轉(zhuǎn)爐煉鋼操作臺前，生產(chǎn)人員手握鼠標(biāo)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(jìn)行槍位自動調(diào)整、副槍自動測量，直至吹煉結(jié)束無需手動干預(yù)；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(jié)束無需手動干預(yù)……這是2024年2月25日首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司（下稱首鋼京唐）鋼軋作業(yè)部8號轉(zhuǎn)爐的實際生產(chǎn)場景，由該公司自主研發(fā)的轉(zhuǎn)爐智慧煉鋼系統(tǒng)，大大提升了轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的智能化水平，降低了生產(chǎn)人員的勞動強(qiáng)度。

　　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，最終實現(xiàn)無線端控制煉鋼。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)全程的智能化控制，使用比例超過90%，過程無干預(yù)率在95%以上。經(jīng)專家團(tuán)隊評議，系統(tǒng)技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)水平。

（圖源：首鋼京唐公眾號）

　　實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐智能化冶煉困難重重。長期以來，轉(zhuǎn)爐爐料結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變、原輔料成分不穩(wěn)定、爐內(nèi)反應(yīng)無法實時監(jiān)測、“黑箱化”現(xiàn)象嚴(yán)重等問題一直存在，主要靠人員經(jīng)驗判斷、解決。轉(zhuǎn)爐煉鋼操作的智能化是當(dāng)前的主流趨勢，但轉(zhuǎn)爐智慧煉鋼系統(tǒng)的研發(fā)面臨諸多困難：轉(zhuǎn)爐冶煉過程是在開放反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行涉及固、液、氣多相物質(zhì)的復(fù)雜高溫物理化學(xué)反應(yīng)，包括吹煉、出鋼、濺渣、出渣等多個關(guān)鍵階段，各階段先后進(jìn)行互相關(guān)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(shè)備多、物料種類多、生產(chǎn)介質(zhì)多，這些設(shè)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。

　　為攻克這些難題，生產(chǎn)側(cè)的首鋼京唐和技術(shù)側(cè)的首自信聯(lián)合構(gòu)建核心攻關(guān)團(tuán)隊，吸納生產(chǎn)、工藝、設(shè)備、計算機(jī)系統(tǒng)、模型開發(fā)等領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員，歷時20個月，自主研發(fā)了轉(zhuǎn)爐智慧煉鋼系統(tǒng)，于2023年8月上線試運行，成效顯著。

　　一是建立先進(jìn)感知體系，實現(xiàn)冶煉過程智能化控制。根據(jù)不同場景，安裝多種高清數(shù)字?jǐn)z像頭，對轉(zhuǎn)爐冶煉過程進(jìn)行全過程監(jiān)控，采用視覺識別，結(jié)合煙氣分析、聲吶、副槍檢測、下渣檢測、傳感器等技術(shù)，建立吹煉、出鋼、濺渣、出渣等生產(chǎn)過程控制的感知體系，將生產(chǎn)信息納入冶金模型。

　　二是深度學(xué)習(xí)模型與機(jī)理模型相結(jié)合，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)全程的智能化控制。采用深度學(xué)習(xí)方法處理吹煉、出鋼、濺渣、出渣各階段圖像信息，實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化、非指標(biāo)化數(shù)據(jù)向結(jié)構(gòu)化、指標(biāo)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變；采用基于冶金機(jī)理的靜態(tài)計算模型、脫碳動態(tài)模型、合金計算模型等，實現(xiàn)加料量、加氧量等過程控制參數(shù)計算；采用基于生產(chǎn)控制及安全規(guī)程的控制模型，實現(xiàn)全生產(chǎn)過程的自動化控制。

　　在轉(zhuǎn)爐吹煉過程智能化控制上，該系統(tǒng)以圖像識別為核心技術(shù)，對出鋼口及爐口火焰強(qiáng)度進(jìn)行綜合分析形成火焰指數(shù)，綜合煙氣、聲吶、爐口溢渣信息，形成四大判斷依據(jù)，并依此進(jìn)行氧槍控制，使轉(zhuǎn)爐吹煉全程處于理想的平穩(wěn)冶煉狀態(tài)，解決吹煉噴濺及返干發(fā)生幾率高的問題。同時，良好的造渣提高了轉(zhuǎn)爐脫磷率，終點鋼水中磷含量最低達(dá)到0.003%。

　　在轉(zhuǎn)爐出鋼過程智能化控制上，該系統(tǒng)以圖像識別為核心技術(shù)，對出鋼過程轉(zhuǎn)爐包沿鋼液位置進(jìn)行識別，同時計算“出鋼秒流量”，實時判斷出鋼安全狀態(tài)，保證出鋼過程處于“最大靜壓力”下最快出鋼狀態(tài)，同時確保出鋼過程安全。

　　在轉(zhuǎn)爐濺渣過程智能化控制上，以靜態(tài)模型與動態(tài)智能控制相結(jié)合的方式實現(xiàn)濺渣自動控制。靜態(tài)階段執(zhí)行濺渣模式表，起渣后根據(jù)爐口攝像頭識別渣粒參數(shù)，動態(tài)調(diào)整槍位及物料加入，完成濺渣操作。通過使用自動濺渣功能，縮短了濺渣時間18秒~1分鐘，濺渣護(hù)爐效果穩(wěn)定。

　　在轉(zhuǎn)爐出渣過程智能化控制上，通過計算搖爐角度與渣罐車位置的對應(yīng)關(guān)系，控制轉(zhuǎn)爐傾動與渣罐車同步運行，保障爐渣倒入渣罐；同時利用攝像頭視覺系統(tǒng)監(jiān)控倒渣情況，倒渣渣流異常時及時提示切換控制，實現(xiàn)安全狀態(tài)下的轉(zhuǎn)爐自動出渣。通過自動出渣功能控制投用，爐下渣量產(chǎn)出較投用前減少2.1噸/天，降低了渣罐車及爐下渣的清理頻次。

　　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)全程的智能化控制，將原來頻繁的人工手動控制轉(zhuǎn)變?yōu)榱擞嬎銠C(jī)智能化控制，現(xiàn)場操作人員可“一鍵”啟動自動化控制過程，中途無需干預(yù)即可完成冶煉。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%、冶煉周期縮短2分鐘28秒、鋼鐵料消耗指標(biāo)降低約2.9千克/噸。

　　整體而言，轉(zhuǎn)爐智慧煉鋼系統(tǒng)提高了煉鋼生產(chǎn)的智能化水平，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，降低了生產(chǎn)人員的勞動強(qiáng)度，在安全、環(huán)保領(lǐng)域取得了良好效果，成為煉鋼生產(chǎn)智能化應(yīng)用的優(yōu)秀范例，也標(biāo)志著首鋼京唐真正實現(xiàn)了“一鍵式煉鋼”的轉(zhuǎn)爐智能化冶煉。

　　“一鍵式煉鋼”一直是鋼鐵領(lǐng)域的技術(shù)熱點。有人一直懷疑：技術(shù)的意義和價值何在？在我看來，技術(shù)的意義不在于直接和短期價值，而在于間接和長期價值，因為它是促進(jìn)煉鋼廠技術(shù)改進(jìn)、管理優(yōu)化的抓手，建設(shè)一流鋼廠的驅(qū)動力。

　　我們知道，現(xiàn)代企業(yè)管理往往追求“零缺陷”“零延遲”“零庫存”。對許多企業(yè)來說，追求極限的質(zhì)量、效率和成本帶來的直接價值是有限的，甚至是不值得的。但是，人們在追求極限的過程中，會不斷地發(fā)現(xiàn)新問題。在解決問題的過程中，人們會加深對技術(shù)和管理的理解，并促進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)。事實上，現(xiàn)代工業(yè)恰恰就是在不斷逼近和突破極限的過程中發(fā)展起來的，是積跬步以致千里的結(jié)果。

　　“一鍵式煉鋼”的意義也是一樣的。單純從降低勞動強(qiáng)度、提高勞動效率的角度看，技術(shù)的意義并不是很大。但是，技術(shù)和管理中的任何問題，如合金比例不穩(wěn)、稱量設(shè)備不準(zhǔn)、崗位協(xié)調(diào)脫節(jié)，都會導(dǎo)致“一鍵式煉鋼”的失敗。在品種切換頻繁的時候，問題往往更大，這些都會給技術(shù)和管理的進(jìn)步帶來新的挑戰(zhàn)。所以，推進(jìn)“一鍵式煉鋼”，就要去迎接這些挑戰(zhàn)，就要推進(jìn)技術(shù)和管理水平的提高，進(jìn)而帶動質(zhì)量和效率的上升、成本和能耗的降低、跑冒滴漏的減少、生產(chǎn)流程的順暢。

　　人們很早就意識到，企業(yè)推進(jìn)智能制造的目的并非只是提高自動化水平，而是借力促進(jìn)管理水平的提高。“一鍵式煉鋼”就是這樣的一個典型——以自動化為載體，以智能化為靈魂。但是，路漫漫其修遠(yuǎn)兮，推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步并非一日之功。我們需要長期堅持并不斷推進(jìn)一鍵式的比例。若干年后，驀然回首，或許我們已經(jīng)成為煉鋼技術(shù)的引領(lǐng)者。