轉爐智能出鋼自動化系統的開發與應用

田斌

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

【關鍵詞】出鋼 智能化 轉爐

隨著工業4.0概念的提出，智能工廠的建設成為了工業4.0最重要的發展方向。萊鋼型鋼煉鋼廠以此為契機，將智能工廠的建設提上工作日程。建設思路是將轉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得以實現。出鋼工藝作為轉爐煉鋼工藝的重要一環被劃為一個模塊，自動化系統開發后經過多次的調試與改進，最終實現智能出鋼。

1 原因分析

萊鋼型鋼煉鋼廠4#轉爐為150t脫磷爐，原出鋼工藝為吹氧結束后，由出鋼工在爐后根據鋼水的下渣情況及鋼水的出鋼量，通過操作臺不斷手動調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，通過旋轉溜槽向鋼包中加入脫氧劑及合金，進行鋼水脫氧和合金化，在觀察到出鋼口下渣時結束出鋼，將轉爐搖至零位。整個工藝過程至少需要2名操作人員的配合。

2 系統開發

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，提高鋼水質量，我們對出鋼工藝的自動化系統做了重新開發，并制定了以下方案：

（1）原鋼包車為人工手動操作，通過目視及經驗判斷鋼包車位置，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，通過距離實時檢測實現鋼包車自動運行的控制；

（2）根據出鋼時鋼包車距離與轉爐傾動角度的對應關系，建立多套出鋼模型，依據模型，通過分階段方式對鋼包車距離及搖爐角度進行耦合控制。按照鋼水的傾倒角度，不斷自動調整鋼包車的距離，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，需要在合金旋轉溜槽的減速機軸上加裝編碼器，依據模型，通過出鋼量與搖爐角度的耦合，經過編碼器定位，一次或多次自動控制旋轉溜槽向鋼包車內加合金；

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

3 系統優化

系統開發完成后，經過多次調試，發現實際運行中存在諸多問題。隨后，我們對系統進行了優化：

（1）為了保障安全，增加一臺激光測距儀作為冗余，并將兩臺數據進行實時對比。一旦發生數據不同步的情況，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，因此通過不斷的調試，找到適合鋼包車剎車距離的提前量參數；

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

（4）根據鋼水渣量的不同，選擇一次關閉滑動出鋼口或者二次關閉滑動出鋼口。以防止出現渣中物質污染鋼水的現象；

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

（6）受各種條件限制，該系統還有一些不足之處，今后可以進一步完善。例如在爐后增加紅外熱成像系統，以檢測爐內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，使智能出鋼系統能夠做到實時調整，進一步提高鋼水質量。

4 使用效果

系統投入使用以后，能夠在轉爐吹氧過程結束后，一鍵轉為智能出鋼，在爐后無人值守的情況下，轉爐以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位置，并且鋼包車能在30cm之內精確控制，在爐體搖至-90度時，合金旋轉溜槽分兩次自動加入脫氧劑及合金，出鋼快結束時，通過與爐后下渣檢測系統的通訊，根據渣量接收關閉滑動出鋼口信號，轉爐自動搖爐至零位，出鋼過程結束，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。

5 結論

萊鋼型鋼煉鋼廠4#轉爐智能出鋼系統自2016年4月正式投入生產一年以來，系統運行穩定，并順利移植到其他3座120t轉爐。該系統的成功應用精簡了崗位富余人員，縮短了煉鋼流程時間，提升鋼水質量的同時避免了人為操作導致的大爐口下渣、下鋼以及將鋼水放到鋼包以外的事故，為智能工廠的建設打下了堅實的基礎。

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