首鋼京唐“數(shù)字孿生”賦能智慧煉鋼

京唐鋼軋部煉鋼作業(yè)區(qū)運用轉(zhuǎn)爐數(shù)字孿生系統(tǒng)煉鋼場景。

首鋼京唐設備人員正在研究轉(zhuǎn)爐自動化運行系統(tǒng)。

“現(xiàn)在有了這套‘數(shù)字孿生’系統(tǒng)，我們就可以通過它來進入虛擬的轉(zhuǎn)爐內(nèi)，全面剖析煉鋼全過程?！碑斢浾邅淼绞卒摼┨其撥埐繜掍撟鳂I(yè)區(qū)時，煉鋼工張俊飛指著大屏幕上正在實時運轉(zhuǎn)的煉鋼“數(shù)字孿生”系統(tǒng)贊不絕口。張俊飛提到的“數(shù)字孿生”系統(tǒng)全稱“首鋼京唐轉(zhuǎn)爐數(shù)字孿生系統(tǒng)”，是由京唐鋼軋部聯(lián)合首自信公司、京唐數(shù)智運營部共同研發(fā)的業(yè)內(nèi)前沿新技術。該技術將可視化和數(shù)字孿生技術進行融合應用，為打造煉鋼智能化行業(yè)亮點，進一步破解鋼鐵流程共性技術瓶頸，提供了有效的實踐和系統(tǒng)解決方案。

“智”向高遠，“慧”聚未來。首鋼京唐落實發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的要求，堅持推動技術創(chuàng)新成為首鋼**競爭力，加強技術創(chuàng)新體系建設，發(fā)揮主體作用，形成更多成果，催生新的發(fā)展動能。在鋼軋部，他們積極順應行業(yè)綠色智能發(fā)展方向，以全面提升“綠色煉鋼”能力為抓手，推動煉鋼向“綠色化、低碳化、智能化、高效化”深度轉(zhuǎn)型。日前，首鋼京唐融媒體記者深入鋼軋部煉鋼作業(yè)區(qū)圍繞“數(shù)字孿生”煉鋼系統(tǒng)進行了專題采訪。

技術引領搶占“智”高點

以科技創(chuàng)新?lián)屨肌爸恰备唿c，京唐鋼軋部堅持構建集約智能的生產(chǎn)體系，搶抓信息技術和智能制造機遇，在智能化生產(chǎn)上深耕發(fā)力。

“京唐在一期（煉鋼部）煉鋼上就掌握了自動出鋼動態(tài)控制技術，率先開啟了智能冶煉技術研究……”提起“智慧煉鋼”，首鋼技術專家、鋼軋部主任工程師閆占輝對煉鋼系統(tǒng)技術點如數(shù)家珍。他說：“二期（鋼軋部）轉(zhuǎn)爐智慧煉鋼是在國內(nèi)轉(zhuǎn)爐智慧煉鋼技術大需求的背景下啟動的，但實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐智能化冶煉并不是一帆風順的。轉(zhuǎn)爐爐料結構復雜多變、原輔料成分不穩(wěn)定、爐內(nèi)反應無法實時監(jiān)測、‘黑箱化’現(xiàn)象嚴重等問題一直存在；冶煉過程涉及固、液、氣多相物質(zhì)的復雜高溫物理化學反應，包括吹煉、出鋼、濺渣、出渣等多個關鍵階段，各階段先后進行互相關聯(lián)，但實際爐況和自動控制的內(nèi)容、方式差異巨大；轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)控制設備多、物料種類多、生產(chǎn)介質(zhì)多，這些設備的控制、物料的加入、介質(zhì)控制均需實現(xiàn)模型計算和自動控制；生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的聲音、圖像等信息，以及由各種傳感器測量獲得的距離、流量、重量、成分、溫度等眾多數(shù)據(jù)類型，都需要納入計算模型。”

破繭才能成蝶。為攻克這些難題，京唐鋼軋部與首自信、京唐數(shù)智運營部等單位聯(lián)合組建了核心攻關團隊，吸納生產(chǎn)、工藝、設備、計算機系統(tǒng)、模型開發(fā)等領域?qū)I(yè)技術人員參與其中。

對于鋼軋部人員結構年輕、經(jīng)驗不足和工藝相對繁多復雜的狀況，搶占“智”高點并非易事，每前行一步，都會遇到新問題。攻關團隊瞄準重點工序瓶頸問題，由點到線、由線到面，全域統(tǒng)籌、逐項攻關、奮力突破。在“智慧煉鋼”改造中，**個智能模塊“自動出鋼”模型開發(fā)雖有經(jīng)驗可以借鑒，但隨著開發(fā)的不斷深入，研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)，其他產(chǎn)線的轉(zhuǎn)爐方案并不完全適用，他們結合現(xiàn)場實際，開始了無數(shù)次討論修改。他們將自動出鋼模型與煉鋼崗位深度結合，將煉鋼工的經(jīng)驗與機器視覺深度融合，最終形成了轉(zhuǎn)爐智能出鋼控制專家系統(tǒng)。出鋼過程中，轉(zhuǎn)爐根據(jù)鋼水車的位置、鋼水重量，自動傾翻轉(zhuǎn)爐角度，并通過爐口攝像頭監(jiān)控爐口溢渣情況，如發(fā)生溢渣，模型專家系統(tǒng)會自動給出相應操作，避免爐渣流入鋼包，確保鋼水質(zhì)量。困擾大家的問題解決了，控制邏輯也由幾個點發(fā)展為蜘蛛網(wǎng)般密布。

轉(zhuǎn)爐煉鋼一助手周冬升，負責模型的設定優(yōu)化和邏輯關系設計。他結合現(xiàn)場實際從多角度、多方位思考問題，將現(xiàn)場操作工的經(jīng)驗與自動化程序有機結合，與團隊協(xié)同開發(fā)了轉(zhuǎn)爐自動濺渣智能控制模塊，進一步規(guī)范了濺渣護爐操作，實現(xiàn)濺渣效果的統(tǒng)一性，濺渣成功率接近100%，為爐齡的穩(wěn)定、底吹的通暢提供保證。“傳統(tǒng)煉鋼的濺渣環(huán)節(jié)全是憑著眼力來判斷，誤差也較大，而且還無法保證人員的安全。現(xiàn)在好了，通過這個模型就不用憑經(jīng)驗判斷濺渣效果了！”周冬升說。

在煉鋼作業(yè)區(qū)操作臺前，生產(chǎn)人員手握鼠標點擊“吹煉開始”按鈕，智慧煉鋼系統(tǒng)控制氧槍自動下降開始吹煉、物料自動加入、底吹自動控制、氧槍根據(jù)返干和溢渣實際爐況進行槍位自動調(diào)整、副槍自動測量，直至吹煉結束無需手動干預；點擊“出鋼開始”按鈕，智慧煉鋼系統(tǒng)控制轉(zhuǎn)爐傾動、鋼包車自動跟隨、出鋼異常報警停搖，直至出鋼結束無需手動干預……2023年2月，鋼軋作業(yè)部8號轉(zhuǎn)爐開始陸續(xù)實現(xiàn)各步驟自動控制；2023年8月，各功能模塊投入使用并完成聯(lián)動運行。歷時20個月，自主研發(fā)的轉(zhuǎn)爐智慧煉鋼系統(tǒng)正式上線試運行，成效顯著。

“轉(zhuǎn)爐智慧煉鋼系統(tǒng)實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐吹煉、出鋼、濺渣、出渣生產(chǎn)全過程的智能化控制，使用比例超過90%，過程無干預率在95%以上。經(jīng)專家團隊評議，該系統(tǒng)的技術達到國際先進水平?！遍Z占輝高興地說。轉(zhuǎn)爐智慧煉鋼系統(tǒng)提高了生產(chǎn)穩(wěn)定性和產(chǎn)品穩(wěn)定性，使直出鋼比例提高約26個百分點、冶煉周期縮短2分鐘28秒、鋼鐵料消耗指標降低約2.9千克/噸。

建設智慧煉鋼的目的是什么？首鋼京唐鋼軋部黨委書記王國連回答：“這套智慧煉鋼系統(tǒng)不僅降低了人員勞動強度，更重要的是，通過系統(tǒng)的運行，可以消除人為操作導致的犯錯幾率，讓產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定、更具競爭力，職工獲得更大的安全感和獲得感?！?/p>

突破壁壘“智”在管控

工廠的數(shù)字化是在自動化的基礎上，進一步保證生產(chǎn)高效運行、員工人身安全。利用信息技術，仿佛“打開”了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)高達2000℃的冶煉過程“黑箱”，使其可視化、透明化；實現(xiàn)生產(chǎn)實時狀態(tài)的可視化集中監(jiān)控，總覽煉鋼過程、設備實時參數(shù)、運行狀況等，生產(chǎn)實績實時上傳……轉(zhuǎn)爐“數(shù)字孿生”技術應運而生。

在首鋼京唐鋼軋部煉鋼作業(yè)區(qū)主控室大屏上，碩大的模擬煉鋼轉(zhuǎn)爐冶煉動態(tài)圖像映入眼簾。在這個動態(tài)冶煉畫面里，虛擬鋼水不停地翻滾著，中間的一根氧槍底端模擬冶煉過程，在爐內(nèi)發(fā)出耀眼的白光……這是轉(zhuǎn)爐內(nèi)實時吹氧的狀態(tài)。在虛擬轉(zhuǎn)爐的左右兩側，“轉(zhuǎn)爐信息”“煙氣信息”“副槍信息”“冶煉信息”“輔料信息”……各種煉鋼參數(shù)不停地變化著?！耙郧埃瑹掍撨^程需要人工在現(xiàn)場手持煉鋼鏡進行觀察?，F(xiàn)在，吹氧效果可以直接在大屏上顯示，整個過程數(shù)據(jù)一目了然，而且還相當準確！”“這就是我們的‘煉鋼數(shù)字孿生系統(tǒng)’?！爆F(xiàn)場工作人員說。今年2月份，在京津冀協(xié)同發(fā)展十周年之際，新華社、《工人日報》等多家媒體來到首鋼京唐鋼軋部煉鋼作業(yè)區(qū)，他們對這里的“數(shù)字孿生”煉鋼技術很感興趣，紛紛圍著現(xiàn)場工作人員進行采訪。

打開轉(zhuǎn)爐“黑箱子”，讓操作步驟透明化。操作數(shù)字化，是科技創(chuàng)新的關鍵一環(huán)。

“轉(zhuǎn)爐數(shù)字孿生技術，簡單說就是通過數(shù)字技術，把煉鋼過程copy（復制）成影像，通過影像實時反饋，使工藝過程透明化，并自動進行過程控制”，京唐鋼軋部生產(chǎn)技術室危尚好說：“這項技術攻關雖然困難重重，但我們**的這項技術為轉(zhuǎn)爐冶煉過程精準控制搭建了有效的可視化平臺，為轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)工藝控制、鋼水質(zhì)量保證提供了有力支撐?！?/p>

在這套“數(shù)字孿生”煉鋼系統(tǒng)研發(fā)中，京唐工匠、鋼軋部煉鋼工王東是項目的關鍵成員之一。談起攻關過程，王東頗有感觸地說：“這套系統(tǒng)實現(xiàn)投產(chǎn)非常不容易。在模擬和熱試階段，誤報警、信號中斷等故障頻出，除了自身程序之外，周邊環(huán)境、物料種類、生產(chǎn)介質(zhì)的任何變化都需要涵蓋進去，通過我們生產(chǎn)技術和設備人員的多次改動，才優(yōu)化了使用效果?！?/p>

“提升生產(chǎn)效率、降低職工勞動強度，是我們一直追求的?！本┨茻掍撟鳂I(yè)區(qū)首席作業(yè)長王星說：“在這套系統(tǒng)里，轉(zhuǎn)爐出渣的準確度決定了職工清理爐下的頻率，此套系統(tǒng)通過采用機械視覺代替人眼，控制轉(zhuǎn)爐與渣車的聯(lián)動，保證了出渣的安全和效率，大大減少了職工清理爐下的頻次，減輕了人員勞動強度。”

“工人不需要再到現(xiàn)場，這套系統(tǒng)能自動識別生產(chǎn)所處階段，將畫面直接模擬到顯示屏上，生產(chǎn)操作人員從‘不敢用’到‘離不開’，從‘干粗活’過渡到了‘坐辦公室’。開句玩笑，我們現(xiàn)在是‘喝著茶煉鋼’?！闭f著，王星臉上露出了燦爛的笑容。

前景無限“智”向高遠

隨風潛入夜，潤物細無聲。從“簡陋的數(shù)據(jù)收集、準確率低的人工干預”，升級為“一鍵獲取各種數(shù)據(jù)源、數(shù)字模擬遠程實時分析”，在首鋼京唐鋼軋部，“智慧煉鋼”孕育出了勃勃生機。在這里，敢想敢干、敢闖敢試的創(chuàng)新理念已深入人心。

“雖然我們打開了轉(zhuǎn)爐‘黑箱子’，實現(xiàn)了一鍵式煉鋼，但我們依然在繼續(xù)挖掘和優(yōu)化，不斷提升模型命中率。”談到今后的煉鋼發(fā)展，閆占輝說：“下一步，我們還要通過圖像識別來研發(fā)‘自動兌鐵’‘自動加廢鋼’等環(huán)節(jié)，進一步減少煉鋼工的人為干預，使職工通過手中的鼠標就能實時監(jiān)控、操控車間的一切，不斷推動無人化煉鋼進程。”

“智能化是一項系統(tǒng)工程，不能各自為戰(zhàn)，需要我們付出長期艱苦的努力和諸多工藝技術創(chuàng)新，更需要把系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)做到精細化、規(guī)范化、標準化，這樣才算得上是真正意義上的智能化、數(shù)字化。目前，公司正打算把這項數(shù)字煉鋼技術推廣到一期煉鋼工序上應用?！遍Z占輝說。

加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，扎實推進高質(zhì)量發(fā)展。在首鋼京唐，廣大職工正在用科技創(chuàng)新開啟新的紀元。身處“智慧煉鋼”時代的煉鋼職工更加深刻地體會到通過技術創(chuàng)新統(tǒng)領“四個制造”在企業(yè)發(fā)展中的重要性，深刻體會到肩上沉甸甸的責任?？萍紕?chuàng)新，任重道遠。面對煉鋼工藝科技化、智能化的突飛猛進，新時代的煉鋼人正如逆水行舟、不進則退，唯創(chuàng)新方能行穩(wěn)致遠。他們在創(chuàng)新磨礪中“冶煉”自我、增長智慧，努力打造中國式現(xiàn)代化的首鋼場景。

記者了解到，在信息化建設過程中，首鋼京唐認為，打造行業(yè)智慧工廠首先是利用好現(xiàn)有資源，把握好先進性與前瞻性之間的平衡，在運用好自動化工藝及大數(shù)據(jù)等信息化技術手段的基礎上，把“兩化融合”、智能制造作為打造智慧工廠的主攻方向。首鋼京唐正緊扣時代發(fā)展脈搏，借數(shù)字經(jīng)濟蓬勃發(fā)展之勢，瞄準全面實現(xiàn)“四個**”目標，向“綠色化、低碳化、智能化、高效化”深度轉(zhuǎn)型，在全工序推進智能化建設，并據(jù)此提出“應用信息化、智能化技術，加速推動數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展，將京唐建設成智能化鋼鐵廠”的戰(zhàn)略構想。