中鋼成功開發轉爐溢渣監診系統「聽音辨位」技術大幅提升轉爐吹煉效率

铁水倒入转炉后，准备进行转炉吹氧制程。(中钢/提供)

中钢（2002）近期成功开发「转炉溢渣监诊系统」，利用转炉吹炼过程所发出的声音预测炉内浮渣高度，经上百炉次实测结果显示，可以百分之百预警转炉操作过程中的溢渣情形，不仅降低溢渣导致转炉周边设备损坏风险，同时大幅提升钢液吹炼效率与品质，每座转炉设备一年可节省新台币3,600万元的降本效益。

一贯化作业炼钢厂透过转炉制程将铁水精炼成钢液，再以连铸设备产出钢胚半成品及接续轧钢制程，生产供应下游客户所需的钢材。转炉吹炼技术主要利用大量氧气及石灰注入铁水产生氧化反应，将铁水内含的矽、磷及硫等元素分离出，并产出炉渣副产品，炉渣可再进一步加工成工业材料，实践循环经济。

中钢表示，一贯化作业炼钢厂的主要原料为铁矿砂，铁矿经过高炉炼铁制程熔融成铁水，再透过转炉制程进一步吹炼纯化成钢液。由于原始铁矿除了内含钢材本身的铁元素外，另含有矽、磷和硫等其他元素，转炉吹炼利用大量纯氧注入炉内的铁水产生氧化反应，借此分离出不需要的元素并上浮成为炉渣。

转炉精炼制程中，吹氧不足会使得炉渣产出量太少，导致精炼效果不佳而影响钢液品质；反之，吹氧过量则造成产出炉渣过多，一旦炉渣溢出炉口损坏转炉周边设备，进而会影响生产作业及提高维修成本。

转炉吹炼过程中，为掌握炉内炉渣产出的位置和高度，中钢过去采行操作人员盯看炉口影像，并根据经验猜测炉渣多寡，也曾尝试使用影像视觉或雷射测距等设备监测炉内状况，惟转炉吹炼温度高达1600度，高温和高亮度使得操作人员难以长时间观察，感测设备也无法精确测量。

经多方研究转炉吹炼的物理现象，中钢改变思维并参考操作员多年经验，发现转炉吹炼过程中的声音会随着炉内产出炉渣的多寡而有所变化。因为转炉为一空腔结构，通入大量氧气同时会诱发炉体内部共振，如同吹奏乐器一般，而炉渣的产出如同在炉口覆盖棉被压抑声音的响度，故当炉渣达到一定高度时，声音的响度会降低。

中钢透过比对炉渣逐渐升至炉口时的声音响度变化，并结合转炉制程的大数据分析、声学模型和类神经网路AI模型，成功找出炉渣高度与转炉吹炼声音之间的关系，并建立预测炉渣高度的「听音辨位技术」。

中钢所开发的转炉溢渣监诊系统，经过超过上百炉次的实测结果显示，已可百分之百有效预警转炉溢渣情形，并能协助操作人员在短短10秒内抑制炉渣溢出；也建置警示炉渣量不足及稳定钢液品质的功能。

此外，中钢借由转炉「听音辨位」技术的应用，让原本如同黑盒子般的转炉吹炼过程变得可视化，除了减少溢渣造成周边设备损坏，有助于降低维修成本，也提高转炉吹炼效率与钢液产出品质，达到每座转炉设备全年可节省新台币3,600万元的降本效益。

中钢目前已于厂内三座转炉建置「转炉溢渣监诊系统」，未来除将此技术系统延伸至另外三座转炉外，也会推广至集团公司中龙钢铁的转炉制程，以共同实现精致钢厂发展的目标。

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