路 永

河北津西鋼鐵集團股份有限公司

摘要：在全球倡導綠色發展與我國 “雙碳” 目標的大背景下，鋼鐵行業面臨著節能降碳與高效運維的雙重挑戰。本文深入剖析了鋼鐵設備智能運維與節能降碳技術的重要性，闡述了其對鋼鐵行業可持續發展的關鍵作用。通過對現有技術現狀的分析，結合實際案例，探討了當前技術應用中存在的問題，并進一步展望了未來的發展方向，旨在為鋼鐵行業的轉型升級提供理論支持與實踐指導。

關鍵詞：鋼鐵設備；智能運維；節能降碳技術；可持續發展?

1  引言?

鋼鐵工業是國民經濟的重要基礎產業，但其高能耗、高排放特性使其成為全球碳排放的主要來源之一。根據國際能源署（IEA）數據，鋼鐵行業碳排放占全球工業總排放量的 7%，我國鋼鐵行業碳排放占全國總量的 15% 左右，位居制造業首位。在 “雙碳” 目標下，鋼鐵行業需通過技術創新與管理優化實現綠色轉型。智能運維與節能降碳技術作為核心路徑，通過設備全生命周期管理和工藝革新，顯著提升能效、降低排放，成為行業發展的必然選擇。

2  鋼鐵設備智能運維與節能降碳技術的重要性?

2.1 政策推動與行業發展需求?

我國政府高度重視鋼鐵行業的綠色發展，出臺了一系列政策推動鋼鐵行業節能降碳。2024 年，國家發展改革委、工業和信息化部等多部門聯合印發《鋼鐵行業節能降碳專項行動計劃》，明確提出到 2025 年底，行業能效標桿水平以上產能占比達到 30%，能效基準水平以下產能完成技術改造或淘汰退出的目標任務 。在此政策背景下，鋼鐵企業必須加快節能降碳技術改造，提升能源利用效率，以滿足政策要求，避免因不符合標準而面臨限產、停產等風險。同時，隨著全球鋼鐵市場競爭的加劇，鋼鐵企業需要通過智能化手段提升設備運維水平，降低生產成本，提高產品質量和生產效率，增強自身的市場競爭力。?

2.2 節能降碳對鋼鐵行業可持續發展的意義?

2.2.1 緩解能源壓力?

鋼鐵行業是能源消耗大戶，2023 年我國鋼鐵行業能源消費總量占全國能源消費總量的比例超過 11% 。通過采用節能降碳技術，如推廣燒結煙氣循環、大比例球團冶煉等先進技術，加強全流程余能利用，有序開展余能自發電裝備更新，積極推廣超高溫超高壓發電等高效利用技術，可以有效降低鋼鐵生產過程中的能源消耗，減少對外部能源的依賴，緩解我國能源供應緊張的局面。?

2.2.2 減少環境污染?

鋼鐵生產過程中會排放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，對環境造成嚴重影響。降低碳排放是鋼鐵行業實現綠色發展的關鍵任務之一。通過實施節能降碳技術，能夠有效減少二氧化碳等污染物的排放，降低對大氣環境的污染，推動鋼鐵行業與環境的協調發展。例如，加快高溫高壓干熄焦等技術的應用，不僅可以回收余熱發電，還能減少傳統濕法熄焦過程中產生的大量污染物排放。?

2.3 智能運維對設備管理和生產效率的提升?

2.3.1 實時設備狀態監測與故障預測?

傳統的設備運維方式主要依賴人工點檢和定期檢修，存在設備數據在線率不足、定性點檢標準占比高、周期檢修項目占比大等問題，難以實時準確地掌握設備運行狀態 。智能運維技術借助物聯網、大數據、人工智能等先進技術，在設備上安裝大量傳感器，實時采集設備的振動、溫度、壓力等運行數據，并通過數據分析模型對數據進行深度挖掘和分析。通過建立設備狀態動態數據統計模型，根據不同工況的狀態數據訓練出報警閾值，實現自適應綜合預警。不但支持各類閾值類報警，還支持趨勢報警，及包含工藝邏輯的邊緣規則預警，能夠及時發現設備潛在的故障隱患，提前預測設備故障發生的時間和部位，為設備維護提供準確的決策依據，避免因設備突發故障導致的生產中斷。?

2.3.2 優化設備維護策略，降低運維成本?

智能運維通過對設備運行數據的分析，能夠根據設備的實際運行狀況制定個性化的維護策略，實現從傳統的定期維護向基于設備狀態的預防性維護轉變。例如，通過融合設備屬性、運行狀態、工藝過程、維檢過程、運維履歷、同類故障特征、負荷累積等多維度數據，結合 AI 算法、專家經驗知識，動態調整非線性權重系數，形成設備綜合評價系統模型，對設備健康度及相關性能指標作出綜合性評價，從而確定設備的最佳維護時機和維護內容。這種精準的維護策略可以減少不必要的設備檢修次數，降低設備維護成本，同時延長設備使用壽命。據統計，在通用類設備上，以風機為例，近 5000 臺風機集中管控后預警和診斷準確率均超 90%，點檢負荷、檢修負荷持續下降近三分之一 。?

2.3.3 提高生產效率，保障生產連續性?

設備故障是影響鋼鐵生產連續性和生產效率的重要因素。智能運維技術能夠通過實時監測設備狀態，及時發現并解決設備問題，減少設備停機時間，保障生產的連續性。例如，三一重工以工程機械為對象開展全生命周期運營管理，運用實時監控與分析、設備故障維修、預測性 / 預防性維護等手段，單臺設備潛在提升收入可達 10%-50% 。在鋼鐵行業中，智能運維同樣可以通過提前預防設備故障，確保生產設備始終處于良好的運行狀態，從而提高生產效率，增加企業的經濟效益。?

3  鋼鐵設備智能運維與節能降碳技術現狀?

3.1 智能運維技術現狀?

目前，鋼鐵設備智能運維技術已在部分鋼鐵企業得到應用，但整體仍處于發展階段。從技術應用范圍來看，基本是在某類設備或某條生產線上的點狀智能化應用，尚未實現全流程、全工序、跨地域、跨空間的廣泛、深度數智應用 。?

在設備連接方面，鋼鐵企業存在設備感知手段薄弱、高頻數據處理困難、多源多維數據難融合、信息孤島眾多等問題。鋼鐵設備數采場景復雜，環境高溫、高濕、多粉塵，設備種類多差異大，給設備數據采集帶來了很大挑戰。雖然研發和應用了一批專用智能數據采集裝置和大規模應用的低成本傳感器，但在復雜環境下數采 “最后一公里” 問題仍有待進一步解決 。?

在預警診斷和決策方面，存在狀態識別效率低、診斷準確性差、劣化趨勢無法把握、維檢決策可靠性低、經驗轉化知識困難等問題。鋼鐵設備復雜工況、負載多變、狀態變化耦合因素多、表征非線性等特點，使得設備故障診斷難度較大。雖然利用算法工具將經驗數據化，結合大數據技術應用提高了案例學習效率，但在故障診斷的智能化、精準化方面仍有提升空間 。?

在同類設備、同類產線設備運維對標中，存在設備術語不統一、故障描述不一、設備顆粒度不一、設備表征數據無序、數據處理差異大等問題?，F有的設備運維方式不支持智能運維的大范圍推廣應用，也缺乏智能運維的人員隊伍。?

3.2 節能降碳技術現狀?

在節能降碳技術方面，鋼鐵行業已取得了一些進展。在工藝改進方面，燒結煙氣循環技術通過將部分燒結煙氣返回燒結機，減少了燒結過程中的燃料消耗和廢氣排放；大比例球團冶煉技術相比傳統燒結礦冶煉，具有更高的能源利用效率和更低的污染物排放。在余能利用方面，高溫高壓干熄焦技術得到了一定程度的推廣，通過回收焦炭顯熱發電，實現了能源的梯級利用。然而，仍有約 15% 的粗鋼產能能效達不到基準水平 ，部分節能降碳技術的應用成本較高，推廣難度較大。同時，在鋼鐵低碳冶煉新模式方面，如氫基直接還原、富氫熔融還原等技術仍處于研發和試點階段，尚未實現大規模工業化應用 。?

3.3 實際案例分析?

3.3.1 江蘇嘉軒智能工業科技股份有限公司的 “永磁驅動 + 智能運維” 解決方案?

江蘇嘉軒作為目前中國鋼鐵工業協會唯一認可的永磁電機驅動企業，推出了 “永磁驅動 + 智能運維” 整體解決方案 。該方案已廣泛覆蓋包括燒結鼓風機、球磨機、皮帶輸送機、冷軋乳化液泵、連鑄結晶器振動電機、壓縮空氣系統等高耗能主機設備，形成了 “設備級節能 + 系統級降碳” 的雙向閉環。通過高效永磁直驅電機替代傳統異步電機，結合智能運維系統，顯著提升設備運行效率，降低能耗及維護成本。在寶武資源梅山礦業、河鋼礦業的實踐案例中，嘉軒永磁系統在冷軋及球磨等環節均實現了 10% - 25% 的綜合節能率提升，并具備跨場景復制推廣能力 。這一案例表明，通過設備的節能改造與智能運維相結合，可以有效降低鋼鐵企業的能耗和運維成本，提升企業的經濟效益和競爭力。?

3.3.2 新余鋼鐵集團有限公司節能改造項目?

新余鋼鐵集團有限公司針對燒結廠 360m² 燒結機配料、整粒、成品除塵風機存在的問題進行了節能改造 。改造前，原有除塵風機運行效率低，4 臺風機平均運行效率不足 65%；運行狀態差，軸承振動超過 2.7mm/s，機殼振動大，噪聲大；由于管道設計不合理，除塵工位多，現場除塵環境不良。上海瑞晨環?？萍脊煞萦邢薰緸槠涮峁┝斯澞芨脑旆桨?，采用高效節能風機替換原有風機。改造后，風機效率平均提升 20%，最高運行效率達到 88.02%；風機運行噪聲降低至 75dB 以下，低于國家標準，風機運行最大振動值 1.3mm/s，風機軸承最大溫度 42℃；運行風量平均提升 12%，現場環境情況大幅改善。該案例展示了通過對鋼鐵設備進行針對性的節能改造，可以有效提高設備運行效率，改善生產環境，實現節能降碳的目標。?

4  鋼鐵設備智能運維與節能降碳技術發展方向?

4.1 智能化技術的深度融合與創新應用?

4.1.1 人工智能與大數據技術的深化應用?

未來，人工智能和大數據技術將在鋼鐵設備智能運維與節能降碳中發揮更加關鍵的作用。在智能運維方面，通過建立更加復雜和精準的人工智能模型，如深度學習模型，對海量的設備運行數據、工藝數據、環境數據等進行綜合分析，實現設備故障的精準診斷和預測。利用大數據技術對不同鋼廠、不同設備的運維數據進行對比分析，挖掘潛在的運維規律和優化空間，形成具有普適性的設備運維知識庫和經驗庫，為鋼鐵企業提供更全面、更準確的運維決策支持。在節能降碳方面，借助大數據分析技術對鋼鐵生產過程中的能源消耗數據進行實時監測和分析，找出能源消耗的重點環節和浪費點，通過人工智能算法優化生產工藝參數，實現能源的高效利用和精準控制。?

4.1.2 物聯網與邊緣計算技術的協同發展?

進一步加強物聯網技術在鋼鐵設備中的應用，實現設備的全面感知和互聯互通。通過在設備上部署更多種類、更先進的傳感器，實時采集設備的各種運行參數，并通過物聯網將數據傳輸到云端或邊緣計算節點。邊緣計算技術將在數據處理中發揮重要作用，在靠近設備的邊緣端對高頻、實時性要求高的數據進行快速處理和分析，實現設備的實時狀態監測和本地控制，減少數據傳輸延遲和網絡帶寬壓力。同時，邊緣計算與云計算協同工作，將經過初步處理的數據上傳到云端進行深度分析和挖掘，實現設備的遠程監控、故障診斷和運維決策制定。例如，通過在鋼鐵生產線的各個關鍵設備上安裝物聯網傳感器，實時采集設備的溫度、壓力、振動等數據，利用邊緣計算設備對這些數據進行實時分析，當發現設備狀態異常時，及時在本地發出預警并采取相應的控制措施，同時將相關數據上傳到云端，供企業管理人員和技術專家進行進一步分析和處理 。?

4.1.3 數字孿生技術在鋼鐵行業的應用拓展?

數字孿生技術將成為推動鋼鐵設備智能運維與節能降碳的重要手段。通過構建鋼鐵設備和生產流程的數字孿生模型，對設備和生產過程進行實時模擬和仿真。在智能運維方面，數字孿生模型可以實時反映設備的實際運行狀態，通過對比虛擬模型與實際設備的運行數據，提前發現設備潛在的問題和故障隱患，并進行模擬維修和優化，為設備維護提供更加直觀、準確的指導。在節能降碳方面，利用數字孿生技術對不同的生產工藝和能源管理策略進行模擬和評估，找出最優的節能降碳方案，并在實際生產中進行應用和驗證。例如，某鋼鐵企業通過建立高爐的數字孿生模型，對高爐的爐況進行實時監測和模擬分析，根據模擬結果及時調整高爐的操作參數，實現了高爐的穩定運行和能源消耗的降低 。?

4.2 節能降碳技術的突破與推廣?

4.2.1 低碳冶煉技術的研發與應用?

加快研發推廣應用氫基直接還原、富氫熔融還原等低碳冶煉技術，是實現鋼鐵行業深度脫碳的關鍵。氫基直接還原技術以氫氣作為還原劑，替代傳統的焦炭，能夠顯著降低二氧化碳排放。未來需要加大對氫基直接還原技術的研發投入，突破技術瓶頸，提高生產效率，降低生產成本，實現大規模工業化應用。同時，富氫熔融還原技術作為一種新型的煉鐵技術，也具有廣闊的發展前景。通過加強行業合作，整合產學研資源，加快這些低碳冶煉技術的研發和示范工程建設，推動鋼鐵行業向低碳、綠色方向轉型 。?

4.2.2 能源管理系統的優化與升級?

進一步優化和升級鋼鐵企業的能源管理系統，實現能源的精細化管理和高效利用。通過建立能源實時監測與分析平臺，對鋼鐵生產過程中的能源消耗進行實時監控和分析，及時發現能源浪費現象，并采取相應的措施進行優化。利用先進的能源管理算法，根據生產計劃和設備運行狀態，優化能源分配和調度，實現能源的合理利用。例如，通過對鋼鐵企業的電力、煤氣、蒸汽等能源介質的消耗進行實時監測和分析，結合生產工藝的變化，動態調整能源供應和使用策略，避免能源的浪費和過剩 。?

4.2.3 余熱余壓回收利用技術的完善與拓展?

余熱余壓回收利用技術在鋼鐵行業具有巨大的節能潛力。未來需要進一步完善和拓展余熱余壓回收利用技術，提高能源回收效率。在余熱回收方面，研發更加高效的余熱回收裝置和技術，如高溫超導余熱回收技術，提高余熱回收的溫度范圍和效率。在余壓回收方面，優化余壓發電系統，提高余壓發電的穩定性和可靠性。同時，將余熱余壓回收利用技術與其他節能技術相結合，實現能源的梯級利用和綜合利用。例如，將高爐爐頂煤氣余壓發電與余熱鍋爐相結合，先利用爐頂煤氣余壓發電，再將發電后的煤氣余熱通過余熱鍋爐回收，產生蒸汽用于其他生產環節或發電 。?

4.3 智能運維與節能降碳的協同發展?

4.3.1 基于智能運維的節能優化策略?

通過智能運維系統實時監測設備的運行狀態和能源消耗情況，根據設備的實際運行工況和能源利用效率，制定個性化的節能優化策略。例如，當智能運維系統監測到某臺設備的能源消耗過高時，通過分析設備的運行參數和歷史數據，找出能源消耗過高的原因，如設備運行負載不合理、設備老化磨損等，并采取相應的措施進行優化。對于設備運行負載不合理的情況，可以通過調整生產工藝或設備運行參數，使設備在最佳負載狀態下運行，降低能源消耗；對于設備老化磨損的情況，可以及時安排設備維護和更換，恢復設備的正常運行效率，減少能源浪費 。?

4.3.2 節能降碳對智能運維的促進作用?

節能降碳技術的應用和推廣，將促使鋼鐵企業對設備進行升級改造，提高設備的自動化、智能化水平，為智能運維提供更好的數據基礎和技術支撐。例如，采用高效節能的設備和先進的生產工藝，會使設備產生更多、更準確的運行數據，這些數據可以為智能運維系統提供更豐富的信息，有助于提高智能運維系統的診斷準確性和預測精度。同時，節能降碳技術的應用也會推動鋼鐵企業加強對能源管理和設備運維的信息化建設，促進智能運維技術在鋼鐵行業的更廣泛應用和發展 。

4.4 跨領域協同與產業生態構建

鋼鐵設備智能運維與節能降碳技術的發展需要跨領域協同合作，構建完善的產業生態。鋼鐵企業應加強與信息技術企業、科研機構、高校等的合作，共同開展技術研發和創新應用。例如，與信息技術企業合作開發先進的智能運維軟件和硬件設備，與科研機構合作研究新型節能降碳技術。同時，鋼鐵行業內部企業之間也應加強交流與合作，共享技術經驗和資源，形成產業發展合力。此外，還需完善相關產業鏈，培育一批專注于鋼鐵設備智能運維與節能降碳技術服務的企業，為鋼鐵企業提供全方位的技術支持和解決方案 。

5  結論?

鋼鐵設備智能運維與節能降碳技術是實現行業綠色轉型的核心驅動力，對于鋼鐵行業的可持續發展具有至關重要的意義。在政策推動和市場競爭的雙重壓力下，鋼鐵企業必須加快技術創新和應用，提升設備運維水平，降低能源消耗和碳排放。目前，雖然智能運維與節能降碳技術在鋼鐵行業已取得了一定的進展，但仍存在諸多問題和挑戰，如智能運維技術應用范圍有限、節能降碳技術成本較高等。未來，應加強智能化技術的深度融合與創新應用，推動節能降碳技術的突破與推廣，促進智能運維與節能降碳的協同發展。通過不斷探索和實踐，鋼鐵行業有望實現綠色、高效、智能化的轉型升級，在滿足經濟發展需求的同時，實現與環境的和諧共生。?

參考文獻?

[1]   2024 年，國家發展改革委、工業和信息化部等多部門聯合印發《鋼鐵行業節能降碳專項行動計劃》.?

[2]  中國鋼鐵新聞.?

[3] 《鋼鐵行業碳達峰實施方案》.

[4]  國際能源署（IEA）的相關報告，以及企業發布的案例研究等.

[5]  江蘇嘉軒智能工業科技股份有限公司的 “永磁驅動 + 智能運維解決方案.

[6]  新余鋼鐵集團有限公司節能改造項目.