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河北津西鋼鐵集團股份有限公司

摘要：在全球倡導綠色發(fā)展與我國 “雙碳” 目標的大背景下，鋼鐵行業(yè)面臨著節(jié)能降碳與高效運維的雙重挑戰(zhàn)。本文深入剖析了鋼鐵設備智能運維與節(jié)能降碳技術的重要性，闡述了其對鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵作用。通過對現(xiàn)有技術現(xiàn)狀的分析，結合實際案例，探討了當前技術應用中存在的問題，并進一步展望了未來的發(fā)展方向，旨在為鋼鐵行業(yè)的轉型升級提供理論支持與實踐指導。

關鍵詞：鋼鐵設備；智能運維；節(jié)能降碳技術；可持續(xù)發(fā)展?

1  引言?

鋼鐵工業(yè)是國民經濟的重要基礎產業(yè)，但其高能耗、高排放特性使其成為全球碳排放的主要來源之一。根據國際能源署（IEA）數(shù)據，鋼鐵行業(yè)碳排放占全球工業(yè)總排放量的 7%，我國鋼鐵行業(yè)碳排放占全國總量的 15% 左右，位居制造業(yè)首位。在 “雙碳” 目標下，鋼鐵行業(yè)需通過技術創(chuàng)新與管理優(yōu)化實現(xiàn)綠色轉型。智能運維與節(jié)能降碳技術作為核心路徑，通過設備全生命周期管理和工藝革新，顯著提升能效、降低排放，成為行業(yè)發(fā)展的必然選擇。

2  鋼鐵設備智能運維與節(jié)能降碳技術的重要性?

2.1 政策推動與行業(yè)發(fā)展需求?

我國政府高度重視鋼鐵行業(yè)的綠色發(fā)展，出臺了一系列政策推動鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳。2024 年，國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部等多部門聯(lián)合印發(fā)《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳專項行動計劃》，明確提出到 2025 年底，行業(yè)能效標桿水平以上產能占比達到 30%，能效基準水平以下產能完成技術改造或淘汰退出的目標任務 。在此政策背景下，鋼鐵企業(yè)必須加快節(jié)能降碳技術改造，提升能源利用效率，以滿足政策要求，避免因不符合標準而面臨限產、停產等風險。同時，隨著全球鋼鐵市場競爭的加劇，鋼鐵企業(yè)需要通過智能化手段提升設備運維水平，降低生產成本，提高產品質量和生產效率，增強自身的市場競爭力。?

2.2 節(jié)能降碳對鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的意義?

2.2.1 緩解能源壓力?

鋼鐵行業(yè)是能源消耗大戶，2023 年我國鋼鐵行業(yè)能源消費總量占全國能源消費總量的比例超過 11% 。通過采用節(jié)能降碳技術，如推廣燒結煙氣循環(huán)、大比例球團冶煉等先進技術，加強全流程余能利用，有序開展余能自發(fā)電裝備更新，積極推廣超高溫超高壓發(fā)電等高效利用技術，可以有效降低鋼鐵生產過程中的能源消耗，減少對外部能源的依賴，緩解我國能源供應緊張的局面。?

2.2.2 減少環(huán)境污染?

鋼鐵生產過程中會排放大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，對環(huán)境造成嚴重影響。降低碳排放是鋼鐵行業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展的關鍵任務之一。通過實施節(jié)能降碳技術，能夠有效減少二氧化碳等污染物的排放，降低對大氣環(huán)境的污染，推動鋼鐵行業(yè)與環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。例如，加快高溫高壓干熄焦等技術的應用，不僅可以回收余熱發(fā)電，還能減少傳統(tǒng)濕法熄焦過程中產生的大量污染物排放。?

2.3 智能運維對設備管理和生產效率的提升?

2.3.1 實時設備狀態(tài)監(jiān)測與故障預測?

傳統(tǒng)的設備運維方式主要依賴人工點檢和定期檢修，存在設備數(shù)據在線率不足、定性點檢標準占比高、周期檢修項目占比大等問題，難以實時準確地掌握設備運行狀態(tài) 。智能運維技術借助物聯(lián)網、大數(shù)據、人工智能等先進技術，在設備上安裝大量傳感器，實時采集設備的振動、溫度、壓力等運行數(shù)據，并通過數(shù)據分析模型對數(shù)據進行深度挖掘和分析。通過建立設備狀態(tài)動態(tài)數(shù)據統(tǒng)計模型，根據不同工況的狀態(tài)數(shù)據訓練出報警閾值，實現(xiàn)自適應綜合預警。不但支持各類閾值類報警，還支持趨勢報警，及包含工藝邏輯的邊緣規(guī)則預警，能夠及時發(fā)現(xiàn)設備潛在的故障隱患，提前預測設備故障發(fā)生的時間和部位，為設備維護提供準確的決策依據，避免因設備突發(fā)故障導致的生產中斷。?

2.3.2 優(yōu)化設備維護策略，降低運維成本?

智能運維通過對設備運行數(shù)據的分析，能夠根據設備的實際運行狀況制定個性化的維護策略，實現(xiàn)從傳統(tǒng)的定期維護向基于設備狀態(tài)的預防性維護轉變。例如，通過融合設備屬性、運行狀態(tài)、工藝過程、維檢過程、運維履歷、同類故障特征、負荷累積等多維度數(shù)據，結合 AI 算法、專家經驗知識，動態(tài)調整非線性權重系數(shù)，形成設備綜合評價系統(tǒng)模型，對設備健康度及相關性能指標作出綜合性評價，從而確定設備的最佳維護時機和維護內容。這種精準的維護策略可以減少不必要的設備檢修次數(shù)，降低設備維護成本，同時延長設備使用壽命。據統(tǒng)計，在通用類設備上，以風機為例，近 5000 臺風機集中管控后預警和診斷準確率均超 90%，點檢負荷、檢修負荷持續(xù)下降近三分之一 。?

2.3.3 提高生產效率，保障生產連續(xù)性?

設備故障是影響鋼鐵生產連續(xù)性和生產效率的重要因素。智能運維技術能夠通過實時監(jiān)測設備狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并解決設備問題，減少設備停機時間，保障生產的連續(xù)性。例如，三一重工以工程機械為對象開展全生命周期運營管理，運用實時監(jiān)控與分析、設備故障維修、預測性 / 預防性維護等手段，單臺設備潛在提升收入可達 10%-50% 。在鋼鐵行業(yè)中，智能運維同樣可以通過提前預防設備故障，確保生產設備始終處于良好的運行狀態(tài)，從而提高生產效率，增加企業(yè)的經濟效益。?

3  鋼鐵設備智能運維與節(jié)能降碳技術現(xiàn)狀?

3.1 智能運維技術現(xiàn)狀?

目前，鋼鐵設備智能運維技術已在部分鋼鐵企業(yè)得到應用，但整體仍處于發(fā)展階段。從技術應用范圍來看，基本是在某類設備或某條生產線上的點狀智能化應用，尚未實現(xiàn)全流程、全工序、跨地域、跨空間的廣泛、深度數(shù)智應用 。?

在設備連接方面，鋼鐵企業(yè)存在設備感知手段薄弱、高頻數(shù)據處理困難、多源多維數(shù)據難融合、信息孤島眾多等問題。鋼鐵設備數(shù)采場景復雜，環(huán)境高溫、高濕、多粉塵，設備種類多差異大，給設備數(shù)據采集帶來了很大挑戰(zhàn)。雖然研發(fā)和應用了一批專用智能數(shù)據采集裝置和大規(guī)模應用的低成本傳感器，但在復雜環(huán)境下數(shù)采 “最后一公里” 問題仍有待進一步解決 。?

在預警診斷和決策方面，存在狀態(tài)識別效率低、診斷準確性差、劣化趨勢無法把握、維檢決策可靠性低、經驗轉化知識困難等問題。鋼鐵設備復雜工況、負載多變、狀態(tài)變化耦合因素多、表征非線性等特點，使得設備故障診斷難度較大。雖然利用算法工具將經驗數(shù)據化，結合大數(shù)據技術應用提高了案例學習效率，但在故障診斷的智能化、精準化方面仍有提升空間 。?

在同類設備、同類產線設備運維對標中，存在設備術語不統(tǒng)一、故障描述不一、設備顆粒度不一、設備表征數(shù)據無序、數(shù)據處理差異大等問題?，F(xiàn)有的設備運維方式不支持智能運維的大范圍推廣應用，也缺乏智能運維的人員隊伍。?

3.2 節(jié)能降碳技術現(xiàn)狀?

在節(jié)能降碳技術方面，鋼鐵行業(yè)已取得了一些進展。在工藝改進方面，燒結煙氣循環(huán)技術通過將部分燒結煙氣返回燒結機，減少了燒結過程中的燃料消耗和廢氣排放；大比例球團冶煉技術相比傳統(tǒng)燒結礦冶煉，具有更高的能源利用效率和更低的污染物排放。在余能利用方面，高溫高壓干熄焦技術得到了一定程度的推廣，通過回收焦炭顯熱發(fā)電，實現(xiàn)了能源的梯級利用。然而，仍有約 15% 的粗鋼產能能效達不到基準水平 ，部分節(jié)能降碳技術的應用成本較高，推廣難度較大。同時，在鋼鐵低碳冶煉新模式方面，如氫基直接還原、富氫熔融還原等技術仍處于研發(fā)和試點階段，尚未實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應用 。?

3.3 實際案例分析?

3.3.1 江蘇嘉軒智能工業(yè)科技股份有限公司的 “永磁驅動 + 智能運維” 解決方案?

江蘇嘉軒作為目前中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會唯一認可的永磁電機驅動企業(yè)，推出了 “永磁驅動 + 智能運維” 整體解決方案 。該方案已廣泛覆蓋包括燒結鼓風機、球磨機、皮帶輸送機、冷軋乳化液泵、連鑄結晶器振動電機、壓縮空氣系統(tǒng)等高耗能主機設備，形成了 “設備級節(jié)能 + 系統(tǒng)級降碳” 的雙向閉環(huán)。通過高效永磁直驅電機替代傳統(tǒng)異步電機，結合智能運維系統(tǒng)，顯著提升設備運行效率，降低能耗及維護成本。在寶武資源梅山礦業(yè)、河鋼礦業(yè)的實踐案例中，嘉軒永磁系統(tǒng)在冷軋及球磨等環(huán)節(jié)均實現(xiàn)了 10% - 25% 的綜合節(jié)能率提升，并具備跨場景復制推廣能力 。這一案例表明，通過設備的節(jié)能改造與智能運維相結合，可以有效降低鋼鐵企業(yè)的能耗和運維成本，提升企業(yè)的經濟效益和競爭力。?

3.3.2 新余鋼鐵集團有限公司節(jié)能改造項目?

新余鋼鐵集團有限公司針對燒結廠 360m² 燒結機配料、整粒、成品除塵風機存在的問題進行了節(jié)能改造 。改造前，原有除塵風機運行效率低，4 臺風機平均運行效率不足 65%；運行狀態(tài)差，軸承振動超過 2.7mm/s，機殼振動大，噪聲大；由于管道設計不合理，除塵工位多，現(xiàn)場除塵環(huán)境不良。上海瑞晨環(huán)?？萍脊煞萦邢薰緸槠涮峁┝斯?jié)能改造方案，采用高效節(jié)能風機替換原有風機。改造后，風機效率平均提升 20%，最高運行效率達到 88.02%；風機運行噪聲降低至 75dB 以下，低于國家標準，風機運行最大振動值 1.3mm/s，風機軸承最大溫度 42℃；運行風量平均提升 12%，現(xiàn)場環(huán)境情況大幅改善。該案例展示了通過對鋼鐵設備進行針對性的節(jié)能改造，可以有效提高設備運行效率，改善生產環(huán)境，實現(xiàn)節(jié)能降碳的目標。?

4  鋼鐵設備智能運維與節(jié)能降碳技術發(fā)展方向?

4.1 智能化技術的深度融合與創(chuàng)新應用?

4.1.1 人工智能與大數(shù)據技術的深化應用?

未來，人工智能和大數(shù)據技術將在鋼鐵設備智能運維與節(jié)能降碳中發(fā)揮更加關鍵的作用。在智能運維方面，通過建立更加復雜和精準的人工智能模型，如深度學習模型，對海量的設備運行數(shù)據、工藝數(shù)據、環(huán)境數(shù)據等進行綜合分析，實現(xiàn)設備故障的精準診斷和預測。利用大數(shù)據技術對不同鋼廠、不同設備的運維數(shù)據進行對比分析，挖掘潛在的運維規(guī)律和優(yōu)化空間，形成具有普適性的設備運維知識庫和經驗庫，為鋼鐵企業(yè)提供更全面、更準確的運維決策支持。在節(jié)能降碳方面，借助大數(shù)據分析技術對鋼鐵生產過程中的能源消耗數(shù)據進行實時監(jiān)測和分析，找出能源消耗的重點環(huán)節(jié)和浪費點，通過人工智能算法優(yōu)化生產工藝參數(shù)，實現(xiàn)能源的高效利用和精準控制。?

4.1.2 物聯(lián)網與邊緣計算技術的協(xié)同發(fā)展?

進一步加強物聯(lián)網技術在鋼鐵設備中的應用，實現(xiàn)設備的全面感知和互聯(lián)互通。通過在設備上部署更多種類、更先進的傳感器，實時采集設備的各種運行參數(shù)，并通過物聯(lián)網將數(shù)據傳輸?shù)皆贫嘶蜻吘売嬎愎?jié)點。邊緣計算技術將在數(shù)據處理中發(fā)揮重要作用，在靠近設備的邊緣端對高頻、實時性要求高的數(shù)據進行快速處理和分析，實現(xiàn)設備的實時狀態(tài)監(jiān)測和本地控制，減少數(shù)據傳輸延遲和網絡帶寬壓力。同時，邊緣計算與云計算協(xié)同工作，將經過初步處理的數(shù)據上傳到云端進行深度分析和挖掘，實現(xiàn)設備的遠程監(jiān)控、故障診斷和運維決策制定。例如，通過在鋼鐵生產線的各個關鍵設備上安裝物聯(lián)網傳感器，實時采集設備的溫度、壓力、振動等數(shù)據，利用邊緣計算設備對這些數(shù)據進行實時分析，當發(fā)現(xiàn)設備狀態(tài)異常時，及時在本地發(fā)出預警并采取相應的控制措施，同時將相關數(shù)據上傳到云端，供企業(yè)管理人員和技術專家進行進一步分析和處理 。?

4.1.3 數(shù)字孿生技術在鋼鐵行業(yè)的應用拓展?

數(shù)字孿生技術將成為推動鋼鐵設備智能運維與節(jié)能降碳的重要手段。通過構建鋼鐵設備和生產流程的數(shù)字孿生模型，對設備和生產過程進行實時模擬和仿真。在智能運維方面，數(shù)字孿生模型可以實時反映設備的實際運行狀態(tài)，通過對比虛擬模型與實際設備的運行數(shù)據，提前發(fā)現(xiàn)設備潛在的問題和故障隱患，并進行模擬維修和優(yōu)化，為設備維護提供更加直觀、準確的指導。在節(jié)能降碳方面，利用數(shù)字孿生技術對不同的生產工藝和能源管理策略進行模擬和評估，找出最優(yōu)的節(jié)能降碳方案，并在實際生產中進行應用和驗證。例如，某鋼鐵企業(yè)通過建立高爐的數(shù)字孿生模型，對高爐的爐況進行實時監(jiān)測和模擬分析，根據模擬結果及時調整高爐的操作參數(shù)，實現(xiàn)了高爐的穩(wěn)定運行和能源消耗的降低 。?

4.2 節(jié)能降碳技術的突破與推廣?

4.2.1 低碳冶煉技術的研發(fā)與應用?

加快研發(fā)推廣應用氫基直接還原、富氫熔融還原等低碳冶煉技術，是實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)深度脫碳的關鍵。氫基直接還原技術以氫氣作為還原劑，替代傳統(tǒng)的焦炭，能夠顯著降低二氧化碳排放。未來需要加大對氫基直接還原技術的研發(fā)投入，突破技術瓶頸，提高生產效率，降低生產成本，實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應用。同時，富氫熔融還原技術作為一種新型的煉鐵技術，也具有廣闊的發(fā)展前景。通過加強行業(yè)合作，整合產學研資源，加快這些低碳冶煉技術的研發(fā)和示范工程建設，推動鋼鐵行業(yè)向低碳、綠色方向轉型 。?

4.2.2 能源管理系統(tǒng)的優(yōu)化與升級?

進一步優(yōu)化和升級鋼鐵企業(yè)的能源管理系統(tǒng)，實現(xiàn)能源的精細化管理和高效利用。通過建立能源實時監(jiān)測與分析平臺，對鋼鐵生產過程中的能源消耗進行實時監(jiān)控和分析，及時發(fā)現(xiàn)能源浪費現(xiàn)象，并采取相應的措施進行優(yōu)化。利用先進的能源管理算法，根據生產計劃和設備運行狀態(tài)，優(yōu)化能源分配和調度，實現(xiàn)能源的合理利用。例如，通過對鋼鐵企業(yè)的電力、煤氣、蒸汽等能源介質的消耗進行實時監(jiān)測和分析，結合生產工藝的變化，動態(tài)調整能源供應和使用策略，避免能源的浪費和過剩 。?

4.2.3 余熱余壓回收利用技術的完善與拓展?

余熱余壓回收利用技術在鋼鐵行業(yè)具有巨大的節(jié)能潛力。未來需要進一步完善和拓展余熱余壓回收利用技術，提高能源回收效率。在余熱回收方面，研發(fā)更加高效的余熱回收裝置和技術，如高溫超導余熱回收技術，提高余熱回收的溫度范圍和效率。在余壓回收方面，優(yōu)化余壓發(fā)電系統(tǒng)，提高余壓發(fā)電的穩(wěn)定性和可靠性。同時，將余熱余壓回收利用技術與其他節(jié)能技術相結合，實現(xiàn)能源的梯級利用和綜合利用。例如，將高爐爐頂煤氣余壓發(fā)電與余熱鍋爐相結合，先利用爐頂煤氣余壓發(fā)電，再將發(fā)電后的煤氣余熱通過余熱鍋爐回收，產生蒸汽用于其他生產環(huán)節(jié)或發(fā)電 。?

4.3 智能運維與節(jié)能降碳的協(xié)同發(fā)展?

4.3.1 基于智能運維的節(jié)能優(yōu)化策略?

通過智能運維系統(tǒng)實時監(jiān)測設備的運行狀態(tài)和能源消耗情況，根據設備的實際運行工況和能源利用效率，制定個性化的節(jié)能優(yōu)化策略。例如，當智能運維系統(tǒng)監(jiān)測到某臺設備的能源消耗過高時，通過分析設備的運行參數(shù)和歷史數(shù)據，找出能源消耗過高的原因，如設備運行負載不合理、設備老化磨損等，并采取相應的措施進行優(yōu)化。對于設備運行負載不合理的情況，可以通過調整生產工藝或設備運行參數(shù)，使設備在最佳負載狀態(tài)下運行，降低能源消耗；對于設備老化磨損的情況，可以及時安排設備維護和更換，恢復設備的正常運行效率，減少能源浪費 。?

4.3.2 節(jié)能降碳對智能運維的促進作用?

節(jié)能降碳技術的應用和推廣，將促使鋼鐵企業(yè)對設備進行升級改造，提高設備的自動化、智能化水平，為智能運維提供更好的數(shù)據基礎和技術支撐。例如，采用高效節(jié)能的設備和先進的生產工藝，會使設備產生更多、更準確的運行數(shù)據，這些數(shù)據可以為智能運維系統(tǒng)提供更豐富的信息，有助于提高智能運維系統(tǒng)的診斷準確性和預測精度。同時，節(jié)能降碳技術的應用也會推動鋼鐵企業(yè)加強對能源管理和設備運維的信息化建設，促進智能運維技術在鋼鐵行業(yè)的更廣泛應用和發(fā)展 。

4.4 跨領域協(xié)同與產業(yè)生態(tài)構建

鋼鐵設備智能運維與節(jié)能降碳技術的發(fā)展需要跨領域協(xié)同合作，構建完善的產業(yè)生態(tài)。鋼鐵企業(yè)應加強與信息技術企業(yè)、科研機構、高校等的合作，共同開展技術研發(fā)和創(chuàng)新應用。例如，與信息技術企業(yè)合作開發(fā)先進的智能運維軟件和硬件設備，與科研機構合作研究新型節(jié)能降碳技術。同時，鋼鐵行業(yè)內部企業(yè)之間也應加強交流與合作，共享技術經驗和資源，形成產業(yè)發(fā)展合力。此外，還需完善相關產業(yè)鏈，培育一批專注于鋼鐵設備智能運維與節(jié)能降碳技術服務的企業(yè)，為鋼鐵企業(yè)提供全方位的技術支持和解決方案 。

5  結論?

鋼鐵設備智能運維與節(jié)能降碳技術是實現(xiàn)行業(yè)綠色轉型的核心驅動力，對于鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有至關重要的意義。在政策推動和市場競爭的雙重壓力下，鋼鐵企業(yè)必須加快技術創(chuàng)新和應用，提升設備運維水平，降低能源消耗和碳排放。目前，雖然智能運維與節(jié)能降碳技術在鋼鐵行業(yè)已取得了一定的進展，但仍存在諸多問題和挑戰(zhàn)，如智能運維技術應用范圍有限、節(jié)能降碳技術成本較高等。未來，應加強智能化技術的深度融合與創(chuàng)新應用，推動節(jié)能降碳技術的突破與推廣，促進智能運維與節(jié)能降碳的協(xié)同發(fā)展。通過不斷探索和實踐，鋼鐵行業(yè)有望實現(xiàn)綠色、高效、智能化的轉型升級，在滿足經濟發(fā)展需求的同時，實現(xiàn)與環(huán)境的和諧共生。?

參考文獻?

[1]   2024 年，國家發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部等多部門聯(lián)合印發(fā)《鋼鐵行業(yè)節(jié)能降碳專項行動計劃》.?

[2]  中國鋼鐵新聞.?

[3] 《鋼鐵行業(yè)碳達峰實施方案》.

[4]  國際能源署（IEA）的相關報告，以及企業(yè)發(fā)布的案例研究等.

[5]  江蘇嘉軒智能工業(yè)科技股份有限公司的 “永磁驅動 + 智能運維解決方案.

[6]  新余鋼鐵集團有限公司節(jié)能改造項目.