本報通訊員 丁書洪 欒長河
“轉(zhuǎn)爐煉鋼是一個極其復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程,平時根本看不見、摸不著,有了問題也是靠經(jīng)驗、靠猜。現(xiàn)在有了這套數(shù)字孿生系統(tǒng),我們就可以通過它來全面剖析煉鋼全過程,找到制約我們降低成本、提升質(zhì)量的根本原因。”2月24日,山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠煉鋼二車間主任張偉對筆者介紹說。
張偉提到的數(shù)字孿生系統(tǒng)全稱是“轉(zhuǎn)爐三維數(shù)字孿生可視化系統(tǒng)”,是由該煉鋼廠聯(lián)合山鋼研究院、山信軟件共同研發(fā)的前沿新系統(tǒng),可將三維可視化和數(shù)字孿生技術(shù)進行融合應(yīng)用,為打造煉鋼智能化行業(yè)亮點,進一步破解冶金“黑箱”作業(yè)、“模糊”控制與“虛擬”制造等鋼鐵流程共性技術(shù)瓶頸難題提供了有效實踐和系統(tǒng)解決方案。
2007年,該煉鋼廠引進達涅利副槍系統(tǒng),并以副槍設(shè)備為基礎(chǔ),自主開發(fā)以無人干預(yù)冶煉工藝為核心的智能化技術(shù),實現(xiàn)人工智能與冶煉模型的有效結(jié)合,全程無干預(yù)智能化冶煉比例達到95%以上。2019年,該煉鋼廠新增上爐氣分析智能煉鋼項目,以激光氣體分析儀為基礎(chǔ),結(jié)合現(xiàn)場輔助檢測手段,建立轉(zhuǎn)爐爐氣分析終點操作控制模型和相關(guān)配套軟件,實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉過程動態(tài)控制與終點預(yù)報,提高了轉(zhuǎn)爐操作水平和終點控制精度。2019年,該煉鋼廠與山信軟件聯(lián)合開發(fā)并投用的高效、多功能智能出鋼二級控制系統(tǒng),實現(xiàn)了“模型”與“控制”的功能分離,可根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉終點的不同狀況自動判定、自動修正,保證最優(yōu)的出鋼控制,減少了出鋼過程中安全與質(zhì)量的隱患,屬國內(nèi)首創(chuàng)。近幾年,該煉鋼廠通過對轉(zhuǎn)爐煉鋼智能控制技術(shù)各功能模塊的融合集成,以及L1、L2、L3等多級系統(tǒng)間的協(xié)同交互,實現(xiàn)了從下槍吹煉到過程控制,再到終點停吹、搖爐出鋼、擋渣、濺渣等轉(zhuǎn)爐冶煉全過程操作的智能化控制,使冶煉過程的物料攝入、能源介質(zhì)消耗更加精準,鋼水質(zhì)量得到大幅提升,取得較好的經(jīng)濟和社會效益。
但是,隨著智能化程度不斷升級,目前全過程智能煉鋼在冶煉過程、設(shè)備運行等方面存在可視化欠缺,造成二級控制平臺應(yīng)用展示效果差、人機互動關(guān)鍵數(shù)據(jù)不能便捷共享等難題,該煉鋼廠急需構(gòu)建基于物理實體和實際數(shù)據(jù)的三維數(shù)字孿生可視化平臺。
“鋼鐵生產(chǎn)是多工序、長流程的制造行業(yè),隨著智能化水平提升,集中控制、全封閉管理已經(jīng)成為發(fā)展趨勢,但國內(nèi)對于鋼鐵生產(chǎn)控制過程可視化的研究較少,普遍缺乏相應(yīng)的展示平臺。轉(zhuǎn)爐三維數(shù)字孿生可視化項目能夠搭建轉(zhuǎn)爐工序過程控制可視化平臺,通過冶煉過程和設(shè)備運行狀態(tài)的在線、實時、動態(tài)展示,可以實現(xiàn)各級工藝和設(shè)備數(shù)據(jù)共享,既而達到資源協(xié)同、生產(chǎn)效率提升的目標?!痹摕掍搹S黨委副書記、經(jīng)理王鍵說。
“轉(zhuǎn)爐數(shù)字孿生技術(shù),簡單說就是通過數(shù)字技術(shù)把工藝過程拷貝成影像,通過影像進行實時反饋,使工藝過程透明化,方便進行過程追溯?!痹摕掍搹S生產(chǎn)技術(shù)室主任寧偉介紹說,這項技術(shù)為實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉過程精準控制提供了有效的可視化平臺,同時為進一步挖掘過程數(shù)據(jù)提供了強有力的集成平臺,更為后續(xù)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)管控工藝控制、質(zhì)量追溯提供了全新的系統(tǒng)架構(gòu)。
轉(zhuǎn)爐三維數(shù)字孿生可視化系統(tǒng)以智能控制模型為核心,依托可靠的副槍、機器視覺、紅外測量、聲吶信號等監(jiān)測系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集,并利用新一代信息技術(shù),在虛擬空間中生成集對象、模型及數(shù)據(jù)于一體的轉(zhuǎn)爐仿真模型,與真實空間中的轉(zhuǎn)爐實體(高清攝像)完全對應(yīng)一致。通過多維動態(tài)數(shù)字映射、信息輸出、模擬數(shù)據(jù)等,該系統(tǒng)能洞察和呈現(xiàn)轉(zhuǎn)爐實體的實時狀態(tài),為現(xiàn)場人員提供實時、直觀、可量化作業(yè)環(huán)境。
王鍵表示,以數(shù)字孿生技術(shù)為代表,該煉鋼廠扎實推進《智慧煉鋼創(chuàng)建綱要》,以文化全部做實、運維全部集中、生產(chǎn)全部智能、操作全部替代、質(zhì)檢全部在線、風(fēng)險全部預(yù)警“六個全部”為目標,爭創(chuàng)全國最優(yōu)秀的智慧鋼廠?!盁掍搹S將繼續(xù)舉全廠之力、集眾人之智,全力打造以生產(chǎn)智能協(xié)同、管理科學(xué)高效、指標行業(yè)領(lǐng)先、環(huán)境綠色友好、員工素質(zhì)一流、企業(yè)幸福和諧為基本特征的智慧煉鋼體系,為建設(shè)數(shù)智山鋼,推動企業(yè)做強做優(yōu)鋼鐵產(chǎn)業(yè),實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展注入更加強勁的動力?!蓖蹑I說。
《中國冶金報》(2022年3月1日 04版四版)