范天驕 柯長松 徐永權(quán) 趙 健 龍泉泉

(1.中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司，2.中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院有限公司，3.遼寧冶金設(shè)計研究院有限公司)

“界面技術(shù)”是指相鄰工序之間的銜接—匹配、協(xié)調(diào)—緩沖的技術(shù)、物質(zhì)流的物理和化學(xué)性質(zhì)調(diào)控技術(shù)及其相關(guān)裝置[1-5]。鐵水智能調(diào)度技術(shù)是煉鐵—煉鋼之間重要的“界面技術(shù)”之一。該技術(shù)涵蓋煉鐵、煉鋼等主體工序的銜接緩沖，包含物質(zhì)流(流量、成分)、能量流、溫度、時間等基本參數(shù)銜接、匹配、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，包括工序、裝置、容量、輸送設(shè)備、運輸路線、調(diào)度管理等諸多內(nèi)容。文章在對某鋼鐵企業(yè)現(xiàn)場鐵水調(diào)度管理現(xiàn)狀進行深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)以客觀數(shù)據(jù)為依據(jù)的鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)，通過適應(yīng)性改造、硬件建設(shè)和軟件建設(shè)，建成基于物質(zhì)—能量流協(xié)同的鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)，達到車輛調(diào)度、鐵水罐調(diào)度、行車調(diào)度管理等的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，實現(xiàn)對鐵水運輸調(diào)度過程的規(guī)范管理，提高運輸效率，減少鐵水運輸過程溫降，提高鐵水入轉(zhuǎn)爐溫度，達到節(jié)能降耗減碳的目的。

1 某企業(yè)鐵水調(diào)度現(xiàn)狀及問題

某企業(yè)煉鋼工序分老區(qū)和新區(qū)，老區(qū)建有75 t轉(zhuǎn)爐2座，新區(qū)建有150 t轉(zhuǎn)爐2座?，F(xiàn)有高爐6座，在正常生產(chǎn)情況下，2座高爐鐵水供給煉鋼老區(qū)，4座高爐鐵水供給煉鋼新區(qū)。

(1)鐵路線

該企業(yè)鐵路運輸系統(tǒng)主要由1條主干道、2片道岔區(qū)域及若干條支道組成，整體呈兩個“人”字形。該鐵路線不僅承擔(dān)著運輸鐵水罐任務(wù)，而且擔(dān)負(fù)著鋼渣罐、鋼渣盆的運輸任務(wù)。

(2)機車與罐車

參與鐵路運輸?shù)臋C車共有10臺，負(fù)責(zé)運送鐵水和鐵渣。參與鐵水運輸?shù)蔫F水罐共有96個，型號分為90 t鐵水罐和75 t鐵水罐。

(3)鐵水調(diào)度

目前參與鐵水調(diào)度的人員包括：總調(diào)度室調(diào)度員、煉鋼的鐵水調(diào)度員、煉鐵廠看包人員、煉鐵廠工段長、鐵水罐機車司機、鋼渣罐機車司機以及各機車的連接員。

(4)主要問題及原因

企業(yè)鐵路線要同時承擔(dān)鐵水重罐、輕罐運輸任務(wù)以及轉(zhuǎn)爐鋼渣重罐、輕罐運輸任務(wù)，尤其是鋼渣運輸和鐵水運輸方向相反，煉鋼車間進站處經(jīng)常有重罐積壓，使得后續(xù)機車無法進站而占用鐵路主干道，導(dǎo)致鐵路主線上的交通近乎停滯。同時頻繁出現(xiàn)鐵路擁堵現(xiàn)象，大大增加了鐵水重罐、輕罐的運輸時間，產(chǎn)生了較大的鐵水溫降。

究其原因，主要由于鐵路資源有限，支撐調(diào)度手段不足，沒有專門的信息化監(jiān)測平臺，煉鐵—煉鋼界面的重要信息尚未實現(xiàn)全局共享，鐵路運輸部門、煉鋼調(diào)度和煉鐵調(diào)度等均采用點對點方式進行溝通，相關(guān)信息共享的及時性、準(zhǔn)確性受到很大制約。

2 鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)研究總體思路

隨著信息化、智能化技術(shù)在企業(yè)中的廣泛應(yīng)用，根據(jù)鐵水調(diào)度監(jiān)控、調(diào)度、預(yù)警及分析功能需求，系統(tǒng)一方面需要通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)改造，實現(xiàn)與企業(yè)已有信息化系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)鐵水調(diào)度相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)和其他重要物流數(shù)據(jù)的自動采集；另一方面應(yīng)用RFID技術(shù)、GPS技術(shù)及仿真建模等智能化手段，實現(xiàn)機車、鐵水罐準(zhǔn)確定位跟蹤、鐵水信息的智能識別，將煉鐵—煉鋼工序緊密銜接，鐵—鋼界面鐵水調(diào)運科學(xué)、預(yù)判及時、組織有序，實現(xiàn)對鐵水運輸過程的規(guī)范化、精細(xì)化、智能化管理。

鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)主要包括決策層、管理層、調(diào)度層和操作層。操作層主要進行鐵水調(diào)度相關(guān)數(shù)據(jù)采集及相關(guān)系統(tǒng)日常運行安全檢查與維護等；調(diào)度層主要按照調(diào)度計劃處理鐵水、機車、渣罐日常運行調(diào)度等；管理層主要制定與下達鐵水調(diào)度指標(biāo)、煉鐵車間、煉鋼車間、鐵水調(diào)度生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)實績跟蹤等；決策層主要進行鐵水調(diào)度決策與調(diào)度系統(tǒng)發(fā)生故障時的應(yīng)急決策。

3 系統(tǒng)開發(fā)功能

根據(jù)某企業(yè)鐵水調(diào)度的實際需求，系統(tǒng)開發(fā)了監(jiān)控預(yù)警、調(diào)度指令、生產(chǎn)實績、生產(chǎn)計劃、數(shù)據(jù)分析、歷史信息、基礎(chǔ)配置、系統(tǒng)管理八大管理功能。

(1)監(jiān)控預(yù)警

監(jiān)控預(yù)警是系統(tǒng)的核心模塊之一，所有需要實時展現(xiàn)給用戶的數(shù)據(jù)均集成于該功能下，主要包括監(jiān)控總圖、實時監(jiān)控信息、實時預(yù)警信息。

采用3D建模技術(shù)對煉鐵、煉鋼車間，鐵路線，渣場，以及高爐、轉(zhuǎn)爐、火車、渣罐/車、鐵水罐車進行外觀建模；在煉鐵廠出入口、煉鋼廠出入口、鐵水罐、渣罐等處加貼RFID標(biāo)簽；在鐵水罐車上加裝GPS定位裝置，通過3D建模技術(shù)、智能識別技術(shù)、無線通信技術(shù)、自動跟蹤技術(shù)等實現(xiàn)高爐出鐵水、鐵水罐車運輸鐵水、轉(zhuǎn)爐接鐵水全過程不同時間、空間維度下，物質(zhì)流、能量流、信息流的24 h監(jiān)控。

設(shè)計實時監(jiān)控、預(yù)警信息面板，當(dāng)滿足實時監(jiān)控、預(yù)警信息觸發(fā)條件時，按照時間順序(逆序)顯示更新實時監(jiān)控、預(yù)警信息。

(2)調(diào)度指令

調(diào)度指令臺旨在為鐵水全流程調(diào)度提供調(diào)度指揮溝通平臺，可及時發(fā)布調(diào)度指令、協(xié)調(diào)調(diào)度，就鐵水流轉(zhuǎn)實時監(jiān)控動作、預(yù)警信息開展調(diào)度指揮工作。

根據(jù)調(diào)度人員選擇的不同調(diào)度對象，展示各級監(jiān)控信息調(diào)度、預(yù)警信息調(diào)度。如高爐出鐵、出鐵完成、重罐離場、輕罐入場；出鐵溫度低于預(yù)警值、出鐵量低于預(yù)警值、線上靜止超時預(yù)警、累計接鐵水次數(shù)達峰預(yù)警、兌鐵溫度低于預(yù)警值等。

(3)生產(chǎn)實績

主要實現(xiàn)與鐵水調(diào)度有關(guān)的生產(chǎn)實績數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、查詢及導(dǎo)出功能。是原始數(shù)據(jù)沉淀、積累、歸集共享的資源庫，為數(shù)據(jù)分析挖掘、共享應(yīng)用提供支撐。

生產(chǎn)實績信息包括爐次號、鐵水成分、鐵水重量、出鐵溫度、出鐵時間、兌鐵溫度、兌鐵時間、承運鐵水罐號、鐵水溫降、傳擱時長等。

(4)生產(chǎn)計劃

主要實現(xiàn)煉鐵、煉鋼、煉鐵—煉鋼界面與鐵水調(diào)度相關(guān)的生產(chǎn)計劃的編制功能，通過鐵水調(diào)度計劃的制定，使上下工序無縫銜接，提升鐵水調(diào)度管理效率。

生產(chǎn)計劃信息包括：計劃編號、計劃名稱、開始時間、結(jié)束時間、計劃對象；出鐵量、最低出鐵溫度、平均出鐵溫度；最低兌鐵溫度、平均兌鐵溫度；鐵水平均溫降、鐵水最長傳擱時長、鐵水平均傳擱時長等。

(5)數(shù)據(jù)分析

主要實現(xiàn)按照不同時間、不同范圍統(tǒng)計的煉鐵車間、煉鋼車間、煉鐵—煉鋼界面間各生產(chǎn)實績構(gòu)成的重要指標(biāo)情況，并以趨勢圖等圖形化的形式直觀展示不同維度下指標(biāo)對比情況。根據(jù)對比情況，通過績效考核等手段進行鐵水調(diào)度精細(xì)化管理。重要指標(biāo)包括高爐出鐵水準(zhǔn)時率、鐵水罐周轉(zhuǎn)率、鐵水運輸溫降等。

也可通過大數(shù)據(jù)分析等手段，挖掘鐵水調(diào)度過程中尚未清晰的工藝規(guī)律，為進一步優(yōu)化煉鐵—煉鋼界面銜接、緩沖提供支撐。

(6)歷史信息

主要對監(jiān)控歷史信息、預(yù)警歷史信息進行展示，便于信息歸集、查詢。

(7)基礎(chǔ)配置

對鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)涉及到的工序、設(shè)備參數(shù)，監(jiān)控、預(yù)警等參數(shù)進行設(shè)置，為功能管理模塊提供基礎(chǔ)支撐。

(8)系統(tǒng)管理

對鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)涉及到的用戶、角色、權(quán)限進行設(shè)置，為功能管理模塊提供基礎(chǔ)支撐。

4 應(yīng)用效果

(1)整合現(xiàn)有資源，構(gòu)建煉鐵—煉鋼界面鐵水智能調(diào)度平臺，集成了鐵水調(diào)度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了鐵水運輸過程實時跟蹤、全程監(jiān)控；

(2)提高了鐵水罐周轉(zhuǎn)率，提升了鋼鐵冶煉系統(tǒng)生產(chǎn)效率，生產(chǎn)組織更加順行；

(3)鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)正常運行，溫度、時間及位置等監(jiān)測數(shù)據(jù)精度控制在合理范圍內(nèi)。經(jīng)試驗，鐵水入轉(zhuǎn)爐溫度可提高10 ℃以上；

按入轉(zhuǎn)爐鐵水溫度提高10 ℃，鐵水比熱為0.837 kJ/(kg·℃)計算，噸鐵節(jié)約熱量為8 370 kJ，折合0.28 kgce，減排CO20.73 kg ；同時，入轉(zhuǎn)爐鐵水溫度提高10 ℃，可降低鐵水比0.5%左右，按照煉鐵工序能耗400 kgce/t估算，噸鐵可節(jié)約2 kgce，減排CO25.2 kg。合計，入轉(zhuǎn)爐鐵水溫度提高10°C，噸鐵共可節(jié)約2.28 kgce，減排CO25.93 kg。

5 結(jié)語

基于物質(zhì)—能量流協(xié)同的鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)是利用信息技術(shù)、3D建模、智能識別、無線通信、跟蹤定位等技術(shù)，實現(xiàn)了鐵水罐車實時跟蹤、全程監(jiān)控；跨越多個平臺，打破信息孤島，建立快速、準(zhǔn)確、可共享的鐵水運輸調(diào)度檔案，實現(xiàn)對鐵水調(diào)度過程的規(guī)范化、智能化管理，提高鐵水入轉(zhuǎn)爐溫度，達到節(jié)能降耗減碳的目標(biāo)。