煉鋼生產物流信息系統關鍵技術創新與應用

劉怡生

（河鋼宣鋼二鋼軋廠，河北 宣化075100）

河鋼宣鋼（全文簡稱宣鋼）150 t爐區煉鋼工藝生產是一個多工序連續作業的復雜過程，整個生產過程從折罐間兌鐵，鐵水包到達脫硫站，經脫硫、扒渣處理后的鐵水包運送到轉爐，轉爐加入鐵水、廢鋼和其他物料進行冶煉，冶煉完成的鋼水倒入鋼包經精煉爐等爐外處理，最后送至連鑄機澆鑄，由鐵水至鋼水的輸送都由天車完成[1]。由于目前以煉鋼天車物流為主的煉鋼物流信息流轉的準確度和及時性在很大程序上制約了煉鋼生產全過程節奏和工藝操作準確性。在新形勢下，有必要進行煉鋼物流信息系統關鍵技術創新與應用，構建信息化支撐體系建設，服務煉鋼生產。

1 應用背景

傳統的煉鋼物流信息采集方式依靠人工數據采集與統計，效率低差錯高，其精準度和實時性不能滿足模型自動煉鋼和現代煉鋼企業生產組織需求。系統實施前存在煉鋼生產物流計量數據處理方式簡單，量值傳遞精度差，無定位識別功能，不能形成完整的數據流，不具備復雜的邏輯推理判斷功能，僅靠人工判別和取舍大量信息難以保證精準度和實效性。同時基礎和過程自動化系統只具備數據搜集功能，不能構成精準的數據鏈路，生產物流數據統計分析處于半手工狀態，制約工藝控制、能耗水平[2]。該項目充分進行關鍵技術創新，解決制約煉鋼生產物流信息系統良好運行的難題。

2 總體思路和實施方案

2.1 總體思路

轉爐煉鋼生產過程中，對各種物料的流轉數據、工藝操作過程及參數進行實時的自動搜集和監控，并對這些數據及時準確的計量和統計分析，是先進冶金企業都必須解決好的問題。煉鋼生產中以鋼鐵料為重點的物質流轉過程主要通過天車作為運輸載體，天車吊運作業的位置變化和重量變化與各工藝環節中物料的接受與產出事件緊密關聯，所以跟蹤和辨識天車的行為就能準確掌握生產中的鐵水、廢鋼、鋼水等物料的周轉情況。更重要的是以天車運轉物流為主線貫穿廢鋼間、折罐間、脫硫站、轉爐、氬站、精煉爐、連鑄機等主要工藝環節，實現煉鋼生產物流信息的自動跟蹤、分析、傳遞、整合和存儲功能，最終得到煉鋼生產過程中完整的煉鋼生產物流信息鏈路[3]。

該項目應用天車定位及無線傳輸技術，使得良好運行率95%以上。建立大數據分析制度，以天車定位為主線完善整個爐區物流數據流轉的自動采集，修改、優化數據推理系統，充分利用數據庫系統，分析天車稱重數據變化規律，建立符合本爐區實際工況的新的物流數據推理機制，解決各工藝點數據準確自動銜接流轉、不規則的鋼包流轉，降低天車高度行程變化影響以及各類非常規操作的自動判別處理等技術難題，使得數據采集準確率達到94%以上，使得鋼鐵料消耗自動采集率達到95%。

2.2 實施方案

2.2.1 煉鋼生產物流信息數據采集模型原理和流程

建立基于天車現場吊運物料運行作業的規律性而實現的煉鋼生產信息采集規則和工藝模型。規定每部天車在相對固定的區域進行作業，不同的天車吊運行為通過天車信息系統的重量和位置的變化進行判斷標識；煉鋼生產的鋼鐵料消耗物料通過折罐、脫硫、精煉、連鑄等流程推理計算。該系統的建立邏輯推理規則模型為質量—位置—時間邏輯相結合的模式，以質量—位置邏輯為主的數據推理規則模型。系統建立放下空包消息模型、吊起重包消息模型、放下重包消息模型、吊起空包消息模型，通過計算推理，實現煉鋼生產鋼鐵料消耗信息的準確采集推理。

煉鋼生產物料信息流轉的過程中，系統采集關鍵位置的到站和離站的時間信息、質量信息位置，通過系統的推理模型，推理出消息供二級系統使用，煉鋼生產信息系統鋼鐵料消耗數據采集的原理和流程圖見圖1。

圖1 天車數據采集原理和流程圖

2.2.2 150 t爐區專用的數據推理模型

在大數據分析的基礎上，建立針對150 t爐區現場情況確定獨特專門的數據推理的規則模型，實現宣鋼150 t爐區煉鋼320 t天車稱量數據采集的準確和及時。通過大數據分析確定適合宣鋼實際工藝的數據采集規則模型，建立新的推理規則模型，在位置內重包和空包質量取在位置內事件發生時刻向前或向后間隔30 s內尋找有效數據，有效數據為連續相等的三個數據或連續三個差值不超過0.1的數據。補償值也在位置內事件發生時刻向前或向后間隔30 s的數據內搜索，建立補償值追隨重包或者空包取值的推理模型，實現系統數據采集的一致性和穩定性。表1為天車數據推理規則表。

表1 天車數據推理規則表

2.2.3 完整的煉鋼物流信息系統

以煉鋼生產的天車運行為主線，串聯整個煉鋼過程的鋼鐵料消耗生產物流信息，構建歷史數據庫，供生產和管理分析。物流跟蹤系統以爐次號作為各二級過程數據整合的主要關鍵字，形成L1-L2-L3的完整煉鋼生產物流信息系統的數據鏈路。

2.2.4 煉鋼物流生產的鋼鐵料消耗管理系統軟件

自主開發一套煉鋼鋼鐵料消耗數據采集、查詢、統計管理系統軟件。該軟件的開發基于Windows窗體和數據庫采集系統，采用客戶端/服務器模式使用，主要實現煉鋼生產的廢鋼、鋼水、鐵水等稱重計量數據的自動采集自動計算、展示、查詢和復核，強化鋼鐵料消耗數據的系統化管理。最終建立鋼鐵料消耗管理軟件平臺，建立連鑄機大包和天車稱重數據分析比較的對比機制、折罐稱重計量的空包校正和空包對應查詢機制，實現監控數據實時查詢、歷史數據和事件消息管理，強化鋼鐵料消耗管理，保證計量及時準確，實現鋼鐵料消耗降低0.1 kg/t鋼。

圖2為建立大包余鋼稱重數據采集，實現大包余鋼量自動采集，生成生產報表、生產曲線和生產直方圖，對連鑄澆鑄余鋼情況進行指導。

圖2 鋼鐵料消耗大包余鋼數據采集管理界面

2.2.5 一種煉鋼折罐鐵水計量空包校正系統和方法

在分析煉鋼物流大數據的基礎上，實施了一種煉鋼折罐鐵水計量系統優化，將軌道衡計量鐵水結算，變為鐵水天車系統結算，充分降低了鐵水溫降，節約了能源，優化了生產流程，取得了良好效果。實施過程中，產生了一項發明專利《一種煉鋼折罐鐵水計量空包校正系統和方法》，申請號為：CN2018108 65655。該專利提供一種利用折罐平車稱重變化進行定性判斷和利用天車大車定位進行定量計算的煉鋼折罐鐵水計量系統和空包校正方法。下頁圖3為折罐鐵水計量校正系統總結構圖。

該發明的方法是建立折罐鐵水計量空包校正軟件系統，系統整體運行在工業無線傳輸和以太網的環境中，包括平車稱重數據采集模塊、平車稱重校正事件產生模塊、天車數據采集模塊、天車數據處理模塊、折罐鐵水計量空包校正模塊。圖4為折罐鐵水計量校正系統實施流程圖。

圖3 折罐鐵水計量校正系統總結構圖

圖4 折罐鐵水計量校正系統實施流程圖

3 實施效果

系統實施后，通過煉鋼生產熔煉號關聯整個物流生產過程，實現全程動態檢測物料信息，實時顯示數據，準確辨識和動畫模擬示意物流行為。鋼鐵料數據采集點和推理規則科學合理，廢鋼、鐵水和鋼水采集率和準確計量，鋼鐵料消耗自動采集準確率已達到95%，遠遠高于人工記錄的準確度。

1）系統修改天車物流信息系統重量取值計算推理規則前后，系統取值效果對比見圖5和圖6。

2）通過對物流生產信息系統進行優化開發之后，天車物流信息數據采集的準確率得到了極大的提高。以下是改造前后鋼鐵料的采集率和準確率的前后對比表見表2。

圖5 實施前效果圖圖

圖6 實施后效果圖

表2 改造前后采集率和準確率對比表

4 結論

該項目實施后，實現了煉鋼生產物流信息的自動化二級系統與一級系統的無縫連接，信息及時傳遞和資源充分共享。形成了完整有序的煉鋼生產物流信息鏈路，保證數據的及時性、準確性和可靠性，強化了鋼鐵料消耗管理。將軌道衡計量鐵水結算升級為鐵水天車系統結算，降低鐵溫、節約能源、優化流程。最終提高了鋼水收得率，實現鋼鐵料消耗降低了0.1 kg/t，年綜合創效70多萬元，提高了企業現代化管理水平，具有較好的社會效益。