蒲春雷 羅龍 盧翔 趙國磊 張翔
（中冶華天工程技術有限公司）
0 前言
作為我國冶金工程咨詢、設計、工程承包業務的國家級大型科技型企業，中冶華天憑借著在鋼鐵生產全流程工藝上近60年的工程實踐，以及與高等院校科研合作，掌握了一批具有原創性的工藝管控原理和模型；通過承擔馬鋼、沙鋼、中天、寶武梅鋼、南鋼、萊鋼、安賽樂米塔爾、阿曼索哈、馬來鋼鐵等國內外高水平鋼鐵生產單位的設計、建設和中試運維，積累了豐富的生產數據庫。
立足鋼鐵企業的工藝、裝備、產品實際需求，中冶華天通過先進的信息化硬軟件技術，與生產排產、工藝質量、工序成本等融合，形成多源異構數據采集與傳輸、設備性能狀態實時判定與故障預警、工藝質量協同控制、面向生產過程全成本精細化計量和管控等技術,在制造一體化云平臺框架下，為鋼鐵生產制造全流程的智能化奠定了基礎。
中冶華天形成了在前期方案設計中，強化制造過程狀態感知，將作業排布、工藝參數制定、加工過程信息融合形成數據平臺，開展制備信息流程與裝備健康分級、工藝設計與排產、產品性能穩定性管控、多工序智聯體管理、綜合成本等的分析，達到對智能計劃排產、智能工藝參數制定、并行同步模擬仿真生產管控的支撐，實現生產自我決策。最后在統一的智能制造云服務平臺下，指導生產線精確執行，并基于監督學習更新模型算法庫，自我學習，實現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中，核心技術包括流程智能選擇、數字化料場系統、堆取料機智能化控制及混勻智能配料系統。流程智能選擇中，取代人工作業計劃編制，系統根據來料或供料要求信息先予以判斷.隨后通過料堆堆（倉）位選取自動形成作業指令，自動選擇出距離最短、能耗最低的流程，完成物料自動堆、取作業，系統效率提高50%，能耗降低5%。
1.1數字化料場系統
通過激光掃描儀掃描料堆輪廓，進行三維數據采集，由圖像服務器進行三維成像和體積計算，與原料系統的計量系統進行交換，統一在數字化料場系統中管理，所生成數據保存在數據庫中，分析處理數據，實現實時盤庫，根據料場信息建立料場動態分布圖。數字化料場系統可跟據料場、堆取料機、皮帶機以及轉運站等結構圖進行三維建模，構架三維仿真系統，實現原料場中控直觀的視覺監視效果•盤庫效率提高60%以上。
1.2堆取料機智能化控制系統
與流程智能選擇相結合，接收流程信息，根據堆、取模型，實現堆、取料機自動尋址、自動堆位、自動選擇堆取模式，提高料場利用率20%,提高堆取料機作業效率50%。
1.3混勻智能配料
根據質量管理系統提供的物料參數和企業管理級下達的目標成分值，根據數學模型自動進行物料配比計算，生成配料計劃。
2 智能化燒結
中冶華天智能化燒結工廠立足燒結生產企業的用戶需求，從工藝過程智能化、裝備智能化和生產管理智能化三個主要方面著手，以先進傳感器、數據挖掘、智能算法和工業互聯網等技術為手段，提升生產效率、提升產品質量、降低生產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、燒結上料優化模型、燒結過程智能控制系統、混合制粒智能控制模型等，實現了燒結工藝過程的智能控制和生產優化。
在裝備智能化中，主要開發燒結機在線自動加油機、環冷機下全自主式智能卸灰車、主抽風機智能節能控制系統、環冷機智能節能控制系統、除塵風機智能節能控制系統等。
在生產管理智能化中，通過燒結上下游生產信息的采集與分發、設備維護管理，實現設備狀態預警、燒結指標預警、工藝秤準確性分析、關鍵工藝過程和設備運行狀況四級報警、燒結生產數據的綜合分析和管理等功能。
3 智能化煉鐵
在煉鐵領域，中冶華天從高爐本體、噴煤工藝、熱風爐等核心工藝方面著手，依托60年來的工程實踐積累，圍繞高效、長壽、低耗煉鐵，針對高爐本體，開發高爐爐頂布料智能仿真系統、高爐爐底爐缸安全運營管理系統、高爐爐身熱負荷監控系統等，實現了高爐關鍵區域可視化、數字化監控，并通過自動分析生產數據，對高爐冶煉狀態變化趨勢及異常爐況進行早期預測，提供輔助決策信息，有效指導高爐操作，實現穩定、高效生產。
在噴煤工藝方面，吸收國內外先進工藝技術基礎上積極創新，建成了綜合集中智能控制制粉中心，形成了獨具特色的新型下出料均勻自動煤粉噴吹工藝，具有噴煤量均勻穩定、自動調節、主管防堵設計、噴吹罐泄壓智能控制、輸送固氣比智能控制以及遠距離輸送等特點。
在熱風爐工藝方面，中冶華天通過三環道頂燃式燃燒器、溢流式冷風分配、殼體保溫等專利技術， 結合自主開發的智能燃燒控制系統，通過智能化控制大幅提高風溫水平、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”，基于自主開發的副槍作為檢測手段和控制，在配料、輔材用量計算、熔清成分、吹氧、鋼水量、終點預報進行了研發和應用推廣。縮短了冶煉時間，降低了氧和原材料消耗，提高了鐵和合金收得率，鋼水質量，轉爐煤氣、蒸汽的有效回收率，達到更高效負能煉鋼。
在主要模型中，配料方面根據目標冶煉、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；熔清成分預報方面，根據已知冶煉鋼種、所需合金成分及其他原材料、熔化期爐料中元素燒損率、煙塵量等，確定熔化期爐渣量及成分、爐氣量及爐氣成分，對熔清成分進行預報；吹氧計算方面，基于化學平衡和物料平衡建立模型，計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，實時估算當前廢鋼熔化狀態和當前熔池鋼水量信息；終點鋼水成分與溫度方面，給出煉鋼生產的原料和操作條件后，能夠及時預測出出鋼成分（如終點碳含量、磷含量等）和溫度。
5 智能化軋鋼
在軋鋼領域，中冶華天針對熱軋棒型材，根據工藝流程、裝備和控制特點，就加熱爐進行了基于“智能化、綠色化”的開發，實現了燃燒智能控制。通過采用專家模型系統，可根據坯料鋼種、規格和軋制節奏自動選擇加熱制度，提供加熱爐動態操作的優化控制策略，實現全自動燃燒控制功能.提高鋼坯加熱質量和溫度均勻性，減少燒損，提高加熱效率，減少NOX的生成，減少大氣污染。達到節能、降耗、環保的目標。
在裝備方面，開發了面向智能化的軋機，實現了軋制力的在線無極預施載、在線機架快速換輻機械手及系統、軋機運行狀態監控、開展了基于AMES-im的軋機輻縫控制；就小型材精整區碼垛機，采用并聯機器人架構，運用大慣量控制技術、氣力一電液組合推送技術、前端振動抑制技術、操作導航技術、故障診斷技術等先進技術，開發出國內首套T型導軌鋼智能碼垛機械手，成為世界上首套T型導軌鋼智能碼垛裝備。
針對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“互聯化”方案。開發制造過程信息流及云端數據集成系統，建立了核心裝備（加熱爐、軋機等）健康狀態實時預報和智能評估模型；形成了軋件制造過程多場耦合的工藝質量設計系統、面向精細化生產的CAD-CAE孔型設計、煉鑄軋智能排產；通過制造并行同步仿真，實現了多工序質量控制，建立了產品質量判定、改進和質量超限異常追溯體系，提升了產品穩定性和質量事故處理的快速響應能力；通過全流程的多工序智聯體管理，實現了工序綜合生產成本智能優化控制方法。
6 智能化產銷流
中冶華天通過“互聯網+ ”技術，先形成統一的大數據平臺，為實現智慧化運營管理奠定基礎，然后在系統中，融合廠區全部生產運營數據，通過對企業內部各部門（采購供應部、銷售部、集團財務控制中心、管理部等）和各個管理環節（合同下達與執行、生產計劃的實施和控制等）進行全面智能化管理，給企業管理者提決策支持，同時將經銷商、供應商融入到系統，實現企業上下游管理的規范化、系統化、智能化。
基于該技術，進一步樹立了供應鏈的核心地位。通過外部供應鏈供銷關系的管理與合作，形成穩定的上下游關系，提高了企業內部產品升級、流程優化、效率提升等核心競爭力，實現了一體化的供應鏈管理流程；通過構建智慧化的供應鏈管理平臺，實現了從礦產等原材料采購，到生產加工、庫存轉移、收貨發貨、運輸、貨物追蹤，以電子渠道，實現業務流程信息流轉的無縫聯接;通過標準化、科學化的數據交換、業務管理、生產銷售等流程，實現了整個鏈條的業務高效協同運作，并逐漸將傳統的橫向運作模式向縱向運作模式轉變。
中冶華天作為冶金建設國家隊排頭兵和承擔者，將沿著鋼鐵工業全流程生產路線，從智能化出發，結合工藝、裝備、自動化，持續提優升級，擠進世界一流。