中鋼成功開發「轉爐溢渣監診系統」 利用「聽音辨位」技術大幅提升轉爐吹煉效率

(記者魏正賜報導)一貫化作業煉鋼廠係透過轉爐製程將鐵水精煉成鋼液,再以連鑄設備產出鋼胚半成品及接續軋鋼製程,生產供應下游客戶所需的鋼材。轉爐吹煉技術主要利用大量氧氣及石灰注入鐵水產生氧化反應,將鐵水內含的矽、磷及硫等元素分離出,並產出爐渣副產品,爐渣可再進一步加工成工業材料,實踐循環經濟。中鋼近期成功開發「轉爐溢渣監診系統」,利用轉爐吹煉過程所發出的聲音預測爐內浮渣高度,經上百爐次實測結果顯示,可以百分之百預警轉爐操作過程中的溢渣情形,不僅降低溢渣導致轉爐周邊設備損壞風險,同時大幅提升鋼液吹煉效率與品質,每座轉爐設備一年可節省新台幣3,600萬元之降本效益。

一貫化作業煉鋼廠的主要原料為鐵礦砂,鐵礦經過高爐煉鐵製程熔融成鐵水,再透過轉爐製程進一步吹煉純化成鋼液。由於原始鐵礦除了內含鋼材本身的鐵元素外,另含有矽、磷和硫等其他元素,轉爐吹煉利用大量純氧注入爐內的鐵水產生氧化反應,藉此分離出不需要的元素並上浮成為爐渣。轉爐精煉製程中,吹氧不足會使得爐渣產出量太少,導致精煉效果不佳而影響鋼液品質;反之,吹氧過量則造成產出爐渣過多,一旦爐渣溢出爐口損壞轉爐周邊設備,進而會影響生產作業及提高維修成本。

轉爐吹煉過程中,為掌握爐內爐渣產出的位置和高度,中鋼過去採行操作人員盯看爐口影像,並根據經驗猜測爐渣多寡,也曾嘗試使用影像視覺或雷射測距等設備監測爐內狀況,惟轉爐吹煉溫度高達1600度,高溫和高亮度使得操作人員難以長時間觀察,感測設備也無法精確測量。經多方研究轉爐吹煉的物理現象,中鋼改變思維並參考操作員多年經驗,發現轉爐吹煉過程中的聲音會隨著爐內產出爐渣的多寡而有所變化。因為轉爐為一空腔結構,通入大量氧氣同時會誘發爐體內部共振,如同吹奏樂器一般,而爐渣的產出如同在爐口覆蓋棉被壓抑聲音的響度,故當爐渣達到一定高度時,聲音的響度會降低。中鋼透過比對爐渣逐漸升至爐口時的聲音響度變化,並結合轉爐製程的大數據分析、聲學模型和類神經網路AI模型,成功找出爐渣高度與轉爐吹煉聲音之間的關係,並建立預測爐渣高度的「聽音辨位技術」。

中鋼所開發的「轉爐溢渣監診系統」,經過超過上百爐次的實測結果顯示,已可百分之百有效預警轉爐溢渣情形,並能協助操作人員在短短10秒內抑制爐渣溢出,另也建置警示爐渣量不足及穩定鋼液品質的功能。此外,中鋼藉由轉爐「聽音辨位」技術的應用,讓原本如同黑盒子般的轉爐吹煉過程變得可視化,除了減少溢渣造成周邊設備損壞,有助於降低維修成本,也提高轉爐吹煉效率與鋼液產出品質,達到每座轉爐設備全年可節省新台幣3,600萬元之降本效益。中鋼目前已於廠內三座轉爐建置「轉爐溢渣監診系統」,未來除了將此技術系統延伸至另外三座轉爐外,也會推廣至集團公司中龍鋼鐵的轉爐製程,以共同實現精緻鋼廠發展的目標。

鐵水倒入轉爐後,準備進行轉爐吹氧製程。(中鋼公司提供)

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