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首钢京唐“数字孪生”赋能智慧炼钢
发布日期:2024-05-11

“现在有了这套‘数字孪生’系统,我们就可以通过它来进入虚拟的转炉内,全面剖析炼钢全过程。”当记者来到首钢京唐钢轧部炼钢作业区时,炼钢工张俊飞指着大屏幕上正在实时运转的炼钢“数字孪生”系统赞不绝口。张俊飞提到的“数字孪生”系统全称“首钢京唐转炉数字孪生系统”,是由首钢京唐钢轧部联合首自信公司、京唐数智运营部共同研发的业内最前沿新技术。该技术将可视化和数字孪生技术进行融合应用,为打造炼钢智能化行业亮点,进一步破解钢铁流程共性技术瓶颈难题,提供了有效的实践和系统解决方案。

“智”向高远,“慧”聚未来。首钢京唐落实发展新质生产力的要求,坚持推动技术创新成为首钢第一竞争力,加强技术创新体系建设,发挥主体作用,形成更多成果,催生新的发展动能。在钢轧部,他们积极顺应行业绿色智能发展方向,以全面提升“绿色炼钢”能力为抓手,推动炼钢向“绿色化、低碳化、智能化、高效化”深度转型。日前,首钢京唐融媒体记者深入钢轧部炼钢作业区围绕“数字孪生”炼钢系统进行了专题采访。

01、技术引领 抢占“智”高点

以科技创新抢占“智”高点,首钢京唐钢轧部坚持构建集约智能的生产体系,抢抓信息技术和智能制造机遇,在智能化生产上深耕发力。

“京唐在一期(炼钢部)炼钢上就掌握了自动出钢动态控制技术,率先开启了智能冶炼技术研究……”提起“智慧炼钢”,首钢技术专家、钢轧部主任工程师闫占辉对炼钢系统技术点如数家珍。他说:“二期(钢轧部)转炉智慧炼钢是在国内转炉智慧炼钢技术大需求的背景下启动的,但实现转炉智能化冶炼并不是一帆风顺的。转炉炉料结构复杂多变、原辅料成分不稳定、炉内反应无法实时监测、‘黑箱化’现象严重等问题一直存在,冶炼过程涉及固、液、气多相物质的复杂高温物理化学反应,包括吹炼、出钢、溅渣、出渣等多个关键阶段,各阶段先后进行互相关联,但实际炉况和自动控制的内容、方式差异巨大;转炉生产控制设备多、物料种类多、生产介质多,这些设备的控制、物料的加入、介质控制均需实现模型计算和自动控制;生产过程中产生的声音、图像等信息,以及由各种传感器测量获得的距离、流量、重量、成分、温度等众多数据类型,都需要纳入计算模型。”

破茧才能成蝶。为攻克这些难题,钢轧部与首自信、数智运营部等单位联合组建了核心攻关团队,吸纳生产、工艺、设备、计算机系统、模型开发等领域专业技术人员参与其中。

对于钢轧部人员结构年轻,经验不足、工艺相对繁多复杂的状况,抢占“智”高点并非易事,每前行一步,都会遇到新问题。攻关团队瞄准重点工序瓶颈问题,由点到线、由线到面,全域统筹、逐项攻关、奋力突破。在“智慧炼钢”改造中,第一个智能模块“自动出钢”模型开发虽有经验可以借鉴,但随着开发的不断深入,研发人员发现,其他产线转炉方案并不完全适用,他们结合现场实际,开始了无数次讨论修改。他们将自动出钢模型与炼钢岗位深度结合,将炼钢工的经验与机器视觉深度融合,最终形成了转炉智能出钢控制专家系统。出钢过程中,转炉根据钢水车的位置、钢水重量,自动倾翻转炉角度,并通过炉口摄像头监控炉口溢渣情况,如发生溢渣,模型专家系统自动给出相应操作,避免炉渣流入钢包,确保钢水质量。困扰大家的问题解决了,控制逻辑也由几个点发展为蜘蛛网般密布。

转炉炼钢一助手周冬升,负责模型的设定优化和逻辑关系设计。他结合现场实际从多角度、多方位思考问题,将现场操作工的经验与自动化程序有机结合,与团队协同开发了转炉自动溅渣智能控制模块,进一步规范了溅渣护炉操作,实现溅渣效果的统一性,溅渣成功率接近100%,为炉龄的稳定、底吹的通畅提供保证。“传统炼钢的溅渣环节全是凭着眼力来判断,误差也较大,而且还无法保证人员的安全。现在好了,通过这个模型就不用蒙着判断溅渣效果了!”周冬升说。

在炼钢作业区操作台前,生产人员手握鼠标点击“吹炼开始”按钮,智慧炼钢系统控制氧枪自动下降开始吹炼、物料自动加入、底吹自动控制、氧枪根据返干和溢渣实际炉况进行枪位自动调整、副枪自动测量,直至吹炼结束无需手动干预;点击“出钢开始”按钮,智慧炼钢系统控制转炉倾动、钢包车自动跟随、出钢异常报警停摇,直至出钢结束无需手动干预……2023年2月,钢轧作业部8号转炉开始陆续实现各步骤自动控制;2023年8月,各功能模块投入使用并完成联动运行。历时20个月,自主研发的转炉智慧炼钢系统正式上线试运行,成效显著。

“转炉智慧炼钢系统,实现了转炉吹炼、出钢、溅渣、出渣生产全程的智能化控制,使用比例超过90%,过程无干预率在95%以上。经专家团队评议,系统技术水平达到国际先进水平。”闫占辉高兴地说。转炉智慧炼钢系统提高了生产稳定性和产品稳定性,使直出钢比例提高约26%、冶炼周期缩短2分钟28秒、钢铁料消耗指标降低约2.9千克/吨。

建设智慧炼钢的目的是什么?首钢京唐钢轧部党委书记王国连回答:“这套智慧炼钢不仅降低了人员劳动强度,更重要的是通过系统的运行,可以消除人为操作导致的犯错几率,让产品质量更稳定、更具竞争力,职工获得更大的安全感和获得感。”

02、突破壁垒  “智”在管控

工厂的数字化是在自动化的基础上,进一步保证生产高效运行、员工人身安全。

利用信息技术“打开”转炉生产高达2000℃的冶炼过程“黑箱”,使其可视化、透明化;实现生产实时状态的可视化集中监控,即总览炼钢过程、设备实时参数、运行状况等,生产实绩实时上传……转炉“数字孪生”技术应运而生。

在钢轧部炼钢作业区主控室的大屏上,硕大的模拟炼钢转炉冶炼动态图像一下映入记者眼帘。在这个动态冶炼画面里,虚拟钢水在不停地翻滚着,中间的一根氧枪底端模拟冶炼过程在炉内发出耀眼的白光……这是转炉内实时吹氧的状态。在虚拟转炉的左右两侧,“转炉信息”“烟气信息”“副枪信息”“冶炼信息”“辅料信息”……各种炼钢参数在不停地变化着。“以前的炼钢过程需要人工去现场手持炼钢镜进行观察。你看,现在我们直接在大屏上显示吹氧效果,整个过程数据一目了然,而且?瓜嗟弊既罚 薄罢饩褪俏颐堑摹陡质致仙低场!毕殖」ぷ魅嗽备嫠呒钦摺=衲?月份,京津冀协同发展十周年之际,新华社、《工人日报》等多家媒体来到首钢京唐钢轧部炼钢作业区,他们对这里的“数字孪生”炼钢技术很感兴趣,纷纷围着现场工作人员进行采访。

打开转炉“黑箱子”,让操作步骤透明化。操作数字化,是科技创新的关键一环。

“转炉数字孪生技术,简单说就是通过数字技术把炼钢过程copy成影像,通过影像实时反馈,使工艺过程透明化,并自动进行过程控制。”钢轧部生产技术室危尚好介绍说,“这项技术攻关虽然困难重重,但我们独创的这项技术为转炉冶炼过程精准控制,搭建了有效的可视化平台,为转炉生产工艺控制、钢水质量保证提供了有力支撑。”

在这套“数字孪生”炼钢系统研发中,京唐工匠、钢轧部炼钢工王东是此项目的关键成员之一。谈起攻关过程时,王东颇有感触:“这套系统实现投产非常不容易,在模拟和热试阶段误报警、信号中断等故障频出,除了自身程序之外,周边环境、物料种类、生产介质的任何变化都需要涵盖进去,通过我们生产技术和设备人员的多次改动才优化了使用效果。”

“提升生产效率、降低职工劳动强度是我们一直追求的。”炼钢作业区首席作业长王星说,“在这套系统里转炉出渣的准确度决定了职工清理炉下的频率,此套系统通过采用机械视觉代替人眼,控制转炉与渣车的联动,保证了出渣的安全和效率,大大减少了职工清理炉下的频次,减轻了人员劳动强度。”

“工人不需要再到现场,这套系统能自动识别生产所处阶段,将画面直接模拟到显示屏,生产操作人员从‘不敢用’到‘离不开’,从‘干粗活’过渡到了‘坐办公室’。开句玩笑,我们现在是‘喝着茶炼钢’。”说着,王星脸上露出了灿烂的笑容。

03、前景无限  “智”向高远

随风潜入夜,润物细无声。从“简陋的数据收集、准确率低的人工干预”,升级为“一键获取各种数据源、数字模拟远程实时分析”,在首钢京唐钢轧部,“智慧炼钢”孕育出了勃勃生机。在这里,敢想敢干、敢闯敢试的创新理念已深入人心。

“虽然我们打开了转炉‘黑箱子’,实现了一键式炼钢,但我们依然在继续挖掘和优化,不断提升模型命中率。”谈到今后的炼钢发展,闫占辉说,“下一步我们还要通过图像识别来研发‘自动兑铁’‘自动加废钢’等环节,进一步减少炼钢工的人为干预,使职工通过手中的鼠标就能实时监控、操控车间的一切,不断推动无人化炼钢进程。”

“智能化是一项系统工程,不能各自为战,需要我们付出长期艰苦的努力和诸多工艺技术创新,更需要把系统的每个环节做到精细化、规范化、标准化,这样才算得上是真正意义上的智能化、数字化。目前,公司正打算把这项数字炼钢技术推广到一期炼钢工序上应用。”闫占辉说。

“加快发展新质生产力,扎实推进高质量发展”。在首钢京唐,广大职工正在用科技创新开启新的纪元。身处“智慧炼钢”时代的炼钢职工更加深刻地体会到通过技术创新统领“四个制造”在企业发展中的重要性,深刻体会到自身肩负的沉甸甸的责任。科技创新,任重道远。面对炼钢工艺科技化、智能化的突飞猛进,新时代的炼钢人正如逆水行舟、不进则退,唯创新方能行稳致远。他们在创新磨砺中“冶炼”自我、增长智慧,努力打造中国式现代化的首钢场景。

结束采访时,记者了解到,在信息化建设过程中,首钢京唐认为,打造行业智慧工厂首先是利用好现有资源,把握好先进性与前瞻性之间的平衡,在运用好自动化工艺及大数据等信息化技术手段的基础上,把“两化融合”、智能制造作为打造智慧工厂的主攻方向。首钢京唐正紧扣时代发展脉搏,借数字经济蓬勃发展之势,瞄准全面实现“四个一流”目标,向“绿色化、低碳化、智能化、高效化”深度转型,在全工序推进智能化建设,并据此提出“应用信息化、智能化技术,加速推动数字化、智能化转型发展,将京唐建设成智能化钢铁厂”的战略构想。

顶尖创新,领先未来。成功的路上,相信京唐一定会走得更远……


 
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