一种炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控仿真验证方法

技术领域

本发明涉及炼钢厂物流管控、仿真模拟和智慧调度领域，更具体地说，涉及一种炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控仿真验证方法。

背景技术

随着现代科学技术的快速发展，数字化、网络化、信息化已成为时代的主要特征，钢铁行业面临着严峻的挑战，如技术创新、市场竞争、环境资源等问题，这就需要钢铁企业不断创新，提高效率。为了适应全球化大背景下的生产情况，需要采取有效的生产计划与调度手段，充分利用有限的资源，发挥资源的最大利用率，应对复杂的钢铁生产问题，实现生产过程的高效化、连续化。

就炼钢厂设计施工来说，炼钢-连铸生产过程是炼钢厂生产运行的核心区段，而由于当下生产订单趋于多品质、小批量、高质量、短周期方向发展，炼钢厂设计过程中，关于炼钢-连铸生产过程物流管控如何实现进一步优化成为研究热点，合理的炼钢-连铸区段物流管控可以减少钢包使用数，降低转炉出钢温度，保持连铸工序恒拉速浇铸，进而改进产品质量。目前，炼钢-连铸区段物流管控方案设计主要根据人工经验，缺乏理论依据作为支撑。因此，必须开发一种炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控仿真验证方法，对新建/改造炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控方案、钢水生产能力和炼钢车间理论产能指标进行仿真论证，从而降低炼钢厂生产运行的投资成本，减少新建/改造炼钢厂产能设计误差、物流冲突等在设计过程中可能忽视或难以发现的设计错误。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供一种炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控仿真验证方法。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控仿真验证方法，包括以下步骤：

S1：依据炼钢厂炼钢-连铸区段技术方案构建炼钢厂炼钢-连铸区段组件：包括转炉跨、精炼跨、连铸跨；

S2：依据炼钢厂炼钢-连铸区段技术方案构建主要设备；包括但不限于：转炉、精炼炉、连铸机、天车、钢包车；

S3：依据炼钢厂炼钢-连铸区段技术方案构建工艺流程，尤其是生产模式的确定；

S4：针对炼钢厂转炉跨转炉炼钢过程、转炉钢包车运输钢水过程、精炼跨天车吊运钢包过程、精炼跨精炼炉冶炼过程、精炼跨钢包车运输钢水过程、连铸跨天车吊运钢包过程、连铸跨连铸机浇注过程，分别建立模型；

S5：耦合上述步骤，形成炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控仿真验证方法，对炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控过程进行模拟仿真，在在设计方案正式施工前得到炼钢厂炼钢-连铸区段的物流管控方案、钢水生产能力和炼钢车间理论产能指标。

进一步的，所述的步骤S4具体为：

S41：针对转炉跨转炉炼钢过程，建立转炉炼钢模型，根据转炉冶炼周期和转炉出钢量，确定钢水供应节奏；

S42：针对转炉跨钢包车运输钢水过程，建立转炉跨钢包车运输模型，确定转炉跨钢包车运输钢水模式；

S43：针对精炼跨天车吊运钢包过程，建立精炼跨天车吊运模型，根据所述的钢水供应节奏、生产模式、转炉跨钢包车运输模型，确定精炼跨天车作业模式；

S44：针对精炼跨精炼炉冶炼过程，建立精炼炉冶炼模型，根据精炼炉精炼周期和精炼模式，确定精炼钢水供应节奏；

S45：针对精炼跨钢包车运输钢水过程，建立精炼跨钢包车运输模型，确定精炼跨钢包车运输钢水模式；

S46：针对连铸跨天车吊运钢包过程，建立连铸跨天车吊运模型，根据所述的精炼钢水供应节奏、生产模式、精炼跨钢包车运输模型，确定连铸跨天车作业模式；

S47：针对连铸跨连铸机浇注过程，建立连铸机浇注模型，根据连铸机浇注周期，确定钢水浇注节奏；

进一步的，所述S3中的工艺流程包括：

S31)在转炉跨，转炉将冶炼完成钢水倒入空钢包内，达到额定装入量后，钢包车辆通过轨道将装满钢水的钢包运输至精炼跨；

S32)在精炼跨，将根据订单对生产模式进行确定；

S33)在精炼跨，天车将装满钢水的钢包吊运至精炼炉所对应的钢包运输车上，精炼炉所对应的钢包运输车将装满钢水的钢包运输至精炼位置；同时，天车返回精炼跨初始位置，继续根据生产模式确定信息，将装满钢水的其他钢包吊运至精炼炉所对应的其他钢包运输车上；

S34)在精炼跨，精炼炉对装满钢水的钢包进行精炼处理，之后钢包运输车通过轨道将完成精炼工序的钢包运输至连铸跨；

S35)在连铸跨，天车将精炼完成的装满钢水的钢包吊运至连铸机回转台并进行浇注，将浇注完的空钢包吊运至修包位，然后回到连铸跨初始位置，等待将下一个装满钢水的其他钢包吊运至连铸跨的钢包回转台上；

S36)在连铸跨，经天车将精炼完成的装满钢水的钢包吊运至连铸机回转台后，精炼炉对应的钢包运输车返回初始位置，等待精炼跨天车将装满钢水的其他钢包吊运至钢包运输车上；

S37)重复上述步骤，进行循环，完成炼钢厂炼钢-连铸区段需要的钢水供应。

进一步的，所述的转炉炼钢模型、转炉跨钢包车运输模型、精炼跨天车吊运模型、精炼炉冶炼模型、精炼跨钢包车运输模型、连铸跨天车吊运模型、连铸机浇注模型，根据炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控技术方案，基于B/S架构，运用Canvas、JS、Vue等技术，按照实际物理空间和实际工艺流程进行数字化建模。

进一步的，所述的转炉炼钢模型，根据炼钢厂炼钢-连铸区段设计产能，结合转炉平均出钢量、冶炼周期和生产模式，得到钢水供应节奏。

进一步的，所述的转炉跨钢包车运输模型，根据钢水供应节奏和生产模式，转炉跨钢包运输车基于自主决策，通过轨道将转炉冶炼完成的钢水运输至及精炼跨，待精炼跨天车将装满转炉冶炼钢水的钢包吊运走后，转炉跨钢包车返回至轨道初始位置，等待接收下一包转炉冶炼钢水。

进一步的，所述的精炼跨天车吊运模型，根据生产模式和转炉跨钢包车钢水供应情况，结合天车作业模式、天车作业率和精炼炉工作计划表，自主选择，将转炉跨所供应钢水吊运至尚未工作的精炼设备上。

进一步的，所述的精炼炉冶炼模型，根据不同订单下生产模式，对天车吊运的钢水进行二次精炼，根据不同的生产需求，自主决策选择精炼模式。不同精炼模式下，精炼炉钢包车运输位置不同。

进一步的，所述的精炼跨钢包车运输模型，根据精炼钢水供应节奏和生产模式，精炼跨钢包运输车基于自主决策，通过轨道将精炼完成的钢水运输至及连铸跨，待连铸跨天车将装满精炼钢水的钢包吊运走后，精炼跨钢包车返回至轨道初始位置，等待接收下一包精炼钢水。

进一步的，所述的连铸跨天车吊运模型，根据生产模式和精炼跨钢包车钢水供应情况，结合天车作业模式、天车作业率和连铸机工作计划表，自主选择，将精炼跨所供应钢水吊运至尚未工作的连铸设备上。

进一步的，所述的连铸机浇注模型，根据不同订单下生产模式，对天车吊运的钢水进行浇注，根据不同的生产需求，选择连铸拉速和规格。

进一步的，所述的转炉跨钢包车运输模型、精炼跨天车吊运模型、精炼跨钢包车运输模型、连铸跨天车吊运模型，根据运输路线、设备参数情况，基于B/S架构，运用Canvas、JS、Vue等技术，将炼钢厂炼钢-连铸区段进行二维数字化处理，生成基于真实物理世界和多维数据映射的数字化模型。

本发明通过炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控仿真验证方法，通过工艺流程分解与耦合，建立数字化模型，模拟仿真炼钢-连铸区段物流实际情况，获得炼钢-连铸区段最佳物流管控方案、钢水生产能力和炼钢车间理论产能指标等关键信息，对新建/改造炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控方案进行仿真论证，解决炼钢厂炼钢-连铸区段项目设计、建设和运营的关键问题，减少新建/改造炼钢厂产能设计误差、物流冲突等在设计过程中可能忽视或难以发现的设计错误，显著降低炼钢厂炼钢-连铸区段建设的投资成本和风险。本项目通过智慧仿真方法，进一步实现炼钢厂炼钢-连铸区段智能调度，推动我国钢铁行业智能制造转型升级，促进智能化发展。

附图说明

图1为本发明的流程框图；

图2为本发明的炼钢厂炼钢-连铸区段物流仿真示意图。

图3为本发明的炼钢厂炼钢-连铸区段CAD示意图。

图中：1、转炉跨；2、精炼跨；3、连铸跨；4、转炉；5、转炉跨钢包车；6、精炼跨天车；7、LF精炼炉；8、LF精炼炉钢包车；9、RH精炼炉；10、RH精炼炉钢包车；11、连铸跨天车；12、连铸机钢包回转台；13、连铸机；14、钢包。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例的一种炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控仿真验证方法，包括转炉炼钢模型、转炉跨钢包车运输模型、精炼跨天车吊运模型、精炼炉冶炼模型、精炼跨钢包车运输模型、连铸跨天车吊运模型和连铸机浇注模型，其步骤为：

步骤一：根据炼钢厂炼钢-连铸区段技术方案，如图2所示，将炼钢厂车间主要划分为转炉跨、精炼跨、连铸跨；

步骤二：根据炼钢厂炼钢-连铸区段技术方案，如图2所示，将炼钢厂炼钢-连铸区段设备主要划分为转炉、钢包车、天车、精炼炉、钢包回转台、连铸机、钢包，其中，转炉为公称容量170t转炉、生产优特钢，钢包车为自动运行机车牵引的有轨火车，天车为冶金起重机，精炼炉为双工位LF精炼炉和双工位RH精炼炉，钢包回转台为自动运行的旋转机械装置，连铸机为连续铸钢设备，钢包为钢水承载工具；

步骤三：根据炼钢厂炼钢-连铸区段技术方案，如图2所示，将炼钢厂炼钢-连铸区段工艺流程主要划分为：1)在转炉跨，转炉将冶炼完成钢水倒入空钢包内，达到额定装入量后，钢包车辆通过轨道将装满钢水的钢包运输至精炼跨；2)在精炼跨，将根据订单对生产模式进行确定；3)在精炼跨，天车将装满钢水的钢包吊运至精炼炉所对应的钢包运输车上，精炼炉所对应的钢包运输车将装满钢水的钢包运输至精炼位置；同时，天车返回精炼跨初始位置，继续根据生产模式确定信息，将装满钢水的其他钢包吊运至精炼炉所对应的其他钢包运输车上；4)在精炼跨，精炼炉对装满钢水的钢包进行精炼处理，之后钢包运输车通过轨道将完成精炼工序的钢包运输至连铸跨；5)在连铸跨，天车将精炼完成的装满钢水的钢包吊运至连铸机回转台并进行浇注，将浇注完的空钢包吊运至修包位，然后回到连铸跨初始位置，等待将下一个装满钢水的其他钢包吊运至连铸跨的钢包回转台上；6)在连铸跨，经天车将精炼完成的装满钢水的钢包吊运至连铸机回转台后，精炼炉对应的钢包运输车返回初始位置，等待精炼跨天车将装满钢水的其他钢包吊运至钢包运输车上；7)重复上述步骤，进行循环，完成炼钢厂炼钢-连铸区段需要的钢水供应。

步骤四：根据步骤一所述的炼钢厂车间、步骤二所述的炼钢厂炼钢-连铸区段设备和步骤三所述的炼钢厂炼钢-连铸区段工艺流程，针对一台转炉冶炼周期、一个转炉跨钢包车运输一个钢包、两台精炼跨天车吊运五个钢包、四台LF精炼冶炼周期、一台RH精炼炉冶炼周期、十个精炼跨钢包车运输十个钢包、两台连铸跨天车吊运十个钢包、两台连铸机浇注周期，针对与炼钢厂炼钢-连铸区段物流相关的转炉跨转炉炼钢过程、转炉跨钢包车运输钢水过程、精炼跨天车吊运钢包过程、精炼跨精炼炉冶炼过程、精炼跨钢包车运输钢水过程、连铸跨天车吊运钢包过程、连铸跨连铸机浇注过程分别建立模型，将炼钢厂炼钢-连铸区段工艺流程进行分解；

步骤五：根据转炉跨转炉炼钢过程，建立转炉炼钢模型，根据转炉冶炼周期和转炉出钢量，确定钢水供应节奏，进而确定转炉跨钢包车运输节奏和后续生产模式选择，其中，170t转炉的冶炼周期35～45min，出钢量170～190t/炉，转炉冶炼完的钢水需要的钢包承载量为170～190t//包，一个冶炼周期需要一次转炉跨钢包车运输；

步骤六：根据转炉跨钢包车运输钢水过程，建立转炉跨钢包车运输模型，确定转炉跨钢包车运输钢水模式；其中，转炉跨钢包车每35～45min从转炉处接收一次钢水，钢包车运输速度为0～30m/min；

步骤七：根据精炼跨天车吊运钢包过程，建立精炼跨天车吊运模型，根据所述的钢水供应节奏、生产模式、转炉跨钢包车运输模型，在满足天车作业率的基础上，确定精炼跨天车作业模式；其中，精炼跨有2台天车，天车控制天车作业率低于80％，天车在70～90min内从转炉跨钢包车处吊运一次钢包，并根据生产模式情况，将钢包吊运至不同精炼炉处，天车运输速度为8～80m/min，天车起升速度为1～10m/min；

步骤八：针对精炼跨精炼炉冶炼过程，建立精炼炉冶炼模型，根据精炼炉精炼周期和精炼模式，确定精炼钢水供应节奏；其中，有4台LF精炼设备，精炼处理时间60-80min，LF软吹时间为30-45min(LF-RH钢种在LF不进行软吹，在RH进行软吹)；有1台RH精炼设备，RH真空处理时间30-35min，RH软吹时间30-35min。当冶炼超低碳钢种(工业纯铁等)RH不软吹，采用RH处理结束后静置15-25min；

步骤九：针对精炼跨钢包车运输钢水过程，建立精炼跨钢包车运输模型，确定精炼跨钢包车运输钢水模式；其中，LF精炼炉钢包车每30-45min从LF精炼炉处接收一次钢水，并将钢水运送至LF软吹处软吹30-45min(LF-RH钢种在LF不进行软吹，，在RH进行软吹)，之后再将精炼钢水运送至精炼跨钢包车运输轨道末端等待连铸跨天车吊运；RH精炼炉钢包车每30-35min从RH精炼炉处接收一次钢水，并将钢水运送至RH软吹处软吹30-35min(当冶炼超低碳钢种如工业纯铁等，RH不软吹，采用RH处理结束后静置15-25min)，之后再将精炼钢水运送至精炼跨钢包车运输轨道末端等待连铸跨天车吊运。钢包车运输速度为0～30m/min；

步骤十：针对连铸跨天车吊运钢包过程，建立连铸跨天车吊运模型，根据所述的精炼钢水供应节奏、生产模式、精炼跨钢包车运输模型，确定连铸跨天车作业模式；其中，连铸跨有2台天车，天车控制天车作业率低于80％，天车每60min左右，根据生产模式情况，从精炼跨钢包车中选择并吊运一次钢包，将钢包吊运至不同连铸机处，天车运输速度为8～80m/min，天车起升速度为1～10m/min；；

步骤十一：针对连铸跨连铸机浇注过程，建立连铸机浇注模型，根据连铸机浇注周期，确定钢水浇注节奏；其中，由于1#连铸机的断面有两种方案，因此1#连铸机浇注周期对应两种情况：①基于小方坯高碳钢最高拉速设定小方坯的最短浇注周期；②基于钢水温降的控制，浇注周期最长在65min，为此设定60min(150/160方)的连铸机浇注周期；2#CC大方坯基于液芯长度满足压下技术要求，设定浇注周期60min(200/240方或280/340方)。每台连铸机各对应一个钢包回转台，回转台工作速度为1r/min。

步骤十二：耦合上述步骤，基于B/S架构，运用Canvas、JS、Vue等技术，按照实际物理空间CAD图(图3)和实际工艺流程进行数字化建模，形成炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控仿真验证方法，对炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控过程进行模拟仿真；其中，实施例1炼钢厂炼钢-连铸区段的物流管控方案一(“一炉一机+两机部分叠加”生产模式)、方案二(一炉两机生产模式)经仿真验证：物流运行顺畅、钢水生产能力和炼钢车间理论产能均能达到200万吨/年，设计方案可行，可进行下一步施工操作。

本发明根据炼钢厂炼钢-连铸区段技术方案，通过转炉炼钢模型、转炉跨钢包车运输模型、精炼跨天车吊运模型、精炼炉冶炼模型、精炼跨钢包车运输模型、连铸跨天车吊运模型和连铸机浇注模型的分解与耦合，基于流程自动化、模型数字化、决策智能化，形成炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控仿真验证方法，对新建/改造炼钢厂炼钢-连铸区段物流管控方案进行仿真论证，在设计方案正式施工前得到炼钢厂炼钢-连铸区段的物流管控方案、钢水生产能力和炼钢车间理论产能指标，解决炼钢厂炼钢-连铸区段项目设计、建设和运营的关键问题，减少新建/改造炼钢厂产能设计误差、物流冲突等在设计过程中可能忽视或难以发现的设计错误，显著降低炼钢厂炼钢-连铸区段建设的投资成本和风险。本项目通过智慧仿真方法，进一步实现炼钢厂炼钢-连铸区段智能调度，推动我国钢铁行业智能制造转型升级，促进智能化发展。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。