陸永軍

（甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司不銹鋼分公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

近年來(lái)，隨著我國(guó)科技實(shí)力不斷提升，以冶金工業(yè)為代表的高耗能傳統(tǒng)工業(yè)類型正面臨著轉(zhuǎn)型的迫切需要，以此更好地平衡市場(chǎng)需求與“資源”“環(huán)保”“成本”之間的沖突問(wèn)題。面對(duì)這一情況，冶煉廠需要積極尋求新型生產(chǎn)技術(shù)，從而解決以軋制工序?yàn)榇淼哪茉聪牟缓侠憩F(xiàn)象，更好地提高自身企業(yè)綜合實(shí)力，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)提供更多支持與助力。

1 冶煉廠生產(chǎn)過(guò)程中的主要耗能環(huán)節(jié)

1.1 金屬煉制環(huán)節(jié)

在冶煉廠的完整生產(chǎn)流程當(dāng)中，僅僅“冶金”一道工序便幾乎占據(jù)了總耗能情況的35%左右，因此可以說(shuō)是現(xiàn)階段冶煉廠技術(shù)革新工作中的關(guān)注焦點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的冶金工序需要經(jīng)歷“焦?fàn)t”與“高爐”等兩道煉制環(huán)節(jié)，于是人們基于對(duì)能源合理利用的工作要求，對(duì)這兩道工序進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。例如在焦?fàn)t生產(chǎn)過(guò)程中，人們先后研發(fā)出了干熄焦法等工藝，并配合燃料干燥技術(shù)顯著提高了能源使用效率；而在高爐生產(chǎn)環(huán)節(jié)，人們主要是針對(duì)能源的循環(huán)利用視角，研發(fā)了燃?xì)庥鄩喊l(fā)電、熱風(fēng)爐余熱回收、干式除塵等具體技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)減少能源損耗，并提高金屬冶煉工作效率的目的[1]。

1.2 冶金環(huán)節(jié)

冶金同樣是冶煉廠生產(chǎn)過(guò)程中的主要能源損耗環(huán)節(jié)，針對(duì)其在以往生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，人們先后研發(fā)出了平爐冶金、精煉環(huán)節(jié)、連鑄技術(shù)等新型工藝，并配合廢廢物料的預(yù)熱、轉(zhuǎn)爐燃?xì)饣厥?、廢渣熱能回收、電爐二次燃燒等余能回收技術(shù)，雖然在一定程度上緩解傳統(tǒng)工藝存在的高耗能現(xiàn)象，但是由于人為控制不夠精確等因素的存在，依舊無(wú)法保障節(jié)能效果達(dá)到理想狀態(tài)。

1.3 金屬的軋制環(huán)節(jié)

冶煉生產(chǎn)過(guò)程中的主要成本費(fèi)用幾乎都集中在軋制環(huán)節(jié)，并涉及到冷軋、胚料加熱、退火、熱軋等高耗能工藝，因此在這一階段所產(chǎn)生的能源成本占據(jù)了金屬加工總成本的65%～70%，可以說(shuō)是當(dāng)前冶煉廠實(shí)施節(jié)能生產(chǎn)的關(guān)鍵之處。而現(xiàn)階段人們對(duì)于軋鋼節(jié)能生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)主要側(cè)重于通過(guò)合理的計(jì)算爐內(nèi)溫度以及熱回收技術(shù)來(lái)減少軋制時(shí)間從而實(shí)現(xiàn)減少能源消耗的目的，因此在實(shí)際生產(chǎn)階段通常也較為依賴計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的精確計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)能源利用效率的最大化[2]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)部署的冶煉工業(yè)爐

通過(guò)對(duì)以上生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的節(jié)能技術(shù)分析可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)技術(shù)的研發(fā)方向主要集中于對(duì)物理能與化學(xué)能的回收利用，從而實(shí)現(xiàn)在冶金生產(chǎn)過(guò)程中，高度精確的控制其能源損耗問(wèn)題。因此基于物聯(lián)網(wǎng)部署的冶煉工業(yè)爐實(shí)質(zhì)上是一種以環(huán)境傳感器為主要核心部件的冶金生產(chǎn)系統(tǒng)，通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對(duì)其生產(chǎn)流程的全面覆蓋，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程所產(chǎn)生的各項(xiàng)物理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集以及監(jiān)測(cè)，并基于中樞控制系統(tǒng)的統(tǒng)籌部署，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)各個(gè)子單元設(shè)備的精確控制。據(jù)試驗(yàn)成果顯示，經(jīng)過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施覆蓋后的冶金生產(chǎn)系統(tǒng)，以其水泵、電機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等各項(xiàng)子單元電氣設(shè)備總耗能為1.6億kW為標(biāo)準(zhǔn)，可以有效節(jié)省其能源損耗率10%～15%；而在更換新型節(jié)能設(shè)備的基礎(chǔ)上，可以將此數(shù)據(jù)再度上調(diào)2%～3%；輔助新型冶金自動(dòng)化技術(shù)之后，該數(shù)據(jù)可再度提高5%～8%[3]。

但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理主要依靠數(shù)據(jù)采集而進(jìn)行系統(tǒng)的全面控制，因此設(shè)計(jì)前期需要重點(diǎn)關(guān)注以下問(wèn)題：①傳感器覆蓋范圍內(nèi)需要確?？臻g開(kāi)闊，避免存在障礙物而影響到傳感器的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)功能；②數(shù)據(jù)采集端需要保證各個(gè)基礎(chǔ)傳感器具有相同的感應(yīng)半徑與網(wǎng)絡(luò)通訊半徑，以保證均勻覆蓋工作區(qū)域，不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)遺漏現(xiàn)象。具體而言，即要求以傳感器自身感應(yīng)半徑為中心，每一個(gè)圓形測(cè)控區(qū)間為O（x，rs），其通訊區(qū)間也需要保證為O（x，rs）；③對(duì)傳感器組成區(qū)域連通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化處理，確保各個(gè)子單元與中樞系統(tǒng)之間的工作暢通。

3 以物聯(lián)網(wǎng)為核心的冶金生產(chǎn)自控節(jié)能設(shè)計(jì)

3.1 風(fēng)機(jī)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

風(fēng)機(jī)是冶金過(guò)程中的重要機(jī)電設(shè)備，通過(guò)合理控制風(fēng)壓強(qiáng)度，可以有效調(diào)控生產(chǎn)過(guò)程中的煤熱比例問(wèn)題，從而在滿足生產(chǎn)需求的同時(shí)，有效降低機(jī)組的能耗、電耗問(wèn)題。因此在物聯(lián)網(wǎng)視域下，工作人員可以通過(guò)風(fēng)壓設(shè)定的方式，來(lái)對(duì)風(fēng)門施加相應(yīng)荷載，以此控制其具體開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)合理控制能源供給與機(jī)組生產(chǎn)溫度之間的比例關(guān)系。為了更好實(shí)現(xiàn)這一目的，工作人員需要基于不同冶煉情況下對(duì)于爐內(nèi)溫度與冶煉時(shí)長(zhǎng)的相關(guān)需求，來(lái)縝密計(jì)算風(fēng)壓強(qiáng)度與工業(yè)爐內(nèi)燃燒效果之間的平衡關(guān)系，從而通過(guò)初試設(shè)定來(lái)精確控制系統(tǒng)中心根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)反饋回來(lái)的相關(guān)信號(hào)實(shí)施數(shù)據(jù)控制[4]。

3.2 爐排繪制的參數(shù)化程序設(shè)計(jì)

爐排繪制是冶煉廠自動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于涉及到的操作環(huán)節(jié)復(fù)雜，并且精確度要求極高，因此工作人員可以采用CAD系統(tǒng)來(lái)簡(jiǎn)化其設(shè)計(jì)流程，并提高初始參數(shù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。爐排繪制的初始參數(shù)主要服務(wù)于今后工作人員的菜單操控，因此關(guān)于爐排的單位標(biāo)準(zhǔn)可以以6噸為界限，并根據(jù)機(jī)組工作過(guò)程中根據(jù)爐排片數(shù)、位置、起點(diǎn)、傾角等相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)爐排尺寸與間距相隔。隨后利用AutoLISP軟件，在圖紙的指定位置插入爐排圖像，并根據(jù)設(shè)計(jì)需求在對(duì)話框內(nèi)輸入爐排的具體間隔、數(shù)量，從而可以有效避免干擾因素，自動(dòng)根據(jù)合理方案來(lái)生成水平排列的爐排列陣。

3.3 爐墻繪制的參數(shù)化程序設(shè)計(jì)

爐墻繪制程序同樣基于CAD技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其在實(shí)際工作過(guò)程中可以首先將不同類型的爐墻參數(shù)輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，然后自動(dòng)生產(chǎn)相關(guān)的爐墻模型。隨后工作人員在進(jìn)行參數(shù)設(shè)置的過(guò)程中可以通過(guò)點(diǎn)擊不同的爐墻類型，來(lái)自動(dòng)生產(chǎn)相應(yīng)的幻燈片，通過(guò)模擬機(jī)組系統(tǒng)的工作效果來(lái)幫助工作人員選擇并調(diào)控爐墻結(jié)構(gòu)尺寸。

4 冶煉廠自動(dòng)化技術(shù)節(jié)能實(shí)踐效果

4.1 高爐生產(chǎn)控制

高爐生產(chǎn)控制主要是通過(guò)傳感裝置對(duì)其工作系數(shù)的感應(yīng)，使系統(tǒng)中樞能夠自動(dòng)對(duì)燃料供給與風(fēng)機(jī)工作效率進(jìn)行操控，從而有效實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)某容積為1000立方的高爐進(jìn)行控制，可以有效根據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)反饋回來(lái)的溫度參數(shù)來(lái)對(duì)風(fēng)門開(kāi)度、燃料供給進(jìn)行控制，在系統(tǒng)預(yù)設(shè)的生產(chǎn)系數(shù)下不僅有效減少了冶金過(guò)程中出現(xiàn)廢品的幾率，同時(shí)還能夠保證能源供應(yīng)的合理化，減少了1%～3%的能源使用情況，合計(jì)一年約節(jié)省4000噸燃料。不僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目的，也在保證生產(chǎn)質(zhì)量的前提下降低了原材料成本。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，該環(huán)節(jié)還可以通過(guò)對(duì)多相流煤粉檢測(cè)技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣的回收與循環(huán)利用，如此不僅能夠?qū)γ簤K燃料進(jìn)行二次利用，也可以有效保證金屬冶煉過(guò)程中的生產(chǎn)溫度。具體操作可以采用鎳鉻一鎳硅熱電偶對(duì)爐內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，然后結(jié)合余壓放電來(lái)控制煤氣釋放的穩(wěn)定性與燃燒強(qiáng)度，以此保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2 電爐生產(chǎn)控制

電爐生產(chǎn)控制是在進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)之前，由人工在操作面板上設(shè)置生產(chǎn)批次當(dāng)中的材料重量與規(guī)格，然后由電爐電極微控程序進(jìn)行統(tǒng)一控制，合理安排電爐的功率輸出及作業(yè)時(shí)長(zhǎng)，如此不僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能目的，也可以更加合理的規(guī)劃生產(chǎn)材料使用情況。相較于傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，這種技術(shù)可以有效提升15%～20%的生產(chǎn)效率，并減少電路工作期間3%～14%的能源數(shù)損耗。此外在傳統(tǒng)的冶金流水線中常常會(huì)用到?jīng)_渣水泵、轉(zhuǎn)爐排煙機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、高爐除塵風(fēng)機(jī)等高耗能設(shè)備，這些電氣設(shè)備通常都會(huì)具有周期性的耗能負(fù)荷特點(diǎn)。針對(duì)這一特點(diǎn)，人們可以采用交流變頻等自動(dòng)化調(diào)控技術(shù)，進(jìn)一步在已有基礎(chǔ)上繼續(xù)節(jié)省20%～40%的電能。

4.3 金屬軋制加熱爐生產(chǎn)控制

金屬軋制加熱爐控制是較為典型的數(shù)字化模型與智能調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用代表，其通過(guò)傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)于工作過(guò)程中的各項(xiàng)工作數(shù)據(jù)采集，來(lái)靈活的向水平與縱向系統(tǒng)進(jìn)行拓展，并根據(jù)上位機(jī)所發(fā)出的具體指令來(lái)調(diào)控自身工作參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行精細(xì)化控制，不僅能夠有效提高生產(chǎn)加工效率，也使得機(jī)組各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)誤差被縮小到0.6%以內(nèi)。據(jù)實(shí)際工作數(shù)據(jù)測(cè)量現(xiàn)實(shí)，在該項(xiàng)技術(shù)調(diào)控下，加熱爐內(nèi)的恒溫誤差可以控制在5攝氏度，并且燃料燃燒過(guò)程中會(huì)自動(dòng)感應(yīng)并調(diào)節(jié)爐內(nèi)空氣比例，不僅確保天然氣的充分燃燒，還能夠節(jié)省4%左右的能源使用情況。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文首先分析了傳統(tǒng)冶金工業(yè)中主要產(chǎn)生能源損耗的相關(guān)環(huán)節(jié)，進(jìn)而對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)模式進(jìn)行了解讀，并提出其設(shè)計(jì)構(gòu)想，最后以實(shí)踐生產(chǎn)應(yīng)用為例，詳細(xì)介紹了實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的技能技術(shù)與措施，希望能夠有效推動(dòng)當(dāng)前冶煉廠的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型。