王金輝，王洪濤，王巒濤，張國垣，吳躍鵬

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

煉鋼生產(chǎn)過程中，鋼包不僅是鋼水轉(zhuǎn)運(yùn)的載體，更是將轉(zhuǎn)爐、爐外精煉和連鑄等生產(chǎn)工序有機(jī)聯(lián)系起來的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。加強(qiáng)對(duì)鋼包的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和有效管理，可以有效的提高生產(chǎn)節(jié)奏。鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠（以下簡稱“三分廠”）廠房布局不合理，煉鋼車間和連鑄車間相距400 m，一直使用火車運(yùn)輸鋼包，且依靠人工管理鋼包運(yùn)輸過程，對(duì)生產(chǎn)調(diào)度擾動(dòng)較大。為了保證生產(chǎn)節(jié)奏有序進(jìn)行，提高生產(chǎn)效率，三分廠于2017年研究開發(fā)了鋼包定位系統(tǒng)，且對(duì)原有生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煉鋼生產(chǎn)過程的智能管控，本文對(duì)此做一介紹。

1 鋼包定位系統(tǒng)的開發(fā)

1.1 鋼包定位系統(tǒng)構(gòu)架

三分廠廠房布局示意圖見圖1。如圖1所示，廠房包括鋼包整備位、烘烤位、轉(zhuǎn)爐、爐外精煉和鑄機(jī)15個(gè)工藝處理位。另有4臺(tái)鋼水轉(zhuǎn)運(yùn)吊車，每臺(tái)吊車安裝車載數(shù)據(jù)采集終端。

圖1 廠房布局示意圖Fig.1 Diagram of Workshop Layout

1.2 鋼包定位系統(tǒng)的組成

鋼包定位系統(tǒng)主要由吊車系統(tǒng)和吊車外系統(tǒng)構(gòu)成，圖2為吊車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖3為吊車外系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。鋼包定位系統(tǒng)主要包括稱重傳感器、天車定位讀寫器天線、高度補(bǔ)償編碼器、小車定位器、大屏幕顯示器、串口服務(wù)器、以太網(wǎng)交換機(jī)、無線AP和服務(wù)器計(jì)算機(jī)等。讀寫器共26個(gè)，為超高頻，主要安裝在鋼包定位工位旁，用于采集現(xiàn)場吊車重量、吊車位置、吊車主小車位置和鋼包位置。吊車定位天線安裝在天線端面，吊車走行路徑的每個(gè)固定工位安裝1個(gè)電子標(biāo)簽。由于鋼包表面溫度達(dá)到300℃，因此鋼包需要使用耐高溫電子標(biāo)簽。

圖2 吊車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural Drawing of Crane System

圖3 吊車外系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structural Drawing of Crane External System

1.3 鋼包定位系統(tǒng)客戶端

鋼包定位系統(tǒng)客戶端由計(jì)算機(jī)客戶端和手機(jī)APP客戶端組成，實(shí)時(shí)顯示鋼包位置、吊車狀態(tài)、各工位生產(chǎn)狀態(tài)、各工位讀寫器狀態(tài)和鋼包預(yù)測(cè)信息等。服務(wù)器計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)從現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù)，采集鋼包到達(dá)每個(gè)工位的時(shí)間點(diǎn)，計(jì)算每個(gè)工序的處理時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼包的精準(zhǔn)管控。

1.4 RFID定位系統(tǒng)

根據(jù)鋼包定位系統(tǒng)的使用環(huán)境和工藝特點(diǎn)，采用抗干擾性強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定性好的射頻識(shí)別系統(tǒng)（RFID）對(duì)鋼包進(jìn)行定位。RFID定位系統(tǒng)利用無線射頻方式進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。該系統(tǒng)主要由讀寫器、電子標(biāo)簽、天線和應(yīng)用系統(tǒng)組成。讀寫器主要負(fù)責(zé)與電子標(biāo)簽的雙向通信，電子標(biāo)簽是由IC芯片和無線通信天線組成的微型小標(biāo)簽，其內(nèi)置的射頻天線用于和讀寫器進(jìn)行通信，也稱為無源標(biāo)簽。RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structural Drawing of RFID System

RFID的工作流程：讀寫器內(nèi)部自發(fā)產(chǎn)生一個(gè)載波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過讀寫器的發(fā)射天線向外發(fā)射，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器所發(fā)射的電磁波有效覆蓋區(qū)域內(nèi)時(shí)，電子標(biāo)簽被激活。標(biāo)簽憑借電磁感應(yīng)電流所獲得的能量將儲(chǔ)存在芯片中的自身編碼信息通過發(fā)送天線發(fā)送。讀寫器接收天線接收到標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號(hào)后，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送給讀寫器，讀寫器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和譯碼后傳輸給二級(jí)計(jì)算機(jī)。

2 生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)化

鋼包定位系統(tǒng)和原有MES（三級(jí)生產(chǎn)系統(tǒng)）相結(jié)合，使鋼包運(yùn)輸過程得到有效管控，生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)得到數(shù)據(jù)支持。在鋼包實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)跟蹤的基礎(chǔ)上，建立鋼包管理系統(tǒng)，根據(jù)鋼包溫度和特性使用鋼包，使生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的效率大幅提升。

2.1 建立鋼包管理系統(tǒng)

2.1.1 鋼包溫度測(cè)量

在轉(zhuǎn)爐氬站平臺(tái)的取樣位置安裝在線測(cè)溫儀，當(dāng)鋼包車從坐罐位向出鋼位走行，經(jīng)過氬站平臺(tái)時(shí)，測(cè)溫儀自動(dòng)跟蹤鋼包，并通過信號(hào)處理及時(shí)讀取鋼包的溫度信息。

2.1.2 鋼包溫度分級(jí)

依據(jù)在線測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)將鋼包分為A、B、C、D四個(gè)等級(jí)，表1為鋼包溫度等級(jí)描述。D等級(jí)最好，A等級(jí)最差，不同的鋼包等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的操作建議。

表1 鋼包溫度等級(jí)描述Table 1 Description of Temperature Grade for Ladle

2.1.3 智能推薦鋼包模塊建立

在鋼包一個(gè)完整壽命周期內(nèi)，由于盛裝鋼水的成分不同，鋼包再一次使用時(shí)要禁止盛裝某一類鋼種。例如上一罐生產(chǎn)高硅鋼或高碳鋼后，下一罐將不能生產(chǎn)低硅鋼或超低碳鋼種。為了實(shí)現(xiàn)智能管理，在后臺(tái)程序中以鋼質(zhì)代碼為基本單位，設(shè)置鋼包禁用規(guī)則，作為智能推薦鋼包模塊的限制性邊界條件。系統(tǒng)可以自動(dòng)運(yùn)行智能推薦鋼包模塊，推薦最合理的待用鋼包。通過人機(jī)對(duì)話畫面完成鋼包的最后確認(rèn)工作。

2.2 工序時(shí)間數(shù)據(jù)庫的建立

鋼包定位系統(tǒng)和鋼包管理系統(tǒng)的開發(fā)和建立，解決了鋼包運(yùn)輸過程管控和鋼包合理使用問題。但是爐外精煉等工序的處理時(shí)間和各工序的倒運(yùn)時(shí)間仍然是生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)高效運(yùn)行的限制性因素。因此，結(jié)合鋼種特點(diǎn)建立了工序時(shí)間數(shù)據(jù)庫。

2.2.1 鋼種一級(jí)分類

以爐外精煉選擇的工位進(jìn)行劃分，將所有鋼種劃分為四大類。

ANS類：爐外精煉CAS-OB爐處理類鋼種；

RH類：爐外精煉RH-TB真空爐處理類鋼種；

LF類：爐外精煉LF爐處理類鋼種；

雙聯(lián)類：必須經(jīng)過RH-TB真空爐和LF爐先后處理的鋼種。

2.2.2 鋼種二級(jí)分類

根據(jù)成分控制的難易程度和處理時(shí)間平均增加量劃分。表2為RH類鋼種二級(jí)分類對(duì)應(yīng)工序時(shí)間表。

表2 RH類鋼種二級(jí)分類對(duì)應(yīng)工序時(shí)間表Table 2 Schedule for Secondary Classification of RH Steel Grades by Corresponding Process min

R-2為RH工位的基準(zhǔn)鋼種，其工序用時(shí)為120 min，其他鋼種根據(jù)成分和鋼種特性，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了時(shí)間調(diào)整。比如：R-1為RH淺處理鋼種（真空度大于0.2 kPa情況下，在RH進(jìn)行二次爐外精煉處理的鋼種統(tǒng)稱），不需要進(jìn)行深脫碳工藝，工序處理時(shí)間為 110 min，節(jié)約深脫碳時(shí)間10 min；又如G-5為取向硅鋼鋼種，硅含量高，酸溶鋁成分控制范圍窄，爐外二次精煉過程需要多等2個(gè)檢驗(yàn)結(jié)果，因此工序時(shí)間較長，為147 min。

2.2.3 工序耗時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化

規(guī)范KR脫硫工位至鑄機(jī)工位的各工序耗時(shí)。以RH類鋼種G-1分類為例，各工序耗時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間如表3所示。由表3看出，將整個(gè)工序分為五個(gè)階段，每個(gè)階段的耗時(shí)均進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化管理。由于各類鋼種成分和自身設(shè)計(jì)的需要，除“進(jìn)入RH至離開RH、離開RH至開澆”階段存在一定差別，其他鋼種的工序也實(shí)現(xiàn)了過程控制標(biāo)準(zhǔn)化。

表3 G-1類鋼種各工序耗時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間Table 3 Standardized Time for Consuming Time of All Working Procedures for Production of G-1 Steel Grade min

2.2.4 數(shù)據(jù)庫維護(hù)

數(shù)據(jù)庫定期維護(hù)，保證與實(shí)際生產(chǎn)情況相符。工序時(shí)間數(shù)據(jù)庫維護(hù)參數(shù)如圖5所示。

圖5 工序時(shí)間數(shù)據(jù)庫維護(hù)參數(shù)Fig.5 Maintenance Parameters for Process Time Database

在四大類鋼種一級(jí)分類和二級(jí)分類的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將數(shù)據(jù)庫細(xì)化為22個(gè)可調(diào)整窗口，每月根據(jù)某類鋼種的實(shí)際工序時(shí)間，對(duì)窗口值進(jìn)行微調(diào)和對(duì)鋼種代碼進(jìn)行重新分類，保證數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際生產(chǎn)情況相符。

建立工序時(shí)間數(shù)據(jù)庫，為生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)調(diào)度的實(shí)時(shí)化，做到了“計(jì)劃執(zhí)行按時(shí)按點(diǎn)，工序過程實(shí)時(shí)可控，異常情況智能調(diào)整”。同時(shí)借助原有MES系統(tǒng)和ERP管理系統(tǒng)，合理運(yùn)輸鑄坯，準(zhǔn)確配車。

3 應(yīng)用效果

鋼包定位系統(tǒng)投入使用后，提高了對(duì)上下工序銜接過渡環(huán)節(jié)的管控能力，應(yīng)用前后轉(zhuǎn)爐出鋼溫度等指標(biāo)對(duì)比見表4。

表4 鋼包定位系統(tǒng)應(yīng)用前后轉(zhuǎn)爐出鋼溫度等指標(biāo)對(duì)比Table 4 Comparison of Indexes Including Tapping Temperature in Converter before and after Application of Positioning System for Ladle

由表4看出，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度較系統(tǒng)應(yīng)用前降低12.2℃，二次精煉鋼水升溫幅度穩(wěn)中有降，平均升溫比系統(tǒng)應(yīng)用前下降2.3℃，鋼包在線周轉(zhuǎn)個(gè)數(shù)減少2個(gè)，約減少20%。

4 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠鋼包定位系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地跟蹤鋼包信息，為生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)支持和決策支持。該系統(tǒng)投入使用后，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度降低12.2℃，二次精煉鋼水平均溫度下降2.3℃，鋼包在線周轉(zhuǎn)個(gè)數(shù)減少20%，保證了生產(chǎn)節(jié)奏的有序進(jìn)行，提高了生產(chǎn)效率。