蒲春雷 羅龍 盧翔 趙國磊 張翔
（中冶華天工程技術(shù)有限公司）
0 前言
作為我國冶金工程咨詢、設(shè)計(jì)、工程承包業(yè)務(wù)的國家級(jí)大型科技型企業(yè)，中冶華天憑借著在鋼鐵生產(chǎn)全流程工藝上近60年的工程實(shí)踐，以及與高等院校科研合作，掌握了一批具有原創(chuàng)性的工藝管控原理和模型；通過承擔(dān)馬鋼、沙鋼、中天、寶武梅鋼、南鋼、萊鋼、安賽樂米塔爾、阿曼索哈、馬來鋼鐵等國內(nèi)外高水平鋼鐵生產(chǎn)單位的設(shè)計(jì)、建設(shè)和中試運(yùn)維，積累了豐富的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫。
立足鋼鐵企業(yè)的工藝、裝備、產(chǎn)品實(shí)際需求，中冶華天通過先進(jìn)的信息化硬軟件技術(shù)，與生產(chǎn)排產(chǎn)、工藝質(zhì)量、工序成本等融合，形成多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集與傳輸、設(shè)備性能狀態(tài)實(shí)時(shí)判定與故障預(yù)警、工藝質(zhì)量協(xié)同控制、面向生產(chǎn)過程全成本精細(xì)化計(jì)量和管控等技術(shù),在制造一體化云平臺(tái)框架下，為鋼鐵生產(chǎn)制造全流程的智能化奠定了基礎(chǔ)。
中冶華天形成了在前期方案設(shè)計(jì)中，強(qiáng)化制造過程狀態(tài)感知，將作業(yè)排布、工藝參數(shù)制定、加工過程信息融合形成數(shù)據(jù)平臺(tái)，開展制備信息流程與裝備健康分級(jí)、工藝設(shè)計(jì)與排產(chǎn)、產(chǎn)品性能穩(wěn)定性管控、多工序智聯(lián)體管理、綜合成本等的分析，達(dá)到對(duì)智能計(jì)劃排產(chǎn)、智能工藝參數(shù)制定、并行同步模擬仿真生產(chǎn)管控的支撐，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自我決策。最后在統(tǒng)一的智能制造云服務(wù)平臺(tái)下，指導(dǎo)生產(chǎn)線精確執(zhí)行，并基于監(jiān)督學(xué)習(xí)更新模型算法庫，自我學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)鋼鐵制造過程的智能化。
1 智能化原料場
在中冶華天智能化原料場技術(shù)中，核心技術(shù)包括流程智能選擇、數(shù)字化料場系統(tǒng)、堆取料機(jī)智能化控制及混勻智能配料系統(tǒng)。流程智能選擇中，取代人工作業(yè)計(jì)劃編制，系統(tǒng)根據(jù)來料或供料要求信息先予以判斷.隨后通過料堆堆（倉）位選取自動(dòng)形成作業(yè)指令，自動(dòng)選擇出距離最短、能耗最低的流程，完成物料自動(dòng)堆、取作業(yè)，系統(tǒng)效率提高50%，能耗降低5%。
1.1數(shù)字化料場系統(tǒng)
通過激光掃描儀掃描料堆輪廓，進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集，由圖像服務(wù)器進(jìn)行三維成像和體積計(jì)算，與原料系統(tǒng)的計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行交換，統(tǒng)一在數(shù)字化料場系統(tǒng)中管理，所生成數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，分析處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)盤庫，根據(jù)料場信息建立料場動(dòng)態(tài)分布圖。數(shù)字化料場系統(tǒng)可跟據(jù)料場、堆取料機(jī)、皮帶機(jī)以及轉(zhuǎn)運(yùn)站等結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行三維建模，構(gòu)架三維仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原料場中控直觀的視覺監(jiān)視效果•盤庫效率提高60%以上。
1.2堆取料機(jī)智能化控制系統(tǒng)
與流程智能選擇相結(jié)合，接收流程信息，根據(jù)堆、取模型，實(shí)現(xiàn)堆、取料機(jī)自動(dòng)尋址、自動(dòng)堆位、自動(dòng)選擇堆取模式，提高料場利用率20%,提高堆取料機(jī)作業(yè)效率50%。
1.3混勻智能配料
根據(jù)質(zhì)量管理系統(tǒng)提供的物料參數(shù)和企業(yè)管理級(jí)下達(dá)的目標(biāo)成分值，根據(jù)數(shù)學(xué)模型自動(dòng)進(jìn)行物料配比計(jì)算，生成配料計(jì)劃。
2 智能化燒結(jié)
中冶華天智能化燒結(jié)工廠立足燒結(jié)生產(chǎn)企業(yè)的用戶需求，從工藝過程智能化、裝備智能化和生產(chǎn)管理智能化三個(gè)主要方面著手，以先進(jìn)傳感器、數(shù)據(jù)挖掘、智能算法和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為手段，提升生產(chǎn)效率、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和降低能耗排放。
在工藝過程智能化中，主要包括綜合智能配料系統(tǒng)、燒結(jié)上料優(yōu)化模型、燒結(jié)過程智能控制系統(tǒng)、混合制粒智能控制模型等，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)工藝過程的智能控制和生產(chǎn)優(yōu)化。
在裝備智能化中，主要開發(fā)燒結(jié)機(jī)在線自動(dòng)加油機(jī)、環(huán)冷機(jī)下全自主式智能卸灰車、主抽風(fēng)機(jī)智能節(jié)能控制系統(tǒng)、環(huán)冷機(jī)智能節(jié)能控制系統(tǒng)、除塵風(fēng)機(jī)智能節(jié)能控制系統(tǒng)等。
在生產(chǎn)管理智能化中，通過燒結(jié)上下游生產(chǎn)信息的采集與分發(fā)、設(shè)備維護(hù)管理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)預(yù)警、燒結(jié)指標(biāo)預(yù)警、工藝秤準(zhǔn)確性分析、關(guān)鍵工藝過程和設(shè)備運(yùn)行狀況四級(jí)報(bào)警、燒結(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的綜合分析和管理等功能。
3 智能化煉鐵
在煉鐵領(lǐng)域，中冶華天從高爐本體、噴煤工藝、熱風(fēng)爐等核心工藝方面著手，依托60年來的工程實(shí)踐積累，圍繞高效、長壽、低耗煉鐵，針對(duì)高爐本體，開發(fā)高爐爐頂布料智能仿真系統(tǒng)、高爐爐底爐缸安全運(yùn)營管理系統(tǒng)、高爐爐身熱負(fù)荷監(jiān)控系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了高爐關(guān)鍵區(qū)域可視化、數(shù)字化監(jiān)控，并通過自動(dòng)分析生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)高爐冶煉狀態(tài)變化趨勢(shì)及異常爐況進(jìn)行早期預(yù)測，提供輔助決策信息，有效指導(dǎo)高爐操作，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效生產(chǎn)。
在噴煤工藝方面，吸收國內(nèi)外先進(jìn)工藝技術(shù)基礎(chǔ)上積極創(chuàng)新，建成了綜合集中智能控制制粉中心，形成了獨(dú)具特色的新型下出料均勻自動(dòng)煤粉噴吹工藝，具有噴煤量均勻穩(wěn)定、自動(dòng)調(diào)節(jié)、主管防堵設(shè)計(jì)、噴吹罐泄壓智能控制、輸送固氣比智能控制以及遠(yuǎn)距離輸送等特點(diǎn)。
在熱風(fēng)爐工藝方面，中冶華天通過三環(huán)道頂燃式燃燒器、溢流式冷風(fēng)分配、殼體保溫等專利技術(shù)， 結(jié)合自主開發(fā)的智能燃燒控制系統(tǒng)，通過智能化控制大幅提高風(fēng)溫水平、爐體壽命，降低廢氣排放作用。
4 智能化煉鋼
中冶華天圍繞核心的“一鍵煉鋼”，基于自主開發(fā)的副槍作為檢測手段和控制，在配料、輔材用量計(jì)算、熔清成分、吹氧、鋼水量、終點(diǎn)預(yù)報(bào)進(jìn)行了研發(fā)和應(yīng)用推廣。縮短了冶煉時(shí)間，降低了氧和原材料消耗，提高了鐵和合金收得率，鋼水質(zhì)量，轉(zhuǎn)爐煤氣、蒸汽的有效回收率，達(dá)到更高效負(fù)能煉鋼。
在主要模型中，配料方面根據(jù)目標(biāo)冶煉、入爐鐵水、廢鋼、留鋼留渣等信息，給出最佳鐵水比，配碳量等原料參數(shù)；熔清成分預(yù)報(bào)方面，根據(jù)已知冶煉鋼種、所需合金成分及其他原材料、熔化期爐料中元素?zé)龘p率、煙塵量等，確定熔化期爐渣量及成分、爐氣量及爐氣成分，對(duì)熔清成分進(jìn)行預(yù)報(bào)；吹氧計(jì)算方面，基于化學(xué)平衡和物料平衡建立模型，計(jì)算鋼中各元素氧化和造泡沫渣消耗的氧量、電極氧化消耗的氧氣等；在鋼水量計(jì)算方面，基于冶煉過程的留鋼留渣量、主原料（鐵水和廢鋼）用量信息、投入料、過程控制信息，實(shí)時(shí)估算當(dāng)前廢鋼熔化狀態(tài)和當(dāng)前熔池鋼水量信息；終點(diǎn)鋼水成分與溫度方面，給出煉鋼生產(chǎn)的原料和操作條件后，能夠及時(shí)預(yù)測出出鋼成分（如終點(diǎn)碳含量、磷含量等）和溫度。
5 智能化軋鋼
在軋鋼領(lǐng)域，中冶華天針對(duì)熱軋棒型材，根據(jù)工藝流程、裝備和控制特點(diǎn)，就加熱爐進(jìn)行了基于“智能化、綠色化”的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了燃燒智能控制。通過采用專家模型系統(tǒng)，可根據(jù)坯料鋼種、規(guī)格和軋制節(jié)奏自動(dòng)選擇加熱制度，提供加熱爐動(dòng)態(tài)操作的優(yōu)化控制策略，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)燃燒控制功能.提高鋼坯加熱質(zhì)量和溫度均勻性，減少燒損，提高加熱效率，減少NOX的生成，減少大氣污染。達(dá)到節(jié)能、降耗、環(huán)保的目標(biāo)。
在裝備方面，開發(fā)了面向智能化的軋機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軋制力的在線無極預(yù)施載、在線機(jī)架快速換輻機(jī)械手及系統(tǒng)、軋機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、開展了基于AMES-im的軋機(jī)輻縫控制；就小型材精整區(qū)碼垛機(jī)，采用并聯(lián)機(jī)器人架構(gòu)，運(yùn)用大慣量控制技術(shù)、氣力一電液組合推送技術(shù)、前端振動(dòng)抑制技術(shù)、操作導(dǎo)航技術(shù)、故障診斷技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)出國內(nèi)首套T型導(dǎo)軌鋼智能碼垛機(jī)械手，成為世界上首套T型導(dǎo)軌鋼智能碼垛裝備。
針對(duì)熱軋棒型材軋線大多信息化和管控能力弱的情況，中冶華天提出了核心工藝智能化，全線管控“互聯(lián)化”方案。開發(fā)制造過程信息流及云端數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，建立了核心裝備（加熱爐、軋機(jī)等）健康狀態(tài)實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)和智能評(píng)估模型；形成了軋件制造過程多場耦合的工藝質(zhì)量設(shè)計(jì)系統(tǒng)、面向精細(xì)化生產(chǎn)的CAD-CAE孔型設(shè)計(jì)、煉鑄軋智能排產(chǎn)；通過制造并行同步仿真，實(shí)現(xiàn)了多工序質(zhì)量控制，建立了產(chǎn)品質(zhì)量判定、改進(jìn)和質(zhì)量超限異常追溯體系，提升了產(chǎn)品穩(wěn)定性和質(zhì)量事故處理的快速響應(yīng)能力；通過全流程的多工序智聯(lián)體管理，實(shí)現(xiàn)了工序綜合生產(chǎn)成本智能優(yōu)化控制方法。
6 智能化產(chǎn)銷流
中冶華天通過“互聯(lián)網(wǎng)+ ”技術(shù)，先形成統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)智慧化運(yùn)營管理奠定基礎(chǔ)，然后在系統(tǒng)中，融合廠區(qū)全部生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)據(jù)，通過對(duì)企業(yè)內(nèi)部各部門（采購供應(yīng)部、銷售部、集團(tuán)財(cái)務(wù)控制中心、管理部等）和各個(gè)管理環(huán)節(jié)（合同下達(dá)與執(zhí)行、生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)施和控制等）進(jìn)行全面智能化管理，給企業(yè)管理者提決策支持，同時(shí)將經(jīng)銷商、供應(yīng)商融入到系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)上下游管理的規(guī)范化、系統(tǒng)化、智能化。
基于該技術(shù)，進(jìn)一步樹立了供應(yīng)鏈的核心地位。通過外部供應(yīng)鏈供銷關(guān)系的管理與合作，形成穩(wěn)定的上下游關(guān)系，提高了企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品升級(jí)、流程優(yōu)化、效率提升等核心競爭力，實(shí)現(xiàn)了一體化的供應(yīng)鏈管理流程；通過構(gòu)建智慧化的供應(yīng)鏈管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從礦產(chǎn)等原材料采購，到生產(chǎn)加工、庫存轉(zhuǎn)移、收貨發(fā)貨、運(yùn)輸、貨物追蹤，以電子渠道，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程信息流轉(zhuǎn)的無縫聯(lián)接;通過標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化的數(shù)據(jù)交換、業(yè)務(wù)管理、生產(chǎn)銷售等流程，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)鏈條的業(yè)務(wù)高效協(xié)同運(yùn)作，并逐漸將傳統(tǒng)的橫向運(yùn)作模式向縱向運(yùn)作模式轉(zhuǎn)變。
中冶華天作為冶金建設(shè)國家隊(duì)排頭兵和承擔(dān)者，將沿著鋼鐵工業(yè)全流程生產(chǎn)路線，從智能化出發(fā)，結(jié)合工藝、裝備、自動(dòng)化，持續(xù)提優(yōu)升級(jí)，擠進(jìn)世界一流。