淺議煉鋼廠原料上料智能化改造實踐

郭孝麗

（首鋼長治鋼鐵有限公司設備處，山西 長治 046031）

關鍵字：本質化安全；精確定位；自動布料；料位自診斷；智能化

1 改造背景

由于轉爐一次除塵系統能力不足，二次、三次除塵系統收集煙氣困難，轉爐冶煉過程中煙氣從下槍口、下料口、爐口周邊外溢，導致爐后六、七平臺CO含量長期高達150-170PPm且灰塵較大；另外煉鋼廠廠房為封閉式鋼結構彩鋼瓦廠房，轉爐冶煉過程中，爐體、煙道、汽包及鋼水輻射的熱量，導致爐后區域溫度高達40～60℃。爐后崗位人員長期處于高溫、粉塵及煤氣區域環境中，嚴重影響身心健康。位于七平臺的汽化操作人員已于2012年搬至除氧泵房操作室，爐后區域只留下六平臺原料供料操作人員長期處于煤氣、高溫粉塵區域。2019年底從本質化安全考慮，要求煉鋼廠原料供料操作人員搬離爐后區域，為此煉鋼廠確定了在高位料倉增設料倉料位計檢測，在原料上料操作室通過視頻監控人工遠程定位操作布料。

在項目審核過程中，設備處推薦增設了格雷母線精確位置檢測技術+變頻調速技術，實現了布料小車的精確定位及智能化布料，解放了操作人員。

2 詳細技術方案

2.1 精確自動定位技術

煉鋼廠原料上料系統操作人員搬遷改造項目審核過程中，設備處根據目前定位技術的發展，了解到格雷母線定位技術適用于惡劣工況環境，檢測精度能達到±2mm，且格雷母線性能穩定、適用于粉塵、高溫、高濕、油污等惡劣環境，使用壽命長，幾乎不需要維護，在全國港口及冶金行業有成熟應用經驗，因此推薦將布料小車的定位由視頻監控人工定位改為格雷母線精確定位。

由于三座轉爐的3×8個料倉在一條直線皮帶上，布料小車在三座轉爐料倉70m范圍內需定位3×8=24個不同料種的工作點位，且由于接料口與布料小車下料口大小相當，每個下料點定位精度要求為±1cm，否則原料將撒落在料倉外面。

為了減少布料小車電機停止后的溜車距離，建議由格雷母線位置檢測+變頻調速技術形成閉環控制實現精確定位。由格雷母線全程跟蹤布料小車位置，小車正常運行速度為50Hz，當小車到達下一目標位置前0.5m范圍開始自動減速，以低速5Hz運行，到達目標位置時自動停車。解決了布料小車定位難的問題，實現了布料小車定位到下料口±2mm范圍內，定位精度遠高于操作要求。

2.2 自動布料技術

為了防止混料，布料控制程序相對麻煩，安裝完成后，經過20天的調試，不斷總結完善實現了預設功能。

全自動布料控制：模式一，收到某個高位料倉料位低報警信號時，優先對該料倉進行補料，該料倉料位計達到上限設定值時停止對該料倉補料，等到下一個料位低信號時，以同樣方法再對另一個高位料倉補料。模式二，在沒有收到某個高位料倉料位低急需補料的情況下，根據轉爐冶煉消耗散裝料的比例，選擇優先對某種料（如消耗量最大的活性石灰）進行布料，為了防止混料，按照同一料種依次分配到三座轉爐相應料倉的原則，自動對某一種料布料，6#轉爐對應料倉滿后，停止低位料倉振動給料機的振動，布料小車自動到7#轉爐同一料種的料倉處，再起動低位料倉振動給料機進行布料，以同樣方式對8#爐布料。布完某一料種后，為了避免混料，振動給料機要停止運行5min后再以同樣的方式布另一料種或根據料位計檢測值自動布料。操作人員只需定期對設備進行現場點檢維護，不必再全程跟隨進行現場操作。

半自動布料控制：由于全自動布料需考慮到防止混料的要求，在更換每種料的布料時,延時停止上料時間相對較長，上料系統總體工作時間較長。為了減少上料系統工作時間，可以由人工指定布料位置，在人工依據視頻監控皮帶上是否不怕混料的前提下，提前起動低位料倉振動給料機布料，減少皮帶運行時間，縮短不同料種或不同爐座料倉的上料等待時間。

2.3 自動料位檢測

由于轉爐料倉內最高溫度高達200℃，且料倉較小不易檢測，在布料過程中物料顆粒會有飛濺現象，料倉內料位的準確檢測具有一定難度，采用高頻連續調頻波雷達料位計對轉爐高位料倉料位進行實時自動檢測，實時顯示料位值，設置上限和下限報警，并設置聲光報警。在選擇自動布料時，根據實時料位發出相應料倉料位低信號，使布料小車自動到達該位置布料。

2.4 料位自診斷和修正控制

煉鋼廠轉爐高位料倉容積較小且為倒梯形狀，石灰倉相對較大，但裝滿倉也只有約25t，上滿料只需20min左右，對于焦粒倉滿倉只有約6t，上滿料只需4min左右，在轉爐冶煉過程中料位變化頻繁，焦粒倉每班平均用6倉料，料位計的準確性非常關鍵。為了預防在料位計故障時不影響轉爐用料，程序設計利用上料皮帶秤作為料位計故障時的料位校驗，通過對經過皮帶到達料倉的料種重量與相應料倉料位的關系進行校驗，自動校驗料位計的準確性，以確保轉爐各料倉料位的準確性。

該技術已于2020年10月底投入使用，在煉鋼廠安全運行8個月，不僅解放了操作人員在高溫、粉塵、煤氣環境下的隨車操作，且實現了智能化布料操作，獲得了職工的高度認可。

當前格雷母線定位技術相對成熟，利用格雷母線自動布料技術在煉鐵廠槽上布料、軋鋼鋼材庫自動管理及料場自動堆取料機上應用較多，但首鋼長鋼公司還沒有這方面的應用。煉鋼廠原料上料系統由于料倉小，同一種料布料時間短（較大的石灰倉裝滿約25t，20min上滿；焦粒倉只能裝約6～7t，4min上滿），在其它鋼廠應用的很少，首鋼長鋼公司在煉鋼廠優先應用了該項技術,且成功實現了精確定位到±2mm的智能化原料上料控制,給操作人員提供了良好的操作環境,同時降低了操作人員的勞動強度。

3 推廣應用情況

該項目實施過程中首鋼長鋼鐵公司煉鐵廠、軋鋼廠、焦化廠等單位電氣技術人員進行了溝通了解，并到現場進行了參觀，2021年煉鐵廠對燒結環冷機、高爐槽上料倉布料正在實施智能化改造。同時煉鐵、焦化料場卸料操作也可利用此技術完成自動堆取料操作；煉鋼、軋鋼漩流井撈渣；煉鐵廠行車撈渣、卸煤，煉鋼半成庫、軋鋼成品庫的行車操作出入庫等項目上都可以推廣使用，實現無人化操作智能管理，極具推廣價值。

4 效益分析

4.1 經濟效益

對煉鋼廠原料上料操作人員安全搬遷工程進行優化，在原方案基礎上增設格雷母線定位裝置、變頻調速及自動控制程序，增加投資30萬元，實現了自動化、智能化操作。將原先在煉鋼六平臺布料操作室處與低位上料操作室人員配合確認操作的手動料位檢測、手動布料操作，改造為地面上料操作室遠程集中操作、無人值守的自動料位檢測、自動選擇料倉、自動定位布料小車、自動控制下料量的自動化、智能化布料系統。同時，為確保無人值守操作的安全性，在配倉皮帶、布料小車周邊區域增設了防護欄桿，并設置門限位實現與布料小車的運行聯鎖控制。

原來煉鋼廠上料由低位人員+供料人員兩人操作上料，該項目實施后，由于實現了智能化自動上料，目前一個人完全能勝任此工作，考慮互保聯保安全需求，按節約二位工人1.5萬元收入計算，第一年八位工人可以節約人工費1.5×12×4=72萬元減去增加的30萬元投資，還可節約費用32萬元，之后每年可節約72萬元的人工投資。

4.2 社會效益

煉鋼廠爐后原料上料操作崗位人員單人單崗在煤氣區域作業，不符合煤氣安全規程“煤氣區域不得單人作業”的要求，且職工長期處于高溫、粉塵環境中，嚴重影響崗位職工職業健康安全。

2019年底從本質化安全考慮，要求煉鋼廠原料供料操作人員搬離爐后區域，為此確定了在高位料倉增設料倉料位計檢測，采用視頻監控遠程觀察、格雷姆線定位操作布料，區域聯鎖報警和隔離，實現遠程操作。

該項目實施后，原操作工位予以搬離，極大縮減了崗位人員在爐后高溫、煤氣區域環境的作業時間，降低了崗位作業安全風險，提升了崗位職工的幸福指數，體現了公司“以人為本”的管理理念。

該項目經優化成智能化上料改造后，工人不必依賴視頻監控操作，而由程序實現自動布料，減少了工人的勞動強度，使操作工人從繁重的操作中解放出來，進行點巡檢及設備維護。可以推廣到所有環境惡劣環境地點的有軌機車的無人化、智能化操作，減少員工的身心健康影響，提升自動化、智能化管控水平。