基于物質(zhì)—能量流協(xié)同的鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)

范天驕 柯長(zhǎng)松 徐永權(quán) 趙 健 龍泉泉

(1.中鋼集團(tuán)鞍山熱能研究院有限公司，2.中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院有限公司，3.遼寧冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司)

“界面技術(shù)”是指相鄰工序之間的銜接—匹配、協(xié)調(diào)—緩沖的技術(shù)、物質(zhì)流的物理和化學(xué)性質(zhì)調(diào)控技術(shù)及其相關(guān)裝置[1-5]。鐵水智能調(diào)度技術(shù)是煉鐵—煉鋼之間重要的“界面技術(shù)”之一。該技術(shù)涵蓋煉鐵、煉鋼等主體工序的銜接緩沖，包含物質(zhì)流(流量、成分)、能量流、溫度、時(shí)間等基本參數(shù)銜接、匹配、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，包括工序、裝置、容量、輸送設(shè)備、運(yùn)輸路線、調(diào)度管理等諸多內(nèi)容。文章在對(duì)某鋼鐵企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)鐵水調(diào)度管理現(xiàn)狀進(jìn)行深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)以客觀數(shù)據(jù)為依據(jù)的鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)適應(yīng)性改造、硬件建設(shè)和軟件建設(shè)，建成基于物質(zhì)—能量流協(xié)同的鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)，達(dá)到車(chē)輛調(diào)度、鐵水罐調(diào)度、行車(chē)調(diào)度管理等的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水運(yùn)輸調(diào)度過(guò)程的規(guī)范管理，提高運(yùn)輸效率，減少鐵水運(yùn)輸過(guò)程溫降，提高鐵水入轉(zhuǎn)爐溫度，達(dá)到節(jié)能降耗減碳的目的。

1 某企業(yè)鐵水調(diào)度現(xiàn)狀及問(wèn)題

某企業(yè)煉鋼工序分老區(qū)和新區(qū)，老區(qū)建有75 t轉(zhuǎn)爐2座，新區(qū)建有150 t轉(zhuǎn)爐2座。現(xiàn)有高爐6座，在正常生產(chǎn)情況下，2座高爐鐵水供給煉鋼老區(qū)，4座高爐鐵水供給煉鋼新區(qū)。

(1)鐵路線

該企業(yè)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)主要由1條主干道、2片道岔區(qū)域及若干條支道組成，整體呈兩個(gè)“人”字形。該鐵路線不僅承擔(dān)著運(yùn)輸鐵水罐任務(wù)，而且擔(dān)負(fù)著鋼渣罐、鋼渣盆的運(yùn)輸任務(wù)。

(2)機(jī)車(chē)與罐車(chē)

參與鐵路運(yùn)輸?shù)臋C(jī)車(chē)共有10臺(tái)，負(fù)責(zé)運(yùn)送鐵水和鐵渣。參與鐵水運(yùn)輸?shù)蔫F水罐共有96個(gè)，型號(hào)分為90 t鐵水罐和75 t鐵水罐。

(3)鐵水調(diào)度

目前參與鐵水調(diào)度的人員包括：總調(diào)度室調(diào)度員、煉鋼的鐵水調(diào)度員、煉鐵廠看包人員、煉鐵廠工段長(zhǎng)、鐵水罐機(jī)車(chē)司機(jī)、鋼渣罐機(jī)車(chē)司機(jī)以及各機(jī)車(chē)的連接員。

(4)主要問(wèn)題及原因

企業(yè)鐵路線要同時(shí)承擔(dān)鐵水重罐、輕罐運(yùn)輸任務(wù)以及轉(zhuǎn)爐鋼渣重罐、輕罐運(yùn)輸任務(wù)，尤其是鋼渣運(yùn)輸和鐵水運(yùn)輸方向相反，煉鋼車(chē)間進(jìn)站處經(jīng)常有重罐積壓，使得后續(xù)機(jī)車(chē)無(wú)法進(jìn)站而占用鐵路主干道，導(dǎo)致鐵路主線上的交通近乎停滯。同時(shí)頻繁出現(xiàn)鐵路擁堵現(xiàn)象，大大增加了鐵水重罐、輕罐的運(yùn)輸時(shí)間，產(chǎn)生了較大的鐵水溫降。

究其原因，主要由于鐵路資源有限，支撐調(diào)度手段不足，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的信息化監(jiān)測(cè)平臺(tái)，煉鐵—煉鋼界面的重要信息尚未實(shí)現(xiàn)全局共享，鐵路運(yùn)輸部門(mén)、煉鋼調(diào)度和煉鐵調(diào)度等均采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行溝通，相關(guān)信息共享的及時(shí)性、準(zhǔn)確性受到很大制約。

2 鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)研究總體思路

隨著信息化、智能化技術(shù)在企業(yè)中的廣泛應(yīng)用，根據(jù)鐵水調(diào)度監(jiān)控、調(diào)度、預(yù)警及分析功能需求，系統(tǒng)一方面需要通過(guò)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)改造，實(shí)現(xiàn)與企業(yè)已有信息化系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)鐵水調(diào)度相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和其他重要物流數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集；另一方面應(yīng)用RFID技術(shù)、GPS技術(shù)及仿真建模等智能化手段，實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)、鐵水罐準(zhǔn)確定位跟蹤、鐵水信息的智能識(shí)別，將煉鐵—煉鋼工序緊密銜接，鐵—鋼界面鐵水調(diào)運(yùn)科學(xué)、預(yù)判及時(shí)、組織有序，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水運(yùn)輸過(guò)程的規(guī)范化、精細(xì)化、智能化管理。

鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)主要包括決策層、管理層、調(diào)度層和操作層。操作層主要進(jìn)行鐵水調(diào)度相關(guān)數(shù)據(jù)采集及相關(guān)系統(tǒng)日常運(yùn)行安全檢查與維護(hù)等；調(diào)度層主要按照調(diào)度計(jì)劃處理鐵水、機(jī)車(chē)、渣罐日常運(yùn)行調(diào)度等；管理層主要制定與下達(dá)鐵水調(diào)度指標(biāo)、煉鐵車(chē)間、煉鋼車(chē)間、鐵水調(diào)度生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)實(shí)績(jī)跟蹤等；決策層主要進(jìn)行鐵水調(diào)度決策與調(diào)度系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的應(yīng)急決策。

3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)功能

根據(jù)某企業(yè)鐵水調(diào)度的實(shí)際需求，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了監(jiān)控預(yù)警、調(diào)度指令、生產(chǎn)實(shí)績(jī)、生產(chǎn)計(jì)劃、數(shù)據(jù)分析、歷史信息、基礎(chǔ)配置、系統(tǒng)管理八大管理功能。

(1)監(jiān)控預(yù)警

監(jiān)控預(yù)警是系統(tǒng)的核心模塊之一，所有需要實(shí)時(shí)展現(xiàn)給用戶的數(shù)據(jù)均集成于該功能下，主要包括監(jiān)控總圖、實(shí)時(shí)監(jiān)控信息、實(shí)時(shí)預(yù)警信息。

采用3D建模技術(shù)對(duì)煉鐵、煉鋼車(chē)間，鐵路線，渣場(chǎng)，以及高爐、轉(zhuǎn)爐、火車(chē)、渣罐/車(chē)、鐵水罐車(chē)進(jìn)行外觀建模；在煉鐵廠出入口、煉鋼廠出入口、鐵水罐、渣罐等處加貼RFID標(biāo)簽；在鐵水罐車(chē)上加裝GPS定位裝置，通過(guò)3D建模技術(shù)、智能識(shí)別技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、自動(dòng)跟蹤技術(shù)等實(shí)現(xiàn)高爐出鐵水、鐵水罐車(chē)運(yùn)輸鐵水、轉(zhuǎn)爐接鐵水全過(guò)程不同時(shí)間、空間維度下，物質(zhì)流、能量流、信息流的24 h監(jiān)控。

設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警信息面板，當(dāng)滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警信息觸發(fā)條件時(shí)，按照時(shí)間順序(逆序)顯示更新實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警信息。

(2)調(diào)度指令

調(diào)度指令臺(tái)旨在為鐵水全流程調(diào)度提供調(diào)度指揮溝通平臺(tái)，可及時(shí)發(fā)布調(diào)度指令、協(xié)調(diào)調(diào)度，就鐵水流轉(zhuǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控動(dòng)作、預(yù)警信息開(kāi)展調(diào)度指揮工作。

根據(jù)調(diào)度人員選擇的不同調(diào)度對(duì)象，展示各級(jí)監(jiān)控信息調(diào)度、預(yù)警信息調(diào)度。如高爐出鐵、出鐵完成、重罐離場(chǎng)、輕罐入場(chǎng)；出鐵溫度低于預(yù)警值、出鐵量低于預(yù)警值、線上靜止超時(shí)預(yù)警、累計(jì)接鐵水次數(shù)達(dá)峰預(yù)警、兌鐵溫度低于預(yù)警值等。

(3)生產(chǎn)實(shí)績(jī)

主要實(shí)現(xiàn)與鐵水調(diào)度有關(guān)的生產(chǎn)實(shí)績(jī)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)及導(dǎo)出功能。是原始數(shù)據(jù)沉淀、積累、歸集共享的資源庫(kù)，為數(shù)據(jù)分析挖掘、共享應(yīng)用提供支撐。

生產(chǎn)實(shí)績(jī)信息包括爐次號(hào)、鐵水成分、鐵水重量、出鐵溫度、出鐵時(shí)間、兌鐵溫度、兌鐵時(shí)間、承運(yùn)鐵水罐號(hào)、鐵水溫降、傳擱時(shí)長(zhǎng)等。

(4)生產(chǎn)計(jì)劃

主要實(shí)現(xiàn)煉鐵、煉鋼、煉鐵—煉鋼界面與鐵水調(diào)度相關(guān)的生產(chǎn)計(jì)劃的編制功能，通過(guò)鐵水調(diào)度計(jì)劃的制定，使上下工序無(wú)縫銜接，提升鐵水調(diào)度管理效率。

生產(chǎn)計(jì)劃信息包括：計(jì)劃編號(hào)、計(jì)劃名稱(chēng)、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、計(jì)劃對(duì)象；出鐵量、最低出鐵溫度、平均出鐵溫度；最低兌鐵溫度、平均兌鐵溫度；鐵水平均溫降、鐵水最長(zhǎng)傳擱時(shí)長(zhǎng)、鐵水平均傳擱時(shí)長(zhǎng)等。

(5)數(shù)據(jù)分析

主要實(shí)現(xiàn)按照不同時(shí)間、不同范圍統(tǒng)計(jì)的煉鐵車(chē)間、煉鋼車(chē)間、煉鐵—煉鋼界面間各生產(chǎn)實(shí)績(jī)構(gòu)成的重要指標(biāo)情況，并以趨勢(shì)圖等圖形化的形式直觀展示不同維度下指標(biāo)對(duì)比情況。根據(jù)對(duì)比情況，通過(guò)績(jī)效考核等手段進(jìn)行鐵水調(diào)度精細(xì)化管理。重要指標(biāo)包括高爐出鐵水準(zhǔn)時(shí)率、鐵水罐周轉(zhuǎn)率、鐵水運(yùn)輸溫降等。

也可通過(guò)大數(shù)據(jù)分析等手段，挖掘鐵水調(diào)度過(guò)程中尚未清晰的工藝規(guī)律，為進(jìn)一步優(yōu)化煉鐵—煉鋼界面銜接、緩沖提供支撐。

(6)歷史信息

主要對(duì)監(jiān)控歷史信息、預(yù)警歷史信息進(jìn)行展示，便于信息歸集、查詢(xún)。

(7)基礎(chǔ)配置

對(duì)鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)涉及到的工序、設(shè)備參數(shù)，監(jiān)控、預(yù)警等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，為功能管理模塊提供基礎(chǔ)支撐。

(8)系統(tǒng)管理

對(duì)鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)涉及到的用戶、角色、權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，為功能管理模塊提供基礎(chǔ)支撐。

4 應(yīng)用效果

(1)整合現(xiàn)有資源，構(gòu)建煉鐵—煉鋼界面鐵水智能調(diào)度平臺(tái)，集成了鐵水調(diào)度數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了鐵水運(yùn)輸過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤、全程監(jiān)控；

(2)提高了鐵水罐周轉(zhuǎn)率，提升了鋼鐵冶煉系統(tǒng)生產(chǎn)效率，生產(chǎn)組織更加順行；

(3)鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)正常運(yùn)行，溫度、時(shí)間及位置等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度控制在合理范圍內(nèi)。經(jīng)試驗(yàn)，鐵水入轉(zhuǎn)爐溫度可提高10 ℃以上；

按入轉(zhuǎn)爐鐵水溫度提高10 ℃，鐵水比熱為0.837 kJ/(kg·℃)計(jì)算，噸鐵節(jié)約熱量為8 370 kJ，折合0.28 kgce，減排CO20.73 kg ；同時(shí)，入轉(zhuǎn)爐鐵水溫度提高10 ℃，可降低鐵水比0.5%左右，按照煉鐵工序能耗400 kgce/t估算，噸鐵可節(jié)約2 kgce，減排CO25.2 kg。合計(jì)，入轉(zhuǎn)爐鐵水溫度提高10°C，噸鐵共可節(jié)約2.28 kgce，減排CO25.93 kg。

5 結(jié)語(yǔ)

基于物質(zhì)—能量流協(xié)同的鐵水智能調(diào)度系統(tǒng)是利用信息技術(shù)、3D建模、智能識(shí)別、無(wú)線通信、跟蹤定位等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鐵水罐車(chē)實(shí)時(shí)跟蹤、全程監(jiān)控；跨越多個(gè)平臺(tái)，打破信息孤島，建立快速、準(zhǔn)確、可共享的鐵水運(yùn)輸調(diào)度檔案，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水調(diào)度過(guò)程的規(guī)范化、智能化管理，提高鐵水入轉(zhuǎn)爐溫度，達(dá)到節(jié)能降耗減碳的目標(biāo)。