轉(zhuǎn)爐輔原料自動上料系統(tǒng)優(yōu)化

蔣同祥，杜方友，徐瑞杰，王少軍

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北 唐山 063200）

近年來，自動化煉鋼技術(shù)在鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)流程變革、產(chǎn)品質(zhì)量提高、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面發(fā)揮了重要的作用[1-2]。隨著鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展及節(jié)能降耗、提高能源利用率等國家節(jié)能戰(zhàn)略的提出，對自動化煉鋼技術(shù)的要求也日益提高，發(fā)展高效節(jié)能煉鋼技術(shù)成為鋼鐵工業(yè)的一個重要方向[3-6]。

目前，各鋼廠輔原料上料系統(tǒng)基本處于手動及半自動狀態(tài)，上料系統(tǒng)原料站點零散、皮帶產(chǎn)線長，極大消耗人力物力，同時經(jīng)常出現(xiàn)堆料、斷料、混料等供應(yīng)問題，嚴重制約著煉鋼自動化水平的發(fā)展。

1 工藝流程

某鋼廠輔原料上料系統(tǒng)有2條皮帶供應(yīng)系統(tǒng)，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(guān)、2套稱量系統(tǒng)（輔原料1#皮帶稱量系統(tǒng)和輔原料2#皮帶稱量系統(tǒng)）。煉鋼轉(zhuǎn)爐分為脫碳轉(zhuǎn)爐與脫磷轉(zhuǎn)爐。其中，脫碳轉(zhuǎn)爐有3座爐子，即1#轉(zhuǎn)爐、2#轉(zhuǎn)爐、3#轉(zhuǎn)爐；脫磷轉(zhuǎn)爐有2座，即4#轉(zhuǎn)爐、5#轉(zhuǎn)爐。脫碳轉(zhuǎn)爐和脫磷轉(zhuǎn)爐分別用一輛輔原料卸料小車。上料系統(tǒng)的5條皮帶一共分為2路。其中一路為脫磷轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(xiàn)。具體上料系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 輔原料上料系統(tǒng)流程圖

2 上料系統(tǒng)優(yōu)化

為了提高輔原料上料自動化水平，需要對上料系統(tǒng)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(zhuǎn)爐料倉料位情況，需要對轉(zhuǎn)爐高位料倉進行倉位監(jiān)控改造。通過系列改造可以實現(xiàn)輔原料自動上料。

2.1 自動上料

輔原料自動上料系統(tǒng)，需要根據(jù)裝料需求及裝料優(yōu)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(zhuǎn)工作、電振機啟動工作及特殊情況插隊上料工作和各種數(shù)據(jù)清零等工作。其次，結(jié)合HMI設(shè)計完成人機交互界面設(shè)計，增加自動上料與手動上料工作，實現(xiàn)物料跟蹤、上料控制工作。

1）裝料管理。根據(jù)轉(zhuǎn)爐要料倉物料需求選定供料倉，結(jié)合裝料優(yōu)先級和要料重量完成輔原料供給功能。

2）皮帶運行。根據(jù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐要料，即啟動脫碳轉(zhuǎn)爐供料皮帶，優(yōu)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(jié)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(jù)皮帶的啟動情況判定啟動脫磷或者脫碳卸料小車，再根據(jù)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(guān)實現(xiàn)卸料小車定位工作。

4）翻板動作。翻板根據(jù)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)爐要料翻板自動向5#皮帶方向翻轉(zhuǎn)。

5）電振機運行。料倉電振機根據(jù)裝料信號、皮帶啟動信號，進行電振機的啟動。根據(jù)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(yōu)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(xiàn)未設(shè)定優(yōu)先級的要料現(xiàn)象，需要緊急插隊上料。根據(jù)插隊物料需求情況將相應(yīng)料倉選定好，設(shè)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(yōu)先級設(shè)置是，在設(shè)定界面上料優(yōu)先級處輸入從1～100內(nèi)的奇數(shù)，預(yù)留偶數(shù)，便于后續(xù)插隊上料。

7）其他模塊。在一種物料上料結(jié)束以后，需要將各種數(shù)據(jù)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(jié)合HMI設(shè)計完成人機交互界面設(shè)計，通過皮帶運行速度等實現(xiàn)物料運行狀態(tài)監(jiān)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?；蛘唛L時間振動都會導(dǎo)致產(chǎn)生大電流經(jīng)過電氣設(shè)備，多次頻繁啟?；蛘唛L時間振動電振機可能會引起電氣設(shè)備的損壞。為了避免不必要的損失，需要對電振機對應(yīng)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(shù)據(jù)，則認為料倉空料；若輔原料皮帶秤有稱重數(shù)據(jù)變化，再通過前后10 s數(shù)據(jù)變化與否進行對比，數(shù)據(jù)無變化說明料倉空料。

2.3 模擬倉存

目前，給轉(zhuǎn)爐料倉供料的數(shù)據(jù)以輔原料皮帶秤的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行累加，就可以實現(xiàn)此物料的上料累計量。同時，轉(zhuǎn)爐投料系統(tǒng)有自身的單獨投料稱進行投料計量，通過對投料計量數(shù)據(jù)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(zhuǎn)爐高位料倉剩余量，即模擬倉存量。

3 應(yīng)用效果

1）輔原料自動上料系統(tǒng)改造上線后，運行平穩(wěn)。倉存模擬系統(tǒng)的開發(fā)，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(shù)據(jù)確定料倉物料需求量后，只需在操作平臺錄入對應(yīng)需求量，啟動自動上料系統(tǒng)，即可實現(xiàn)所有輔原料的自動供應(yīng)。

2）輔原料自動上料系統(tǒng)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(jīng)濟效益。