基于拉速的炼钢—连铸运行优化方法研究

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1、东北大学硕士学位论文第1章绪论141课题背景及研究意义第1章绪论我国已成为世界制造业大国，钢铁、有色冶金、石化、纺织和电子等制造业已取得了跨越式发展，钢产量连续十一年世界第一，已成为我国的支柱产业。与工业发达国家相比，我国钢铁企业普遍存在能耗高、产品质量差、生产成本高、资源消耗大、环境污染严重等问题。以能耗指标为例，在我国国民经济体系中，工业能耗占我国总能耗的70％左右，而钢铁行业能耗占全国总能耗的6％。为此，我国国民经济和社会发展“十一五”规划纲要中提出单位国内生产总值能源消耗相比“十五”期末降低20％；纲要还提出，强化能源节约和高

2、效利用的政策导向，加大节能力度；通过开发推广节能技术，实现技术节能。近年来，国内外日趋激烈的市场竞争，以及国家在政策导，向和立法方面的压力，使得钢铁制造企业对其能耗水平、生产效率、产品质量和生产成本等提出了更高的要求。炼钢．连铸生产过程是钢铁生产的关键工序和瓶颈环节，与之相关的优化方法也得到了越来越多的研究者关注。随着计算机技术的发展，炼钢．连铸优化方法也得到了快速发展，例如，车间作业的动(静)态优化调度问题、钢坯二次冷却设定值优化问题等方面，都有大量研究成果问世。但是，现有优化方法中，炼钢．连铸整体过程，多个控制回路的协调，仍采用金

3、字塔式的人工操作方式，导致各个控制回路各自为政，优化结果难以实现，不能保证各项生产指标的优化，造成能耗高、产品质量差、生产成本高、资源消耗大等问题。本文提出的运行优化方法是综合生产调度与设定值优化于一身的优化方法，可以同时兼顾多个层面，协调生产计划层、优化调度层、过程控制层，实现多层次多指标的协同优化。优化结果具有调度方案，还包括与之相应的合理过程控制设定值。不但可以充分保证优化解的可行性，更利于提出着眼去全局的优秀优化方案。1．2炼钢．连铸生产过程简述冶金过程中铸锭有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。连续铸钢是一项把钢水直接浇铸成

4、形的新工艺。它的出现从根本上改变了一个世纪以来占统治地位的钢锭一初轧工艺。连续铸钢的优越性：工序缩短、提高金属收得率、降低能耗、生产过程机械化和自动化程度提高。东北大学硕士学位论文第1章绪论图1．1炼钢-连铸生产流程图Fig1．1ProcessofSteelmakingandContinuousCasting如图1．1，炼钢．连铸的生产为流程式生产，一般包含若干个转炉、精炼和连铸设备，先由转炉把废钢或者铁水冶炼为钢水，再通过精炼炉进行调质和调温处理，然后由连铸机完成浇铸，并切割成各种尺寸的板坯，供给下游生产工序或用户。从生产工艺的角度

5、来看，本文所考虑的炼钢．连铸生产流程包括炼钢，精炼和连铸三道工序。(1)炼钢广义上说就是铁水通过氧化反应脱碳、升温、合金化的过程。它的主要任务是脱碳、脱氧、升温、去除气体和非金属夹杂、合金化。炼钢的工艺过程是把高温条件下的铁水进一步冶炼为含碳量更低的钢水，其基本作用是：降低含碳量；除去硫、磷等杂质；调节合金元素的含量。(2)精炼为了保证连铸机浇注出的板坯符合特定钢种的要求，冶炼出站的钢水还需要进行精炼。精炼的作用是进一步调整钢水的温度和化学成分，另外也给连铸机协调进站，钢水满足连续浇注提供了缓冲的空间，当炉次钢水提前到达连铸机时，可以

6、在精炼炉上停留，从而避免炉次在连铸机前等候、保证钢水的温度。(3)连铸连续铸造是一种先进的铸造方法，其原理是将熔融的金属不断浇入结晶器中，凝固了的铸件连续不断地从结晶器的另一端拉出，可获得任意长或特定长度的铸件。连铸的发展引发了冶金工业的一场革命，连铸以显著提高钢材的成材率、缩短工艺流程、节省大量厂房设备和物料运输、提高警惕产品质量的优势而迅速取代了模铸和初轧、开坯工艺。目前世界先进国家连铸比为96％，而我国连铸比也以迅速的步伐超过了70％。炼钢．连铸生产过程中，连铸机需要炼钢工序“定时、定温、定品质”地提供钢水，实作为现代钢铁生产流

7、程中的核心与瓶颈工序，炼钢．连铸生产是一个集合三个阶段的一体化作业过程。整个生产过程对钢水加工及运输时间、温度和质量成份都有着极高的要求。．2一东北大学硕士学位论文第1章绪论炼钢．连铸过程的生产特点主要有【7】：(1)多阶段混合流程式生产过程。生产的总流程为炼钢一精炼一连铸，包括多个生产工序，各工序又存在着多个。生产设备，转炉、精炼设备为间歇作业方式：而连铸机在其中间包寿命之内为连续作业方式。(2)物流紧密，具有准时制要求。连铸生产工艺要求在一个连续生产周期内浇铸的钢水成分和温度满足一定的工艺限制条件，必须协调间歇式和连续式作业工序的

8、生产节奏，使工序间物流传递满足正确成分、温度和时刻的要求，保证生产的持续性。(3)产品种类、规格繁多，结构复杂。铸坯产品的钢种、规格繁多，决定了其产品结构的复杂性。(4)生产管理与控制多种信息、多种功能集成。炼钢一连铸生