連鑄無人澆鋼技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐

一、研究的背景與問題連鑄澆鋼生產(chǎn)是把高溫鋼水由液態(tài)轉(zhuǎn)化為合格鑄坯的一個(gè)生產(chǎn)過程。國(guó)內(nèi)外的冶金鋼鐵企業(yè)中，連鑄澆鋼生產(chǎn)由于其工藝流程的復(fù)雜性，現(xiàn)場(chǎng)都必須保證24小時(shí)有現(xiàn)場(chǎng)操作工人在機(jī)旁操作來實(shí)現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)作業(yè)，導(dǎo)致還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)連鑄澆鋼操作的無人化。澆鋼生產(chǎn)過程中間使用的各種原輔料多，由此帶來澆鋼生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)操作工人人體的高溫、粉塵、噪音等諸多職業(yè)危害，澆鋼崗位也定義為高溫粉塵職業(yè)危害崗位。連鑄生產(chǎn)追求的目標(biāo)是穩(wěn)定、高效、低成本，而通過提升自動(dòng)化控制水平和人工智能技術(shù)的運(yùn)用是實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的有效手段。目前連鑄澆鋼生產(chǎn)過程中的中間包開澆、澆注異常識(shí)別和處置、在線更換水口等都需要人工在線24小時(shí)操作。人工操作控制不僅勞動(dòng)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，且操作水平的參差不齊和其它不可預(yù)見的因素，導(dǎo)致了連鑄生產(chǎn)質(zhì)量的波動(dòng)甚至生產(chǎn)事故發(fā)生。傳統(tǒng)鋼廠連鑄澆鋼操作在室外作業(yè)時(shí)間占80%以上，平均每臺(tái)雙流鑄機(jī)需要15人，操作室集中度差。在連鑄澆鑄操作現(xiàn)場(chǎng)，自動(dòng)加渣機(jī)成功代替了人工加渣，結(jié)晶器專家系統(tǒng)的上線也能及時(shí)預(yù)報(bào)連鑄的漏鋼等惡性生產(chǎn)事件。所以當(dāng)前的連鑄澆鋼操作崗位，涉及到澆鋼工人需要在現(xiàn)場(chǎng)操作的主要工藝內(nèi)容為連鑄新中包開澆、澆注異常狀況的及時(shí)識(shí)別和正確處置，渣線和氬氣人工調(diào)節(jié)、更換浸入式水口等。人員不能離開操作現(xiàn)場(chǎng)，主要是以上操作都需要在機(jī)旁完成，特別是澆注過程中發(fā)生異常情況時(shí)，需要人員及時(shí)、正確處置來避免事故擴(kuò)大化。而澆注過程中的結(jié)晶器異常情況錯(cuò)綜復(fù)雜，導(dǎo)致遲遲不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處置功能，這也成為制約連鑄實(shí)現(xiàn)無人澆鋼的關(guān)鍵控制點(diǎn)。目前行業(yè)內(nèi)的無人澆鋼技術(shù)，還都是集中在設(shè)備的投入和一些工藝模型的優(yōu)化開發(fā)當(dāng)中，比如自動(dòng)加渣機(jī)機(jī)器人和動(dòng)態(tài)二冷配水模型，動(dòng)態(tài)輕壓下模型的實(shí)現(xiàn)等。對(duì)于如何結(jié)合澆鋼操作經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)無人澆鋼或者讓傳統(tǒng)的澆鋼工人遠(yuǎn)離高溫粉塵的結(jié)晶器旁操作環(huán)境，都還沒有成功的技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例。二、解決問題的總體思路與技術(shù)方案要實(shí)現(xiàn)連鑄澆鋼現(xiàn)場(chǎng)的無人澆鋼，讓操作工人遠(yuǎn)離澆鋼現(xiàn)場(chǎng)，就必須解決連鑄生產(chǎn)過程中的中間包開澆、澆注異常識(shí)別和處置、浸入式水口渣線調(diào)節(jié)，水口更換等關(guān)鍵作業(yè)和異常作業(yè)的自動(dòng)化澆鋼技術(shù)實(shí)現(xiàn)的的問題。其中最關(guān)鍵的問題就是連鑄正常澆注過程中發(fā)生異常不能自動(dòng)識(shí)別和處置，這是澆鋼工人遲遲不能撤離高溫，粉塵、噪音污染的結(jié)晶器周圍的原因，也是制約實(shí)現(xiàn)無人澆鋼的關(guān)鍵所在。1、更換水口異常點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)研發(fā)針對(duì)連鑄更換水口異常點(diǎn)的識(shí)別和連鑄澆注現(xiàn)場(chǎng)的異常狀況，重點(diǎn)研發(fā)了更換水口異常點(diǎn)識(shí)別技術(shù)。研發(fā)的一種采用前期模型預(yù)算更換水口的長(zhǎng)度點(diǎn)結(jié)合后期利用系統(tǒng)精確自動(dòng)識(shí)別更換水口異常點(diǎn)的方法，能準(zhǔn)確控制換水口的點(diǎn)在板坯前端或者后端，準(zhǔn)確找到更換水口造成的板坯異常點(diǎn)，通過后續(xù)的切割優(yōu)化，讓異常點(diǎn)準(zhǔn)確停位在板坯的頭部或者尾部，通過下線的清理，大幅度降低板坯質(zhì)量缺陷，減少板坯切割浪費(fèi)。2、連鑄自動(dòng)語音播報(bào)系統(tǒng)和自動(dòng)開澆工藝技術(shù)研發(fā)基于目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀的普遍采用人工開澆操作工藝，存在人工操作隱患大、開澆漏鋼事故偏多，開澆頭坯質(zhì)量缺陷高以及需要人工語音播報(bào)等狀況，重點(diǎn)研發(fā)了連鑄自動(dòng)語音播報(bào)系統(tǒng)和自動(dòng)開澆工藝技術(shù)。同步研究開發(fā)的中間包自動(dòng)開澆技術(shù)，解決了塞棒首次打開過大過小造成的溢鋼和鋼流不足的隱患。下圖為自動(dòng)開澆過程的各個(gè)關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置圖和自動(dòng)語音播報(bào)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖。3、無人澆鋼核心技術(shù)-澆注異常自動(dòng)處置工藝技術(shù)模型研發(fā)上線在實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)開澆和生產(chǎn)過程中的語音自動(dòng)播報(bào)技術(shù)以后，已經(jīng)初步具備了澆鋼工人不用在現(xiàn)場(chǎng)繼續(xù)24小時(shí)值守的條件。但是從實(shí)際運(yùn)行情況來看，現(xiàn)場(chǎng)澆鋼工人還是堅(jiān)持在澆鋼現(xiàn)場(chǎng)值守，不愿意撤離到監(jiān)控中心里面去。其主要原因就是在澆注過程中如果發(fā)生斷流、溢鋼、漏鋼等生產(chǎn)事故時(shí)，如果人員不在現(xiàn)場(chǎng)值守，則無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和迅速有效的處置，這樣勢(shì)必將給連鑄生產(chǎn)帶來更大的損失甚至造成無法估量的損失。為此，通過以往的事故處理經(jīng)驗(yàn)，反查了連鑄區(qū)域近5年的歷史事故數(shù)據(jù)，開發(fā)者提出了以結(jié)晶器液位波動(dòng)速率和鑄機(jī)拉速比值來進(jìn)行連鑄澆注異常狀況判斷的工藝技術(shù)理論，開發(fā)了連鑄澆注異常自動(dòng)處置工藝技術(shù)模型，從而實(shí)現(xiàn)了結(jié)晶器內(nèi)異常的智能判斷和自動(dòng)處置。該技術(shù)方案經(jīng)過不斷調(diào)整，離線跟蹤和28次的模擬測(cè)試，最終在2017年3月份成功上線應(yīng)用到梅鋼二連鑄。該技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外智能化無人澆鋼技術(shù)的空白。梅鋼使用該技術(shù)后，連鑄異常事故誤判率為0，系統(tǒng)正常投用率為大于95%，由于消除了澆鋼現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無人值守的重要制約因素，現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化水平得到大幅度提高，人員勞動(dòng)效率也提高了8%。下圖為梅鋼澆鑄異常自動(dòng)處置模型畫面好連鑄無人生產(chǎn)畫面。4、連鑄浸入式水口自動(dòng)更換和渣線自動(dòng)調(diào)節(jié)工藝技術(shù)研發(fā)以連鑄澆注異常自動(dòng)處置技術(shù)模型為核心的無人澆鋼技術(shù)上線運(yùn)用后，同時(shí)開發(fā)了連鑄浸入式水口在線自動(dòng)更換技術(shù)和渣線自動(dòng)調(diào)節(jié)跟蹤技術(shù)。利用該技術(shù)自動(dòng)更換水口以來，水口更換成功率實(shí)現(xiàn)了100%，換水口后機(jī)構(gòu)滲鋼出現(xiàn)次數(shù)為0次。水口渣線自動(dòng)控制技術(shù)運(yùn)用后，解決了以往渣線控制技術(shù)的渣線位置測(cè)量不準(zhǔn)確，沒依據(jù)過熱度變化動(dòng)態(tài)調(diào)整渣線位置從而導(dǎo)致的連鑄坯缺陷發(fā)生率上升的隱患，同時(shí)也保證了同一渣線刻度的使用時(shí)間，提高了浸入式水口的使用壽命。浸入式水口的平均使用時(shí)間也增加了1.8小時(shí)，降成本和質(zhì)量改善效果顯著。下圖為自動(dòng)更換水口邏輯判斷圖和采用自動(dòng)換水口前后的液位波動(dòng)圖。三、主要?jiǎng)?chuàng)新性成果1.提出了以結(jié)晶器液位波動(dòng)速率和鑄機(jī)拉速比值來進(jìn)行連鑄澆注異常狀況判斷的工藝技術(shù)理論。首創(chuàng)了以“一種防止連鑄結(jié)晶器溢鋼的自動(dòng)控制方法

、一種連鑄斷流事故智能判斷處置方法和基于液位自動(dòng)控制的連鑄漏鋼事故自動(dòng)處置方法”3項(xiàng)發(fā)明專利為核心的澆鑄異常自動(dòng)處置工藝技術(shù)模型，解決了連鑄結(jié)晶器工況發(fā)生異常，生產(chǎn)無人值守時(shí)無法及時(shí)有效處置巨大事故隱患的行業(yè)性難題，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外無人澆鋼技術(shù)空白。2.攻克了連鑄開澆過程中需要人工開澆和人工語音播報(bào)工藝參數(shù)的關(guān)鍵操作技術(shù)，形成了以“基于液位自動(dòng)控制的板坯連鑄塞棒控流自動(dòng)開澆工藝”以及“一種連鑄開澆生產(chǎn)自動(dòng)語音系統(tǒng)”兩個(gè)發(fā)明專利為核心的的連鑄自動(dòng)開澆先進(jìn)工藝技術(shù)。3.通過對(duì)在線浸入式水口渣線自動(dòng)控制技術(shù)、在線一鍵式自動(dòng)更換水口技術(shù)、更換水口后的異常點(diǎn)精確自動(dòng)定位技術(shù)等三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，發(fā)明了“精確定位連鑄坯上因換水口造成的異常點(diǎn)的方法”和“一種基于液位自動(dòng)控制的在線自動(dòng)更換浸入式水口方法”以及“一種基于鋼水過熱度的浸入式水口渣線自動(dòng)控制方法”3項(xiàng)發(fā)明專利技術(shù)，形成了具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的實(shí)現(xiàn)了無人澆鋼情況下的水口渣線自動(dòng)控制和水口自動(dòng)更換技術(shù)。四、應(yīng)用情況與效果在一線技術(shù)工人的不斷創(chuàng)新實(shí)踐下，本成果突破了澆鋼工必須在高溫、粉塵和噪音等惡劣環(huán)境的室外作業(yè)的傳統(tǒng)澆鋼模式，開發(fā)了以澆注異常自動(dòng)處置工藝模型為核心的連鑄無人澆鋼技術(shù)并在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)連鑄無人澆鋼。無人澆鋼技術(shù)包括澆鑄異常自動(dòng)處置工藝模型、自動(dòng)開澆、自動(dòng)語音播報(bào)、渣線自動(dòng)調(diào)節(jié)、在線自動(dòng)更換水口等關(guān)鍵核心技術(shù)。自主研發(fā)的澆注異常自動(dòng)處置工藝技術(shù)模型，提出了以結(jié)晶器液位波動(dòng)速率和鑄機(jī)拉速比值來進(jìn)行連鑄澆注異常狀況判斷的工藝技術(shù)理論，從根本上解決了連鑄澆鋼生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無人值守情況下澆注狀況出現(xiàn)異常無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)處置的行業(yè)難題，填補(bǔ)總體了國(guó)內(nèi)外無人澆鋼的技術(shù)空白。本成果累計(jì)產(chǎn)生專利8項(xiàng)，技術(shù)秘密2項(xiàng)，發(fā)表論文1篇。項(xiàng)目從梅鋼3#機(jī)開始研發(fā)，后續(xù)通過不斷改進(jìn)完善，目前已經(jīng)在梅鋼2#3#4#連鑄機(jī)成功應(yīng)用。應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)效率提升8%，年降本2055.38萬元。項(xiàng)目核心"澆注異常