鑌鑫鋼鐵1#高爐數字化車間建設實踐

余城德  羊煉  晁團效  紀永增

（江蘇省鑌鑫鋼鐵集團有限公司  江蘇 連云港 222113）

摘要：對鑌鋼煉鐵數字化車建設的思路,主要內容和應用效果進行總結。鑌鋼煉鐵高爐數字化車間建設包括三方面內容:一是,完善檢測技術,將生產過程信息轉變為準確、穩定、可采集的檢測數據；二是,優化控制技術,提高控制系統穩定性,將生產數據信息的時效性和準確性進一步提高；三是,通過信息化技術搭建數字化平臺,實現對生產管理全過程數字化管控。2020年建設以來，有效提高了煉鐵廠精細化管理水平,高爐休風率逐步降低，定修周期由原來1.5月延長3.5月,高爐產量、技術指標逐年優化、攀升。

關鍵詞：煉鐵數字化；信息化；精細化；檢測技術；控制技術

1 引言

煉鐵廠高爐生產過程復雜，生產周期長，是高壓密閉容器。生產過程檢測數據多，基于工業大數據技術進步，各種先進技術、設備大量使用高爐生產過程控制，高爐生產智能化挖掘的潛力巨大。近年來,煉鐵廠在數字化工廠建設方面進行了探索,取得了明顯成效。

2 設計思路

煉鐵廠將數據轉化為生產力的需求日益增加。生產實際情況是,煉鐵廠對生產過程數據的檢測、處理和應用還存在一些問題。諸如:

(1)生產過程信息檢測技術不足。高爐內部是個“黑匣子”,部分關鍵參數無法檢測或難以準確獲取;隨著高爐爐齡不斷增加,檢測設備老化或損壞致使數據準確性下降甚至失真,難以及時修復。

(2)數據采集和處理技術能力不足。生產過程控制系統、網絡運行不穩定,控制功能不完善,影響檢測數據的連續采集和處理,造成數據丟失;對數據的存儲方法、挖掘能力有待進一步加強。

(3)數字化平臺搭建不完善。生產信息未能全部進行數字化轉化,已轉化為數字信息的生產數據利用率不高,制約了工業大數據發揮出更大的作用通過推進煉鐵數字化工廠建設,可有效解決以上存在的問題,有利于實現煉鐵生產過程管理精細化,促進生產指標優化和效益提升。

所謂數字化,就是將許多復雜多變的信息轉變為可以度量的數字,再以這些數字建立數字化模型引入計算機內部進行統一處理。結合冶金自動化系統的L0-L5分級結構，提出了高爐數字化車間建設思路(如圖1所示)。

數字車間建設,首先,要完善冶金自動化系統的L0級的底層基礎檢測數據,將生產過程信息轉變為準確、穩定、可采集的檢測數據;然后,要優化控制技術,將面向生產過程控制的L1-L3級的信息時效性和準確性進一步提高;最后,要通過信息化技術搭建好數字化平臺,為L4-L5級提供關聯性高、可管理的生產數據信息。

3 主要建設項目

鑌鑫鋼鐵1#高爐數字化車間于2020年4月開始建設，2023年1月完成，建設數字化高爐一座，輔配高爐上料裝置、熱風爐、出鐵裝置、高爐冷卻設備、煤氣凈化裝置等，以高爐為中心環形布局，根據冶煉原料配比及產品質量要求，對冶煉原料依次進行調配、高爐上料、冶煉生產、渣鐵產品處理、鐵水運輸等生產作業；目前已構建86個智能應用，22個工藝模型，接入116個畫面，1.2萬個數據點位，采集處理6億多條時序數據。

（1）智能裝備方面：1#高爐設備全面采用基于數字化、網絡化的智能裝備，基于大數據的綜合智能運維及集中決策、控制等目標設計。建設智能裝備 182 臺(套)，其中設備聯網數采169 臺(套)，數采率達到92%以上；包括：熱風爐、料倉、料罐、爐頂除塵裝置、爐體冷卻裝置、噴煤裝置、鐵水罐運輸等裝備。

（2）數采集控方面：車間搭建中冶賽迪國產工業互聯網平臺，運用智能網關與設備端相連，自動采集設備的運行狀態及相關數據（如速度、溫度、壓力、流量等），同時接受集控平臺的指令認證后確認相關操作，通過線上計劃協同、模型分析、工控安全、工業電視等輔助手段，實現基于大數據的集中操控與智能決策，以及生產設備調參、故障診斷等遠程智維作業。

（3）生產質量追溯：依據物料生產路線進行流程化匹配及監控，通過數據反饋進行集中管控及操作決策。產品質量信息追蹤方面，對原料及原配料均進行自動采樣并留存樣本，實現產品全生命周期的質量追溯。

（4）生產物料精準配送：物料根據生產需求和庫存壓力，關聯所需中間產品，基于車間內皮帶機運輸系統，將高爐所需物料如燒結礦球團礦成品從相應生產工序按時按量輸送至高爐受料槽，外購物料等經過船運、火運、汽運和皮帶機運輸以及部分中間轉存，按時按量輸送至高爐料倉；全過程根據平臺預設計劃，精準控制配料生產過程，通過設備狀態檢測、視頻監控、異常告警等系統實時監測，實現全過程物料精準配送及遠程可視化。

（5）生產過程實時管控：依托工業互聯網平臺，車間現有完備高爐操作類、計劃管理類、績效管理類、實時監控類模型等一系列智能化應用功能，同時平臺實時采集高爐生產原燃料信息、各崗位操業參數、高爐生產各項指標等信息，持續調度和動態優化車間作業，并依托異常爐況報警等預警模型實現異常事件自動預警、快速響應處置異常；生產過程報表數據線上自動記錄，實時保存生產相關數據與歷史數據，依托大數據手段，實現智能化分析，及時準確下達合理生產計劃，實現高爐生產數字化、網絡化、可視化、智能化，有效指導生產智能決策，創造良好效益。

（6）過程信息分析處置：車間原料追蹤方面通過皮帶機、檢化驗維護系統及預置時間匹配，實時將檢測原料數據在工藝生產過程中進行流轉和監管，結合原料、配料信息、生產線信息及生產環境等信息，在工業互聯網平臺存儲分析，異常數據告警并由崗位操作人員進行判別干預作業，同時在系統中自動生成生產問題處理消息清單，由技術人員記錄分析原因及驗證過程，并記錄問題整改意見、舉一反三解決問題反饋結果，與對應生產班組掛鉤，實現生產過程的信息績效閉環管理。

（7）能源消耗管控：利用現代測控技術、采樣技術、數據處理與通訊技術等，建立了完善的水、電、氣等重點能源消耗動態監控、計量系統和重點能源產耗預測模型，新建裝備均選用符合國家能效等級要求的機電產品，實現對水、電、氣、用能設備和用能過程實時掌握，對超標情況動態預警，有效提升了車間能耗管控水平

（8）節能減排方面：車間采用無擾燒爐，減少因熱風爐人工燒爐不合理導致的能量損耗。高爐爐頂煤氣全回收、高爐煤氣余熱余壓發電，發出電量用于本車間，將減少外購電量相當于年 9.4萬噸標煤。在用水方面，全爐冷卻水監控等應用使得技術人員可以及時把控用水，另外，高爐煤氣的回收利用可以減少企業燃氣消耗。高爐車間布袋除塵風量自動調節頻率技術，使用精確算法控制生產過程閥門開度，在滿足生產、環保需求下應用最佳風量，達到環境除塵效果，節約大量能耗。

（9）安全環保智能管控：1#高爐數字化車間對相應主要安全環保風險，如粉塵設備噪聲以及廢氣污染成分等制定相應措施及制度，基于分層、分步、模塊化思想構建了一體化環境監測及粉塵處理系統，通過干霧除塵裝置極大地降低揚塵量。綜合廢氣污染成分，配置了熱感、煙感、溫度、濕度、有害氣體、粉塵、噪聲等智能傳感器，設置氣體有害成分濾除過濾裝置，全天候進行車間工業衛生與環境監測系統。

4 主要建設內容

（1）鑌鑫鋼鐵工業互聯網平臺：工業互聯網平臺將生產控制、視頻監控、生產過程中智能應用模塊、信息化報表集于一體，對生產過程物料檢化、計量、生產過程參數、智能應用模塊進行全過程跟蹤，將生產過程參數自動采集到工業互聯網，做成報表，建立數據庫，方便各級管理人員分析，制定生產操作方針，確保生產穩定順行。

（2）鑌鋼設備管理系統：將1#高爐所有設備錄入系統，對設備進行在線檢測，發現異常，及時報警，反饋給各級管理人員。該系統包括：設備點檢、巡檢記錄上傳，設備隱患報警，重點設備監控，備品備件計劃，設備更換記錄，設備檢修計劃，設備異常故障分析等。對在線使用設備進行全天跟蹤，確保生產穩定運行。

（3）智能安全和超低排放系統：該系統對1#高爐生產過程安全進行全流程管理，主要包括：危險作業，在線教育，隱患排查，相關方管理，現場管理，機構和職責，管理制度和應急/事故/預警等模塊，將安全管理從線下推到線上，辦理各種手續流程化，節約各方時間，提高工作效率，減少辦公人員。超低排放系統將1#高爐所有除塵系統和無序排放口全部接入系統，進行監控，將監控參數系統上傳監管部門，確保高爐日常生產按照國標排放。

（4）掌上工廠：建設PC端智能顯示系統-掌上工廠，將1#高爐日常生產過程控制參數、視頻監控、原燃料檢化、物理性能，各種生產報表，生產參數異常報警等多種性能，隨時推送給各級領導，生產參數異常時及時修正，確保生產過程穩定順行。

隨時、隨地查看各崗位最關心的生產關鍵數據，及時調整生產指令，提高生產和管理效率。分崗位匯總鋼廠的生產指標、工藝參數、績效結果、統計信息等可視化數據項，每天對照指標和趨勢及時發現問題。

把準確信息，在正確的時間，傳遞給正確的人，及時接收預警信息，第一時間處理預警，降低事故發生的概率。

現場人員將生產信息上報匯總到系統，領導能第一時間查看。

第一時間將設備故障、工藝參數報警、質量不達標等信息精準推送到責任人，由“人找事”變成“事找人”,實現問題的及時觸達和高效處理。

（5）其他建設項目：在公司智能制造統一安排，將其他控制模塊接入1#高爐日常生產管理中，實現了線上辦公，各種手續線上化，減少紙質報表消耗，提高工作效率，節約辦公人員。

通過以上各種智能管理系統逐步進廠，在1#高爐日常生產形成：管控一張圖，監控視頻一張圖和操作一張圖。實現對高爐車間生產區域連續監控，發現問題及時報警和方便人員處理，減少和降低操作人員隨意進入危險區域，杜絕事故隱患發生。高爐生產一張圖。

5 實施效果

1#高爐數字化車間于2023年2月投用，操作崗位于2月28日進駐智能大廳遠程操作。隨著設備、程序調試完成，崗位人員熟練應用，高爐數字化建設各項作用逐漸顯現。

（1）崗位操作人員環境改善，人員減少，關鍵設備、重點崗位通過視頻監控隨時可以查看，減少操作人員進入危險區域的次數，減少或者杜絕事故隱患。高爐區域生產工序主控室操作人員均減少1人，合計減少18人。

（2）不同工序相同工位安排在一起操作，方便操作人員共同學習和交流，提高操作能力和處理問題能力。同時相互監督和提醒，減少誤操作現象，提高操作的安全性。

（3）設備在線檢測和設備檔案全員可以查看，通過視頻監控可以隨時觀察設備運行情況，設備故障可以及時發現，降低設備隱患，提高設備運行率，延長計劃檢修時間，計劃檢修由原來每月延長到3月以上定修一次。

（4）原燃料檢化成分、物理性能，產量等信息及時反饋高爐工長，提高工長對高爐生產變化預判能力，提前采取措施，確保高爐生產長期穩定順行。經過一年多實踐，高爐技術指標持續優化，能耗降低。

（5）高爐生產過程參數得到長期保存，可以隨時調閱、分析，建立數據庫和復盤，檢查以往操作中的失誤或不妥之處，便于提升操作技能。

6 結束語

高爐生產實現數字化只是一個階段性的過程,最終目標是要實現智慧工廠。隨著鑌鑫鋼鐵在數字化工廠建設的不斷深人,今后將逐步往智能化方面進行探索。目前,已逐步開展高爐沖渣、噴煤等上料無人天車、供料上料車無人定位等改造項目。結合“雙碳”目標,今后將在以下五方面繼續開展數字化和智能化改造:

(1)不斷升級和完善檢測技術,進一步提升數據的準確性。

(2)加快和擴大物聯網的應用范圍,實現煉鐵廠人、機、物互聯。

(3)通過機器視覺技術,搭建和完善煉鐵廠視頻監控數字化平臺。

(4)大力推廣5G技術的應用,提升數據采集和傳輸的可靠性。

(5)繼續加大機器人研發技術力量,逐步實現無人化。