陳勝，陳彥銘，劉立廣
摘 要：韶鋼 7 號高爐于 2021 年 10 月 18 日停爐大修升級改造，該項目引進及開發新工藝、新技術、新設備、智慧操控及智慧決策等國際煉鐵最先進的技術 50 余項，致力于將 7 號高爐打造成全國第一座智慧型高爐，提高企業持續核心競爭力的同時，達到環境效益、經濟效益和社會效益的和諧統一。
關鍵詞：高爐、升級、技術、智慧
引言
廣東省韶關鋼鐵集團有限公司煉鐵廠 7 號高爐于 2005 年 8 月 18 日點火開爐（1 代），隨著爐役邁入后期，爐身、爐缸等部位陸續暴露出安全問題，如爐身冷卻板陸續損壞，爐缸碳磚溫度 2013年升高到近 900℃，碳磚厚度已不足 600mm，系統設備磨損、老化嚴重以及工藝裝備水平難以滿足現行高爐生產要求，于 2021 年 10 月 18 日停爐大修進行升級改造。
韶鋼煉鐵立足將新 7 號高爐打造成新一代的智慧高爐，引進國內成熟的先進技術，全面提升7 號高爐工藝、技術及設備能力。7 號高爐采用了當今國際煉鐵最先進的技術 50 余項，包括：高爐綜合長壽技術、環保型渣處理工藝、高富氧大噴煤技術、爐頂均壓煤氣全回收技術、爐前出鐵技術、智慧作業-智慧操控-智慧決策的技術體系等，進一步降低資源和能源消耗，堅持高效、低成本、低排放和綠色發展理念，促進韶鋼高爐可持續發展。
1、智慧高爐技術體系
韶鋼 7 號高爐智慧高爐總體技術體系由“智慧作業-智慧操控-智慧決策”組成，智慧作業實現生產作業和設備操作的少人化、無人化；智慧操控是基于韶鋼現有智慧中心平臺，結合數字化設計和仿真技術，進一步應用智能化技術，通過數據分析、智能模型等為生產操控提供動態精準的技術支撐；智慧決策則基于智慧作業和智慧操控保障下，以爐況順行、成本最優為核心目標，依托歷史生產數據，利用大數據挖掘手段，建立爐況調整工藝知識庫，開發“虛擬工長”決策系統，實現智慧決策。
充分利用韶鋼現有一體化管控平臺，實現與智能操控和智能決策在內的各類智能應用、模型等無縫銜接，解決了傳統工程中數據孤島和協同性的問題。同時，智慧作業相關的現場智能化技術，和現有智慧中心一體化管控平臺實現數據、信息的互聯互通，通過數據關聯分析及挖掘，為智慧操控和決策提供支撐，并將其與數字化設計相結合，將 7 號高爐打造成數字、智慧高爐。
2 智慧化技術應用及效果
2.1 智慧作業
2.1.1 智能抓渣
7 號高爐大修采用國內較為先進的環保底濾法渣處理工藝，提升水渣系統處理能力，降低系統檢修維護工作量；南北爐渣處理系統均配套設置智能抓渣系統，該系統通過對濾池內的水渣堆積圖像的分析，自行選擇抓渣邏輯，利用激光掃描，實時采集渣池內部物料幾何數據，生成料堆3D 幾何曲面，并將計算結果返回至管理系統，通過智能抓渣PLC和吊車自帶PLC聯合控制吊車運行，按照順序自動完成智能管控模型系統發布作業指令的接收與反饋，實現無人吊車的自動控制，完成自動抓渣和卸渣任務。控制抓渣行車將濾池內的水渣自動抓取至膠帶機外運，以實現抓渣的自動化、智能化和無人化，從而減少能耗，改善操作環境。
2.1.2 皮帶機器智能巡檢
皮帶機器智能巡檢技術對高爐上料主皮帶進行在線自動巡檢，對皮帶進行異常檢測，包括撕裂、打滑、跑偏、異物檢測等，以計算機圖像處理技術為基礎，對皮帶上運動中的物料進行料流量和粒度識別。
移動式皮帶巡檢機器人使用電池動力驅動前進，攝像頭攝取實時實景圖像、紅外熱成像，通過網絡傳輸數據到分析計算機，實現故障異響、溫度、跑偏、異物等檢測功能。巡檢皮帶范圍包括上料系統主
皮帶、礦焦槽槽下系統、槽上皮帶等。
2.2 智慧操控
2.2.1 水溫差熱負荷智能管理
高爐冷卻系統作為爐內作業最核心系統之一，其工作狀況對穩定高爐爐型，改善煤氣流分布至關重要。7 號高爐采用水溫差熱負荷智能監控管理，實時跟蹤冷卻壁服役狀況、實現全爐冷卻系統可視化管理。系統通過檢測水溫差實時計算全爐熱負荷，采用三維云圖直觀顯示全爐熱負荷分布和變化情況，通過計算爐身渣皮分布，實現全爐冷卻系統“一張圖”管理。
2.2.2 爐缸侵蝕智能管理
7 號高爐（1 代）爐齡累計安全生產 5906 天，是標準的長壽型高爐；高爐長壽是現代高爐追求的目標，高爐長壽就意味著經濟效益的提高。而大量實踐表明，爐缸區域（鐵口又是爐缸的薄弱之處）是影響高爐一代爐役的主要區域。高爐長壽保障條件，除了保證冷卻系統正常運行外，維護爐缸耐材的安全厚度至關重要。
為了監控爐缸侵蝕狀況，新 7 號高爐采用爐缸侵蝕智能管理系統，根據二維穩態傳熱建立爐缸熱傳導模型，利用有限單元法求解，為高爐操作人員輸出直觀的爐缸侵蝕效果，并顯示侵蝕的演變規律，提前預警爐缸安全狀態。
爐缸侵蝕分析步驟為：計算出爐缸狀態基礎數據→判斷爐缸安全狀態→異常侵蝕原因診斷→輸出操作應對建議。
2.2.2 爐內可視化智能管理
高爐原燃料進入爐內后，含鐵原料在爐身被煤氣加熱、還原后進入爐腰、爐腹開始軟熔和直接還原，進行劇烈的物理和化學反應。日常生產過程中，工長需通過爐體檢測數據推斷爐內冶煉狀況，進行相應操作調整。
7 號高爐利用仿真技術對全爐冶煉進行建模，對爐內物料分布、溫度場、壓力場、速度場和濃度場進行定量表征，實現爐內“五場合一”的虛擬冶煉場景，將虛擬冶煉場景的計算結果與高爐冶煉實體場景運行結果進行同步實時對比，實現爐況調整在虛擬現實 PDCA 循環中不斷改進，為支撐虛擬工長系統穩定運行提供必要基礎。
2.3 智慧決策
7 號高爐基于智慧作業和智慧操控保障下，以爐況順行、成本最優為核心目標，結合歷史生產數據，利用大數據挖掘手段，建立爐況調整工藝知識庫，建立“虛擬工長”智能操爐決策系統，實現智慧決策，為合理生產操作模式提供參考。
2.3.1 智慧“虛擬工長”系統
高爐日常爐況調整的主要目的是維持各項參數在合理范圍之內，尤其爐溫調節是高爐工長最核心的職責。高爐爐溫調節主要是根據入爐原料條件、下料情況，以維持全爐燃料比穩定為出發點，進行風溫、濕度、氧量、煤量以及礦焦比的調節。
根據韶鋼 7 號高爐工長崗位操作規程和操作實踐，建立變料作業、風量調節、爐溫控制、富氧調整等日常標準操作調整規則庫，當爐況滿足條件時，則觸發規則引擎，輸出相應調整建議，基本實現日常爐況智能調劑。
當高爐操作調整知識庫投入運行一定周期后，其輔助建議與工長決策相吻合后，日常操作調整的決策如變料、上料、調煤、出鐵等可以形成閉環操作，并通過更新知識庫不斷擴大智能交互、閉環控制應用場景，履行工長職責，實現智慧“虛擬工長”系統穩定運行。
2.3.2 料場、燒結、高爐一體化原料智慧管理
料場、燒結、高爐一體化原料智慧管理通過一體化配料管理，以滿足生產基本需求為中心，制定價格優勢及可靠的配礦方案，降低煉鐵成本。
根據爐況預測高爐配料模型，以燒結礦性能、上下部調劑等爐況參數作為約束條件，進而計算滿足生產需求，維持爐況穩定順行，以及低成本的爐料結構。
根據燒結礦性能的混勻配礦模型，不僅考慮含鐵料化學成分、燒結基礎特性等，同時燒結成品礦的各項性能指標也作為約束條件，再綜合考慮礦源穩定性、價格成本、物流運輸條件等，采用算法求解燒結性能良好、化學成分穩定、以及低配礦成本的方案。
3、總結
韶鋼煉鐵廠立足將 7 號高爐打造成領先全國的智慧高爐，努力推動煉鐵傳統產業邁向高端，實現高質量發展，提高煉鐵裝備環?；⒓s化、數字化、信息化、智慧化水平，滿足現代高爐生產要求，最大限度地實現了本質安全。使高爐設備保障和運行水平均位列國內先進水平，提高企業持續核心競爭力的同時，達到環境效益、經濟效益和社會效益的和諧統一。