煉鋼生產(chǎn)物流信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)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(qū)煉鋼工藝生產(chǎn)是一個多工序連續(xù)作業(yè)的復(fù)雜過程，整個生產(chǎn)過程從折罐間兌鐵，鐵水包到達(dá)脫硫站，經(jīng)脫硫、扒渣處理后的鐵水包運送到轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐加入鐵水、廢鋼和其他物料進(jìn)行冶煉，冶煉完成的鋼水倒入鋼包經(jīng)精煉爐等爐外處理，最后送至連鑄機(jī)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(zhuǎn)的準(zhǔn)確度和及時性在很大程序上制約了煉鋼生產(chǎn)全過程節(jié)奏和工藝操作準(zhǔn)確性。在新形勢下，有必要進(jìn)行煉鋼物流信息系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用，構(gòu)建信息化支撐體系建設(shè)，服務(wù)煉鋼生產(chǎn)。

1 應(yīng)用背景

傳統(tǒng)的煉鋼物流信息采集方式依靠人工數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計，效率低差錯高，其精準(zhǔn)度和實時性不能滿足模型自動煉鋼和現(xiàn)代煉鋼企業(yè)生產(chǎn)組織需求。系統(tǒng)實施前存在煉鋼生產(chǎn)物流計量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流，不具備復(fù)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(zhǔn)度和實效性。同時基礎(chǔ)和過程自動化系統(tǒng)只具備數(shù)據(jù)搜集功能，不能構(gòu)成精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)鏈路，生產(chǎn)物流數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析處于半手工狀態(tài)，制約工藝控制、能耗水平[2]。該項目充分進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，解決制約煉鋼生產(chǎn)物流信息系統(tǒng)良好運行的難題。

2 總體思路和實施方案

2.1 總體思路

轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，對各種物料的流轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)、工藝操作過程及參數(shù)進(jìn)行實時的自動搜集和監(jiān)控，并對這些數(shù)據(jù)及時準(zhǔn)確的計量和統(tǒng)計分析，是先進(jìn)冶金企業(yè)都必須解決好的問題。煉鋼生產(chǎn)中以鋼鐵料為重點的物質(zhì)流轉(zhuǎn)過程主要通過天車作為運輸載體，天車吊運作業(yè)的位置變化和重量變化與各工藝環(huán)節(jié)中物料的接受與產(chǎn)出事件緊密關(guān)聯(lián)，所以跟蹤和辨識天車的行為就能準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)中的鐵水、廢鋼、鋼水等物料的周轉(zhuǎn)情況。更重要的是以天車運轉(zhuǎn)物流為主線貫穿廢鋼間、折罐間、脫硫站、轉(zhuǎn)爐、氬站、精煉爐、連鑄機(jī)等主要工藝環(huán)節(jié)，實現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)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(chǎn)過程中完整的煉鋼生產(chǎn)物流信息鏈路[3]。

該項目應(yīng)用天車定位及無線傳輸技術(shù)，使得良好運行率95%以上。建立大數(shù)據(jù)分析制度，以天車定位為主線完善整個爐區(qū)物流數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的自動采集，修改、優(yōu)化數(shù)據(jù)推理系統(tǒng)，充分利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，分析天車稱重數(shù)據(jù)變化規(guī)律，建立符合本爐區(qū)實際工況的新的物流數(shù)據(jù)推理機(jī)制，解決各工藝點數(shù)據(jù)準(zhǔn)確自動銜接流轉(zhuǎn)、不規(guī)則的鋼包流轉(zhuǎn)，降低天車高度行程變化影響以及各類非常規(guī)操作的自動判別處理等技術(shù)難題，使得數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確率達(dá)到94%以上，使得鋼鐵料消耗自動采集率達(dá)到95%。

2.2 實施方案

2.2.1 煉鋼生產(chǎn)物流信息數(shù)據(jù)采集模型原理和流程

建立基于天車現(xiàn)場吊運物料運行作業(yè)的規(guī)律性而實現(xiàn)的煉鋼生產(chǎn)信息采集規(guī)則和工藝模型。規(guī)定每部天車在相對固定的區(qū)域進(jìn)行作業(yè)，不同的天車吊運行為通過天車信息系統(tǒng)的重量和位置的變化進(jìn)行判斷標(biāo)識；煉鋼生產(chǎn)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(tǒng)的建立邏輯推理規(guī)則模型為質(zhì)量—位置—時間邏輯相結(jié)合的模式，以質(zhì)量—位置邏輯為主的數(shù)據(jù)推理規(guī)則模型。系統(tǒng)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(xiàn)煉鋼生產(chǎn)鋼鐵料消耗信息的準(zhǔn)確采集推理。

煉鋼生產(chǎn)物料信息流轉(zhuǎn)的過程中，系統(tǒng)采集關(guān)鍵位置的到站和離站的時間信息、質(zhì)量信息位置，通過系統(tǒng)的推理模型，推理出消息供二級系統(tǒng)使用，煉鋼生產(chǎn)信息系統(tǒng)鋼鐵料消耗數(shù)據(jù)采集的原理和流程圖見圖1。

圖1 天車數(shù)據(jù)采集原理和流程圖

2.2.2 150 t爐區(qū)專用的數(shù)據(jù)推理模型

在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，建立針對150 t爐區(qū)現(xiàn)場情況確定獨特專門的數(shù)據(jù)推理的規(guī)則模型，實現(xiàn)宣鋼150 t爐區(qū)煉鋼320 t天車稱量數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確和及時。通過大數(shù)據(jù)分析確定適合宣鋼實際工藝的數(shù)據(jù)采集規(guī)則模型，建立新的推理規(guī)則模型，在位置內(nèi)重包和空包質(zhì)量取在位置內(nèi)事件發(fā)生時刻向前或向后間隔30 s內(nèi)尋找有效數(shù)據(jù)，有效數(shù)據(jù)為連續(xù)相等的三個數(shù)據(jù)或連續(xù)三個差值不超過0.1的數(shù)據(jù)。補(bǔ)償值也在位置內(nèi)事件發(fā)生時刻向前或向后間隔30 s的數(shù)據(jù)內(nèi)搜索，建立補(bǔ)償值追隨重包或者空包取值的推理模型，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的一致性和穩(wěn)定性。表1為天車數(shù)據(jù)推理規(guī)則表。

表1 天車數(shù)據(jù)推理規(guī)則表

2.2.3 完整的煉鋼物流信息系統(tǒng)

以煉鋼生產(chǎn)的天車運行為主線，串聯(lián)整個煉鋼過程的鋼鐵料消耗生產(chǎn)物流信息，構(gòu)建歷史數(shù)據(jù)庫，供生產(chǎn)和管理分析。物流跟蹤系統(tǒng)以爐次號作為各二級過程數(shù)據(jù)整合的主要關(guān)鍵字，形成L1-L2-L3的完整煉鋼生產(chǎn)物流信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路。

2.2.4 煉鋼物流生產(chǎn)的鋼鐵料消耗管理系統(tǒng)軟件

自主開發(fā)一套煉鋼鋼鐵料消耗數(shù)據(jù)采集、查詢、統(tǒng)計管理系統(tǒng)軟件。該軟件的開發(fā)基于Windows窗體和數(shù)據(jù)庫采集系統(tǒng)，采用客戶端/服務(wù)器模式使用，主要實現(xiàn)煉鋼生產(chǎn)的廢鋼、鋼水、鐵水等稱重計量數(shù)據(jù)的自動采集自動計算、展示、查詢和復(fù)核，強(qiáng)化鋼鐵料消耗數(shù)據(jù)的系統(tǒng)化管理。最終建立鋼鐵料消耗管理軟件平臺，建立連鑄機(jī)大包和天車稱重數(shù)據(jù)分析比較的對比機(jī)制、折罐稱重計量的空包校正和空包對應(yīng)查詢機(jī)制，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)實時查詢、歷史數(shù)據(jù)和事件消息管理，強(qiáng)化鋼鐵料消耗管理，保證計量及時準(zhǔn)確，實現(xiàn)鋼鐵料消耗降低0.1 kg/t鋼。

圖2為建立大包余鋼稱重數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)大包余鋼量自動采集，生成生產(chǎn)報表、生產(chǎn)曲線和生產(chǎn)直方圖，對連鑄澆鑄余鋼情況進(jìn)行指導(dǎo)。

圖2 鋼鐵料消耗大包余鋼數(shù)據(jù)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(tǒng)和方法

在分析煉鋼物流大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實施了一種煉鋼折罐鐵水計量系統(tǒng)優(yōu)化，將軌道衡計量鐵水結(jié)算，變?yōu)殍F水天車系統(tǒng)結(jié)算，充分降低了鐵水溫降，節(jié)約了能源，優(yōu)化了生產(chǎn)流程，取得了良好效果。實施過程中，產(chǎn)生了一項發(fā)明專利《一種煉鋼折罐鐵水計量空包校正系統(tǒng)和方法》，申請?zhí)枮椋篊N2018108 65655。該專利提供一種利用折罐平車稱重變化進(jìn)行定性判斷和利用天車大車定位進(jìn)行定量計算的煉鋼折罐鐵水計量系統(tǒng)和空包校正方法。下頁圖3為折罐鐵水計量校正系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖。

該發(fā)明的方法是建立折罐鐵水計量空包校正軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)整體運行在工業(yè)無線傳輸和以太網(wǎng)的環(huán)境中，包括平車稱重數(shù)據(jù)采集模塊、平車稱重校正事件產(chǎn)生模塊、天車數(shù)據(jù)采集模塊、天車數(shù)據(jù)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(tǒng)實施流程圖。

圖3 折罐鐵水計量校正系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖

圖4 折罐鐵水計量校正系統(tǒng)實施流程圖

3 實施效果

系統(tǒng)實施后，通過煉鋼生產(chǎn)熔煉號關(guān)聯(lián)整個物流生產(chǎn)過程，實現(xiàn)全程動態(tài)檢測物料信息，實時顯示數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確辨識和動畫模擬示意物流行為。鋼鐵料數(shù)據(jù)采集點和推理規(guī)則科學(xué)合理，廢鋼、鐵水和鋼水采集率和準(zhǔn)確計量，鋼鐵料消耗自動采集準(zhǔn)確率已達(dá)到95%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工記錄的準(zhǔn)確度。

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

2）通過對物流生產(chǎn)信息系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化開發(fā)之后，天車物流信息數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)確率對比表

4 結(jié)論

該項目實施后，實現(xiàn)了煉鋼生產(chǎn)物流信息的自動化二級系統(tǒng)與一級系統(tǒng)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(chǎn)物流信息鏈路，保證數(shù)據(jù)的及時性、準(zhǔn)確性和可靠性，強(qiáng)化了鋼鐵料消耗管理。將軌道衡計量鐵水結(jié)算升級為鐵水天車系統(tǒng)結(jié)算，降低鐵溫、節(jié)約能源、優(yōu)化流程。最終提高了鋼水收得率，實現(xiàn)鋼鐵料消耗降低了0.1 kg/t，年綜合創(chuàng)效70多萬元，提高了企業(yè)現(xiàn)代化管理水平，具有較好的社會效益。