轉爐輔原料自動上料系統優化

蔣同祥，杜方友，徐瑞杰，王少軍

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063200）

近年來，自動化煉鋼技術在鋼鐵工業生產流程變革、產品質量提高、結構優化等方面發揮了重要的作用[1-2]。隨著鋼鐵工業的不斷發展及節能降耗、提高能源利用率等國家節能戰略的提出，對自動化煉鋼技術的要求也日益提高，發展高效節能煉鋼技術成為鋼鐵工業的一個重要方向[3-6]。

目前，各鋼廠輔原料上料系統基本處于手動及半自動狀態，上料系統原料站點零散、皮帶產線長，極大消耗人力物力，同時經常出現堆料、斷料、混料等供應問題，嚴重制約著煉鋼自動化水平的發展。

1 工藝流程

某鋼廠輔原料上料系統有2條皮帶供應系統，主要包含5條皮帶、1個翻板、2輛卸料小車、14個電振機、70個料倉、210個料位開關、2套稱量系統（輔原料1#皮帶稱量系統和輔原料2#皮帶稱量系統）。煉鋼轉爐分為脫碳轉爐與脫磷轉爐。其中，脫碳轉爐有3座爐子，即1#轉爐、2#轉爐、3#轉爐；脫磷轉爐有2座，即4#轉爐、5#轉爐。脫碳轉爐和脫磷轉爐分別用一輛輔原料卸料小車。上料系統的5條皮帶一共分為2路。其中一路為脫磷轉爐供料皮帶，即輔原料1#皮帶、輔原料2#皮帶、輔原料3#皮帶；另一路為脫碳轉爐供料皮帶，即輔原料1#皮帶、輔原料2#皮帶、輔原料4#皮帶、輔原料5#皮帶。皮帶分流主要依靠翻板實現。具體上料系統流程如圖1所示。

圖1 輔原料上料系統流程圖

2 上料系統優化

為了提高輔原料上料自動化水平，需要對上料系統進行皮帶不停機情況下多物料上料自動化改造；為了降低電振機故障率，降低電振機啟動頻次和運行時間，需要對料倉進行空倉判定改造；為了減少工人檢查轉爐料倉料位情況，需要對轉爐高位料倉進行倉位監控改造。通過系列改造可以實現輔原料自動上料。

2.1 自動上料

輔原料自動上料系統，需要根據裝料需求及裝料優先等級完成裝料管理、皮帶啟動、運行工作、卸料小車定位工作、翻板自動翻轉工作、電振機啟動工作及特殊情況插隊上料工作和各種數據清零等工作。其次，結合HMI設計完成人機交互界面設計，增加自動上料與手動上料工作，實現物料跟蹤、上料控制工作。

1）裝料管理。根據轉爐要料倉物料需求選定供料倉，結合裝料優先級和要料重量完成輔原料供給功能。

2）皮帶運行。根據轉爐要料需求及卸料小車定位情況，完成皮帶啟動、運行工作。例如，脫碳轉爐要料，即啟動脫碳轉爐供料皮帶，優先啟動5#皮帶，待卸料小車到位后，依次啟動4#、2#、1#皮帶，同時結合皮帶的運行速度完成物料跟蹤功能。

3）卸料小車定位。卸料小車根據皮帶的啟動情況判定啟動脫磷或者脫碳卸料小車，再根據裝料需求以及供料倉進行小車運動方向判斷，最后通過限位開關實現卸料小車定位工作。

4）翻板動作。翻板根據轉爐要料需求及皮帶運行、卸料小車定位情況完成動作，即脫碳轉爐要料翻板自動向5#皮帶方向翻轉。

5）電振機運行。料倉電振機根據裝料信號、皮帶啟動信號，進行電振機的啟動。根據稱重信號異常、累計值是否到達需求量，進行電振機的停止。為了避免皮帶堆料、混料等事故以及人為操作失誤的情況，料倉同一種物料只允許單倉下料，以小號倉為優先。選擇小號倉以后，大號倉禁止選中；當選擇大號倉，再選擇小號倉時，大號倉進行禁止選擇，小號倉被選中。

6）插隊上料。在實際的上料過程中，偶爾會出現未設定優先級的要料現象，需要緊急插隊上料。根據插隊物料需求情況將相應料倉選定好，設置重量后即可在下一個物料上料時選定此物料進行上料。具體物料上料優先級設置是，在設定界面上料優先級處輸入從1～100內的奇數，預留偶數，便于后續插隊上料。

7）其他模塊。在一種物料上料結束以后，需要將各種數據進行清零操作，以免造成混料、堆料事故，方便使用者清晰物料需求。

結合HMI設計完成人機交互界面設計，通過皮帶運行速度等實現物料運行狀態監控，按物料控制方式分自動上料和手動上料，便于物料控制。

2.2 空倉判定

電振機的啟停或者長時間振動都會導致產生大電流經過電氣設備，多次頻繁啟停或者長時間振動電振機可能會引起電氣設備的損壞。為了避免不必要的損失，需要對電振機對應料倉進行空倉判定。

空倉判定是，在電振機進行供料過程中，輔原料皮帶秤從開始振動120 s，皮帶秤仍舊無稱量數據，則認為料倉空料；若輔原料皮帶秤有稱重數據變化，再通過前后10 s數據變化與否進行對比，數據無變化說明料倉空料。

2.3 模擬倉存

目前，給轉爐料倉供料的數據以輔原料皮帶秤的數據為基準進行，每一個料倉的供料是單次計量。我們利用每一次電振停止后皮帶稱重數據進行累加，就可以實現此物料的上料累計量。同時，轉爐投料系統有自身的單獨投料稱進行投料計量，通過對投料計量數據進行累加即可獲得投料累計量。上料累計量減去投料累計量，得到轉爐高位料倉剩余量，即模擬倉存量。

3 應用效果

1）輔原料自動上料系統改造上線后，運行平穩。倉存模擬系統的開發，減少了人工頻繁查料的繁瑣工作，操作人員通過觀察料倉數據確定料倉物料需求量后，只需在操作平臺錄入對應需求量，啟動自動上料系統，即可實現所有輔原料的自動供應。

2）輔原料自動上料系統上線后，徹底避免了堵料和混料事故，供料能力得到了有力保障，取得了良好的經濟效益。