철강 생산 가치 사슬의 분석

이 기사는 철강 생산 가치 사슬에서 고급 분석(예: 기계 학습 , 수학 프로그래밍 및 시뮬레이션)의 사용 사례를 강조합니다. 철강 제품은 부동산 건설, 농업 장비, 자동차 부품 및 프레임, 가전 제품, 항공 우주 구조 부품에 이르기까지 일상 생활에서 중요한 역할을 합니다.

철강 제품은 철광석 광산에서 채굴되는 철광석에서 시작하여 길고 포괄적인 가치 사슬의 결과입니다. 철-철 가치 사슬의 필수 단계는 다음과 같습니다.

철 펠릿 생산
선철 생산
철강 생산

이 기사에서는 자동차 산업과 같은 추가 가공을 위한 강철 코일, 슬릿 코일 또는 판금 스택과 같은 평강 제품에 초점을 맞춥니다. 평강 제품은 평압연 강판입니다. 평강 제품은 포장된 코일, 슬릿 코일 또는 판금 스택 형태로 배송됩니다. 철광석에서 완제품(포장된 코일 또는 슬릿 코일)으로의 변형은 아래에 설명되어 있습니다.

강철 가치 사슬에는 다른 많은 변형과 최종 강철 제품의 많은 다른 유형이 있습니다.

철광석에서 최종 제품까지 철강 가치 사슬

언급한 바와 같이 평강 제품 생산 공정의 필수 단계는 철 펠릿화, 선철 주조 및 압연강 생산입니다. 철강 가치 사슬의 이러한 주요 단계는 순차적으로 진행됩니다.

자철광 펠릿화 공정 – 광석에서 펠릿까지

철 펠릿화는 철광석에서 자철석 펠릿을 생산하는 공정입니다. 일반적인 생산 공정은 아래에 설명되어 있습니다.

예를 들어 발파 작업에서 생긴 암석 파편 형태의 철광석은 먼저 파쇄됩니다. 분쇄는 일련의 연속 분쇄 기계를 통해 수행됩니다. 미세 입도는 각 분쇄 단계 사이에서 증가합니다. 다음 분쇄 단계로 넘어갈 수 있는 최대 암석 잔해 크기가 정의되고 암석 크기가 정의된 최대 허용 크기 미만이 될 때까지 주어진 단계에서 또 다른 분쇄 주기를 위해 파편이 순환됩니다.

분쇄 후 그라인더는 암석 크기를 더 줄입니다. 생성된 잔해물은 깔짚 및 혼합 작업장으로 이동하여 깔짚 및 혼합 공정이 이루어집니다. 목적은 혼합 광석 특성을 만드는 것입니다. 혼합 광석은 생산이 더 편리하여 생산 효율성을 높이고 생산 비용을 절감합니다. 블렌딩 공정의 또 다른 목적은 추가 광석 가공 및 정련 중에 균일한 광석 공급 품질을 보장하는 것입니다. 이것은 정상적이고 안정적인 생산과 일관된 품질에 기여합니다.

퇴적 및 혼합 후 광석 파편은 추가 밀링 단계를 거칩니다. 분리기는 각 밀링 단계 사이에 배치되어 점점 더 미세해지는 과립 분말을 자기 특성으로 필터링합니다. 불순물과 자성 철광석 함량은 이렇게 분리되며 각 단계마다 순도가 높아집니다. 최종적으로 밀링이 완료되면 분말 혼합물이 포말 부유 로 보내집니다 . 여기에서 물, 분리 공정을 돕는 화학 물질 및 기포의 혼합물이 생성된 슬러지에서 규산염과 같은 불순물을 제거합니다. 한편 부유 수조 사이의 자기 여과 및 분리는 순도를 단계적으로 증가시킵니다.

생성된 자철석 슬러지 제품은 저장 탱크 에 저장되고 폐기물 슬러지는 예를 들어 광미에서 폐기물 처리를 위해 시스템 밖으로 펌핑됩니다. 거친 입상 암석 파편과 같은 더 큰 폐기물은 트럭, 철도 또는 바지선이나 보트 운송을 통해 폐기 장소 로 운송됩니다.

저장 탱크에 저장된 귀중한 자철석 슬러지는 이제 펠릿으로 처리됩니다. 첫째, 펠릿화 드럼 이라고도 하는 접지 드럼 은 건조된 슬러지로부터 펠릿을 생산하는 데 사용됩니다. 생 펠릿은 예열, 요리 및 회전식 냉각을 거칩니다 . 이것은 일반적으로 가마 에서 이루어집니다 .

이 공정의 최종 제품은 자철광 펠릿으로, 폐쇄된 재고 영역 에 저장되고 나중에 철도 또는 바지선 운송으로 운송됩니다.

선철 생산 – 자철석 펠릿에서 원철 주물까지

미가공 철 주물, 미가공 철, 조철 또는 연철이라고도 하는 선철은 자철광 펠릿에서 생산됩니다. 이 원시 형태의 철은 강철 및 강철 합금으로 추가 가공하는 데 사용됩니다.

선철은 탄소 함량이 높습니다. 그것은 자철광 펠렛으로 생산되며 철강 산업에서 추가 가공을 위한 중간재 역할을 합니다. 마그네타이트 펠릿(즉, 정제된 철광석)과 코크스(석탄의 정제된 형태)가 공급되는 용광로에서 마그네타이트 펠릿을 제련하여 생산됩니다. 액체 철은 주괴로 주조됩니다.

선철은 약 4% 또는 그 이상의 탄소 함량을 가지고 있습니다. 이것은 매우 부서지기 쉽습니다. 부서지기 쉽기 때문에 응용 분야가 제한적이며 주로 다운스트림 철강 제조용으로 생산됩니다. 또한 탄소 함량이 높지만 연성이 있어 취성이 적은 구상흑연주철 생산에도 사용됩니다.

제강 – 선철에서 평강 제품까지

평강 제품은 코일, 슬릿 코일 또는 시트 스택 형태로 판매됩니다. 전기로 와 같은 용광로에서 생산이 시작됩니다 . 일반적인 생산 공정은 아래 그림에 요약되어 있습니다.

용광로는 고철 또는 선철 펠릿을 액체 형태로 녹이는 데 사용됩니다. 원하는 재료 특성에 따라 추가 합금이 추가됩니다. 예를 들어 스테인리스 스틸에는 크롬이 포함되어 있습니다. 산소 공급은 용강의 탄소 함량을 줄이고 황화물과 산화물을 제거하기 위해 칼슘을 첨가합니다.

그런 다음 용강은 예를 들어 슬래브로 절단되는 연속 흐름에서 고체이지만 여전히 매우 뜨거운 상태로 주조됩니다. 생산 프로그램에 따라 슬래브는 슬래브 야드 에 저장되거나 열간 압연 으로 직접 전달됩니다 . 첫 번째 시나리오는 콜드 충전이라고 하며 후자는 직접 핫 충전이라고 합니다. 직접 열간 장입은 열간 압연을 위해 슬래브를 재가열할 필요가 없기 때문에 유리합니다. 이는 슬래브 야드에서 공급되는 냉간 슬래브에 대해 수행되며 열간 압연 공정에 앞서 재가열로에서 수행됩니다.

열간 압연기는 슬래브를 두께로 압연합니다. 압연 공정 전반에 걸쳐 압연기의 롤은 심한 마모를 경험합니다. 일반적으로 슬래브는 관 모양의 슬래브 압연 프로그램에서 압연됩니다. 여기서 폭이 작은 슬래브를 먼저 압연하고 슬래브 폭은 일정 지점까지 슬래브를 하나씩 늘려갑니다. 그 후 슬래브 폭이 다시 감소합니다. 이는 롤 마모 목적이 아니며, 롤이 가열(슬래브 폭이 낮을수록)한 다음 롤 열을 특정 지점 이상으로 안정화(슬래브 폭 감소)할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 압연기의 심한 마모로 인해 롤이 자주 교체됩니다. 이러한 롤 변경은 계획되어야 하며 직접 고온 충전과 함께 중요한 일정 최적화 레버입니다.

열간 압연 후 슬래브의 두께가 줄어들었고 이제 더 길어졌습니다. 처음에 그들의 온도는 약 2,000C였습니다. 이러한 온도에서의 냉각은 제어하기 어렵고 균일하지 않습니다. 따라서 열간 압연 코일의 표면은 거칠다. 모양이 둥글고 완벽하지 않습니다. 이것이 일부 열간 압연 코일이 산 세척 , 샌드 블라스팅, 산욕 및 그라인딩 라인 에서 나중에 표면 처리되는 이유입니다 .

열연 강판은 예를 들어 부동산 건설 작업, 농업 장비, 금속 건물, 스탬핑 및 자동차 프레임에 사용됩니다. 그러나 다른 응용 분야에서는 추가 압연 단계, 즉 냉간 압연이 필요합니다.

냉간 압연은 판 두께를 더욱 줄이고 표면 품질과 강의 강도를 향상시킵니다. 냉간 압연은 재결정 온도 이하에서 수행됩니다. 압연 공정은 강철에 작은 오류와 파열을 일으키고 구조를 변경합니다. 이것은 강철의 기계적 성질을 향상시킵니다. 또한 냉간 압연 실행 후 재결정화를 허용하는 어닐링 공정으로 처리할 수 있는 강철의 탄성을 낮출 수 있습니다. 요컨대 이것은 더 단단하고 더 강한 강철을 생성하며 더 유연하고 연성이 있으며 더 매끄럽고 더 균일하며 더 정의된 표면을 갖습니다. 이 유형의 강철은 예를 들어 금속 가구, 가전 제품 및 자동차 부품에 사용됩니다.

냉간 압연기 및 어닐링 라인 외에도 강철은 선삭 , 연삭 및 연마 라인 에서 냉간 처리될 수 있으며 예를 들어 트리밍 및 코팅될 수 있습니다. 결국 고객이 요구하는 경우 슬릿 코일로 자르고 포장됩니다. 이것은 슬리팅 및 포장 라인 에서 수행됩니다 .

자철석 펠렛 생산 분석

시뮬레이션은 자철석 펠릿 생산에 대해 제가 지적하고 싶은 주요 분석 응용 프로그램입니다. 시뮬레이션을 사용하여 기존 또는 계획된 시설의 레이아웃 및 프로세스를 가상 환경에서 모델링합니다. 모델은 개념 증명, 변형 비교(예: 두 레이아웃 변형을 서로 비교), 병목 현상 검색 또는 용량 계획을 목표로 하는 실험에 사용됩니다. 석탄 채굴에 대한 유사한 예가 다른 블로그의 SCDA에서 공유되었습니다. 아래 링크를 참조하십시오.

링크 : 오픈캐스트 마이닝 시뮬레이션

시뮬레이션 은 정적 미적분 또는 규범 기반 추정과 비교할 때 여러 가지 이점이 있습니다.

시뮬레이션은 시스템 역학, 즉 시간이 지남에 따라 발생하는 생산 공장의 실제 이벤트 체인을 고려합니다.
시뮬레이션은 상호 작용과 상호 의존성을 고려합니다. 예를 들어 크레인은 화물을 트럭에 내리기 전에 트럭을 기다려야 합니다.
시뮬레이션은 실제 프로세스 모델과 일정을 고려합니다. 예를 들어 일부 프로세스는 24시간 내내 작동하는 반면 다른 프로세스는 1교대 또는 2교대 모델로 작동합니다.
시뮬레이션은 타임라인을 따라 펼쳐지는 확률적 시스템 동작을 고려합니다. 예를 들어 기계 고장, 스크랩 비율, 잘못된 배치, 광석 함량의 차이 등이 있습니다.

검증된 시뮬레이션 모델이 개발되고 실제 또는 가정 데이터로 보정되면 다음과 같이 질문에 답하는 데 사용할 수 있습니다.

의도한 용량이 동적 생산 실행에 충분한가요? 자원 활용이 효율적이고 균형이 잘 잡혀 있습니까?
블렌딩 야드가 충분히 넓습니까?
예를 들어 파쇄기 및/또는 그라인더 사이에 내부 운송을 위한 차량이 충분합니까? 많은 차량이 있습니까?
혼합 문제와 광석 품질 및 함량의 차이를 고려하여 생산 안정성을 보장하기에 충분한 유지 관리 자원 단위가 있습니까?

자철광 펠릿화에 적용된 분석의 또 다른 좋은 예는 수학적 프로그래밍 입니다 . 예를 들어 블렌딩 야드의 블렌딩 문제에 적용할 수 있습니다. 마당에는 철 함량이 증가했지만 변화가 있는 미세한 입상 광석 파편이 포함되어 있으므로 수학 프로그램이 적용됩니다. 이러한 프로그램은 하나 또는 여러 목표를 최적화하는 것을 목표로 하는 최적화 모델입니다. 한 가지 일반적인 목표는 시간이 지남에 따라 균일한 철 함량을 유지하는 것입니다. 이는 균일한 내용물이 생산 비용을 줄이고 일관된 품질을 다운스트림에서 보장하기 때문입니다.

평판 제품 철강 생산 및 분석

평강 제품 생산에서 중요한 분석 측면 중 하나는 직접 열간 충전 입니다 . 직접 고온 충전은 에너지 소비를 줄여 가변 생산 비용을 줄여 운영 마진에 직접 추가합니다. 그러나 열간 압연기에서 압연된 슬래브의 일부만이 직접 열간 장입됩니다. 그 이유는 다양한 운영상의 제약 때문입니다. 그들 중 일부는 다음과 같습니다.

열간 압연기 및 캐스터의 다양한 변속 모델
열간 압연기 및 캐스터의 다양한 최대 처리량
예상치 못한 고객 주문, 즉 임시 생산 주문
열연 압연기의 관 모양 압연 프로그램
다운스트림 용량 제한(예: 버퍼, 냉간 가공 라인 또는 기타 후처리 라인)

이 모든 것을 고려하면 다양한 일정 문제가 철강 압연에서 해결됩니다. 첫째, 마스터 생산 일정을 수립하고 유지해야 합니다. 슬래브 야드 용량(냉간 충전) 및 캐스터 생산 일정(직접 고온 충전)과 고객의 요구를 일치시켜야 합니다. 또한 모든 연결된 프로세스 다운스트림과 정렬되어야 합니다. 둘째, 모든 관련 단위에 대해 단기 작업 순서를 설정하고 유지해야 합니다. 이에 대한 접근 방식은 복잡하며 공급자에 따라 다릅니다. 수학적 스케줄링은 계산량이 매우 많기 때문에 최적화 모델링과 휴리스틱 시뮬레이션 기반 스케줄링을 혼합하여 적용할 수 있습니다.

분석을 사용하여 접근하는 또 다른 문제는 슬래브 야드 자체에서 슬래브 소싱입니다. 특정 열간 압연기 생산 일정에 따라 때로는 고유한 슬래브를 슬래브 야드에서 순서대로 전달해야 합니다. 슬래브 마당에는 슬래브가 높은 더미로 쌓여 있습니다. 이것은 많은 양의 재적재 이동이 야드 크레인에 의해 수행되어야 함을 의미합니다. 이러한 이동은 비생산적인 이동이며 야드 처리량에 상당히 부정적인 영향을 미칩니다. 따라서 야드 크레인이 수행하는 작업 순서를 최적화하기 위해 수학적 최적화 모델링이 적용됩니다. 이러한 모델은 비생산적인 재적층 이동의 양을 줄이고 슬래브를 열간 압연기로 순서대로 전달하도록 보장합니다.

철강 생산 분석에 대한 결론

이 기사의 범위에 대해 다음과 같은 도구, 방법 및 기술을 광석 및 철강 생산에서 “분석”의 예로 고려했습니다.

재료 흐름 및 프로세스 시뮬레이션을 위한 이산 이벤트 시뮬레이션 .
스케줄링 및 시퀀싱과 같은 수학적 프로그래밍 .

저는 철광석 펠릿화 및 철강 압연에서 이러한 분석 응용 프로그램의 예를 제공했습니다. 적용 예는 다음과 같습니다.

철강 가치 사슬 전반에 걸쳐 생산 비용을 줄이고 투입 품질을 균일하게 하기 위해 혼합기 야드에서 철광석을 혼합합니다.
내부 운송 시스템, 처리 용량 등에서 시설의 병목 현상을 감지하기 위한 기존 생산 시설의 프로세스 시뮬레이션
비용 절감, 시설 활용 및/또는 리드 타임 단축을 위한 작업 일정.

철 펠릿 및 강철 생산에 적용할 수 있는 다른 유형의 분석 방법 및 기술이 있습니다. 여기에는 일반화 가능하고 관련 없는 산업에 적용되는 것이 포함됩니다. 예를 들어 예측 유지 관리 및 안내된 수요 계획을 위한 예측 응용 프로그램입니다. 또는 인력 및 기타 유형의 공유 자원 풀을 위한 교대 근무 일정을 위한 제약 프로그래밍. 대신에 저는 보다 산업에 특화된 사례를 강조했습니다.

광업, 알루미늄 압연 또는 기타 산업 분야에서 응용 분석의 더 많은 예를 읽는 데 관심이 있다면 다음 문서를 참조하는 것이 좋습니다.

Lucas Neves

산업용 철광석 채굴 및 선철 생산 경험이 있는 광산 엔지니어. 채광 작업 시뮬레이션 전문가.

철강 생산 가치 사슬의 분석