近日，“轉(zhuǎn)爐智能出鋼技術(shù)研究及應用”項目獲得首鋼科學技術(shù)一等獎。該成果的成功取得和實施應用，標志著首鋼自主掌握了大噸位轉(zhuǎn)爐自動出鋼技術(shù)，為實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼全過程智能化打下了堅實基礎。
近年來，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)涌現(xiàn)出大量的數(shù)字化轉(zhuǎn)型應用場景，一些煉鋼廠陸續(xù)引進了自動化出鋼技術(shù)，但大多存在噸位小、功能不完善、核心技術(shù)自主可控程度不高等問題。為推進首鋼鋼鐵業(yè)智能化升級，按照“首鋼‘十四五’智能制造技術(shù)創(chuàng)新規(guī)劃”制定的數(shù)字化薄弱環(huán)節(jié)“填平補齊”原則，技術(shù)研究院聯(lián)合股份公司和京唐公司成立了攻關(guān)團隊，開展轉(zhuǎn)爐智能出鋼技術(shù)研究。
自動出鋼是一項涵蓋圖像識別、算法優(yōu)化、多設備協(xié)同控制、多專業(yè)合作，并且對系統(tǒng)可靠性、安全性要求極高的功能應用項目，主要目標是根據(jù)工藝要求對轉(zhuǎn)爐出鋼有關(guān)的所有設備進行控制，包括轉(zhuǎn)爐本體、鋼水車、合金溜槽、滑板擋渣機構(gòu)等，從而實現(xiàn)出鋼過程的全自動運行。
對于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐出鋼來說，爐口溢渣情況完全依賴人眼觀察調(diào)整，操作人員工作環(huán)境艱苦，但在自動狀態(tài)下又缺乏實時感知爐口溢渣情況的手段。為了解決這一痛點，項目團隊決定將圖像識別技術(shù)引入轉(zhuǎn)爐自動出鋼防溢渣檢測方法中，但是在對出鋼圖像進行分析時發(fā)現(xiàn)，添加合金時冒出的大量粉塵和出鋼過程中高溫熔融金屬導致的亮度驟變均會影響成像效果，導致無法準確判斷溢渣情況。針對此問題，團隊成員劉克東自主開發(fā)了粉塵識別算法和亮度補償算法，使出鋼過程圖像亮度變化平滑順暢，有效解決了干擾，實現(xiàn)了對爐口溢渣的自動檢測。
在調(diào)試中期，現(xiàn)場又出現(xiàn)了新的問題，轉(zhuǎn)爐在小角度傾動時出現(xiàn)卡頓和異響，嚴重影響轉(zhuǎn)爐控制精度，團隊在檢修維護后仍然無法解決問題，攻關(guān)一時進入了瓶頸。一天深夜，團隊成員王炳奎在等候班車時，看到遠處的車輛快速駛來又穩(wěn)穩(wěn)停住，汽車剎車時采用的防抱死制動系統(tǒng)（ABS）讓他忽然茅塞頓開。通過迅速、準確的點動抱閘，既能有效地使轉(zhuǎn)爐快速停下，又能減少制動系統(tǒng)的磨損。有了新的思路，團隊迅速投入方案設計，為了充分掌握不同班次搖爐工的操作習慣，團隊人員全天守候在搖爐室，等待每次出鋼那關(guān)鍵的6分鐘，他們仔細觀察，謹慎記錄，生怕漏掉任何一處細節(jié)，經(jīng)過規(guī)律總結(jié)和系統(tǒng)優(yōu)化，轉(zhuǎn)爐的卡頓和異響問題終于被成功解決，轉(zhuǎn)爐角度實現(xiàn)了0.1度以內(nèi)的精準控制。
在出鋼過程中，鋼包車與爐體傾動角度需要緊密配合，想要實現(xiàn)安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行，鋼包車定位系統(tǒng)至關(guān)重要。類似系統(tǒng)大多采用激光測距儀或視覺定位，但這些方法極易受周圍作業(yè)車輛、人員及粉塵的干擾，這也是很多鋼廠自動出鋼系統(tǒng)出現(xiàn)失敗的主要原因。項目團隊在調(diào)試鋼包車稱重系統(tǒng)時發(fā)現(xiàn)，稱重系統(tǒng)是通過安裝在鋼包車上的傳感器將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)酵獠肯到y(tǒng)的。受此啟發(fā)，團隊創(chuàng)新性地開發(fā)了鋼包車無線定位技術(shù)，經(jīng)過實驗室測試和現(xiàn)場實施兩個階段的持續(xù)優(yōu)化，定位系統(tǒng)成功率大幅提升至98%以上，定位既穩(wěn)又準，技術(shù)水平達到了國際先進。
為確保轉(zhuǎn)爐自動出鋼能夠安全平穩(wěn)運行，正式上線前需要完成空載50爐、帶載100爐的試運行。京唐煉鋼部丁國慧帶隊赴股份公司進行技術(shù)交流，股份煉鋼部江騰飛耐心傳授調(diào)試經(jīng)驗。在此基礎上，團隊組織了多次方案討論會，制定了多套突發(fā)情況應急預案，確保了熱試一次性成功。熱試后，為了能夠隨時溝通處理問題，項目團隊日夜輪班值守在現(xiàn)場，與煉鋼人員搖爐人員同吃同住，直到所有煉鋼班組都能熟練操作。
轉(zhuǎn)爐智能出鋼系統(tǒng)的成功應用離不開多部門、跨專業(yè)的協(xié)同與合作。團隊集合了技術(shù)研究院、遷順技術(shù)中心、京唐技術(shù)中心和股份、京唐等多家單位的精銳力量，既有自動化專業(yè)人員，也有煉鋼工藝專家，有科研人員，也有現(xiàn)場一線操作能手，大家齊心協(xié)力、各展所長，歷時5年，成功開發(fā)出了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)爐智能出鋼技術(shù)，打通了轉(zhuǎn)爐智能煉鋼的“最后一公里”，目前該成果已在股份公司和京唐公司多座轉(zhuǎn)爐投入應用，并在持續(xù)推廣中。
據(jù)項目負責人、首鋼技術(shù)研究院冶金過程研究所王策介紹，近年來，圍繞鋼鐵智能制造，首鋼開展了一系列技術(shù)創(chuàng)新，從智能檢測設備開發(fā)到提升各工序智能化水平，再到智慧工廠示范項目，可謂多點發(fā)力，全面開花。下一步，團隊將“以點帶面”，按照先示范再推廣的路線，繼續(xù)在首鋼這片沃土深耕細作，為推進鋼鐵業(yè)數(shù)智化升級貢獻力量。
