基于SLP的短流程炼钢车间工艺布置设计研究

第37卷第1期2009年2月

现代冶金

Vol.37　No.1

Feb.2009

基于SLP的短流程炼钢车间工艺布置设计研究

于宏朋

(中国神雾集团江苏省冶金设计院有限公司,江苏南京210007)

Ξ

摘要:介绍了在工业发达国家广泛应用的一种先进设计方法——系统布置设计(SLP),以越南VANLOI公司年产

30万t短流程炼钢工程为应用范例,采用SLP对炼钢车间进行了物流和非物流关系分析,求解得到车间最佳布置

方案,验证了SLP法在短流程炼钢车间布置设计中的应用效果。关键词:短流程炼钢;工艺布置;物流关系;SLP中图分类号:TF34511

引　言

、生产安,好的工艺布置可以使生产工艺流程更合理,大大降低物料搬运费用,因此工艺布置设计被认为是影响生产率的决定因素之一。

传统的工艺布置设计往往采用类似工程的套用和基于经验的主观判断法进行,由于每个工程具体的外部条件和业主要求各不相同,并不具有完全的可比性。因此往往无法保证设计效率和设计质量,其设计过程和结果也缺乏科学性和系统性。

越南VANLOI公司拟建一条年产30万t炼钢生产线,采用超高功率电炉——炉外精炼——连铸短流程生产工艺,该工程由江苏省冶金设计院承担工程设计。针对该短流程炼钢工程的炼钢车间工艺设计工作,面临的问题是如何突破传统设计方法,更加科学、高效地进行生产车间工艺布置设计。

(tPlanning)、作

,其中以系统布置。

SLP最早由美国工厂设计专家RichardMother

提出。这是一种条理性很强、物流分析与作业单位关系密切程度分析相结合、求得合理布置的技术。它把工厂物流全过程所涉及的装备、设施、路线等看作一个系统,运用现代科学和方法,进行布置、管理,以达到优化物流、提高生产效率、降低生产成本的目的。在工业发达国家,SLP在各个行业得到了广泛的应用,为企业创造了巨大的效益。112　SLP的基本程序

SLP的基本程序如图1所示

。

1　系统布置设计法(SLP)概述

111　SLP的概念

作为工业工程(IE)的重要组成部分,物流技术规划与设计理论在工业发达国家得到了广泛的应用。利用其系统规划技术和物流分析技术,能够寻求布置的最优化方案。目前主要用于实践的方法有系

Ξ

图1　SLP基本程序图

SLP程序中各步骤分别如下:

步骤1:原始数据输入

收稿日期:2008210210

作者简介:于宏朋(1977—),男,工程师。电话:13851481980

　第1期于宏朋:基于SLP的短流程炼钢车间工艺布置设计研究9

产SLP的输入要素共有5个:产品(Product)、

量(Quantity)、生产路线(Routing)、辅助服务部门(Services)、时间(Time),分别用P,Q,R,S,T表示。

根据非物流关系密切度分析,就可得到作业单

位的非物流相互关系表。

步骤4:作业单位综合关系分析

将作业单位间的物流关系与非物流关系进行合并,求出合成的相互关系——综合相互关系。作业单位综合相互关系也可转换为A,E,I,O,U,X6个等级,得到作业单位的综合相互关系表。

步骤5:绘制作业单位位置相关图

在不直接考虑各作业单位的占地面积及几何形状的情况下,仅从各作业单位间综合关系密切程度出发,安排各作业单位之间的相对位置,得到其相对位置的拓扑关系,即为作业单位位置相关图。它直接反映了各作业单位相对位置的远近关系。

步骤,通过计算各,例在图上进行配置,就得到了作业单位的面积相关图。

步骤7:布置方案修正与评价择优

作业面积相互关系图只代表一个理论的、理想的布置方案,还要考虑各种影响限制条件,如原有的建筑物、物料的搬运方法、企业管理习惯、投资要求、当地政策法规等。通过考虑多方面因素的影响与限制,得到若干可行方案,再进行评价优选,最终得到最优的布置方案。

除了分析这5个输入要素外,还要对工厂设施划分相应的作业单位,并给出各作业单元的功能和参数,这些都是SLP的原始资料。

步骤2:作业单位物流关系分析物流分析是对物料在生产过程中各工序之间的流动路线和数量进行分析,最终确定物料在各工序之间的最有效流动路线。物流分析主要方法有:工艺过程图、多种产品工艺过程表、成组方法、从2至表等。

物流分析中将作业单位间将物流强度划分为5个等级,分别用A,E,I,O,U表示,如表1所示。

表1　物流强度等级划分表

物流强度等级超高物流强度高物流强度较大物流强度一般物流强度可忽略搬运

符号

AOU

等级评分40

物流路线比例 %400

承担的物流量比例 %403020100

根据物流强度分析,就可得到作业单位的物流相互关系表。

步骤3:作业单位非物流关系分析

物流分析是车间布置的重要依据,但不是唯一的依据,因此还需要考虑各作业单位之间的非物流关系。作业单位非物流关系密切程度的影响因素一般如表2所示。

表2　作业单位非物流关系密切度影响因素表代号1234567影响的原因工艺流程的连续性作业性质相同

使用相同的公用设施或动力源

使用相同的场地工作联系频繁程度操作人员联系频繁程度监督和管理方便2　工艺布置设计原则

越南VANLOI公司年产30万t炼钢工程采用

全废钢冶炼,电炉-精炼炉-连铸短流程生产工艺,其炼钢车间主要装备为40t超高功率交流电弧炉1台,50tLF精炼炉1台,R6m三机三流方坯连铸机1台。

作业单位间非物流关系密切程度等级划分为A,E,I,O,U,X6个等级,其含义及比例如表3所示。

表3　非物流关系密切等级划分表

符号等级评分

4A

3E

2I

1O

0U

-1相互关系含义及说明

绝对重要,生产必需

特别重要重要

一般密切程度不重要,可忽略其影响不希望接近,酌情远离

比例 %2～53～105～1510～2545～800

根据生产流程特点,结合工程实际情况和企业管理要求,并综合考虑节能、环保、安全等因素,在炼钢车间工艺布置设计中,应遵循以下原则:

炼钢车间布置要紧凑合理,充分利用原有旧厂房设施,并预留未来扩建的场地。

炼钢车间布置应与厂区总平面布置相适应,使制氧、供电、除尘、水处理等厂房与主车间布局协调合理、物流方便。

各主要生产设备按照生产流程布局,并尽量缩短距离,避免物料往返运输。

车间设施布置应考虑设备维修更换和事故处

10现　代　冶　金第37卷　

理的空间,还要注意设备之间的距离和安全距离要求,既要保证操作方案,又要保证维修和清洁卫生的方便。

要尽量利用车间的空间,合理安排各种废料的排出。人员进出和物料进出分开,保证安全和卫生。

车间主产品连铸坯应设置一定的存放场地,保证成品堆放和外运的要求。

按照上述原则,就可以采用SLP对炼钢车间工艺布置进行设计了。

步骤1:原始资料输入SLP输入要素如下:

产品P:连铸坯,钢种Q235、20MnSi,规格120

130mm×130mm,长度3～6mmm×120mm、

产量Q:车间年产钢水30万t,年产连铸坯2815万t。

生产路线R:废钢堆放→废钢切割→配料称重→分批装料→电炉熔化冶炼→取样化验→出渣→出钢水→加辅料→精炼炉精炼→取样化验→出钢水→连铸机浇注→在线切割→铸坯堆放。

辅助服务部门S:炉体修砌区、钢包修砌区、中间罐修砌区、结晶器存放区、设备维修区、耐材堆放区。时间T及作业单位划分:根据炼钢车间生产功,16个作业单位,车。炼钢4占地面积 m2

2800200770450100

150150100930120200802502501300每个工作日工作时间 min

30×22炉=66030×22炉=66045×22炉=99065×22炉=143050×22炉=110020×22炉=44020×22炉=44050×22炉=110045×22炉=990　　　360　　　360　　　360　　　360　　　360

30×22炉=6603　工艺布置设计SLP程序

本炼钢工程主要以炼钢车间为主生产车间,除尘设施和水处理设施均靠近炼钢车间,制氧车间和燃油库距离炼钢车间较远。炼钢车间建筑面积约13800m2。

车间工艺布置设计SL:

代号123456789101112131415废钢堆放区称量输送线电弧炉LF精炼炉化验室渣罐转运区炉体修砌区钢包烘烤区连铸机钢包修砌区中间罐修砌区结晶器存放区设备维修区耐材堆放区成品堆放区表作业单位功能

堆放外来废钢及生铁,切割处理废钢料罐在线称重、输送至电炉将废钢等原料冶炼成初炼钢水将初炼钢水冶炼成浇铸钢水冶炼中的取样成分化验钢渣渣罐存放及等待汽车转运电炉备用炉体和炉盖存放、砌筑

出钢前钢包进行烘烤将钢水浇铸、切割成合格钢坯钢包耐火材料拆除、修砌连铸中间包存放、耐火材料修砌

连铸机结晶器存放、修理连铸机零件维修、存放耐火材料、电极等材料存放

成品连铸坯堆放

步骤2:作业单位物流关系分析

炼钢车间需要消耗的原材料和能源动力种类较多,产生的中间产品和最终产品中要有钢水、钢坯和钢渣。车间内各作业单位之间主要的物流如图2所

示。图中主要反映各作业单位之间生产物流,其中氧气等通过管道输送的物流以及直接与车间外部进行的物流,因为不影响作业单位之间的物流关系,故不予反映。

根据炼钢生产工艺流程,及各作业单位物流情况,按照物流强度等级划分,可得本工程炼钢车间作业单位物流相关表如表5所示(表5中物流强度等级代号见表1)。

步骤3:作业单位非物流关系分析

根据炼钢生产工艺流程,确定各作业单位非物

图2　炼钢车间作业单位物流图(图中各作业单位代号见表4)

流相互关系密切程度,利用与物流相关表相同的表格形式建立作业单位相互关系表,如表6。

　第1期于宏朋:基于SLP的短流程炼钢车间工艺布置设计研究

表5

　炼钢车间作业单位物流相关表

11

“ ”表示E;“ ”表示I;“ ”表示O,最终可形成作业单位位置相关图(如图3所示)。图中各作业单位代号见表4。

表7

　炼钢车间作业单位综合相关表

表6

　炼钢车间作业单位非物流相关表

图3　炼钢车间作业单位位置相关图

步骤6:作业单位面积相关图

根据作业单位位置相关图,按照各作业单位的占地面积,形成作业单位面积相关图(如图4所示)。图中各作业单位代号见表4

。

表中的每一个菱形框格填入相应的两个作业单位之间的相互关系密切程度等级。上半部用密切程度等级符号(见表3)表示密切程度,下半部用数字(见表2)表示确定密切程度等级的理由。

步骤4:作业单位综合关系分析

炼钢车间物流关系和非物流关系合并,步骤为:①根据炼钢车间生产的情况,确定物流与非物流相对重要性的加权比值为1:1。②量化物流强度等级和非物流密切程度等级,取A=4,E=3,I=2,O=1,U=0,X=-1。③根据量化的等级和加权比值,计算出综合相互关系值,并对应转化为A、E、I、O、U、X6个等级,最终得到炼钢车间作业单位综合相互关系如表7所示。

步骤5:作业单位位置相关图

根据作业单位综合相互关系,确定作业单位之间距离远近,作业单位综合关系采用“ ”表示A;

图4　炼钢车间作业单位面积相关图

步骤7:布置方案修正与评价

根据作业单位面积相关图,考虑到各种制约因素和外部因素,经过修正和初步筛选后,得到2种车间布置方案(如图5所示)。

由专家根据多个指标对2个方案进行综合分析评价,最终确定方案二为最优方案。

按照方案二,根据炼钢工程设计资料,绘制得到本工程炼钢车间的工艺布置图(如图6所示)。

12现　代　冶　金第37卷　

根据炼钢生产的流程及布置设计原则,可以看出通过SLP法得到的炼钢车间布置方案(图6)完全符合生产流程和作业单位相互关系要求,其主要的优点有:

(1)充分体现了以核心设备和物流主线为中心的布置原则,有效的缩短了物流强度,保证了生产的高效率和物流的畅通。

(2)车间占地紧凑,充分利用了原有厂房,建设投资较低,且预留空地大,扩建条件便利。

(3)将需要与车间外部频繁运输交流的废钢区、渣罐转运区、铸余渣处理区、耐火材料堆放区、成品堆放区均布置在车间端部,紧靠车间开门及外部道路,使车间与外部协调更加顺畅,降低物流人力和费用。

4、重载搬,充分利用大吨位起重,降低了厂房和设备的投

图5资

。

图6　炼钢车间工艺平面布置图

(5)将车间变电所、电炉和精炼炉控制室、变压器室、化验室等操作人员较多、设备较贵重敏感的部分布置在厂房外面,降低了车间内噪音、高温、烟尘、振动等不利因素对其的影响,对生产安全和劳动卫生均带来益处。

全符合生产流程和作业单位相互关系要求。实现了该工程中车间工艺布置设计的科学化、程序化,且大大提高了设计的效率和质量。

按照SLP法完成的越南VANLOI公司年产30万t炼钢生产线的工程设计,建成投产后,生产状况良好,各项生产及消耗指标都达到了较先进的水平。证明了SLP在短流程炼钢车间工艺设计中应用是成功的。

4　结　论

通过SLP法得到的炼钢车间工艺布置方案完

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