陈胜，陈彦铭，刘立广

摘 要：韶钢 7 号高炉于 2021 年 10 月 18 日停炉大修升级改造，该项目引进及开发新工艺、新技术、新设备、智慧操控及智慧决策等国际炼铁最先进的技术 50 余项，致力于将 7 号高炉打造成全国第一座智慧型高炉，提高企业持续核心竞争力的同时，达到环境效益、经济效益和社会效益的和谐统一。

关键词：高炉、升级、技术、智慧

引言

广东省韶关钢铁集团有限公司炼铁厂 7 号高炉于 2005 年 8 月 18 日点火开炉（1 代），随着炉役迈入后期，炉身、炉缸等部位陆续暴露出安全问题，如炉身冷却板陆续损坏，炉缸碳砖温度 2013年升高到近 900℃，碳砖厚度已不足 600mm，系统设备磨损、老化严重以及工艺装备水平难以满足现行高炉生产要求，于 2021 年 10 月 18 日停炉大修进行升级改造。

韶钢炼铁立足将新 7 号高炉打造成新一代的智慧高炉，引进国内成熟的先进技术，全面提升7 号高炉工艺、技术及设备能力。7 号高炉采用了当今国际炼铁最先进的技术 50 余项，包括：高炉综合长寿技术、环保型渣处理工艺、高富氧大喷煤技术、炉顶均压煤气全回收技术、炉前出铁技术、智慧作业-智慧操控-智慧决策的技术体系等，进一步降低资源和能源消耗，坚持高效、低成本、低排放和绿色发展理念，促进韶钢高炉可持续发展。

1、智慧高炉技术体系

韶钢 7 号高炉智慧高炉总体技术体系由“智慧作业-智慧操控-智慧决策”组成，智慧作业实现生产作业和设备操作的少人化、无人化；智慧操控是基于韶钢现有智慧中心平台，结合数字化设计和仿真技术，进一步应用智能化技术，通过数据分析、智能模型等为生产操控提供动态精准的技术支撑；智慧决策则基于智慧作业和智慧操控保障下，以炉况顺行、成本最优为核心目标，依托历史生产数据，利用大数据挖掘手段，建立炉况调整工艺知识库，开发“虚拟工长”决策系统，实现智慧决策。

充分利用韶钢现有一体化管控平台，实现与智能操控和智能决策在内的各类智能应用、模型等无缝衔接，解决了传统工程中数据孤岛和协同性的问题。同时，智慧作业相关的现场智能化技术，和现有智慧中心一体化管控平台实现数据、信息的互联互通，通过数据关联分析及挖掘，为智慧操控和决策提供支撑，并将其与数字化设计相结合，将 7 号高炉打造成数字、智慧高炉。

2 智慧化技术应用及效果

2.1 智慧作业

2.1.1 智能抓渣

7 号高炉大修采用国内较为先进的环保底滤法渣处理工艺，提升水渣系统处理能力，降低系统检修维护工作量；南北炉渣处理系统均配套设置智能抓渣系统，该系统通过对滤池内的水渣堆积图像的分析，自行选择抓渣逻辑，利用激光扫描，实时采集渣池内部物料几何数据，生成料堆3D 几何曲面，并将计算结果返回至管理系统，通过智能抓渣PLC和吊车自带PLC联合控制吊车运行，按照顺序自动完成智能管控模型系统发布作业指令的接收与反馈，实现无人吊车的自动控制，完成自动抓渣和卸渣任务。控制抓渣行车将滤池内的水渣自动抓取至胶带机外运，以实现抓渣的自动化、智能化和无人化，从而减少能耗，改善操作环境。

2.1.2 皮带机器智能巡检

皮带机器智能巡检技术对高炉上料主皮带进行在线自动巡检，对皮带进行异常检测，包括撕裂、打滑、跑偏、异物检测等，以计算机图像处理技术为基础，对皮带上运动中的物料进行料流量和粒度识别。

移动式皮带巡检机器人使用电池动力驱动前进，摄像头摄取实时实景图像、红外热成像，通过网络传输数据到分析计算机，实现故障异响、温度、跑偏、异物等检测功能。巡检皮带范围包括上料系统主

皮带、矿焦槽槽下系统、槽上皮带等。

2.2 智慧操控

2.2.1 水温差热负荷智能管理

高炉冷却系统作为炉内作业最核心系统之一，其工作状况对稳定高炉炉型，改善煤气流分布至关重要。7 号高炉采用水温差热负荷智能监控管理，实时跟踪冷却壁服役状况、实现全炉冷却系统可视化管理。系统通过检测水温差实时计算全炉热负荷，采用三维云图直观显示全炉热负荷分布和变化情况，通过计算炉身渣皮分布，实现全炉冷却系统“一张图”管理。

2.2.2 炉缸侵蚀智能管理

7 号高炉（1 代）炉龄累计安全生产 5906 天，是标准的长寿型高炉；高炉长寿是现代高炉追求的目标，高炉长寿就意味着经济效益的提高。而大量实践表明，炉缸区域（铁口又是炉缸的薄弱之处）是影响高炉一代炉役的主要区域。高炉长寿保障条件，除了保证冷却系统正常运行外，维护炉缸耐材的安全厚度至关重要。

为了监控炉缸侵蚀状况，新 7 号高炉采用炉缸侵蚀智能管理系统，根据二维稳态传热建立炉缸热传导模型，利用有限单元法求解，为高炉操作人员输出直观的炉缸侵蚀效果，并显示侵蚀的演变规律，提前预警炉缸安全状态。

炉缸侵蚀分析步骤为：计算出炉缸状态基础数据→判断炉缸安全状态→异常侵蚀原因诊断→输出操作应对建议。

2.2.2 炉内可视化智能管理

高炉原燃料进入炉内后，含铁原料在炉身被煤气加热、还原后进入炉腰、炉腹开始软熔和直接还原，进行剧烈的物理和化学反应。日常生产过程中，工长需通过炉体检测数据推断炉内冶炼状况，进行相应操作调整。

7 号高炉利用仿真技术对全炉冶炼进行建模，对炉内物料分布、温度场、压力场、速度场和浓度场进行定量表征，实现炉内“五场合一”的虚拟冶炼场景，将虚拟冶炼场景的计算结果与高炉冶炼实体场景运行结果进行同步实时对比，实现炉况调整在虚拟现实 PDCA 循环中不断改进，为支撑虚拟工长系统稳定运行提供必要基础。

2.3 智慧决策

7 号高炉基于智慧作业和智慧操控保障下，以炉况顺行、成本最优为核心目标，结合历史生产数据，利用大数据挖掘手段，建立炉况调整工艺知识库，建立“虚拟工长”智能操炉决策系统，实现智慧决策，为合理生产操作模式提供参考。

2.3.1 智慧“虚拟工长”系统

高炉日常炉况调整的主要目的是维持各项参数在合理范围之内，尤其炉温调节是高炉工长最核心的职责。高炉炉温调节主要是根据入炉原料条件、下料情况，以维持全炉燃料比稳定为出发点，进行风温、湿度、氧量、煤量以及矿焦比的调节。

根据韶钢 7 号高炉工长岗位操作规程和操作实践，建立变料作业、风量调节、炉温控制、富氧调整等日常标准操作调整规则库，当炉况满足条件时，则触发规则引擎，输出相应调整建议，基本实现日常炉况智能调剂。

当高炉操作调整知识库投入运行一定周期后，其辅助建议与工长决策相吻合后，日常操作调整的决策如变料、上料、调煤、出铁等可以形成闭环操作，并通过更新知识库不断扩大智能交互、闭环控制应用场景，履行工长职责，实现智慧“虚拟工长”系统稳定运行。

2.3.2 料场、烧结、高炉一体化原料智慧管理

料场、烧结、高炉一体化原料智慧管理通过一体化配料管理，以满足生产基本需求为中心，制定价格优势及可靠的配矿方案，降低炼铁成本。

根据炉况预测高炉配料模型，以烧结矿性能、上下部调剂等炉况参数作为约束条件，进而计算满足生产需求，维持炉况稳定顺行，以及低成本的炉料结构。

根据烧结矿性能的混匀配矿模型，不仅考虑含铁料化学成分、烧结基础特性等，同时烧结成品矿的各项性能指标也作为约束条件，再综合考虑矿源稳定性、价格成本、物流运输条件等，采用算法求解烧结性能良好、化学成分稳定、以及低配矿成本的方案。

3、总结

韶钢炼铁厂立足将 7 号高炉打造成领先全国的智慧高炉，努力推动炼铁传统产业迈向高端，实现高质量发展，提高炼铁装备环保化、集约化、数字化、信息化、智慧化水平，满足现代高炉生产要求，最大限度地实现了本质安全。使高炉设备保障和运行水平均位列国内先进水平，提高企业持续核心竞争力的同时，达到环境效益、经济效益和社会效益的和谐统一。