镔鑫钢铁1#高炉数字化车间建设实践

余城德  羊炼  晁团效  纪永增

（江苏省镔鑫钢铁集团有限公司  江苏 连云港 222113）

摘要：对镔钢炼铁数字化车建设的思路,主要内容和应用效果进行总结。镔钢炼铁高炉数字化车间建设包括三方面内容:一是,完善检测技术,将生产过程信息转变为准确、稳定、可采集的检测数据；二是,优化控制技术,提高控制系统稳定性,将生产数据信息的时效性和准确性进一步提高；三是,通过信息化技术搭建数字化平台,实现对生产管理全过程数字化管控。2020年建设以来，有效提高了炼铁厂精细化管理水平,高炉休风率逐步降低，定修周期由原来1.5月延长3.5月,高炉产量、技术指标逐年优化、攀升。

关键词：炼铁数字化；信息化；精细化；检测技术；控制技术

1 引言

炼铁厂高炉生产过程复杂，生产周期长，是高压密闭容器。生产过程检测数据多，基于工业大数据技术进步，各种先进技术、设备大量使用高炉生产过程控制，高炉生产智能化挖掘的潜力巨大。近年来,炼铁厂在数字化工厂建设方面进行了探索,取得了明显成效。

2 设计思路

炼铁厂将数据转化为生产力的需求日益增加。生产实际情况是,炼铁厂对生产过程数据的检测、处理和应用还存在一些问题。诸如:

(1)生产过程信息检测技术不足。高炉内部是个“黑匣子”,部分关键参数无法检测或难以准确获取;随着高炉炉龄不断增加,检测设备老化或损坏致使数据准确性下降甚至失真,难以及时修复。

(2)数据采集和处理技术能力不足。生产过程控制系统、网络运行不稳定,控制功能不完善,影响检测数据的连续采集和处理,造成数据丢失;对数据的存储方法、挖掘能力有待进一步加强。

(3)数字化平台搭建不完善。生产信息未能全部进行数字化转化,已转化为数字信息的生产数据利用率不高,制约了工业大数据发挥出更大的作用通过推进炼铁数字化工厂建设,可有效解决以上存在的问题,有利于实现炼铁生产过程管理精细化,促进生产指标优化和效益提升。

所谓数字化,就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字,再以这些数字建立数字化模型引入计算机内部进行统一处理。结合冶金自动化系统的L0-L5分级结构，提出了高炉数字化车间建设思路(如图1所示)。

数字车间建设,首先,要完善冶金自动化系统的L0级的底层基础检测数据,将生产过程信息转变为准确、稳定、可采集的检测数据;然后,要优化控制技术,将面向生产过程控制的L1-L3级的信息时效性和准确性进一步提高;最后,要通过信息化技术搭建好数字化平台,为L4-L5级提供关联性高、可管理的生产数据信息。

3 主要建设项目

镔鑫钢铁1#高炉数字化车间于2020年4月开始建设，2023年1月完成，建设数字化高炉一座，辅配高炉上料装置、热风炉、出铁装置、高炉冷却设备、煤气净化装置等，以高炉为中心环形布局，根据冶炼原料配比及产品质量要求，对冶炼原料依次进行调配、高炉上料、冶炼生产、渣铁产品处理、铁水运输等生产作业；目前已构建86个智能应用，22个工艺模型，接入116个画面，1.2万个数据点位，采集处理6亿多条时序数据。

（1）智能装备方面：1#高炉设备全面采用基于数字化、网络化的智能装备，基于大数据的综合智能运维及集中决策、控制等目标设计。建设智能装备 182 台(套)，其中设备联网数采169 台(套)，数采率达到92%以上；包括：热风炉、料仓、料罐、炉顶除尘装置、炉体冷却装置、喷煤装置、铁水罐运输等装备。

（2）数采集控方面：车间搭建中冶赛迪国产工业互联网平台，运用智能网关与设备端相连，自动采集设备的运行状态及相关数据（如速度、温度、压力、流量等），同时接受集控平台的指令认证后确认相关操作，通过线上计划协同、模型分析、工控安全、工业电视等辅助手段，实现基于大数据的集中操控与智能决策，以及生产设备调参、故障诊断等远程智维作业。

（3）生产质量追溯：依据物料生产路线进行流程化匹配及监控，通过数据反馈进行集中管控及操作决策。产品质量信息追踪方面，对原料及原配料均进行自动采样并留存样本，实现产品全生命周期的质量追溯。

（4）生产物料精准配送：物料根据生产需求和库存压力，关联所需中间产品，基于车间内皮带机运输系统，将高炉所需物料如烧结矿球团矿成品从相应生产工序按时按量输送至高炉受料槽，外购物料等经过船运、火运、汽运和皮带机运输以及部分中间转存，按时按量输送至高炉料仓；全过程根据平台预设计划，精准控制配料生产过程，通过设备状态检测、视频监控、异常告警等系统实时监测，实现全过程物料精准配送及远程可视化。

（5）生产过程实时管控：依托工业互联网平台，车间现有完备高炉操作类、计划管理类、绩效管理类、实时监控类模型等一系列智能化应用功能，同时平台实时采集高炉生产原燃料信息、各岗位操业参数、高炉生产各项指标等信息，持续调度和动态优化车间作业，并依托异常炉况报警等预警模型实现异常事件自动预警、快速响应处置异常；生产过程报表数据线上自动记录，实时保存生产相关数据与历史数据，依托大数据手段，实现智能化分析，及时准确下达合理生产计划，实现高炉生产数字化、网络化、可视化、智能化，有效指导生产智能决策，创造良好效益。

（6）过程信息分析处置：车间原料追踪方面通过皮带机、检化验维护系统及预置时间匹配，实时将检测原料数据在工艺生产过程中进行流转和监管，结合原料、配料信息、生产线信息及生产环境等信息，在工业互联网平台存储分析，异常数据告警并由岗位操作人员进行判别干预作业，同时在系统中自动生成生产问题处理消息清单，由技术人员记录分析原因及验证过程，并记录问题整改意见、举一反三解决问题反馈结果，与对应生产班组挂钩，实现生产过程的信息绩效闭环管理。

（7）能源消耗管控：利用现代测控技术、采样技术、数据处理与通讯技术等，建立了完善的水、电、气等重点能源消耗动态监控、计量系统和重点能源产耗预测模型，新建装备均选用符合国家能效等级要求的机电产品，实现对水、电、气、用能设备和用能过程实时掌握，对超标情况动态预警，有效提升了车间能耗管控水平

（8）节能减排方面：车间采用无扰烧炉，减少因热风炉人工烧炉不合理导致的能量损耗。高炉炉顶煤气全回收、高炉煤气余热余压发电，发出电量用于本车间，将减少外购电量相当于年 9.4万吨标煤。在用水方面，全炉冷却水监控等应用使得技术人员可以及时把控用水，另外，高炉煤气的回收利用可以减少企业燃气消耗。高炉车间布袋除尘风量自动调节频率技术，使用精确算法控制生产过程阀门开度，在满足生产、环保需求下应用最佳风量，达到环境除尘效果，节约大量能耗。

（9）安全环保智能管控：1#高炉数字化车间对相应主要安全环保风险，如粉尘设备噪声以及废气污染成分等制定相应措施及制度，基于分层、分步、模块化思想构建了一体化环境监测及粉尘处理系统，通过干雾除尘装置极大地降低扬尘量。综合废气污染成分，配置了热感、烟感、温度、湿度、有害气体、粉尘、噪声等智能传感器，设置气体有害成分滤除过滤装置，全天候进行车间工业卫生与环境监测系统。

4 主要建设内容

（1）镔鑫钢铁工业互联网平台：工业互联网平台将生产控制、视频监控、生产过程中智能应用模块、信息化报表集于一体，对生产过程物料检化、计量、生产过程参数、智能应用模块进行全过程跟踪，将生产过程参数自动采集到工业互联网，做成报表，建立数据库，方便各级管理人员分析，制定生产操作方针，确保生产稳定顺行。

（2）镔钢设备管理系统：将1#高炉所有设备录入系统，对设备进行在线检测，发现异常，及时报警，反馈给各级管理人员。该系统包括：设备点检、巡检记录上传，设备隐患报警，重点设备监控，备品备件计划，设备更换记录，设备检修计划，设备异常故障分析等。对在线使用设备进行全天跟踪，确保生产稳定运行。

（3）智能安全和超低排放系统：该系统对1#高炉生产过程安全进行全流程管理，主要包括：危险作业，在线教育，隐患排查，相关方管理，现场管理，机构和职责，管理制度和应急/事故/预警等模块，将安全管理从线下推到线上，办理各种手续流程化，节约各方时间，提高工作效率，减少办公人员。超低排放系统将1#高炉所有除尘系统和无序排放口全部接入系统，进行监控，将监控参数系统上传监管部门，确保高炉日常生产按照国标排放。

（4）掌上工厂：建设PC端智能显示系统-掌上工厂，将1#高炉日常生产过程控制参数、视频监控、原燃料检化、物理性能，各种生产报表，生产参数异常报警等多种性能，随时推送给各级领导，生产参数异常时及时修正，确保生产过程稳定顺行。

随时、随地查看各岗位最关心的生产关键数据，及时调整生产指令，提高生产和管理效率。分岗位汇总钢厂的生产指标、工艺参数、绩效结果、统计信息等可视化数据项，每天对照指标和趋势及时发现问题。

把准确信息，在正确的时间，传递给正确的人，及时接收预警信息，第一时间处理预警，降低事故发生的概率。

现场人员将生产信息上报汇总到系统，领导能第一时间查看。

第一时间将设备故障、工艺参数报警、质量不达标等信息精准推送到责任人，由“人找事”变成“事找人”,实现问题的及时触达和高效处理。

（5）其他建设项目：在公司智能制造统一安排，将其他控制模块接入1#高炉日常生产管理中，实现了线上办公，各种手续线上化，减少纸质报表消耗，提高工作效率，节约办公人员。

通过以上各种智能管理系统逐步进厂，在1#高炉日常生产形成：管控一张图，监控视频一张图和操作一张图。实现对高炉车间生产区域连续监控，发现问题及时报警和方便人员处理，减少和降低操作人员随意进入危险区域，杜绝事故隐患发生。高炉生产一张图。

5 实施效果

1#高炉数字化车间于2023年2月投用，操作岗位于2月28日进驻智能大厅远程操作。随着设备、程序调试完成，岗位人员熟练应用，高炉数字化建设各项作用逐渐显现。

（1）岗位操作人员环境改善，人员减少，关键设备、重点岗位通过视频监控随时可以查看，减少操作人员进入危险区域的次数，减少或者杜绝事故隐患。高炉区域生产工序主控室操作人员均减少1人，合计减少18人。

（2）不同工序相同工位安排在一起操作，方便操作人员共同学习和交流，提高操作能力和处理问题能力。同时相互监督和提醒，减少误操作现象，提高操作的安全性。

（3）设备在线检测和设备档案全员可以查看，通过视频监控可以随时观察设备运行情况，设备故障可以及时发现，降低设备隐患，提高设备运行率，延长计划检修时间，计划检修由原来每月延长到3月以上定修一次。

（4）原燃料检化成分、物理性能，产量等信息及时反馈高炉工长，提高工长对高炉生产变化预判能力，提前采取措施，确保高炉生产长期稳定顺行。经过一年多实践，高炉技术指标持续优化，能耗降低。

（5）高炉生产过程参数得到长期保存，可以随时调阅、分析，建立数据库和复盘，检查以往操作中的失误或不妥之处，便于提升操作技能。

6 结束语

高炉生产实现数字化只是一个阶段性的过程,最终目标是要实现智慧工厂。随着镔鑫钢铁在数字化工厂建设的不断深人,今后将逐步往智能化方面进行探索。目前,已逐步开展高炉冲渣、喷煤等上料无人天车、供料上料车无人定位等改造项目。结合“双碳”目标,今后将在以下五方面继续开展数字化和智能化改造:

(1)不断升级和完善检测技术,进一步提升数据的准确性。

(2)加快和扩大物联网的应用范围,实现炼铁厂人、机、物互联。

(3)通过机器视觉技术,搭建和完善炼铁厂视频监控数字化平台。

(4)大力推广5G技术的应用,提升数据采集和传输的可靠性。

(5)继续加大机器人研发技术力量,逐步实现无人化。