鑌鑫鋼鐵1#高爐數(shù)字化車間建設實踐
余城德 羊煉 晁團效 紀永增
（江蘇省鑌鑫鋼鐵集團有限公司 江蘇 連云港 222113）
摘要：對鑌鋼煉鐵數(shù)字化車建設的思路,主要內容和應用效果進行總結。鑌鋼煉鐵高爐數(shù)字化車間建設包括三方面內容:一是,完善檢測技術,將生產(chǎn)過程信息轉變?yōu)闇蚀_、穩(wěn)定、可采集的檢測數(shù)據(jù)；二是,優(yōu)化控制技術,提高控制系統(tǒng)穩(wěn)定性,將生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息的時效性和準確性進一步提高；三是,通過信息化技術搭建數(shù)字化平臺,實現(xiàn)對生產(chǎn)管理全過程數(shù)字化管控。2020年建設以來，有效提高了煉鐵廠精細化管理水平,高爐休風率逐步降低，定修周期由原來1.5月延長3.5月,高爐產(chǎn)量、技術指標逐年優(yōu)化、攀升。
關鍵詞：煉鐵數(shù)字化；信息化；精細化；檢測技術；控制技術
1 引言
煉鐵廠高爐生產(chǎn)過程復雜，生產(chǎn)周期長，是高壓密閉容器。生產(chǎn)過程檢測數(shù)據(jù)多，基于工業(yè)大數(shù)據(jù)技術進步，各種先進技術、設備大量使用高爐生產(chǎn)過程控制，高爐生產(chǎn)智能化挖掘的潛力巨大。近年來,煉鐵廠在數(shù)字化工廠建設方面進行了探索,取得了明顯成效。
2 設計思路
煉鐵廠將數(shù)據(jù)轉化為生產(chǎn)力的需求日益增加。生產(chǎn)實際情況是,煉鐵廠對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的檢測、處理和應用還存在一些問題。諸如:
(1)生產(chǎn)過程信息檢測技術不足。高爐內部是個“黑匣子”,部分關鍵參數(shù)無法檢測或難以準確獲取;隨著高爐爐齡不斷增加,檢測設備老化或損壞致使數(shù)據(jù)準確性下降甚至失真,難以及時修復。
(2)數(shù)據(jù)采集和處理技術能力不足。生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡運行不穩(wěn)定,控制功能不完善,影響檢測數(shù)據(jù)的連續(xù)采集和處理,造成數(shù)據(jù)丟失;對數(shù)據(jù)的存儲方法、挖掘能力有待進一步加強。
(3)數(shù)字化平臺搭建不完善。生產(chǎn)信息未能全部進行數(shù)字化轉化,已轉化為數(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推進煉鐵數(shù)字化工廠建設,可有效解決以上存在的問題,有利于實現(xiàn)煉鐵生產(chǎn)過程管理精細化,促進生產(chǎn)指標優(yōu)化和效益提升。
所謂數(shù)字化,就是將許多復雜多變的信息轉變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字,再以這些數(shù)字建立數(shù)字化模型引入計算機內部進行統(tǒng)一處理。結合冶金自動化系統(tǒng)的L0-L5分級結構，提出了高爐數(shù)字化車間建設思路(如圖1所示)。
數(shù)字車間建設,首先,要完善冶金自動化系統(tǒng)的L0級的底層基礎檢測數(shù)據(jù),將生產(chǎn)過程信息轉變?yōu)闇蚀_、穩(wěn)定、可采集的檢測數(shù)據(jù);然后,要優(yōu)化控制技術,將面向生產(chǎn)過程控制的L1-L3級的信息時效性和準確性進一步提高;最后,要通過信息化技術搭建好數(shù)字化平臺,為L4-L5級提供關聯(lián)性高、可管理的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息。
3 主要建設項目
鑌鑫鋼鐵1#高爐數(shù)字化車間于2020年4月開始建設，2023年1月完成，建設數(shù)字化高爐一座，輔配高爐上料裝置、熱風爐、出鐵裝置、高爐冷卻設備、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)品質量要求，對冶煉原料依次進行調配、高爐上料、冶煉生產(chǎn)、渣鐵產(chǎn)品處理、鐵水運輸?shù)壬a(chǎn)作業(yè)；目前已構建86個智能應用，22個工藝模型，接入116個畫面，1.2萬個數(shù)據(jù)點位，采集處理6億多條時序數(shù)據(jù)。
（1）智能裝備方面：1#高爐設備全面采用基于數(shù)字化、網(wǎng)絡化的智能裝備，基于大數(shù)據(jù)的綜合智能運維及集中決策、控制等目標設計。建設智能裝備 182 臺(套)，其中設備聯(lián)網(wǎng)數(shù)采169 臺(套)，數(shù)采率達到92%以上；包括：熱風爐、料倉、料罐、爐頂除塵裝置、爐體冷卻裝置、噴煤裝置、鐵水罐運輸?shù)妊b備。
（2）數(shù)采集控方面：車間搭建中冶賽迪國產(chǎn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，運用智能網(wǎng)關與設備端相連，自動采集設備的運行狀態(tài)及相關數(shù)據(jù)（如速度、溫度、壓力、流量等），同時接受集控平臺的指令認證后確認相關操作，通過線上計劃協(xié)同、模型分析、工控安全、工業(yè)電視等輔助手段，實現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的集中操控與智能決策，以及生產(chǎn)設備調參、故障診斷等遠程智維作業(yè)。
（3）生產(chǎn)質量追溯：依據(jù)物料生產(chǎn)路線進行流程化匹配及監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)反饋進行集中管控及操作決策。產(chǎn)品質量信息追蹤方面，對原料及原配料均進行自動采樣并留存樣本，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的質量追溯。
（4）生產(chǎn)物料精準配送：物料根據(jù)生產(chǎn)需求和庫存壓力，關聯(lián)所需中間產(chǎn)品，基于車間內皮帶機運輸系統(tǒng)，將高爐所需物料如燒結礦球團礦成品從相應生產(chǎn)工序按時按量輸送至高爐受料槽，外購物料等經(jīng)過船運、火運、汽運和皮帶機運輸以及部分中間轉存，按時按量輸送至高爐料倉；全過程根據(jù)平臺預設計劃，精準控制配料生產(chǎn)過程，通過設備狀態(tài)檢測、視頻監(jiān)控、異常告警等系統(tǒng)實時監(jiān)測，實現(xiàn)全過程物料精準配送及遠程可視化。
（5）生產(chǎn)過程實時管控：依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，車間現(xiàn)有完備高爐操作類、計劃管理類、績效管理類、實時監(jiān)控類模型等一系列智能化應用功能，同時平臺實時采集高爐生產(chǎn)原燃料信息、各崗位操業(yè)參數(shù)、高爐生產(chǎn)各項指標等信息，持續(xù)調度和動態(tài)優(yōu)化車間作業(yè)，并依托異常爐況報警等預警模型實現(xiàn)異常事件自動預警、快速響應處置異常；生產(chǎn)過程報表數(shù)據(jù)線上自動記錄，實時保存生產(chǎn)相關數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)，依托大數(shù)據(jù)手段，實現(xiàn)智能化分析，及時準確下達合理生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)高爐生產(chǎn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、可視化、智能化，有效指導生產(chǎn)智能決策，創(chuàng)造良好效益。
（6）過程信息分析處置：車間原料追蹤方面通過皮帶機、檢化驗維護系統(tǒng)及預置時間匹配，實時將檢測原料數(shù)據(jù)在工藝生產(chǎn)過程中進行流轉和監(jiān)管，結合原料、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)平臺存儲分析，異常數(shù)據(jù)告警并由崗位操作人員進行判別干預作業(yè)，同時在系統(tǒng)中自動生成生產(chǎn)問題處理消息清單，由技術人員記錄分析原因及驗證過程，并記錄問題整改意見、舉一反三解決問題反饋結果，與對應生產(chǎn)班組掛鉤，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的信息績效閉環(huán)管理。
（7）能源消耗管控：利用現(xiàn)代測控技術、采樣技術、數(shù)據(jù)處理與通訊技術等，建立了完善的水、電、氣等重點能源消耗動態(tài)監(jiān)控、計量系統(tǒng)和重點能源產(chǎn)耗預測模型，新建裝備均選用符合國家能效等級要求的機電產(chǎn)品，實現(xiàn)對水、電、氣、用能設備和用能過程實時掌握，對超標情況動態(tài)預警，有效提升了車間能耗管控水平
（8）節(jié)能減排方面：車間采用無擾燒爐，減少因熱風爐人工燒爐不合理導致的能量損耗。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，將減少外購電量相當于年 9.4萬噸標煤。在用水方面，全爐冷卻水監(jiān)控等應用使得技術人員可以及時把控用水，另外，高爐煤氣的回收利用可以減少企業(yè)燃氣消耗。高爐車間布袋除塵風量自動調節(jié)頻率技術，使用精確算法控制生產(chǎn)過程閥門開度，在滿足生產(chǎn)、環(huán)保需求下應用最佳風量，達到環(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)字化車間對相應主要安全環(huán)保風險，如粉塵設備噪聲以及廢氣污染成分等制定相應措施及制度，基于分層、分步、模塊化思想構建了一體化環(huán)境監(jiān)測及粉塵處理系統(tǒng)，通過干霧除塵裝置極大地降低揚塵量。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，設置氣體有害成分濾除過濾裝置，全天候進行車間工業(yè)衛(wèi)生與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。
4 主要建設內容
（1）鑌鑫鋼鐵工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺將生產(chǎn)控制、視頻監(jiān)控、生產(chǎn)過程中智能應用模塊、信息化報表集于一體，對生產(chǎn)過程物料檢化、計量、生產(chǎn)過程參數(shù)、智能應用模塊進行全過程跟蹤，將生產(chǎn)過程參數(shù)自動采集到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，做成報表，建立數(shù)據(jù)庫，方便各級管理人員分析，制定生產(chǎn)操作方針，確保生產(chǎn)穩(wěn)定順行。
（2）鑌鋼設備管理系統(tǒng)：將1#高爐所有設備錄入系統(tǒng)，對設備進行在線檢測，發(fā)現(xiàn)異常，及時報警，反饋給各級管理人員。該系統(tǒng)包括：設備點檢、巡檢記錄上傳，設備隱患報警，重點設備監(jiān)控，備品備件計劃，設備更換記錄，設備檢修計劃，設備異常故障分析等。對在線使用設備進行全天跟蹤，確保生產(chǎn)穩(wěn)定運行。
（3）智能安全和超低排放系統(tǒng)：該系統(tǒng)對1#高爐生產(chǎn)過程安全進行全流程管理，主要包括：危險作業(yè)，在線教育，隱患排查，相關方管理，現(xiàn)場管理，機構和職責，管理制度和應急/事故/預警等模塊，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)和無序排放口全部接入系統(tǒng)，進行監(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)按照國標排放。
（4）掌上工廠：建設PC端智能顯示系統(tǒng)-掌上工廠，將1#高爐日常生產(chǎn)過程控制參數(shù)、視頻監(jiān)控、原燃料檢化、物理性能，各種生產(chǎn)報表，生產(chǎn)參數(shù)異常報警等多種性能，隨時推送給各級領導，生產(chǎn)參數(shù)異常時及時修正，確保生產(chǎn)過程穩(wěn)定順行。
隨時、隨地查看各崗位最關心的生產(chǎn)關鍵數(shù)據(jù)，及時調整生產(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、工藝參數(shù)、績效結果、統(tǒng)計信息等可視化數(shù)據(jù)項，每天對照指標和趨勢及時發(fā)現(xiàn)問題。
把準確信息，在正確的時間，傳遞給正確的人，及時接收預警信息，第一時間處理預警，降低事故發(fā)生的概率。
現(xiàn)場人員將生產(chǎn)信息上報匯總到系統(tǒng)，領導能第一時間查看。
第一時間將設備故障、工藝參數(shù)報警、質量不達標等信息精準推送到責任人，由“人找事”變成“事找人”,實現(xiàn)問題的及時觸達和高效處理。
（5）其他建設項目：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，實現(xiàn)了線上辦公，各種手續(xù)線上化，減少紙質報表消耗，提高工作效率，節(jié)約辦公人員。
通過以上各種智能管理系統(tǒng)逐步進廠，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。實現(xiàn)對高爐車間生產(chǎn)區(qū)域連續(xù)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時報警和方便人員處理，減少和降低操作人員隨意進入危險區(qū)域，杜絕事故隱患發(fā)生。高爐生產(chǎn)一張圖。
5 實施效果
1#高爐數(shù)字化車間于2023年2月投用，操作崗位于2月28日進駐智能大廳遠程操作。隨著設備、程序調試完成，崗位人員熟練應用，高爐數(shù)字化建設各項作用逐漸顯現(xiàn)。
（1）崗位操作人員環(huán)境改善，人員減少，關鍵設備、重點崗位通過視頻監(jiān)控隨時可以查看，減少操作人員進入危險區(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習和交流，提高操作能力和處理問題能力。同時相互監(jiān)督和提醒，減少誤操作現(xiàn)象，提高操作的安全性。
（3）設備在線檢測和設備檔案全員可以查看，通過視頻監(jiān)控可以隨時觀察設備運行情況，設備故障可以及時發(fā)現(xiàn)，降低設備隱患，提高設備運行率，延長計劃檢修時間，計劃檢修由原來每月延長到3月以上定修一次。
（4）原燃料檢化成分、物理性能，產(chǎn)量等信息及時反饋高爐工長，提高工長對高爐生產(chǎn)變化預判能力，提前采取措施，確保高爐生產(chǎn)長期穩(wěn)定順行。經(jīng)過一年多實踐，高爐技術指標持續(xù)優(yōu)化，能耗降低。
（5）高爐生產(chǎn)過程參數(shù)得到長期保存，可以隨時調閱、分析，建立數(shù)據(jù)庫和復盤，檢查以往操作中的失誤或不妥之處，便于提升操作技能。
6 結束語
高爐生產(chǎn)實現(xiàn)數(shù)字化只是一個階段性的過程,最終目標是要實現(xiàn)智慧工廠。隨著鑌鑫鋼鐵在數(shù)字化工廠建設的不斷深人,今后將逐步往智能化方面進行探索。目前,已逐步開展高爐沖渣、噴煤等上料無人天車、供料上料車無人定位等改造項目。結合“雙碳”目標,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)不斷升級和完善檢測技術,進一步提升數(shù)據(jù)的準確性。
(2)加快和擴大物聯(lián)網(wǎng)的應用范圍,實現(xiàn)煉鐵廠人、機、物互聯(lián)。
(3)通過機器視覺技術,搭建和完善煉鐵廠視頻監(jiān)控數(shù)字化平臺。
(4)大力推廣5G技術的應用,提升數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
(5)繼續(xù)加大機器人研發(fā)技術力量,逐步實現(xiàn)無人化。