應技術。其核心技術是鐵水從高爐產出、運輸，到最后兌入轉爐，均使用同一個鐵水罐，由于中途不使用鐵水包和混鐵爐，鐵水不需要再進行二次折兌，避免了折兌造成的鐵水溫降、鐵水飛濺損失和環境污染，同時節約了鐵水包和混鐵爐等相關設備的運行費用，從而取得了顯著的直接和間接效益。

1 安鋼的“一罐到底”鐵水運輸布置及運輸方式

1.1 安鋼鐵鋼匹配工藝流程

安鋼目前有三座高爐運行生產， 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轉爐和一座100 t電爐。在實行“一罐到底”生產模式前（工藝流程如圖1所示），三座35 t轉爐、一座100 t轉爐使用80 t鐵水罐車供應鐵水，鐵水罐車由火車送達后需將鐵水兌入混鐵爐，鐵水兌入轉爐前還需要使用鐵水包作為中間周轉，鐵水從高爐到轉爐之間需要折兌三次；100 t電爐使用汽車倒運80 t鐵水罐供應鐵水，雖僅需一次折兌，但是周轉時間長、運輸成本高；150 t轉爐使用170 t鐵水罐車供應鐵水，由火車送達后可兌入混鐵爐或過跨鐵水包，鐵水從高爐到轉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別多、工藝路徑復雜的特點，且原有的運輸線路和廠房布局無法滿足“一罐到底”鐵水供應模式的要求，需要針對不同的設備和工藝，進行量身定制的設備改造，因此實現“一罐到底”鐵水供應模式將面對更多、更復雜的難點。

圖1 安鋼鐵鋼匹配工藝流程

1.2 低成本滿足“一罐到底”設備和運輸方式要求

實現“一罐到底”鐵水供應模式，吊運設備和運輸線路是基礎條件，而無論是對現有吊運設備進行改造還是建造新的運輸線路，都會影響正常的煉鋼生產，而且還需要投入大量的資金，因此安鋼必須充分利用現有設備和鐵路運輸道線。

3座150 t轉爐平臺位于所在車間廠房的加料跨，運送鐵水罐車的鐵路運輸線位于車間廠房的混鐵爐跨，兩跨平行。原鐵水供應路徑為：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，供轉爐冶煉。因此，對過跨車實施技術改造，使其能夠承載鐵水罐過跨進入加料跨，直接起吊兌入轉爐，實現150 t轉爐“一罐到底”的鐵水供應模式。

100 t轉爐的廠房結構和周邊環境不允許鋪設新的鐵路運輸線，而原有的鐵路運輸線行進方向與轉爐平臺所在的冶煉跨垂直，造成鐵水罐的吊運耳軸和冶煉跨天車的行車方向垂直。通過現場測量和技術論證，在轉爐冶煉平臺一側設計建造了鐵水罐車回轉臺。鐵水罐車沿鐵路運輸線駛入回轉臺，與機車脫鉤后由回轉臺帶動旋轉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爐的能力，實現100 t轉爐“一罐到底”的鐵水供應模式。

100 t電爐與100 t轉爐在廠房的同一跨內，因此可以使用為100 t轉爐準備的鐵水罐，起吊分兌為兩個80 t鐵水罐后，兌入電爐冶煉。這樣雖然多進行了一次折兌，但加快了鐵水罐的周轉效率，提升了鐵水入爐溫度，同時降低了運輸費用。

3座35 t轉爐由于產能置換方案，將在2018年分階段退出運行，投資進行相關改造難以回收資金成本，不能產生經濟效益，因此繼續維持原有的鐵水供應模式。

2 安鋼“一罐到底”鐵水供應模式實踐的優化

“一罐到底”鐵水供應模式的核心是鐵水資源的分配計劃，實質就是根據匹配的工藝流程,對高爐產鐵編制定去向、定數量的分配計劃，從而滿足轉爐煉鋼計劃的原料需求。安鋼通過技術改造具備了執行“一罐到底”鐵水供應模式的基礎條件，而在運行實踐的過程中遇到諸多問題，例如：生產情況變化后，鐵水罐內凈重無法滿足“一罐到底”的要求，仍需二次折兌；鐵水成分波動，無法冶煉特定品種；高爐產鐵節奏與轉爐冶煉節奏不同步，轉爐鐵水供應不足；鐵水罐周轉運行時間過長，鐵水溫降過大后凍結導致鐵水罐皮重增加，無法滿足“一罐到底”使用要求。為了解決這些問題，通過對生產調度系統實施精益管理，不斷優化生產組織水平，較好地實現了“一罐到底”鐵水供應模式。

2.1 優化鐵水罐受鐵模式

通過實施1#、2#、3#高爐爐下的軌道衡改造，升級計量方式，鐵水罐凈重在出鐵平臺進行實時在線顯示，實現了爐前出鐵由看液位向看重量、由毛估重量向精準出鐵的轉變。在運行過程中，“一罐到底”鐵水供應模式下的轉爐鐵水裝入量不是一成不變的，需要在穩定鐵鋼平衡的條件下，滿足不同牌號、不同工藝下轉爐爐料結構的鐵水需求，為了靈活準確、及時高效的調整鐵水罐受鐵凈重，安鋼構建息化系統溝通平臺，加強信息交流，做到供應和需求信息的互通、互享，高爐工序發布鐵水罐號、鐵水凈重和鐵水成分等信息，轉爐煉鋼工序依據平臺信息，及時、靈活調配爐料結構，并及時反饋相關信息。

同時，細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生的“尾罐”直接運送至下一鐵次進行二次受鐵，鐵水罐的信息由高爐工序在信息化溝通平臺上注明鐵水編號，以及該罐二次受鐵位置，消除不符合“一罐到底”需求的尾罐，確保送達煉鋼工序后“一罐到底”的順利實施。

2.2 科學制定標準，優化質量管控水平

在“一罐到底” 鐵水供應模式下，高爐產鐵通過170 t鐵水罐車直接兌入100 t轉爐和150 t轉爐中，鐵鋼界面由使用混鐵爐的軟連接轉變為不使用混鐵爐的硬鏈接，在某些情況下，高爐出鐵成分波動大，無法通過兌入混鐵爐來進行成分混勻，將會對轉爐煉鋼產生負面影響，以致最終影響連鑄機的正常生產。一方面，制定鐵水分類標準和按質計價管理辦法，通過建立市場化的結算價格機制來進行規范引導；另一方面，靈活組織受鐵模式，鐵水罐在鐵水成分穩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，降低成分波動對轉爐煉鋼的不良影響。

例如：1#高爐檢修結束，送風生產后鐵水硅元素含量高（設為Si1），3#高爐鐵水質量正常，硅元素含量正常，（設為Si2）,150 t轉爐入爐鐵水硅元素含量上限設為Si3，要求Si2＜Si3＜ Si1。于是,組織鐵水罐先在1#高爐爐下進行一次受鐵，受鐵凈重為M1,然后送至3#高爐進行二次受鐵，兩次受鐵的凈重合計為M2，兩次受鐵后鐵水凈重滿足150 t轉爐“一罐到底”鐵水供應模式的要求，由質量分數公式[1]：

可推導出公式（1），計算得出鐵水罐在1#高爐受鐵凈重范圍：

鐵水質量管控的要素除了元素成分之外，鐵水溫度也是一個重要指標，適當低的溫度有利于脫磷，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量等經濟技術指標。溫度控制的核心原理是熱平衡，煉鋼過程的熱平衡計算建立在物質與能量守恒的基礎上，計算煉鋼過程的熱量收入（包括鐵水的物理熱、化學熱）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系公式：

通過精確計算，在生產組織過程中，根據鐵鋼平衡得出的轉爐鐵水裝爐量，科學計算鐵水裝入時的物理溫度,再綜合考慮鐵水運輸時產生的熱量損失，得出高爐出鐵物理熱的控制目標,以此為指標依據，在保證增產增效的同時,兼顧了高爐能耗,降低了鐵水成本。

2.3 提升煉鋼生產組織能力

“一罐到底”鐵水供應模式的最終是為了給轉爐和電爐煉鋼提供優質、充足的原料鐵水。生產計劃管控能力水平的高低，最終體現在轉爐和電爐能否按計劃生產。因此，提高轉爐煉鋼作業計劃的準確率和執行率是實現“一罐到底”的關鍵要點[3]。因此，筆者通過以下兩點全方位提升煉鋼計劃的準確性和執行率。

（1）精益制定煉鋼計劃。煉鋼計劃的制定，以信息化為依托，以交貨期為節點，在訂單統籌歸并的基礎上，按照訂單品種、規格、數量要求，優化訂單組批設計和組爐設計，提高生產計劃的科學性、合理性、經濟性和準確性。同時，全面考慮轉爐、精煉爐和連鑄機等設備的運行狀態，以及冶煉節奏和澆注速度，剛性執行煉鋼作業計劃。

（2）全面實施標準化作業，剛性落實煉鋼計劃。在生產過程中，確定精準的連鑄機開澆時間，密切工序銜接，確保煉鋼、連鑄的資源需求以及物流供應的高效和穩定，并利用全方位的可視化生產監控系統實施全程動態管控。通過不斷優化完善工藝規程、崗位作業指導書、管理制度，規范煉鋼—連鑄工藝操作，加強工藝執行監督力度，強力推進標準化作業的有效實施，促進生產控制水平的持續提升。通過精細化連鑄操作，穩定結晶器液面與拉速控制，嚴格規范結晶器錐度、水口插入深度、保護渣使用等工藝制度執行；加強結晶器、扇形段、中間包耐材檢查及設備維護，降低連鑄斷澆生產事故。

3 技術經濟指標

通過不斷實踐，安鋼“一罐到底”鐵水供應模式運行的效果越來越好，執行率不斷提升，隨之帶來高爐產鐵成分和出鐵溫度的指標更加經濟、更加合理，轉爐鐵水入爐溫度持續改善，噸鋼鐵耗不斷降低。

3.1 “一罐到底”鐵水供應模式執行率不斷提升

通過生產運行設備的合理改造以及生產組織模式的不斷創新，解決了“一罐到底”鐵水供應模式中遇到的各種問題，這種高效節能、綠色環保的鐵水供應模式在安鋼落地生根，執行率不斷提升，執行率統計見表1。

表1 “一罐到底”鐵水供應模式執行率統計

3.2 鐵水入轉爐溫度逐步提升

“一罐到底” 鐵水供應模式實施一年來，鐵水入轉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轉爐的鐵水入爐溫度提升了55 ℃， 150 t轉爐鐵水入爐溫度提升了36 ℃，如圖2所示。

圖2 轉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” 鐵水供應模式提升了轉爐鐵水入爐溫度，為安鋼的“節鐵增鋼”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），提升鋼產量50萬噸，增加效益4億余元。

圖3 噸鋼綜合鐵水消耗

4 結語

安鋼“一罐到底”鐵水供應模式的成功運行，依托的是設備的技術改造和生產組織的精益管理，通過優化鐵水罐受鐵模式，滿足了“一罐到底”對鐵水供應的要求；通過優化質量管控水平，保證轉爐用鐵的成分和溫度符合相關要求；通過優化生產計劃編排，提升了煉鋼計劃的準確性和執行率。全流程、全工序的協力運作使安鋼“一罐到底”鐵水供應模式得以高效運行，從而產生可觀的經濟效益。

帶來效益的同時也增加了巨大的工作量，例如鐵水罐的運輸、吊運和維護，高爐爐前工對鐵水罐的看護和對鐵水擺動溜槽的頻繁操作等。為了進一步推進、提升“一罐到底”鐵水供應模式，將以信息化、自動化、智能化為著力點，引入“鐵水罐自動識別”系統、推進鐵水擺動溜槽控制系統的自動化改造，探索鐵鋼界面大數據智能物流體系，使“一罐到底”這種高效節能、綠色環保的鐵水供應技術得到更好的發展。