转炉智能出钢自动化系统的开发与应用

摘 要文章介绍了莱钢型钢炼钢厂4#转炉智能出钢系统。通过对转炉倾动、钢包车及合金溜槽相关模型的建立，利用自动化手段，实现无人值守智能出钢，并降低了钢水的含磷量。

【关键词】出钢 智能化 转炉

随着工业4.0概念的提出，智能工厂的建设成为了工业4.0最重要的发展方向。莱钢型钢炼钢厂以此为契机，将智能工厂的建设提上工作日程。建设思路是将转炉工艺划分成不同模块，通过各个模块的智能化，使得整个智能工厂建设得以实现。出钢工艺作为转炉炼钢工艺的重要一环被划为一个模块，自动化系统开发后经过多次的调试与改进，最终实现智能出钢。

1 原因分析

莱钢型钢炼钢厂4#转炉为150t脱磷炉，原出钢工艺为吹氧结束后，由出钢工在炉后根据钢水的下渣情况及钢水的出钢量，通过操作台不断手动调整钢包车距离及摇炉角度，使钢水流入钢包中，同时在钢水流出总量的1/4时，通过旋转溜槽向钢包中加入脱氧剂及合金，进行钢水脱氧和合金化，在观察到出钢口下渣时结束出钢，将转炉摇至零位。整个工艺过程至少需要2名操作人员的配合。

2 系统开发

为了减少工艺过程中的人工参与，减免人为安全事故，缩短工艺流程时间，提高钢水质量，我们对出钢工艺的自动化系统做了重新开发，并制定了以下方案：

（1）原钢包车为人工手动操作，通过目视及经验判断钢包车位置，需要增加传感装置用以测量钢包车的行程。通过对编码器和激光测距仪在性能，安全性及易维护等多方面的对比考虑后，决定在炉后0米平台增加激光测距仪1台，通过距离实时检测实现钢包车自动运行的控制；

（2）根据出钢时钢包车距离与转炉倾动角度的对应关系，建立多套出钢模型，依据模型，通过分阶段方式对钢包车距离及摇炉角度进行耦合控制。按照钢水的倾倒角度，不断自动调整钢包车的距离，使钢水顺利流入钢包中；

（3）为保证在出钢过程中自动向钢包中加入脱氧剂及合金，需要在合金旋转溜槽的减速机轴上加装编码器，依据模型，通过出钢量与摇炉角度的耦合，经过编码器定位，一次或多次自动控制旋转溜槽向钢包车内加合金；

（4）增加炉后下渣检测系统，出钢结束后，通过与下渣检测系统的通讯，接收关闭滑动出钢口信号，自动摇炉至转炉零位，出钢过程结束。

3 系统优化

系统开发完成后，经过多次调试，发现实际运行中存在诸多问题。随后，我们对系统进行了优化：

（1）为了保障安全，增加一台激光测距仪作为冗余，并将两台数据进行实时对比。一旦发生数据不同步的情况，立即终止出钢过程；

（2）因钢包车所处位置的环境较恶劣，以及出于安全性方面的考虑，没有在钢包车上安装抱闸，因此通过不断的调试，找到适合钢包车刹车距离的提前量参数；

（3）通过对转炉倾动变频参数的调整，使出钢过程中，能够精确控制转炉倾动角度；

（4）根据钢水渣量的不同，选择一次关闭滑动出钢口或者二次关闭滑动出钢口。以防止出现渣中物质污染钢水的现象；

（5）因系统采用Siemens S7-400PLC，因此在调试稳定后，将程序封装为GRAPH流程图模块，如图1所示，以便于程序监控及故障的查找。

（6）受各种条件限制，该系统还有一些不足之处，今后可以进一步完善。例如在炉后增加红外热成像系统，以检测炉内钢水情况以及钢水是否从大炉口溢出，以便及时挡渣及停止出钢。在保证生产安全的同时，能够更加精确的建立出钢模型，使智能出钢系统能够做到实时调整，进一步提高钢水质量。

4 使用效果

系统投入使用以后，能够在转炉吹氧过程结束后，一键转为智能出钢，在炉后无人值守的情况下，转炉以2度的精确度自动向后摇炉，同时钢包车配合倾动角度自动行驶至相应位置，并且钢包车能在30cm之内精确控制，在炉体摇至-90度时，合金旋转溜槽分两次自动加入脱氧剂及合金，出钢快结束时，通过与炉后下渣检测系统的通讯，根据渣量接收关闭滑动出钢口信号，转炉自动摇炉至零位，出钢过程结束，工艺流程如图2所示。整个出钢流程缩短时间2分鐘。由于出钢结束信号由人为控制的秒级提升至自动控制的毫秒级，减少了出钢时下渣量，避免钢包中的钢水回磷，使得钢水含磷量平均降低0.003%，确保每炉钢水磷含量在0.02%以内。

5 结论

莱钢型钢炼钢厂4#转炉智能出钢系统自2016年4月正式投入生产一年以来，系统运行稳定，并顺利移植到其他3座120t转炉。该系统的成功应用精简了岗位富余人员，缩短了炼钢流程时间，提升钢水质量的同时避免了人为操作导致的大炉口下渣、下钢以及将钢水放到钢包以外的事故，为智能工厂的建设打下了坚实的基础。

作者单位

山信软件股份有限公司莱芜自动化分公司 山东省莱芜市 271104