余城德，陳振勇，晁團效

江蘇省鑌鑫鋼鐵集團有限公司，江蘇 連云港 222113

摘 要：鑌鋼2020年4月開始進行全流程智能工廠建設，聯合賽迪信息、北科大等改進鑌鋼工業互聯網系統，將各種系統匯聚同一系統，對生產過程進行全流程管理。鑌鋼高爐借東風，改進生產過程自動化控制程序、應用智能工藝模型、高清攝像頭視頻監控構建鑌鋼特色生產管理體系，對高爐生產過程進行全流程監控，原燃料低庫存條件下，生產成本逐漸下降，生產過程工藝參數控制科學準確，生產事故隱患基本杜絕，取得較好經濟效益。

關鍵詞：智能制造；全流程智能工廠；工藝模型；工業互聯網

近年來，隨著新技術、新設備、新工藝、大數據技術廣泛應用高爐生產，并與智能制造相融合，開發出高爐日常生產控制、監控多個智能應用模塊，多層次、多角度還原高爐日常生產場景，高爐生產逐漸由原來粗放型管理轉化精細管理，通過高爐智能模塊技術廣泛應用，可以從物料進廠、物料中間過程處理、高爐物料入爐全過程進行跟蹤，生產過程各種物料檢驗分析、生產參數自動生成報表，建立關聯數據庫，通過3D技術，仿真應用場景；通過智能模塊分析，對生產過程參數控制提供指導，確保生產過程穩定順行，產品質量優質，高產、低耗，環保，經濟。通過正向、反向跟蹤，復盤、追溯生產過程，提出物料采購指標，生產過程參數控制指標，達到降本增效，優化生產過程目標。

鑌鑫鋼鐵公司成立2008年2月，經過近十幾年發展，煉鐵廠高爐由530m³+630 m³通過異地改造升級2*1250 m³，各種新技術、新工藝、新設備廣泛應用高爐生產保證高爐穩定順行。特別是2020年4月開始建設高爐數字化車間，2023年1月完成；建設數字化高爐二座，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。23年底提出全流程智能工廠建設，對數字化高爐進行升級改造，采用新技術，新工藝，增加鐵前一體化配礦和物料跟蹤功能，對高爐使用物料從采購、生產、生成產品全過程進行跟蹤，結合前期投用技術，將生成過程使用物料、生產參數、產品質量、產量、成本等融為一體形成鑌鋼生產管理系統，達到降本增效，環保，長壽，優質，低耗，高效的目標。

1  鑌鋼高爐智能制造內容

   鑌鑫鋼鐵利用產能置換、大修改造時機，建設2*1250 m³高爐，高爐在智能制造方面建設如下：

1.1 智能裝備方面

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

1.2  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），自動生成生產報表，建立日常生產過程。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，設立報警功能，分析異常數據及時提醒、提出操作建議等功能，確保生產過程穩定順行。

1.3  智能應用模塊

近幾年原料，各種新控制技術、智能算法應用高爐生產，高爐生產參數自動采集，生產數據庫，應用大數據智能分析，建立智能應用工藝模塊，真實反映高爐生產實際情況，當高爐控制參數發生異常時，發出報警，提醒高爐工長或者提高調整參數，及時調整爐況，確保高爐生產穩定順行。鑌鋼高爐日常生產過程參數全部實現自動采集，建立相應數據庫，逐漸探索出鑌鋼高爐調整制度，保證高爐日常生產長期穩定順行。

2  智能制造設備控制技術

2.1  高爐爐頂均壓煤氣全回收技術。

高爐爐頂均壓煤氣實現全回收，高爐爐頂均壓煤氣干法全回收工藝、組合式頂進頂出干式除塵設備、高效引射裝備及智能控制回收系統等一系列關鍵技術，實現了高爐均壓煤氣的高效干法全回收。減少煤氣分散，降低高爐能耗，保護環境。每3.5Nm³煤氣發一度電，電價按0.6元/度，則年回收煤氣直接經濟效益如下：W=178萬元/年。減少對空排放粉塵量約104t，能夠取得較好的經濟和環保效益。

2.2  熱風爐無擾動換爐：

熱風爐引進無擾動換爐及時，確保熱風爐換爐期間風壓波動±5kpa，風量穩定，減少換爐期間風壓、風量波動，穩定高爐爐況。

2.3  高爐沖渣行車自動操作

系統自動抓渣，電腦遠程時時監控，輕點鼠標就能輕松完成以前耗時勞累的繁瑣操作，做到省力、省事、快捷，安全環保，節省人力目標。

2.4  高爐噴煤

采用一鍵噴吹、等距噴吹技術，保證噴吹過程煤粉噴吹量穩定，高爐風口煤粉分配均勻，數量相同等，減少噴吹煤粉壓力波動、風口噴吹煤粉量不均對爐缸工作狀態影響，活躍爐缸，降低能耗。

3  智能應用

鑌鋼高爐建設、投產后，跟蹤當前先進技術、工藝、設備對高爐進行技術改造，先后應用多個智能模塊：爐缸侵蝕模塊，智能燒爐，環境除塵系統節能，賽迪開發工藝模塊等，對高爐生產過程進行全流程智能監控，設置異常數據報警功能，及時反饋操作人員調整，或者上報各級管理人員，減少、杜絕事故隱患，保證高爐生產穩定順行。

3.1  熱風爐智能燒爐控制模型

自動跟蹤煤氣壓力波動情況，自主優化空燃比參數，大幅節約高爐煤氣；在規定的燃燒周期內，自主決策控制大燒和小燒進程，保證熱風爐拱頂、煙道溫度達標；在故障檢修等異常情況下，系統自動控制燃燒進程，保證短期內達到燒爐目標；通過優化程序連鎖，實現了熱風爐自動無擾動換爐，換爐過程中實現風壓穩定，換爐結束后系統自動切入自動燒爐，并在燒爐過程中優化燒爐參數，節約煤氣，自動優化燒爐使煤氣單耗較使用前下降6.5%～11.5%。

定壓無擾動換爐、自動燒爐、自動換爐技術的實現，使熱風爐實現了全自動操作，大幅降低現場人員勞動強度。熱風爐系列優化技術在提高自動化、智能化水平的同時，也因為節約了大量煤氣而提升了企業的經濟效益。

3.2  爐缸侵蝕模型

爐缸爐底侵蝕在線監測預警系統可對高爐爐底爐缸耐材侵蝕情況進行在線監測和自動預警，指導高爐工作者及時掌握爐缸侵蝕狀態并采取護爐措施，延緩爐缸侵蝕速度，預防爐缸燒穿事故，防患于未然，幫助高爐工作者實現高爐的安全長壽。

3.3  賽迪智能制造技術

高爐二級系統（L2）實現部分專家系統功能。L2 系統主要功能為高爐爐身仿真、料面預測、爐熱、煤量調劑預測等，生成各類電子報表，生成出鐵管理報表，展示各類關鍵參數趨勢圖形，自動配料及料單傳輸，自動采集生產過程數據。

高爐爐身仿真：每次探尺運行，就觸發一次計算，根據冶煉周期，自動計算后用圖形（或列表）直觀顯示當前爐內各批物料在高爐內部的位置，并用圖形展示每批料的礦批、焦批、堿度、焦比、煤比、燃料比及趨勢，對入爐的異常料批在到達風口前進行報警。

智能應用模型：通過對生產過程數據采集，生產數據庫，應用大數據、人工算法，結合高爐生產工藝，建立多個工藝模型：料面、爐熱、煤量調劑等預測、重大爐況預警、有害元素跟蹤、爐缸平衡等工藝模型，多方位對爐況進行監控，異常情況報警，提醒操作人員及時調整，保證高爐生產穩定順行。

各類電子報表：自動記錄高爐各項操作參數，生成操作日志及其他電子報表，并可根據需要導出各種格式，減少記錄工作量和人工記錄的誤差。

高爐出鐵管理：記錄各鐵口工作情況，生成出鐵時間、出鐵間隔、出渣時間、出鐵速率情況，生成出鐵管理報表。

各類關鍵參數趨勢圖形展示：記錄并展示爐內煤比、焦比、燃料比、爐熱指數、爐渣R₂（R₃、R₄）、煤氣利用率等趨勢。

自動配料及料單傳輸：自動采集檢化驗系統里最新物料成份，按照規定爐溫計算（校核）焦炭負荷、燃料比、煤比、爐渣成份等裝料參數，配比符合要求后，二級系統（L2）生成變料單，發上料操作電腦（L1）執行并發回上料操作反饋（變料批數、操作人信息等）。自動配料及其電子變料單減少了人工計算和手寫工作量，減少了人工輸入各物料成份的工作量，大幅降低了人為變料錯誤。

上料數據采集：采集上料PLC每批入爐物料中各種物料的重量、下料時的料線、布料時間、布料角度、爐料負荷、焦比、堿度等參數，并通過爐料結構餅圖、實際重量柱狀圖等方式展示。入爐料采用圖形展示后，稱量錯誤可被直觀發現。根據爐料實際入爐時間，精確計算1小時實際料批，再以此計算小時燃料比，用實際料速核算出來的燃料比為高爐操作人員調節爐溫提供了重要依據。

    特別是賽迪智能制造技術應用，高爐生產過程控制逐漸形成：以業務主線貫穿應用多維度提升高爐穩定順行生產模式。以高爐生產為中心，全方位，多層次，新技術、大數據分析等形成人、機、料、法、環管理閉環，保持生產過程穩定順行，高爐產量，成本等技術指標持續優化，取得巨大經濟效益。對比同一地區先進企業，高爐生產成本由原來高350-400元/t降低到30-50元/t，取得降本增效優異成績。圖1  高爐生產過程優化。

    隨著鑌鋼全流程智能工廠建成投用，各種生產過程數據自動采集生成報表，應用大數據、冶金新技術，創建智能應用模型，對高爐生產過程全程監控，提前報警，推出日常操作建議，實現：智能應用提升操作精準、促煉鐵穩定運行。降低、杜絕誤操作，保持高爐生產穩定順行，達到優化工藝參數，提升高爐生產技術指標目標。賽迪系統以高爐生產為中心，投用智能模型如下圖。

圖2  高爐操作優化

4  監控一張網

通過賽迪系統平臺，將高爐區域重點設備、危險區域安裝的攝像頭實現一個平臺顯示，通過高清攝像頭上傳視頻監控，對該區域實現全天監控，設立報警功能，區域發生異常情況及時反饋崗位操作人員，即實現隱患及時排查、處理，又實現崗位集中，可降低崗位人員安全隱患，降低勞動強度，可減少崗位人員，實現勞動效率提升。

5  實施效果

通過以上技術、智能模型應用，高爐生產數據積累，模型預測準確率提升，逐漸在日常生產發揮作用，高爐生產穩定順行，崗位操作人員得到優化。高爐主控工（上料、熱風、噴煤等崗位）16人減少到8人；高爐生產穩定順行，高爐技術指標優化。2高爐技術指標如下表。

表1  2高爐技術指標

注：1  1月前期生產不順，10日爐況恢復，高爐指標逐漸優化。

2  2月高爐降料面噴涂爐身，影響高爐技術指標。

6  結語

隨著科技技術進步，AI、大數據人工算法、5G網絡普及，鑌鋼全流程智能工廠建設，清晰、分辨率高攝像頭、工業機器人、高爐智能工藝模型應用，逐漸打開高爐暗箱操作，通過3D技術展現操作人員，高爐爐況調整更加及時、準確，高爐生產穩定順行，高爐生產技術指標優化。