韶钢基于“一罐制”的“铁包二合一”运行实践及应用

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2017年6月20日，广东韶钢松山股份有限公司（以下简称：韶钢或公司）铁水供应全面实现“一罐制”模式，即在取消混铁炉、高炉铁水包后，仅采用转炉铁水罐一种冶金容器，将高炉铁水承接、运输、贮存缓冲、铁水保温、铁水预处理、转炉兑铁等功能集为一体来完成炼钢铁水供应，以减少铁水在倒罐过程产生的温降及废气排放。铁水“一罐制”运行半年后效果初显，对标行业先进水平仍有差距，公司要求对于铁水一罐制管理要有新突破，对于铁水“一罐制”要有更深入、更完整的认识，从取消炼钢混铁炉的一罐到底，上升到全公司铁水运行的一罐到底，即两个炼钢工序统一使用同一种铁包（以下简称：铁包二合一）。此项创新具有颠覆性的重大意义，不仅可以减少在线铁包数量，同时可降低公司生产组织难度，大幅减少铁水温降，提高铁水入炉温度，为进一步降低铁钢比创造有利条件。2018年制造管理部与炼铁厂、炼钢厂、物流部铁运车间高度协同，经过不断地改进、优化和总结铁包二合一后铁水一罐制的运行实践，在控制铁水温降、降本增效方面取得显著经济效益。

1 基于“一罐制”的铁包二合一运行实践及应用的背景

中国钢铁行业多年来的盲目扩张、粗放式发展模式导致严重的环保污染问题，为减少雾霾天气，中央财政曾安排50亿元用于京津冀蒙晋鲁六省份的大气污染治理工作，先污染后治理无异将付出巨大的成本，而钢铁企业粗放式发展所带来的隐性危害，对我国经济发展造成的影响则难以估计；钢企粗放式发展模式还造成能源供应紧张、产能严重过剩，导致每吨钢材利润低。钢企谁能在同等质量条件下将成本做到最优，对环境影响最小，谁就能生存下来，否则将会被淘汰出局。

面对困局，韶钢首要任务就是要专注极致、争先创优。通过推动技术创新和组织变革，进一步提升组织运行效率，以确保环保以及各项技术经济指标达到行业先进、周边领先水平，具备较强的市场竞争力和盈利能力。铁水供应采用“一罐制”模式不仅节能环保，同时降本增效，是转炉炼钢生产工艺组织模式的发展方向。韶钢通过炼钢一工序铁水供应“一罐制”技术改造工程，2017年6月20日随着炼钢一工序1号混铁炉退出生产序列，标志着公司（炼钢一工序使用120吨铁包、炼钢二工序使用130吨铁包）全面实现了铁水一罐制运行模式。

铁水“一罐制”运行半年后，废气减排效果显著，但铁水温降与行业先进水平对标仍有差距。韶钢领导要求在铁水运行管理上要有新突破，要打破瓶颈，对于铁水“一罐制”要有更深入、更完整地认识。从取消炼钢一工序混铁炉的一罐到底，上升到全公司铁水运行的一罐到底，即两个炼钢工序统一使用同一种铁包（简称“铁包二合一”）。此项创新是颠覆性的，具有重大意义，是重大改造举措，不仅可以减少在线铁包数量，同时可降低韶钢生产组织难度，大幅减少铁水温降，提高铁水入炉温度，为进一步降低铁钢比创造有利条件。

韶钢现有三座高炉，分别为6号高炉（1050立方米）、7号高炉（2500立方米）、8号高炉（3200立方米）。6号高炉有2个铁口，出铁口下有三条铁路线路，其中六铁二线由两个铁口共用铁路线路，6号高炉两个出铁口，一般情况一个铁口出铁，另一个铁口按工艺要求检修。7号高炉有3个铁口，8号高炉有4个铁口，每个铁口下均有两条铁路线路，一般情况两个铁口轮流出铁，其余铁口工艺检修。

“铁包二合一”实施前，炼钢单元有炼钢一工序 （3×120吨转炉）和炼钢二工序（3×130吨转炉）。炼钢一工序和炼钢二工序分别由120吨铁包，130吨铁包供应铁水。正常情况下，120吨/130吨两种铁包在线运行，铁钢失衡时，用100吨铁包装铁水，送铸铁机（铸铁间只能铸100吨铁包）。铸铁只是阶段性，为避免100吨铁包冻包，铸铁一般只安排装大高炉（7号/8号高炉）的铁水（大高炉铁水温度高）。高炉炉下配包时，原则两个100吨铁包替代一个120吨铁包。高炉每个炉次出铁前，充分考虑到出铁的安全性、理论的出铁量、铁包的装入量等因素，在高炉下一次性配足铁包。7号/8号高炉每趟铁优先出130吨铁包，130吨铁包出满即送炼钢二工序；剩余铁水由120吨铁装，至高炉出完铁后，再送往炼钢一工序，即一次配包两次调铁，6号高炉实行的一次配包一次调铁。

原高炉炉下配包模式及运行模式存在不足：

1）两种铁包包型不能通用，任何一炼钢工序生产节奏出现大的波动，重新调整配包计划不仅需要时间，难度也大，易造成一边铁水大量积压，另外一边等铁水炼钢。

2）两种铁包包型在线使用灵活性差，同时还会降低铁包的使用效率，为了满足铁钢均衡生产，需投入大量的铁包。

3）因130吨铁包车架（宽4400毫米）比120吨铁包车架（宽4100毫米）宽300毫米，导致130吨铁包车架与7号/8号高炉炉下有除尘管道安全距离不够，故130吨铁包不能配置在7号高炉七二线、七三线，8号高炉八四线、八五线，增加了生产组织难度。

4）高炉每个炉次出铁前，配足空包（未装铁水的铁包），虽确保了出铁安全，却增加了空包在炉下的等待时间。

5）受高炉炉况、炮泥质量、铁口状况等因素影响，高炉单炉产量的不稳定，造成出铁包数的不稳定，造成铁包周转效率差。6号高炉月出了266炉次，产生了382个尾包（一个炉次铁结束后，在同一铁口炉下装入量未达标准的铁包（空包、重空）），平均1.43个尾包/炉；7号高炉月出了350炉铁，产生了731个尾包，平均2.09个尾包/炉；8号高炉出了353炉铁，产生了674个尾包，平均1.91个尾包/炉。

6）受机车运行，高炉出铁时间的影响，尾包在高炉炉下停留时间长。6号高炉尾包在炉下月平均停留时间为4.33小时，7号高炉尾包在炉下月平均停留时间6.17小时，8号高炉尾包在炉下平均停留时间8.11小时。

7）高炉每个炉次出完成后，按工序需要采用一次或两次调铁，不仅造成重包在炉下等待时间长，铁水供应不均衡，也会造成炼钢工序为了确保铸机生产的连续，超量备铁水。

8）受出钢跨天车限制出钢量不增加的前提，要进一步降低铁钢比，除了增加废钢加入量，铁包铁水装入量将进一步减少。高炉在出铁量不变的条件下，铁包装入量减少，高炉下的配包数将增加，为了满足降铁钢比需要减少铁水运输过程温降、提高铁包运行效率将成为迫切需要解决的问题。

2 基于“一罐制”的铁包二合一运行实践及应用的创新点

“铁包二合一”是由制造管理部牵头和策划，各部门及生产单元紧密协作的降本项目。以铁水运行工作管理为载体，把提高铁包周转效率、降低铁水平均温降作为首要任务，针对铁水一罐制运行工作中出现的问题进行诊断分析和改进工作，对实施铁包二合一、分次配包、分次调铁等项目进行策划、跟踪、推进，对各项目定下目标，从而实现总体降本增效。

韶钢通过实施《铁包二合一、分次配包、分次调铁，提升铁包周转率，减少铁水温降、降本增效》项目，在2018年实际完成创效4356万元，大大超额了2921万元的计划目标。

2.1铁包二合一

铁包二合一是指经过一系列适应性改造后，120吨铁包不仅满足炼钢一工序（120吨转炉）生产工艺需要，还要满足炼钢二工序（130吨转炉）生产工艺需要，即两个炼钢工序统一使用同一种铁包。此项创新是颠覆性的，具有重大意义，是重大改造举措，将在线铁包数量由60个以上，减少到48个以内。

铁包二合一不仅可以减少在线铁包数量，同时可降低韶钢生产组织难度，大幅减少铁水温降，提高铁水入炉温度，为进一步降低铁钢比创造有利条件，为实施后续分次配包、分次调铁扫障碍。

2.2基于运筹学排队理论的铁水运行方案（分次配包及分次调铁）

高炉每个炉次出铁前，充分考虑到出铁的安全性、依据理论的最大出铁量、铁包的装入量、铁包状况等因素，在高炉下一次性配足铁包（一次配包），会造成空包在高炉下等待时间长。在实际运行中由于高炉每炉铁出铁量的不均匀，造成出铁包数的不稳定，产生大量的尾包；受机车运行，高炉出铁时间是否稳定的影响，炉下调包（将铁包从一个出完铁的铁口调运至另外一个出铁口）困难，导致尾包在高炉停留时间长。为了提高铁包周转效率，又能确保高炉安全出铁的要求，基于运筹学排队理论，提出分次配包、分次调铁的铁水运行方案，将高炉炉下配包模式由一次配包改为分次配包，即在满足高炉安全出铁的条件下，两个一组分批配包；铁包受铁完成后，两包一组往炼钢工序调铁，改原来按铁水的工序一次调铁去向。

各个空包（顾客）由空包源（炼钢工序或空包备用点）出发，到达准备出铁铁口铁水摆动流槽下方（服务机构）排队等待装铁水（服务），铁水装到要求的重量后（服务完了）就离开，构成了一个完整的高炉炉下铁包排队系统。

本排队系统排队结构为：由于大高炉（7号/8号高炉）每一个出铁口下方均设置了两条铁路线路，供铁包受铁使用，故本排队系统队列为Ａ/B两组，一个队列有一组受铁空包（两个空包）+一个过渡空包。

本排队系统排队及服务规则为：当A列一组受铁空包装满铁离去后，再补充一组受铁空包到A列；A列在进行重包与空包切换时，铁水流槽摆向B列，为B列提供装铁服务。出铁口通过铁水流槽轮流向A列、B列提供服务，直至此炉次结束。

高炉炉下铁包排队系统组成及特征：

1）输入过程。空包到达高炉炉下等待装铁水的特点：空包源的组成是有限的，铁钢平衡是动态，空包数量在50至30个之间。一般情况下，高炉炉下配空包为2个为一组，成批配包。空包相继到达的间隔时间相对确定，相互有一定的关联。空包到达高炉炉下的过程，较平稳，以满足高炉安全出铁需要。

2）排队规则。空包到达高炉炉下，将形成两列队列等待受铁。受炉下空间限制，高炉炉下队列的容量也是受限制的。除铸铁包等特殊情况有优先服务权，一般情况先到先服务。

3）服务机构。高炉出铁口只有一个铁水摆动流槽（服务机构），为炉下两条铁路线路上的空包（两个一组成批）提供受铁服务，即多队单服务台。高炉出铁时间受需求多因素影响，故出铁口服务时间是随机，但服务时间的分布总体是平稳。

通过排队理论，优化高炉炉下的配包模型，实现了分次配包，减少空包等待时间，提高铁包周转效率，将铁包周转率由3.0提高至3.5以上；优化调铁模型，实现分次调铁，促使炼钢工序调铁的相对均匀，减少炼钢工序备重包的数量，减少120吨重包在高炉及炼钢工序滞留等待时间，降低重包铁水热辐射损失，以减少铁水温降。

3 基于“一罐制”的铁包二合一运行实践及应用的具体实施

2017年12月21日召开“铁包二合一”可行性分析会议。会议认为制造管理部汇报的炼钢工序统一使用120铁包可行性分析报告是科学的和可行的；会议明确公司推行两个炼钢工序统一使用120铁包，可大幅度降低公司生产组织难度，是公司铁钢生产组织的重大突破，是具有颠覆性意义的重大创新，各相关单位必须高度重视、积极推进。鉴于“铁包二合一”项目的重要性及紧迫性，成立专项工作小组，公司领导为项目负责人，负责公司决策的内容，制造管理部为项目牵头单位，负责推进铁包二合一的各项工作，其他相关单位协同推进。铁包二合一项目每月定期召开两次推进会，每月中旬铁包二合一项目专项推进会公司领导卢学云参加，月末会议与一罐制专项推进会合并召开。

2018年1月30日公司召开铁包二合一专题推进会明确在铁包二合一后，高炉出铁时按照“3+1”模式配包，2个炼钢工序同步实施分次配包、分次调铁，以减少铁包运行数量，提高铁包运行效率。

2018年2月28日前制造管理梳理实施出了120吨铁包二合一的边界条件，积极策划短时段试运行120吨铁包二合一模式，并发现铁包二合一存在的问题，及时采取相应的措施，优化改进铁包二合一运行模式。

2018年3月8日中旬制造管理部提前策划和制定《铁包二合一试运行方案》，并组织铁包二合一试运行方案的评审。

2018年5月16日130吨铁包22:30全部退出生产序列作为应急备用，线上运行铁包全部是120吨铁包，实现铁包二合一。

2017年12月份“铁包二合一”可行性分析会议后，制造管理部开始对各项项目目标按月逐一分解，并每月对各项项目的完成情况进行总结，确保项目目标按期完成，最终达到降本增效效果。

3.1铁包二合一，减少运行铁包数

“铁包二合一”相关技术改造。从生产组织的角度，两个炼钢工序统一用120吨铁包，可减少铁包投入运行的数量，可实现铁水资源的灵活共享，减少生产组织难度，提高了铁水的使用效率，同时还为实现分次配包、分次调铁创造了有利条件。原炼钢一工序用120吨铁包，炼钢二工序用130吨铁包，因130吨铁包超限（即超宽）只能在高炉指定的铁水运输区域对位装铁，受此限制炼钢二工序不具备分次配包、分次调铁的条件，另外还会便炼钢一工序的分次配包、分次调铁生产组织的复杂化，效果会打折扣。

采取的措施有：

1）2017年12月31日前宝特韶关、设备管理部、物流部编制铁包二合一实施计划网络图。

2）为加快铁包二合一项目设备的采购，公司同意120吨铁水车架、120吨铁水包、200吨行车吊挂装置、脱硫车、过跨车利旧改造、4号铁水秤改造等设备与原设备供应商继续合作，根据市场行情续签相应的合同。

3）受铁路线限制炼钢二工序不具备分次调铁条件，在铁包二合一后会影响铁包高效运作，物流部协同设计院，优化炼钢二工序铁路线（指铁水运输线），以确保4月20日炼钢二分厂铁路双线完成改造，具备通车条件。在4月底炼钢二工序具备分次配包、分次调铁的条件。

4）韶钢工程3月10日前完成炼钢厂一工序修包间改造，3月底全部项目投入使用。为铁包二合一后，铁包维护创造有利条件。

5）炼钢厂加强120吨铁包砌包进度的管理，在3月31日前有52个120吨铁包具备在线运作条件。

6）铁包二合一后，高炉出铁时按照“3+1”模式配包，2个炼钢工序同步实施分次调铁，物流部要测算现有机车数量和人员能否满足要求，并专题向公司汇报。

7）铁包二合一是韶钢的新工艺，为确保新工艺实施安全可控，安保部牵头组织相关单位开展危险源辨识，制定危险源管控措施并组织岗位人员培训。

8）制造管理部提前策划和制定铁包二合一切换方案以及铁包运行方案，并组织方案评审。

9）制造管理部组织130吨铁包于2018年5月16日22:30全部退出生产序列作为应急备用，线上运行铁包全部是120吨铁包，完成铁包二合一的切换工作。

3.2 分次配包，提高铁包周转率

分次配包是指高炉每一个炉次前，7号/8号高炉只需配4个铁包（3+1），即主线3个铁包，副线1个过渡包，主副线（原则2个铁包为一组）多次轮流配包（补包）以满足高炉出铁需要。

高炉原采用一次配包模式，即高炉每一个炉次，出铁前一次将铁包配足（备足）。按一次配包模式高炉出铁前，根据炼铁工艺和铁包运行实际情况需要，8号高炉配足8或9个铁包、7号高炉配足7或8个铁包、6号高炉配足5或6个铁包。

分次配包相对一次配包而言，7号/8号高炉在出铁前只需配4个铁包（3+1），6号高炉受铁路限制仍采用一次配包模式。实施分次配包后，7号高炉配包数减少3或4个铁包，8 号高炉配包数减少4或5个铁包，共计减少约8 个铁包（在高炉下待位积压）。随着节铁增钢工作的持续推进，每个铁包的装入量逐渐减少，在高炉每炉产量不变的条件，按原来一炉次一次配足包，7号/8号高炉配包分别需增一个，因此分次配包后，目前实际减少10个铁包（在高炉下待位积压）。分次配包消除了空包在高炉下等待装铁的时间，提高了铁包周转效率，

采取的措施：

1）7号/8号高炉采用分次配包，配包模型为（3+1），装满2包铁水，再补2个空包以满足高炉出铁需要。高炉精准出铁，避免单炉产量的大起大落。

2）炼铁厂6号高炉配包模型为（5+1），即主线5个铁包，副线1个过渡铁包。若有含铁尾包，且尾包铁水净重合计超过50吨，可多配一个铁水包。

3）7号/8号高炉每炉次出完铁后，若炉前需清铁沟，可申请留一个空包或此炉含铁尾包作为安全包，其余空包应随重包一起拉出，供其他高炉配包及应急需要。

4）为避免在炼钢厂内机车等铁包，炼钢厂编制提高铁包周转率运行方案。

5）为确保安全出铁，炼铁厂、物流部及炼钢厂在分次调铁试运行前做好炉下铁包配包、运行模型及运行要求的岗位宣贯培训。

6）铁包二合一后，在实施分次配包过程，生产管制中心铁水调度要科学、合理、动态管控铁包运行，以满足高炉安全出铁的需要。

7）韶钢已将铁包纳入一级危险源管理，炼铁厂和物流部应制定出铁过程中铁包溢铁、溢渣等异常作业的处置方案。

3.3 分次调铁，控制铁水温降

分次调铁是指每一个炉次出满2包（尾包除外），即调往炼钢工序，相对原来每一个炉次高炉铁水根据铁水去向进行一次或二次调铁，增加了调铁频次，减少了重包在高炉、转炉的待位时间，可实现铁水供应的快速反应，减少炼钢工序为了维持生产连续性，而超量库存铁水的浪费，最终减少。降低120吨重包铁水热辐射损失，减少了铁水温降，助推了降铁钢比工作，节铁增钢效果显著。

采取的措施有：

1）炼铁6号高炉铁包分次调铁模型。主线（六铁二线）配一台机车头（A）。机车头（A）前顶主线120吨铁包从西向东逐次受铁，副线（六铁三线）1个铁包做过渡包。主线2个120吨铁包受铁满后，由车头（B）送到炼钢厂。炉下配包状态变为主线剩2个铁包、副线1个过渡包。车头（A）前顶主线2个铁包继续由西向东受铁至铁包装满铁；按此模式实现由一次变为两次调铁，后面视主副线尾包情况调整拉包数。

2）炼铁7号/8号高炉铁包运行模式。主线配一台机车头（A）。主线前2个铁包从西向东逐次受铁，由机车头（A）牵引，副线1个铁包做过渡包。当主线2个铁包受铁满之前，车头（B）应拉一组空包（2个铁包）进入副线，完成补包对位作业。主线3个（2个）130吨铁包受满铁拉走后，原主线剩余一个铁包做过渡包，车头（B）牵引副线3个铁包继续由西向东逐次对位受铁。副线2个铁包受满铁之前，车头（C）送一组空包（2个或1个）进入主线，完成配包作业。副线2个120吨铁包受满铁拉走后，原副线剩余1个铁包做过渡包，车头（C）牵引主线3个铁包继续由东向西逐次对位受铁；为减少单炉含铁尾包，当主线过渡包受铁满后，副线过渡包装铁量毛重达到173吨后，铁水流槽方可摆主线受铁。按此模式可实现多次调铁，后面视主副线尾包情况调整拉包数。

3）120吨铁包尾净重大于100吨送炼钢厂。

4）7号/8号高炉每炉次出完铁后，若炉前需清铁沟，可申请留1个空包或此炉含铁尾包作为安全包，其余空包应随重包一起拉出，存放于八走北三线，供其他高炉配包及应急需要

5）炼铁6号高炉两个铁口共用主线，尾包原则留在下一个炉次受铁，配包产生的多余空包存放在八走北三线，供配包应急需要。

6）尾包处置原则：高炉每炉次铁后，应将本炉次尾包调至下一个炉次，主线的补充包（下一个炉次第三次配包）。

7）公司生产运行中心管控大厅接入铁水运行区域现场视频监控信号，投入了铁水一罐制信息化管理平台，具备铁水运行过程实时监控的条件，炼铁厂铁水调度职能2018年1月3日划归制造管理部，铁水调度信息掌握更实时更全面，可在铁钢异常时做出的响应更快速、高效地。

8）在分次调铁过程中，制造管理部铁水调度要科学、合理、动态管控铁钢平衡，保证炼钢工序连续生产的需求。

4 基于“一罐制”的铁包二合一运行实践及应用的效果

4.1取得的效果

从2018年5月16日（实现铁包二合一）到5月31日，5月在线运行铁包数明显下降，从日均63包下降至日均45包，累计下降18包，达到铁包在线运行数控制在48个以内的目标。通过2018年不断优化铁包二合一运行模式，使日平均在线稳定在45包左右，每月平均的日均运行铁包数减少10包，达到预期效果。

铁包二合一后，随着分次配包运行模式的到位及不断完善，铁水包周转率提高明显，由5月3.00提升至12月3.74，下半年平均达3.5，达到预期计划值（3.5）。

2018年实施分次调铁开始为减少铁水温降，多措并举。实施铁包二合一，分次调铁以来，铁水温降稳步下降，其中11月铁水温降最低只有124℃，与2017年11月同期比较铁水温降（146℃）减少22℃，铁水温降同比减少15.06%，达到温降控制在144℃以内的目标。

4.2取得的效益

经济效益：2018年在提高铁包运行效率，降本增效方面取得了非常显著的经济效益，按照单项因素直接测定法（MTP）进行计算，2018年全减少铁水温降累计降低成本4356万元/年。

生态效益：基于“一罐制”的铁包二合一对于钢铁企业意义非凡，尤其是在使用敞口铁包的钢铁企业，不仅可以降低铁水温度，减少铁钢工序单位产品的能耗，还可实现废气的超低排放，减少对环境的影响。