供稿|王敏，任榮霞 / WANG Min, REN Rong-xia

內(nèi)容導(dǎo)讀

高爐爐前工作環(huán)境是高爐生產(chǎn)最重要的場(chǎng)所，也是高爐生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度最大的場(chǎng)所，爐前工作需要完成出渣、出鐵操作、控制鐵水罐的鐵水裝入量，完成鐵溝耐材的管理、修砌，并負(fù)責(zé)與爐內(nèi)操作人員完成必要的通信聯(lián)絡(luò)，文章通過對(duì)爐前生產(chǎn)管理各個(gè)環(huán)節(jié)深入研究，通過增加靜態(tài)電子軌道衡、鐵水罐紅外熱像儀、鐵水罐號(hào)自動(dòng)識(shí)別儀器等措施，建立了數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)，對(duì)提高高爐爐前生產(chǎn)效率，提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，降低爐前操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提升管理的自動(dòng)化水平，具有非常重要的意義。

鋼鐵廠是典型的流程制造業(yè)，而高爐生產(chǎn)是鋼鐵廠的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。隨著大型高爐的發(fā)展，近年來(lái)，通過煉鐵工作者的不懈努力，中國(guó)在大型高爐生產(chǎn)管理和操控技術(shù)等方面取得了突出的成績(jī)和效果，并且專家系統(tǒng)已在冶金工業(yè)生產(chǎn)中獲得十分普遍的應(yīng)用。但是，目前高爐專家系統(tǒng)的應(yīng)用多集中于高爐爐內(nèi)生產(chǎn)的管理，對(duì)高爐爐前生產(chǎn)管理的自動(dòng)化、數(shù)字化則重視不夠，作者根據(jù)多年從事煉鐵工藝設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了高爐爐前數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)，為煉鐵生產(chǎn)的進(jìn)一步智能化提供數(shù)據(jù)支撐。

高爐爐前生產(chǎn)特點(diǎn)以及存在的問題

高爐爐前生產(chǎn)特點(diǎn)

大型高爐爐前具有生產(chǎn)節(jié)奏快、物流量大、環(huán)境溫度高、生產(chǎn)設(shè)備多、勞動(dòng)強(qiáng)度大等特點(diǎn)，高爐爐前需要完成每天12～15次出鐵、出渣的工作，出鐵操作要求鐵水罐車在出鐵場(chǎng)擺動(dòng)鐵溝下面準(zhǔn)確對(duì)位，爐前工人需要在出鐵前觀察鐵水罐內(nèi)部耐材侵蝕情況，以判斷鐵水罐是否可以安全裝入鐵水，出鐵過程需要人工觀察罐內(nèi)鐵水液位變化情況，控制鐵水裝入量，鐵水罐即將裝滿時(shí)需要操作人員及時(shí)操作擺動(dòng)鐵溝，切換到另一側(cè)的鐵水罐繼續(xù)出鐵，因此爐前工人安全生產(chǎn)責(zé)任重大。爐前還要完成鐵渣溝耐材的維護(hù)、更換工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

目前生產(chǎn)模式存在的問題

目前國(guó)內(nèi)的爐前生產(chǎn)管理模式存在的問題：

(1) 爐內(nèi)和爐前基本上只能依靠人工通訊完成信息傳遞，爐內(nèi)操作人員對(duì)爐前生產(chǎn)情況、出鐵情況等信息了解不全面、不及時(shí)，爐內(nèi)操作員了解出鐵情況的方法是在出鐵時(shí)到出鐵場(chǎng)直接進(jìn)行觀察，鐵水流動(dòng)狀況需要憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，未到爐前的爐內(nèi)其他人員則不能及時(shí)掌握出鐵情況，每次出鐵量的統(tǒng)計(jì)需要由高爐—轉(zhuǎn)爐區(qū)段間的動(dòng)態(tài)電子軌道衡計(jì)量后反饋回來(lái)，時(shí)效性差；

(2) 爐前工人對(duì)鐵水罐的使用和管理也基本依靠人工操作模式，手段單一、安全性低；

(3) 爐前工人對(duì)鐵水溝耐材的使用壽命(通鐵量)統(tǒng)計(jì)基本依靠人工計(jì)算完成，準(zhǔn)確性、及時(shí)性差；

(4) 鐵水罐鐵水裝入量基本依靠爐前工人通過“人眼”觀察控制，準(zhǔn)確性差。

多年來(lái)高爐爐前生產(chǎn)一直處于傳統(tǒng)生產(chǎn)管理模式，自動(dòng)化程度低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低、準(zhǔn)確性和安全性差、人工成本高，與現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)對(duì)生產(chǎn)管理的標(biāo)準(zhǔn)要求不相匹配，切實(shí)提高高爐爐前生產(chǎn)管理的自動(dòng)化程度，提高勞動(dòng)效率，加強(qiáng)安全生產(chǎn)是當(dāng)前爐前生產(chǎn)的迫切需求。

高爐爐前數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)

大型高爐通常具有3～4個(gè)出鐵場(chǎng)，采用擺動(dòng)鐵溝出鐵方式，鐵水采用鐵水罐車運(yùn)輸，目前多采用“一罐到底”的方式進(jìn)入轉(zhuǎn)爐車間并兌入轉(zhuǎn)爐，“一罐到底”的方式具有布置緊湊、物流簡(jiǎn)捷、鐵水周轉(zhuǎn)快、鐵水溫降小及粉塵排放少等優(yōu)勢(shì)[1]，這是目前鐵鋼界面組織鐵水運(yùn)輸?shù)某Ｒ?guī)模式。在此基礎(chǔ)上，為了提高高爐爐前生產(chǎn)管理的自動(dòng)化程度，增設(shè)爐前生產(chǎn)管理設(shè)備及檢測(cè)儀器：

(1) 在鐵水罐接鐵水位置處的鐵路線下方設(shè)置靜態(tài)電子軌道衡，準(zhǔn)確測(cè)量鐵水罐空罐重量以及裝入鐵水的實(shí)時(shí)重量，方便爐前操作人員準(zhǔn)確控制鐵水罐的鐵水裝入量，并配置了雷達(dá)液面測(cè)量裝置，保證鐵水罐裝載容量滿足煉鋼要求[2]；

(2) 在出鐵場(chǎng)下設(shè)置鐵水罐號(hào)識(shí)別系統(tǒng)以及鐵水罐車定位系統(tǒng)，準(zhǔn)確識(shí)別進(jìn)入出鐵場(chǎng)的每個(gè)鐵水罐的編號(hào)，并準(zhǔn)確控制鐵水罐車在爐下接受鐵水的位置；

(3) 配備鐵水罐內(nèi)襯溫度紅外測(cè)溫儀，用于檢測(cè)記錄周轉(zhuǎn)回來(lái)的鐵水罐的空罐溫度；

(4) 在出鐵場(chǎng)下方鐵路線沿線配置紅外熱像儀，對(duì)進(jìn)出爐下的鐵水罐外表面進(jìn)行紅外測(cè)溫及成像，利用紅外熱像儀圖像生成檢測(cè)報(bào)告，以此為依據(jù)判斷鐵水罐耐材侵蝕情況。

靜態(tài)電子軌道衡是比較難于安裝的設(shè)備。對(duì)于已經(jīng)建成的大型高爐，由于大型高爐通常有3～4個(gè)鐵口，日常生產(chǎn)時(shí)只有2個(gè)鐵口交替工作，其余1～2個(gè)鐵口和對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)鐵溝處于檢修和備用狀態(tài)，因此可以在不影響生產(chǎn)的前提下，先行在備用鐵口對(duì)應(yīng)的出鐵場(chǎng)下的鐵路線上安裝電子靜態(tài)軌道衡等相應(yīng)檢測(cè)儀表設(shè)備，然后依次在其他鐵口和爐前設(shè)備上再配置相應(yīng)設(shè)備和檢測(cè)儀表。對(duì)于只有兩個(gè)鐵口的高爐，可以組織在一段時(shí)間內(nèi)，利用單鐵口出鐵的時(shí)間，在另一個(gè)鐵口對(duì)應(yīng)的鐵路線上安裝無(wú)基坑不斷軌靜態(tài)電子軌道衡，盡可能減少對(duì)高爐生產(chǎn)的影響。

鐵水罐號(hào)識(shí)別儀器、鐵水罐車定位儀器、紅外熱像儀、雷達(dá)液面測(cè)量裝置等其他儀表的安裝均很簡(jiǎn)單，不會(huì)影響高爐正常生產(chǎn)。鐵水罐號(hào)識(shí)別儀器和紅外熱像儀可以安裝在出鐵場(chǎng)下方鐵路線兩側(cè)的柱子上，安裝和使用均很方便，不影響高爐的生產(chǎn)，可以在線安裝。鐵水罐在進(jìn)、出爐下時(shí)，可以自動(dòng)對(duì)鐵水罐進(jìn)行罐號(hào)識(shí)別并自動(dòng)拍照成像，將相關(guān)信息自動(dòng)傳送到自動(dòng)化系統(tǒng)中。上述設(shè)備和檢測(cè)儀器安裝完畢后，配合擺動(dòng)鐵溝以及爐前已有的鐵水溫度檢測(cè)儀表，通過將這些新增的檢測(cè)設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)與原有檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，可以形成一套爐前生產(chǎn)數(shù)字化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高爐爐前生產(chǎn)管理的數(shù)字化、自動(dòng)化。

自動(dòng)化管理功能

強(qiáng)化高爐生產(chǎn)管理

生產(chǎn)中，高爐的每個(gè)鐵口都有編號(hào)，相對(duì)應(yīng)的每個(gè)擺動(dòng)鐵溝都有編號(hào)，每個(gè)擺動(dòng)鐵溝下面的靜態(tài)電子軌道衡也都有編號(hào)，擺動(dòng)鐵溝和靜態(tài)電子軌道衡在工作狀態(tài)時(shí)都可以輸出信息進(jìn)入管理系統(tǒng)，可以使?fàn)t內(nèi)操作人員準(zhǔn)確了解處于工作狀態(tài)的鐵口編號(hào)、對(duì)應(yīng)的擺動(dòng)鐵溝編號(hào)、對(duì)應(yīng)的鐵路線靜態(tài)電子軌道衡編號(hào)，以及鐵水罐的鐵水裝入量的實(shí)時(shí)變化，通過這些信息可以在電腦屏幕上制作出模擬畫面，動(dòng)態(tài)描述出鐵過程，將鐵水罐內(nèi)鐵水重量的動(dòng)態(tài)變化信號(hào)轉(zhuǎn)化為鐵水液位信號(hào)，使?fàn)t內(nèi)人員更直觀、生動(dòng)地了解出鐵信息。鐵水罐車定位系統(tǒng)可以協(xié)助機(jī)車將鐵水罐車停在靜態(tài)電子軌道衡上的準(zhǔn)確位置，實(shí)現(xiàn)在靜態(tài)電子軌道衡的精確稱量區(qū)間內(nèi)進(jìn)行稱量，使鐵水的稱量精度不受影響，同時(shí)，還可以保證鐵水罐車在擺動(dòng)鐵溝下面沿著罐車行進(jìn)方向準(zhǔn)確對(duì)位，使擺動(dòng)鐵溝內(nèi)鐵水安全流入鐵水罐，減少反復(fù)調(diào)動(dòng)機(jī)車的操作，既節(jié)省了時(shí)間，又保證了安全。改造前，高爐每次出鐵量的信息通常是由設(shè)置在高爐—轉(zhuǎn)爐區(qū)段間的動(dòng)態(tài)電子軌道衡進(jìn)行稱量結(jié)算，然后將信息返回到高爐車間，這存在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的滯后性，特別是多高爐的生產(chǎn)組織，當(dāng)出現(xiàn)不同高爐鐵水罐需要混合編組去往轉(zhuǎn)爐車間時(shí)，因?yàn)樾枰獏^(qū)分不同的高爐鐵水產(chǎn)量，增加了信息傳遞的復(fù)雜性。而數(shù)字化系統(tǒng)的建立可以使?fàn)t內(nèi)操作人員第一時(shí)間了解每次出鐵出了幾罐鐵水、每次出鐵量、每個(gè)罐的裝入量、出鐵過程中出鐵速率的變化情況，便于分析掌握出鐵對(duì)爐況的影響以及確定開、堵鐵口的時(shí)機(jī)，同時(shí)，可以自動(dòng)化生成爐前出鐵過程數(shù)據(jù)管理表格，為高爐專家系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。

快捷實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水罐的管理

鐵水罐是鋼鐵冶金企業(yè)運(yùn)輸鐵水的重要工具，鐵水罐具有一定的生命周期[3]。傳統(tǒng)方式需要人工對(duì)鐵水罐的使用次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以使用次數(shù)作為鐵水罐使用壽命長(zhǎng)短的衡量。鐵水罐內(nèi)襯的傳統(tǒng)檢查方法是工人通過“人眼”觀察鐵水罐內(nèi)部，并通過手持測(cè)溫儀檢測(cè)鐵水罐外表殼體溫度，兩者相結(jié)合來(lái)判斷鐵水罐耐材侵蝕情況。上述方式具有及時(shí)性差、準(zhǔn)確性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)。而鐵水靜態(tài)電子軌道衡和罐號(hào)識(shí)別儀器的使用，配合紅外測(cè)溫儀、紅外熱像儀檢測(cè)鐵水罐空罐內(nèi)襯溫度、鐵水罐外表殼體溫度，可以自動(dòng)地精確統(tǒng)計(jì)鐵水罐在一個(gè)生命周期內(nèi)的使用次數(shù)、每次裝入鐵水量、總計(jì)裝鐵水量等信息。也可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)單個(gè)鐵水罐一天內(nèi)以及生命周期內(nèi)在單座高爐、多座高爐間的周轉(zhuǎn)次數(shù)、周轉(zhuǎn)周期、周轉(zhuǎn)期間的罐溫變化，為優(yōu)化鐵水罐周轉(zhuǎn)時(shí)間和周轉(zhuǎn)數(shù)量提供數(shù)據(jù)支撐，優(yōu)化鐵水的組織調(diào)度、改善鐵水罐運(yùn)行周期，是縮短運(yùn)輸或等待時(shí)間的有效手段。提高鐵水罐利用率，對(duì)鋼鐵企業(yè)節(jié)能減排，改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和降低生產(chǎn)成本具有重要意義。鐵水罐紅外熱像儀的使用，通過生成的鐵水罐溫度場(chǎng)圖像，自動(dòng)分析形成檢測(cè)報(bào)告，及時(shí)掌握鐵水罐耐材侵蝕變化情況，可以總結(jié)出鐵水罐在使用過程中耐材侵蝕變化的規(guī)律，耐材侵蝕薄弱部位的分布規(guī)律，有針對(duì)性的采取維修措施，有針對(duì)性的完善鐵水罐耐材的設(shè)計(jì)、砌筑，保障鐵水罐的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，也可以進(jìn)一步提高鐵水罐耐材的使用壽命，降低生產(chǎn)成本。綜合上述檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以自動(dòng)生成鐵水罐數(shù)據(jù)管理表格。

提高鐵水溝耐材管理的效率及準(zhǔn)確性

高爐出鐵場(chǎng)鐵水主溝耐材維護(hù)通常以一個(gè)生命周期內(nèi)的通鐵水量作為衡量耐材設(shè)計(jì)、耐材質(zhì)量，以及砌筑質(zhì)量的依據(jù)，主溝及渣鐵溝的通鐵量能達(dá)到14～20萬(wàn)t[4]?，F(xiàn)行統(tǒng)計(jì)辦法是爐前操作人員根據(jù)耐材使用周期人工計(jì)算通鐵量。大型高爐一般3～4條鐵溝，生產(chǎn)時(shí)主鐵溝交替出鐵，因此給單條主鐵溝的耐材通鐵量計(jì)算帶來(lái)了困難，需要人工進(jìn)行區(qū)分并分別統(tǒng)計(jì)，計(jì)算量也比較大，容易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤。如果幾條鐵水溝在出鐵過程中的交替有不規(guī)則性，工作人員很難及時(shí)跟進(jìn)統(tǒng)計(jì)，這就給最終統(tǒng)計(jì)單條鐵水溝通鐵量的準(zhǔn)確性、及時(shí)性帶來(lái)了很大困難，不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)鐵溝耐材質(zhì)量。擺動(dòng)鐵溝和鐵水罐靜態(tài)電子軌道衡的配合使用解決了上述問題，可以準(zhǔn)確計(jì)算每條鐵水溝的每次通鐵量、生命周期內(nèi)的通鐵次數(shù)、累計(jì)通鐵量。當(dāng)鐵水溝需要進(jìn)行中期修補(bǔ)時(shí)，中期修補(bǔ)的通鐵量、時(shí)間等信息也方便查詢。統(tǒng)計(jì)的自動(dòng)化程度高、及時(shí)性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高，能夠準(zhǔn)確建立對(duì)鐵水溝耐材的評(píng)價(jià)體系，可以自動(dòng)生成鐵水溝耐材數(shù)據(jù)管理表格。

“一罐到底”工藝的有力支撐

近年來(lái)一種新型的鐵鋼界面生產(chǎn)組織模式“一罐到底”模式日益得到企業(yè)的認(rèn)可，并在多家企業(yè)得到應(yīng)用。在“一罐到底”生產(chǎn)模式中，高爐爐前擺動(dòng)溜槽是爐前鐵水裝入鐵水罐的重要設(shè)備，其工作效率的高低和自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到鐵水出鐵效率[5]。鐵水罐鐵水裝入量通常由爐前工人通過“人眼”觀察，并操控?cái)[動(dòng)鐵溝來(lái)控制鐵水罐內(nèi)最終液面高度，但人工方式通過控制液面高度來(lái)實(shí)現(xiàn)控制鐵水裝入量的方法誤差大，并且隨著鐵水罐耐材的侵蝕，相同的液面高度，鐵水裝入量也會(huì)存在較大差異。因此，人工方式執(zhí)行“一罐到底”操作模式時(shí)，轉(zhuǎn)爐內(nèi)鐵水裝入量難以準(zhǔn)確控制，不能滿足對(duì)鐵水裝入量要求嚴(yán)格的轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝。擺動(dòng)鐵溝下方設(shè)計(jì)靜態(tài)電子軌道衡，出鐵時(shí)鐵水罐的鐵水裝入量實(shí)時(shí)顯示在出鐵場(chǎng)上的顯示屏幕上，在即將達(dá)到目標(biāo)噸位的時(shí)候，可以通過報(bào)警的方式提醒爐前工人及時(shí)操作擺動(dòng)鐵溝，將鐵水裝入量的波動(dòng)控制在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了鐵水裝入量的精確性控制，發(fā)揮了“一罐到底”操作模式的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)束語(yǔ)

擺動(dòng)鐵溝、靜態(tài)電子軌道衡、鐵水罐罐號(hào)識(shí)別裝置、紅外熱像儀均為目前在鋼鐵冶金行業(yè)使用成熟的工藝設(shè)備和檢測(cè)儀器，能夠保證高爐爐前數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)于新建高爐，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以同步配套設(shè)計(jì)高爐爐前數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)。高爐爐前數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的建立，可以極大提高高爐爐前生產(chǎn)管理的及時(shí)性、準(zhǔn)確性、安全性，降低生產(chǎn)成本、管理成本，建立豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，全面改變傳統(tǒng)的爐前操作以人工模式為主的方式，降低爐前操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化管理，大幅提升高爐爐前生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化程度，為進(jìn)一步的爐前智能化生產(chǎn)管理打好基礎(chǔ)，在高爐生產(chǎn)應(yīng)用中具有較高的推廣價(jià)值。