田斌

摘 要文章介紹了萊鋼型鋼煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐智能出鋼系統(tǒng)。通過對轉(zhuǎn)爐傾動、鋼包車及合金溜槽相關(guān)模型的建立，利用自動化手段，實(shí)現(xiàn)無人值守智能出鋼，并降低了鋼水的含磷量。

【關(guān)鍵詞】出鋼 智能化 轉(zhuǎn)爐

隨著工業(yè)4.0概念的提出，智能工廠的建設(shè)成為了工業(yè)4.0最重要的發(fā)展方向。萊鋼型鋼煉鋼廠以此為契機(jī)，將智能工廠的建設(shè)提上工作日程。建設(shè)思路是將轉(zhuǎn)爐工藝劃分成不同模塊，通過各個模塊的智能化，使得整個智能工廠建設(shè)得以實(shí)現(xiàn)。出鋼工藝作為轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝的重要一環(huán)被劃為一個模塊，自動化系統(tǒng)開發(fā)后經(jīng)過多次的調(diào)試與改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)智能出鋼。

1 原因分析

萊鋼型鋼煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐為150t脫磷爐，原出鋼工藝為吹氧結(jié)束后，由出鋼工在爐后根據(jù)鋼水的下渣情況及鋼水的出鋼量，通過操作臺不斷手動調(diào)整鋼包車距離及搖爐角度，使鋼水流入鋼包中，同時在鋼水流出總量的1/4時，通過旋轉(zhuǎn)溜槽向鋼包中加入脫氧劑及合金，進(jìn)行鋼水脫氧和合金化，在觀察到出鋼口下渣時結(jié)束出鋼，將轉(zhuǎn)爐搖至零位。整個工藝過程至少需要2名操作人員的配合。

2 系統(tǒng)開發(fā)

為了減少工藝過程中的人工參與，減免人為安全事故，縮短工藝流程時間，提高鋼水質(zhì)量，我們對出鋼工藝的自動化系統(tǒng)做了重新開發(fā)，并制定了以下方案：

（1）原鋼包車為人工手動操作，通過目視及經(jīng)驗(yàn)判斷鋼包車位置，需要增加傳感裝置用以測量鋼包車的行程。通過對編碼器和激光測距儀在性能，安全性及易維護(hù)等多方面的對比考慮后，決定在爐后0米平臺增加激光測距儀1臺，通過距離實(shí)時檢測實(shí)現(xiàn)鋼包車自動運(yùn)行的控制；

（2）根據(jù)出鋼時鋼包車距離與轉(zhuǎn)爐傾動角度的對應(yīng)關(guān)系，建立多套出鋼模型，依據(jù)模型，通過分階段方式對鋼包車距離及搖爐角度進(jìn)行耦合控制。按照鋼水的傾倒角度，不斷自動調(diào)整鋼包車的距離，使鋼水順利流入鋼包中；

（3）為保證在出鋼過程中自動向鋼包中加入脫氧劑及合金，需要在合金旋轉(zhuǎn)溜槽的減速機(jī)軸上加裝編碼器，依據(jù)模型，通過出鋼量與搖爐角度的耦合，經(jīng)過編碼器定位，一次或多次自動控制旋轉(zhuǎn)溜槽向鋼包車內(nèi)加合金；

（4）增加爐后下渣檢測系統(tǒng)，出鋼結(jié)束后，通過與下渣檢測系統(tǒng)的通訊，接收關(guān)閉滑動出鋼口信號，自動搖爐至轉(zhuǎn)爐零位，出鋼過程結(jié)束。

3 系統(tǒng)優(yōu)化

系統(tǒng)開發(fā)完成后，經(jīng)過多次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)實(shí)際運(yùn)行中存在諸多問題。隨后，我們對系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化：

（1）為了保障安全，增加一臺激光測距儀作為冗余，并將兩臺數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時對比。一旦發(fā)生數(shù)據(jù)不同步的情況，立即終止出鋼過程；

（2）因鋼包車所處位置的環(huán)境較惡劣，以及出于安全性方面的考慮，沒有在鋼包車上安裝抱閘，因此通過不斷的調(diào)試，找到適合鋼包車剎車距離的提前量參數(shù)；

（3）通過對轉(zhuǎn)爐傾動變頻參數(shù)的調(diào)整，使出鋼過程中，能夠精確控制轉(zhuǎn)爐傾動角度；

（4）根據(jù)鋼水渣量的不同，選擇一次關(guān)閉滑動出鋼口或者二次關(guān)閉滑動出鋼口。以防止出現(xiàn)渣中物質(zhì)污染鋼水的現(xiàn)象；

（5）因系統(tǒng)采用Siemens S7-400PLC，因此在調(diào)試穩(wěn)定后，將程序封裝為GRAPH流程圖模塊，如圖1所示，以便于程序監(jiān)控及故障的查找。

（6）受各種條件限制，該系統(tǒng)還有一些不足之處，今后可以進(jìn)一步完善。例如在爐后增加紅外熱成像系統(tǒng)，以檢測爐內(nèi)鋼水情況以及鋼水是否從大爐口溢出，以便及時擋渣及停止出鋼。在保證生產(chǎn)安全的同時，能夠更加精確的建立出鋼模型，使智能出鋼系統(tǒng)能夠做到實(shí)時調(diào)整，進(jìn)一步提高鋼水質(zhì)量。

4 使用效果

系統(tǒng)投入使用以后，能夠在轉(zhuǎn)爐吹氧過程結(jié)束后，一鍵轉(zhuǎn)為智能出鋼，在爐后無人值守的情況下，轉(zhuǎn)爐以2度的精確度自動向后搖爐，同時鋼包車配合傾動角度自動行駛至相應(yīng)位置，并且鋼包車能在30cm之內(nèi)精確控制，在爐體搖至-90度時，合金旋轉(zhuǎn)溜槽分兩次自動加入脫氧劑及合金，出鋼快結(jié)束時，通過與爐后下渣檢測系統(tǒng)的通訊，根據(jù)渣量接收關(guān)閉滑動出鋼口信號，轉(zhuǎn)爐自動搖爐至零位，出鋼過程結(jié)束，工藝流程如圖2所示。整個出鋼流程縮短時間2分鐘。由于出鋼結(jié)束信號由人為控制的秒級提升至自動控制的毫秒級，減少了出鋼時下渣量，避免鋼包中的鋼水回磷，使得鋼水含磷量平均降低0.003%，確保每爐鋼水磷含量在0.02%以內(nèi)。

5 結(jié)論

萊鋼型鋼煉鋼廠4#轉(zhuǎn)爐智能出鋼系統(tǒng)自2016年4月正式投入生產(chǎn)一年以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，并順利移植到其他3座120t轉(zhuǎn)爐。該系統(tǒng)的成功應(yīng)用精簡了崗位富余人員，縮短了煉鋼流程時間，提升鋼水質(zhì)量的同時避免了人為操作導(dǎo)致的大爐口下渣、下鋼以及將鋼水放到鋼包以外的事故，為智能工廠的建設(shè)打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

作者單位

山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司 山東省萊蕪市 271104