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首钢京唐“一键式炼钢”有何不一般?过程无干预率达95
发布日期:2024-03-08

转炉炼钢操作台前,生产人员手握鼠标点击“吹炼开始”按钮,智慧炼钢系统控制氧枪自动下降开始吹炼、物料自动加入、底吹自动控制、氧枪根据返干和溢渣实际炉况进行枪位自动调整、副枪自动测量,直至吹炼结束无需手动干预;点击“出钢开始”按钮,智慧炼钢系统控制转炉倾动、钢包车自动跟随、出钢异常报警停摇,直至出钢结束无需手动干预……这是2024年2月25日首钢京唐钢铁联合有限责任公司(下称首钢京唐)钢轧作业部8号转炉的实际生产场景,由该公司自主研发的转炉智慧炼钢系统,大大提升了转炉生产的智能化水平,降低了生产人员的劳动强度。

2023年2月,钢轧作业部8号转炉开始陆续实现各步骤自动控制;2023年8月,各功能模块投入使用并完成联动运行,最终实现无线端控制炼钢。转炉智慧炼钢系统,实现了转炉吹炼、出钢、溅渣、出渣生产全程的智能化控制,使用比例超过90%,过程无干预率在95%以上。经专家团队评议,系统技术水平达到国际先进水平。

实现转炉智能化冶炼困难重重。长期以来,转炉炉料结构复杂多变、原辅料成分不稳定、炉内反应无法实时监测、“黑箱化”现象严重等问题一直存在,主要靠人员经验判断、解决。转炉炼钢操作的智能化是当前的主流趋势,但转炉智慧炼钢系统的研发面临诸多困难:转炉冶炼过程是在开放反应釜内进行涉及固、液、气多相物质的复杂高温物理化学反应,包括吹炼、出钢、溅渣、出渣等多个关键阶段,各阶段先后进行互相关联,但实际炉况和自动控制的内容、方式差异巨大;转炉生产控制设备多、物料种类多、生产介质多,这些设备的控制、物料的加入、介质控制均需实现模型计算和自动控制;生产过程中产生的声音、图像等信息,以及由各种传感器测量获得的距离、流量、重量、成分、温度等众多数据类型,都需要纳入计算模型。

为攻克这些难题,生产侧的首钢京唐和技术侧的首自信联合构建核心攻关团队,吸纳生产、工艺、设备、计算机系统、模型开发等领域专业技术人员,历时20个月,自主研发了转炉智慧炼钢系统,于2023年8月上线试运行,成效显著。

转炉智慧炼钢系统具备两大优点——

一是建立先进感知体系,实现冶炼过程智能化控制。根据不同场景,安装多种高清数字摄像头,对转炉冶炼过程进行全过程监控,采用视觉识别,结合烟气分析、声呐、副枪检测、下渣检测、传感器等技术,建立吹炼、出钢、溅渣、出渣等生产过程控制的感知体系,将生产信息纳入冶金模型。

二是深度学习模型与机理模型相结合,实现转炉生产全程的智能化控制。采用深度学习方法处理吹炼、出钢、溅渣、出渣各阶段图像信息,实现非结构化、非指标化数据向结构化、指标化数据转变;采用基于冶金机理的静态计算模型、脱碳动态模型、合金计算模型等,实现加料量、加氧量等过程控制参数计算;采用基于生产控制及安全规程的控制模型,实现全生产过程的自动化控制。

在转炉吹炼过程智能化控制上,该系统以图像识别为核心技术,对出钢口及炉口火焰强度进行综合分析形成火焰指数,综合烟气、声呐、炉口溢渣信息,形成四大判断依据,并依此进行氧枪控制,使转炉吹炼全程处于理想的平稳冶炼状态,解决吹炼喷溅及返干发生几率高的问题。同时,良好的造渣提高了转炉脱磷率,终点钢水中磷含量最低达到0.003%。

在转炉出钢过程智能化控制上,该系统以图像识别为核心技术,对出钢过程转炉包沿钢液位置进行识别,同时计算“出钢秒流量”,实时判断出钢安全状态,保证出钢过程处于“最大静压力”下最快出钢状态,同时确保出钢过程安全。

在转炉溅渣过程智能化控制上,以静态模型与动态智能控制相结合的方式实现溅渣自动控制。静态阶段执行溅渣模式表,起渣后根据炉口摄像头识别渣粒参数,动态调整枪位及物料加入,完成溅渣操作。通过使用自动溅渣功能,缩短了溅渣时间18秒~1分钟,溅渣护炉效果稳定。

在转炉出渣过程智能化控制上,通过计算摇炉角度与渣罐车位置的对应关系,控制转炉倾动与渣罐车同步运行,保障炉渣倒入渣罐;同时利用摄像头视觉系统监控倒渣情况,倒渣渣流异常时及时提示切换控制,实现安全状态下的转炉自动出渣。通过自动出渣功能控制投用,炉下渣量产出较投用前减少2.1吨/天,降低了渣罐车及炉下渣的清理频次。

转炉智慧炼钢系统实现了转炉吹炼、出钢、溅渣、出渣生产全程的智能化控制,将原来频繁的人工手动控制转变为了计算机智能化控制,现场操作人员可“一键”启动自动化控制过程,中途无需干预即可完成冶炼。转炉智慧炼钢系统提高了生产稳定性和产品稳定性,使直出钢比例提高约26%、冶炼周期缩短2分钟28秒、钢铁料消耗指标降低约2.9千克/吨

整体而言,转炉智慧炼钢系统提高了炼钢生产的智能化水平,获得了显著的经济效益,降低了生产人员的劳动强度,在安全、环保领域取得了良好效果,成为炼钢生产智能化应用的优秀范例,也标志着首钢京唐真正实现了“一键式炼钢”的转炉智能化冶炼。


 
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