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自動出鋼更安全更高效

編輯：冶金材料設備網

發布時間：2019-06-25

6月13日~6月14日，由西馬克與首鋼遷鋼股份聯合主辦的全國煉鋼廠——電氣自動化推介會2019在首鋼遷鋼安會議中心舉行。

西馬克中國公司總裁兼首席執行官Norbert THEELEN致開幕辭。他向大家介紹了西馬克公司集團在中國的歷史，并分析了中國鋼鐵行業的形勢。他指出，中國鋼鐵企業開始從大規模粗放式的生產模式向高品質、高質量、高清潔的鋼生產模式轉變。隨著廢鋼資源增加，中國的高爐煉鐵長流程模式逐步轉向更智能、更清潔的電爐煉鋼方向發展。另一方面，中國的轉爐在煉鋼起主導作用的位置。“西馬克集團希望讓在中國的鋼鐵企業的生產更高效、更環保。”Norbert THEELEN表示。

圖為西馬克中國公司總裁兼首席執行官Norbert THEELEN發表致辭

北京首鋼股份有限公司煉鋼作業部副部長劉風剛在會上致開幕辭。他表示，首鋼遷鋼秉承開放創新共享的理念把將遷鋼這一年做的包括和西馬克集團一起開發的自動化智能化的經驗向國內同行分享和交流，給同行提示和啟發。

圖為北京首鋼股份有限公司煉鋼作業部副部長劉風剛發表致辭

“目前鋼鐵行業面臨全球產能過剩、原材料價格波動、經濟危機、貿易沖突與關稅等嚴峻形勢，也面臨多樣化小型訂單，企業需要提前預判的挑戰。” 西馬克集團電氣自動化事業部煉鋼連鑄與環保部副總裁Reiner Kuelchen先生表示，“鋼鐵企業需要做好經濟成本、原料成本的管理，才能應對市場上的挑戰。”

圖為Reiner Kuelchen發表演講

而讓鋼鐵企業自動化生產是降低企業成本的重要因素之一。西馬克集成機械設計、電氣設計，而且有自己的X-Pact®平臺，所有的產品都是在此平臺的框架下衍生開發出來。

目前，煉鋼自動化的程度不高，提高煉鋼自動化程度是行業的機會所在。西馬克開發了帶有工業4.0屬性的自動出鋼模型，也開發了全流程的產業優化方案。目前，煉鋼自動化的程度還有待提高，智能煉鋼是行業的機會所在。西馬克集團開發的帶有工業4.0屬性的自動出鋼模型已經在國內遷鋼成功投入運行。該模型不僅考慮了出鋼過程本身，也集成了大量的安全預防措施，確保在出鋼過程中，即使有意外情況發生，也可以保證人員及設備的安全。

不僅如此，西馬克集團還開發了不需要副槍就可以控制鋼液成分及溫度的轉爐煉鋼模型以及可橫跨煉鐵、煉鋼、精煉區域不同工位間的全流程能源優化，生產過程優化模型等等的全流程產業優化方案，為智能煉鋼提供全方位的支持。

傳統出鋼的痛點

“傳統出鋼工藝的固有缺陷是出鋼操作環境、存在高溫、粉塵、灼燙風險；不同操作員之間差異性較大，出鋼操作不穩定；人工操作失誤往往會帶來質量、安全事故；崗位勞動強度大；出鋼操作智能化控制水平低。”劉風剛表示。

在Reiner KUELCHEN看來，當前鋼包流轉大部分是由人工進行操作。鋼包在流轉過程中，鋼包的選擇多數依據人們的經驗，有經驗的操作工流轉的效益高一點。如果鋼廠規模過大或者鋼包過多的時候就容易產生問題。有的操作工為了達到上臺的鋼水溫度不至于過低會在往前的每一個工序流程上故意增加出鋼溫度來達到上臺前溫度保證適合澆鋼的要求，但是這也意味著多余的溫度損失和能量消耗，成本增加。

Reiner KUELCHEN認為要解決這方面的問題就要考慮如下的因素：比如鋼包的熱容及耐材溫度信息要準確、鋼包優化的目標溫度一定要合理，鋼包的使用率一定要合理，運輸時間也要準確把握。這樣可以達到增加產量的目的，同時減少能源消耗。

劉風剛指出，自動出鋼控制理念是：能夠對設備運行狀態進行實時監控，異常情況作出做出反饋，保障自動出鋼始終能夠在安全的環境下運行；將出鋼操作回歸成PLC程式，保證出鋼操作的穩定與高效，滿足不同爐況，不同鋼種，不同工藝對出鋼序列的要求；通過視頻監控系統對出鋼狀態進行監控，并利用圖像識別技術，對出鋼過程中的干擾進行甄別并對自動出鋼程式做出優化；自動出鋼達到設計目的，指導生產創造效益。

自動化出鋼的條件目前成熟了么？答案是肯定的。目前，在冶金行業可以利用鋼包識別技術、激光起重機定位、3D激光掃描等技術實現自動化生產。

鋼廠的生產流程是：接到客戶的訂單以后會制訂生產計劃。生產計劃節奏下發以后，工廠開始進行生產，轉爐就會根據生產計劃進行生產，并和工廠的生產計劃進行實時通訊，動態調整。

“如果企業擁有西馬克的鋼包管理系統后，生產會更加順暢。” Reiner KUELCHEN表示，該系統會將鋼包通過鋼包定位技術在正確的時間放在正確的位置上。在這過程中，鋼包需要運轉被運輸，自動鋼包的運轉輸也十分重要，其優勢是：優化生產流程，縮短加工時間；天車起動機在最佳條件下運行，從而減少磨損；明確的鋼包路徑和方式以及，安全性的提高。

轉爐（BOF）的生產過程需要很多輔助系統功能——自動天車系統起重機移動。有了自動天車系統，就可以擴展實現例諸如，鋼包運輸、兌鐵水、加裝料、廢鋼等工序的自動化裝料。

不過需要注意的是，歐洲和中國的相關法律法規要求是：只有半自動運轉移動是可行的。天車起重機操作員必須監控自動天車的起重機移動。這種監控也可以通過遠程控制來實現（例如，操作員坐在遠程控制室中，通過攝像頭監控控制天車起重機）；操作員需要在危險情況下接管控制權；在半辦自動天車起重機運行時，在0米平臺的天車（在起重機區域內，）必須可以進行人為有人自由操作。

西馬克集團對鋼包天車的設計方案是：首先拿到廠房企業的圖紙，在圖紙上標識出哪些是鋼包位，并定義哪些是天車的起包位，哪些是天車的落包位。根據企業廠房內內的設備分布，設計鋼包的移動路徑，避開障礙物。

此外，自動出鋼過程也需要智能機械手臂，從而取代員工進行測溫取樣。通過結合鋼包流轉流程和自動加廢鋼兌鐵水的流程可以達到煉鋼自動化。

自動出鋼的兩大部分

“自動出鋼包括兩大部分，一是自動出鋼過程，二是自動出渣過程。”西馬克中國電氣自動化事業部副總裁Christoph STAPPENBECK分析了出鋼的步驟，并介紹了X-pact®自動出鋼過程。

圖為Christoph STAPPENBECK介紹X-pact®自動出鋼

X-pact®自動出鋼具有減小下渣量、縮短出鋼時間、鋼包加合金成分均勻化、最小化人員配置、改善工作環境與人員安全、增加復用性、減少齒輪箱壓力、提高收得率的效果。

自動出鋼在業界備受關注。在自動出鋼的過程中X-pact®自動出鋼會同步控制轉爐傾動位置，鋼包運輸車位置。同時X-pact®自動出鋼還會組合控制合金溜槽鋼包加料、檔渣機溝檔渣。

據Christoph STAPPENBECK介紹，X-pact®自動出鋼的系統組成為鋼渣車、擋渣機構、合金溜槽、轉爐傾動、鋼包車帶稱重；爐襯輪廓測量、攝像頭系統、下渣檢測系統、激光測距儀、PLC系統；無線面板（選項）、操作臺等。

如何保證出鋼過程中的安全性？轉爐的環境不理想，經常在生產過程中部分傳感器被燒毀掉。X-pact®的系統針對轉爐生產情況，在信號正常時，采用正常的生產模式，在部分傳感器的信號有問題的時候，還會有相應的生產模式，如果信號缺失的更多，也還會有確保安全出鋼的措施。要是生產發生問題，最先確保的是安全，例如出鋼過程中發生了溢鋼，轉爐會馬上被停下，看情況決定下一步是繼續出鋼還是進行安全保障。為了保障安全生產，西馬克集團設計了三種不同類型的出鋼模式。系統會獲得轉爐出鋼時的出鋼重量實時數據被系統獲得，如果現場信號都正常，系統的模型這個數據就會根據模型和出鋼口爐襯的侵蝕情況和鋼水靜壓力、爐襯的侵蝕情況，計算出鋼水能正常進入鋼包轉爐的轉爐出鋼的角度，轉爐的鋼水能正常進入鋼包。當轉爐可用信號減少時，可以使用基于出鋼重量的參考曲線控制出鋼的角度和出鋼的時間，不同的轉爐爐襯壽命，有著不同的參考曲線通過獲得鋼水重量和相應的模型決定。當鋼包車稱重信號不可用時，可以使用基于出鋼時間的，使用參考曲線表格控制出鋼鋼水角度。

對于爐口溢出鋼渣或者鋼水的情況，可以通過攝像頭檢測，最終安全級別得到了提升而且不會終止出鋼工序。

自動出鋼的效果如何？首鋼股份煉鋼部與西馬克技術公司集團深度開展合作，雙方共同完成了安全邏輯的建立、出鋼模式的設計以及圖像分析算法的開發，經過逐項進行測試。2019年2月25日，自動出鋼熱試成功。在正常生產階段（5月7日~至今）自動出鋼成功率93.5%，運行穩定可靠。劉風剛表示：“自動出鋼技術的成功開發與應用，得益于雙方無懈的合作，標志著我廠轉爐煉鋼過程控制跨上新臺階。”

會議取得圓滿的成功，與會代表一致認為，自動出鋼更高效搞笑，更安全。通過這次推介會，與會代表對自動出鋼有了更多的了解。自動出鋼的工程周期較短，一般只需要幾個月的時間，主要是傳感器和系統的安裝。西馬克集團的集成方案完善，精細合理。

此外，西馬克集團的技術專家還對轉爐煙氣控制與終點吹煉預測、鋼包管理系統、煉鋼廠智能制造的探討與交流、連鑄技術解決方案與模型、SMS西馬克集團現代自動化系統改進轉爐煉鋼工藝和經典應用案例進行匯報。