轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進研究

李敏二

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝中包括：轉爐冶煉工藝、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)的轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝在實際應用過程中存在能源消耗大的問題，因此，針對轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進研究具有十分重要的研究意義。在我國，針對轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進研究可謂少之又少，普遍是對于轉爐冶煉工藝、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爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝。為降低轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制過程中產(chǎn)生的不必要能耗，本文提出轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進研究，致力于為轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的優(yōu)化設計提供新思路。

1 轉爐冶煉-連鑄-高速軋制工藝存在缺陷

在轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制過程中，目前轉爐冶煉- 連鑄-高速軋制工藝存在的缺陷大致可通過3 點加以概括，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爐冶煉- 連鑄- 高速軋制時，各工序之間的能量不平衡，導致?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)能不匹配要求會導致轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝中的各工序之間的連接出現(xiàn)問題，導致轉爐冶煉- 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)生大量的應力，一旦其應力數(shù)值超出標準值，必然會引發(fā)軋輥問題。以上3點均是目前轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝存在的主要缺陷，本文在此基礎上，改進轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝，改進的具體內容，如下文所述。

2 轉爐冶煉-連鑄-高速軋制工藝的改進

2.1 轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡計算

針對轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進，必須保證轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制各工序之間的能量平衡。本文通過計算能量流的方式，實現(xiàn)轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡計算。在轉爐冶煉- 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 種能量流達到轉爐冶煉- 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 轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡圖

結合圖1 所示，推導出轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡的計算表達式，可得公式（1）。

公式（1）中，i 指的是轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制具體工序，Gi指的是轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序下輸入能量流； gi指的是轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序下?lián)p失能量；iv 指的是轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序下工序物流帶走能量；ie 指的是轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序下外加能量流；ib 指的是轉爐冶煉- 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），將得出的轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序能量平衡引進到轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進中，使改進后的轉爐冶煉- 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上執(zhí)行，改進傳統(tǒng)轉爐冶煉- 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，提高轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制能源利用率，進而減少轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制所需能耗。

2.2 匹配轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序產(chǎn)能

為解決傳統(tǒng)轉爐冶煉- 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，匹配轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序產(chǎn)能，改進轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝。在匹配轉爐冶煉- 連鑄-高速軋制工序產(chǎn)能過程中，首先需要計算轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序間的產(chǎn)能匹配系數(shù)，設其計算表達式為m ，可得公式（2）。

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

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

在公式（3）中， 1iG?指的是第i -1 道工序結束輸出的能量流。在滿足公式（3）計算的標準下，即可完成轉爐冶煉- 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

匹配轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工序產(chǎn)能后，針對傳統(tǒng)轉爐冶煉- 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，改進轉爐冶煉- 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，防止由于物質流溫度過高或過低導致的軋輥問題，以此，實現(xiàn)轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進。

3 實驗論證

3.1 實驗準備

為構建實驗，實驗對象選取某冶煉企業(yè)，使用本文改進后的工藝與傳統(tǒng)工藝執(zhí)行轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制。本次實 驗 硬 環(huán) 境 包 括：服 務 器Double PIV 1. 7 G 1 024 M RAM Double 80 G Disk ；客 戶 機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)。實驗主要內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。首先使用改進后的工藝執(zhí)行轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制，記錄能源消耗量，設為實驗組；再使用傳統(tǒng)工藝執(zhí)行轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制，記錄能源消耗量，設為對照組。針對黑盒工具-QAcenter 測得的記錄能源消耗量，記錄實驗結果。設定實驗次數(shù)為10 次，將實驗數(shù)據(jù)進行對比，得出實驗結果。

3.2 實驗結果與分析

根據(jù)上述設計的實驗步驟，采集10 組實驗數(shù)據(jù)，具體內容如表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，能夠實現(xiàn)對轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的優(yōu)化，具有現(xiàn)實推廣價值。

4 結束語

通過轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的改進研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝中存在的問題。由此可見，本文改進后的工藝是具有現(xiàn)實意義的，能夠指導轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應加大本文改進工藝在轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制中的應用力度。截止目前，國內外針對轉爐冶煉- 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一步對轉爐冶煉- 連鑄- 高速軋制工藝的優(yōu)化設計提出深入研究，為提高轉爐冶煉-連鑄- 高速軋制工藝的綜合性能提供參考。