鑌鑫鋼鐵1#高爐數(shù)字化車間建設(shè)實(shí)踐

余城德  羊煉  晁團(tuán)效  紀(jì)永增

（江蘇省鑌鑫鋼鐵集團(tuán)有限公司  江蘇 連云港 222113）

摘要：對(duì)鑌鋼煉鐵數(shù)字化車建設(shè)的思路,主要內(nèi)容和應(yīng)用效果進(jìn)行總結(jié)。鑌鋼煉鐵高爐數(shù)字化車間建設(shè)包括三方面內(nèi)容:一是,完善檢測(cè)技術(shù),將生產(chǎn)過(guò)程信息轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)確、穩(wěn)定、可采集的檢測(cè)數(shù)據(jù)；二是,優(yōu)化控制技術(shù),提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性,將生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息的時(shí)效性和準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高；三是,通過(guò)信息化技術(shù)搭建數(shù)字化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)管理全過(guò)程數(shù)字化管控。2020年建設(shè)以來(lái)，有效提高了煉鐵廠精細(xì)化管理水平,高爐休風(fēng)率逐步降低，定修周期由原來(lái)1.5月延長(zhǎng)3.5月,高爐產(chǎn)量、技術(shù)指標(biāo)逐年優(yōu)化、攀升。

關(guān)鍵詞：煉鐵數(shù)字化；信息化；精細(xì)化；檢測(cè)技術(shù)；控制技術(shù)

1 引言

煉鐵廠高爐生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，是高壓密閉容器。生產(chǎn)過(guò)程檢測(cè)數(shù)據(jù)多，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)步，各種先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備大量使用高爐生產(chǎn)過(guò)程控制，高爐生產(chǎn)智能化挖掘的潛力巨大。近年來(lái),煉鐵廠在數(shù)字化工廠建設(shè)方面進(jìn)行了探索,取得了明顯成效。

2 設(shè)計(jì)思路

煉鐵廠將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的需求日益增加。生產(chǎn)實(shí)際情況是,煉鐵廠對(duì)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的檢測(cè)、處理和應(yīng)用還存在一些問題。諸如:

(1)生產(chǎn)過(guò)程信息檢測(cè)技術(shù)不足。高爐內(nèi)部是個(gè)“黑匣子”,部分關(guān)鍵參數(shù)無(wú)法檢測(cè)或難以準(zhǔn)確獲取;隨著高爐爐齡不斷增加,檢測(cè)設(shè)備老化或損壞致使數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性下降甚至失真,難以及時(shí)修復(fù)。

(2)數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)能力不足。生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行不穩(wěn)定,控制功能不完善,影響檢測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)采集和處理,造成數(shù)據(jù)丟失;對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法、挖掘能力有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

(3)數(shù)字化平臺(tái)搭建不完善。生產(chǎn)信息未能全部進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化,已轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息的生產(chǎn)數(shù)據(jù)利用率不高,制約了工業(yè)大數(shù)據(jù)發(fā)揮出更大的作用通過(guò)推進(jìn)煉鐵數(shù)字化工廠建設(shè),可有效解決以上存在的問題,有利于實(shí)現(xiàn)煉鐵生產(chǎn)過(guò)程管理精細(xì)化,促進(jìn)生產(chǎn)指標(biāo)優(yōu)化和效益提升。

所謂數(shù)字化,就是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字,再以這些數(shù)字建立數(shù)字化模型引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行統(tǒng)一處理。結(jié)合冶金自動(dòng)化系統(tǒng)的L0-L5分級(jí)結(jié)構(gòu)，提出了高爐數(shù)字化車間建設(shè)思路(如圖1所示)。

數(shù)字車間建設(shè),首先,要完善冶金自動(dòng)化系統(tǒng)的L0級(jí)的底層基礎(chǔ)檢測(cè)數(shù)據(jù),將生產(chǎn)過(guò)程信息轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)確、穩(wěn)定、可采集的檢測(cè)數(shù)據(jù);然后,要優(yōu)化控制技術(shù),將面向生產(chǎn)過(guò)程控制的L1-L3級(jí)的信息時(shí)效性和準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高;最后,要通過(guò)信息化技術(shù)搭建好數(shù)字化平臺(tái),為L(zhǎng)4-L5級(jí)提供關(guān)聯(lián)性高、可管理的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息。

3 主要建設(shè)項(xiàng)目

鑌鑫鋼鐵1#高爐數(shù)字化車間于2020年4月開始建設(shè)，2023年1月完成，建設(shè)數(shù)字化高爐一座，輔配高爐上料裝置、熱風(fēng)爐、出鐵裝置、高爐冷卻設(shè)備、煤氣凈化裝置等，以高爐為中心環(huán)形布局，根據(jù)冶煉原料配比及產(chǎn)品質(zhì)量要求，對(duì)冶煉原料依次進(jìn)行調(diào)配、高爐上料、冶煉生產(chǎn)、渣鐵產(chǎn)品處理、鐵水運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)作業(yè)；目前已構(gòu)建86個(gè)智能應(yīng)用，22個(gè)工藝模型，接入116個(gè)畫面，1.2萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)位，采集處理6億多條時(shí)序數(shù)據(jù)。

（1）智能裝備方面：1#高爐設(shè)備全面采用基于數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的智能裝備，基于大數(shù)據(jù)的綜合智能運(yùn)維及集中決策、控制等目標(biāo)設(shè)計(jì)。建設(shè)智能裝備 182 臺(tái)(套)，其中設(shè)備聯(lián)網(wǎng)數(shù)采169 臺(tái)(套)，數(shù)采率達(dá)到92%以上；包括：熱風(fēng)爐、料倉(cāng)、料罐、爐頂除塵裝置、爐體冷卻裝置、噴煤裝置、鐵水罐運(yùn)輸?shù)妊b備。

（2）數(shù)采集控方面：車間搭建中冶賽迪國(guó)產(chǎn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，運(yùn)用智能網(wǎng)關(guān)與設(shè)備端相連，自動(dòng)采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)（如速度、溫度、壓力、流量等），同時(shí)接受集控平臺(tái)的指令認(rèn)證后確認(rèn)相關(guān)操作，通過(guò)線上計(jì)劃協(xié)同、模型分析、工控安全、工業(yè)電視等輔助手段，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的集中操控與智能決策，以及生產(chǎn)設(shè)備調(diào)參、故障診斷等遠(yuǎn)程智維作業(yè)。

（3）生產(chǎn)質(zhì)量追溯：依據(jù)物料生產(chǎn)路線進(jìn)行流程化匹配及監(jiān)控，通過(guò)數(shù)據(jù)反饋進(jìn)行集中管控及操作決策。產(chǎn)品質(zhì)量信息追蹤方面，對(duì)原料及原配料均進(jìn)行自動(dòng)采樣并留存樣本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量追溯。

（4）生產(chǎn)物料精準(zhǔn)配送：物料根據(jù)生產(chǎn)需求和庫(kù)存壓力，關(guān)聯(lián)所需中間產(chǎn)品，基于車間內(nèi)皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)，將高爐所需物料如燒結(jié)礦球團(tuán)礦成品從相應(yīng)生產(chǎn)工序按時(shí)按量輸送至高爐受料槽，外購(gòu)物料等經(jīng)過(guò)船運(yùn)、火運(yùn)、汽運(yùn)和皮帶機(jī)運(yùn)輸以及部分中間轉(zhuǎn)存，按時(shí)按量輸送至高爐料倉(cāng)；全過(guò)程根據(jù)平臺(tái)預(yù)設(shè)計(jì)劃，精準(zhǔn)控制配料生產(chǎn)過(guò)程，通過(guò)設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、視頻監(jiān)控、異常告警等系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程物料精準(zhǔn)配送及遠(yuǎn)程可視化。

（5）生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)管控：依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，車間現(xiàn)有完備高爐操作類、計(jì)劃管理類、績(jī)效管理類、實(shí)時(shí)監(jiān)控類模型等一系列智能化應(yīng)用功能，同時(shí)平臺(tái)實(shí)時(shí)采集高爐生產(chǎn)原燃料信息、各崗位操業(yè)參數(shù)、高爐生產(chǎn)各項(xiàng)指標(biāo)等信息，持續(xù)調(diào)度和動(dòng)態(tài)優(yōu)化車間作業(yè)，并依托異常爐況報(bào)警等預(yù)警模型實(shí)現(xiàn)異常事件自動(dòng)預(yù)警、快速響應(yīng)處置異常；生產(chǎn)過(guò)程報(bào)表數(shù)據(jù)線上自動(dòng)記錄，實(shí)時(shí)保存生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)，依托大數(shù)據(jù)手段，實(shí)現(xiàn)智能化分析，及時(shí)準(zhǔn)確下達(dá)合理生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、智能化，有效指導(dǎo)生產(chǎn)智能決策，創(chuàng)造良好效益。

（6）過(guò)程信息分析處置：車間原料追蹤方面通過(guò)皮帶機(jī)、檢化驗(yàn)維護(hù)系統(tǒng)及預(yù)置時(shí)間匹配，實(shí)時(shí)將檢測(cè)原料數(shù)據(jù)在工藝生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行流轉(zhuǎn)和監(jiān)管，結(jié)合原料、配料信息、生產(chǎn)線信息及生產(chǎn)環(huán)境等信息，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)存儲(chǔ)分析，異常數(shù)據(jù)告警并由崗位操作人員進(jìn)行判別干預(yù)作業(yè)，同時(shí)在系統(tǒng)中自動(dòng)生成生產(chǎn)問題處理消息清單，由技術(shù)人員記錄分析原因及驗(yàn)證過(guò)程，并記錄問題整改意見、舉一反三解決問題反饋結(jié)果，與對(duì)應(yīng)生產(chǎn)班組掛鉤，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的信息績(jī)效閉環(huán)管理。

（7）能源消耗管控：利用現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)、采樣技術(shù)、數(shù)據(jù)處理與通訊技術(shù)等，建立了完善的水、電、氣等重點(diǎn)能源消耗動(dòng)態(tài)監(jiān)控、計(jì)量系統(tǒng)和重點(diǎn)能源產(chǎn)耗預(yù)測(cè)模型，新建裝備均選用符合國(guó)家能效等級(jí)要求的機(jī)電產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對(duì)水、電、氣、用能設(shè)備和用能過(guò)程實(shí)時(shí)掌握，對(duì)超標(biāo)情況動(dòng)態(tài)預(yù)警，有效提升了車間能耗管控水平

（8）節(jié)能減排方面：車間采用無(wú)擾燒爐，減少因熱風(fēng)爐人工燒爐不合理導(dǎo)致的能量損耗。高爐爐頂煤氣全回收、高爐煤氣余熱余壓發(fā)電，發(fā)出電量用于本車間，將減少外購(gòu)電量相當(dāng)于年 9.4萬(wàn)噸標(biāo)煤。在用水方面，全爐冷卻水監(jiān)控等應(yīng)用使得技術(shù)人員可以及時(shí)把控用水，另外，高爐煤氣的回收利用可以減少企業(yè)燃?xì)庀摹８郀t車間布袋除塵風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率技術(shù)，使用精確算法控制生產(chǎn)過(guò)程閥門開度，在滿足生產(chǎn)、環(huán)保需求下應(yīng)用最佳風(fēng)量，達(dá)到環(huán)境除塵效果，節(jié)約大量能耗。

（9）安全環(huán)保智能管控：1#高爐數(shù)字化車間對(duì)相應(yīng)主要安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，如粉塵設(shè)備噪聲以及廢氣污染成分等制定相應(yīng)措施及制度，基于分層、分步、模塊化思想構(gòu)建了一體化環(huán)境監(jiān)測(cè)及粉塵處理系統(tǒng)，通過(guò)干霧除塵裝置極大地降低揚(yáng)塵量。綜合廢氣污染成分，配置了熱感、煙感、溫度、濕度、有害氣體、粉塵、噪聲等智能傳感器，設(shè)置氣體有害成分濾除過(guò)濾裝置，全天候進(jìn)行車間工業(yè)衛(wèi)生與環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4 主要建設(shè)內(nèi)容

（1）鑌鑫鋼鐵工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)將生產(chǎn)控制、視頻監(jiān)控、生產(chǎn)過(guò)程中智能應(yīng)用模塊、信息化報(bào)表集于一體，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程物料檢化、計(jì)量、生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)、智能應(yīng)用模塊進(jìn)行全過(guò)程跟蹤，將生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)自動(dòng)采集到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，做成報(bào)表，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，方便各級(jí)管理人員分析，制定生產(chǎn)操作方針，確保生產(chǎn)穩(wěn)定順行。

（2）鑌鋼設(shè)備管理系統(tǒng)：將1#高爐所有設(shè)備錄入系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)報(bào)警，反饋給各級(jí)管理人員。該系統(tǒng)包括：設(shè)備點(diǎn)檢、巡檢記錄上傳，設(shè)備隱患報(bào)警，重點(diǎn)設(shè)備監(jiān)控，備品備件計(jì)劃，設(shè)備更換記錄，設(shè)備檢修計(jì)劃，設(shè)備異常故障分析等。對(duì)在線使用設(shè)備進(jìn)行全天跟蹤，確保生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）智能安全和超低排放系統(tǒng)：該系統(tǒng)對(duì)1#高爐生產(chǎn)過(guò)程安全進(jìn)行全流程管理，主要包括：危險(xiǎn)作業(yè)，在線教育，隱患排查，相關(guān)方管理，現(xiàn)場(chǎng)管理，機(jī)構(gòu)和職責(zé)，管理制度和應(yīng)急/事故/預(yù)警等模塊，將安全管理從線下推到線上，辦理各種手續(xù)流程化，節(jié)約各方時(shí)間，提高工作效率，減少辦公人員。超低排放系統(tǒng)將1#高爐所有除塵系統(tǒng)和無(wú)序排放口全部接入系統(tǒng)，進(jìn)行監(jiān)控，將監(jiān)控參數(shù)系統(tǒng)上傳監(jiān)管部門，確保高爐日常生產(chǎn)按照國(guó)標(biāo)排放。

（4）掌上工廠：建設(shè)PC端智能顯示系統(tǒng)-掌上工廠，將1#高爐日常生產(chǎn)過(guò)程控制參數(shù)、視頻監(jiān)控、原燃料檢化、物理性能，各種生產(chǎn)報(bào)表，生產(chǎn)參數(shù)異常報(bào)警等多種性能，隨時(shí)推送給各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)，生產(chǎn)參數(shù)異常時(shí)及時(shí)修正，確保生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定順行。

隨時(shí)、隨地查看各崗位最關(guān)心的生產(chǎn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)指令，提高生產(chǎn)和管理效率。分崗位匯總鋼廠的生產(chǎn)指標(biāo)、工藝參數(shù)、績(jī)效結(jié)果、統(tǒng)計(jì)信息等可視化數(shù)據(jù)項(xiàng)，每天對(duì)照指標(biāo)和趨勢(shì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

把準(zhǔn)確信息，在正確的時(shí)間，傳遞給正確的人，及時(shí)接收預(yù)警信息，第一時(shí)間處理預(yù)警，降低事故發(fā)生的概率。

現(xiàn)場(chǎng)人員將生產(chǎn)信息上報(bào)匯總到系統(tǒng)，領(lǐng)導(dǎo)能第一時(shí)間查看。

第一時(shí)間將設(shè)備故障、工藝參數(shù)報(bào)警、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等信息精準(zhǔn)推送到責(zé)任人，由“人找事”變成“事找人”,實(shí)現(xiàn)問題的及時(shí)觸達(dá)和高效處理。

（5）其他建設(shè)項(xiàng)目：在公司智能制造統(tǒng)一安排，將其他控制模塊接入1#高爐日常生產(chǎn)管理中，實(shí)現(xiàn)了線上辦公，各種手續(xù)線上化，減少紙質(zhì)報(bào)表消耗，提高工作效率，節(jié)約辦公人員。

通過(guò)以上各種智能管理系統(tǒng)逐步進(jìn)廠，在1#高爐日常生產(chǎn)形成：管控一張圖，監(jiān)控視頻一張圖和操作一張圖。實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐車間生產(chǎn)區(qū)域連續(xù)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)報(bào)警和方便人員處理，減少和降低操作人員隨意進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，杜絕事故隱患發(fā)生。高爐生產(chǎn)一張圖。

5 實(shí)施效果

1#高爐數(shù)字化車間于2023年2月投用，操作崗位于2月28日進(jìn)駐智能大廳遠(yuǎn)程操作。隨著設(shè)備、程序調(diào)試完成，崗位人員熟練應(yīng)用，高爐數(shù)字化建設(shè)各項(xiàng)作用逐漸顯現(xiàn)。

（1）崗位操作人員環(huán)境改善，人員減少，關(guān)鍵設(shè)備、重點(diǎn)崗位通過(guò)視頻監(jiān)控隨時(shí)可以查看，減少操作人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的次數(shù)，減少或者杜絕事故隱患。高爐區(qū)域生產(chǎn)工序主控室操作人員均減少1人，合計(jì)減少18人。

（2）不同工序相同工位安排在一起操作，方便操作人員共同學(xué)習(xí)和交流，提高操作能力和處理問題能力。同時(shí)相互監(jiān)督和提醒，減少誤操作現(xiàn)象，提高操作的安全性。

（3）設(shè)備在線檢測(cè)和設(shè)備檔案全員可以查看，通過(guò)視頻監(jiān)控可以隨時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行情況，設(shè)備故障可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，降低設(shè)備隱患，提高設(shè)備運(yùn)行率，延長(zhǎng)計(jì)劃?rùn)z修時(shí)間，計(jì)劃?rùn)z修由原來(lái)每月延長(zhǎng)到3月以上定修一次。

（4）原燃料檢化成分、物理性能，產(chǎn)量等信息及時(shí)反饋高爐工長(zhǎng)，提高工長(zhǎng)對(duì)高爐生產(chǎn)變化預(yù)判能力，提前采取措施，確保高爐生產(chǎn)長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。經(jīng)過(guò)一年多實(shí)踐，高爐技術(shù)指標(biāo)持續(xù)優(yōu)化，能耗降低。

（5）高爐生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)得到長(zhǎng)期保存，可以隨時(shí)調(diào)閱、分析，建立數(shù)據(jù)庫(kù)和復(fù)盤，檢查以往操作中的失誤或不妥之處，便于提升操作技能。

6 結(jié)束語(yǔ)

高爐生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化只是一個(gè)階段性的過(guò)程,最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)智慧工廠。隨著鑌鑫鋼鐵在數(shù)字化工廠建設(shè)的不斷深人,今后將逐步往智能化方面進(jìn)行探索。目前,已逐步開展高爐沖渣、噴煤等上料無(wú)人天車、供料上料車無(wú)人定位等改造項(xiàng)目。結(jié)合“雙碳”目標(biāo),今后將在以下五方面繼續(xù)開展數(shù)字化和智能化改造:

(1)不斷升級(jí)和完善檢測(cè)技術(shù),進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

(2)加快和擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍,實(shí)現(xiàn)煉鐵廠人、機(jī)、物互聯(lián)。

(3)通過(guò)機(jī)器視覺技術(shù),搭建和完善煉鐵廠視頻監(jiān)控?cái)?shù)字化平臺(tái)。

(4)大力推廣5G技術(shù)的應(yīng)用,提升數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

(5)繼續(xù)加大機(jī)器人研發(fā)技術(shù)力量,逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)人化。