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(yàn)、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?！?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(jìn)行融合應(yīng)用，為打造煉鋼智能化行業(yè)亮點(diǎn)，進(jìn)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(shí)踐和系統(tǒng)解決方案。
2007年，該煉鋼廠引進(jìn)達(dá)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(shí)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(dá)到95%以上。2019年，該煉鋼廠新增上爐氣分析智能煉鋼項(xiàng)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(diǎn)操作控制模型和相關(guān)配套軟件，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉過程動態(tài)控制與終點(diǎn)預(yù)報，提高了轉(zhuǎn)爐操作水平和終點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了“模型”與“控制”的功能分離，可根據(jù)轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了從下槍吹煉到過程控制，再到終點(diǎn)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(zhǔn)，鋼水質(zhì)量得到大幅提升，取得較好的經(jīng)濟(jì)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(yùn)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(jī)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(shí)體和實(shí)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(xiàng)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(yùn)行狀態(tài)的在線、實(shí)時、動態(tài)展示，可以實(shí)現(xiàn)各級工藝和設(shè)備數(shù)據(jù)共享，既而達(dá)到資源協(xié)同、生產(chǎn)效率提升的目標(biāo)?！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(jìn)行實(shí)時反饋，使工藝過程透明化，方便進(jìn)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(xiàng)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐冶煉過程精準(zhǔn)控制提供了有效的可視化平臺，同時為進(jìn)一步挖掘過程數(shù)據(jù)提供了強(qiáng)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(jī)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(shí)空間中的轉(zhuǎn)爐實(shí)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(shí)體的實(shí)時狀態(tài)，為現(xiàn)場人員提供實(shí)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(shí)推進(jìn)《智慧煉鋼創(chuàng)建綱要》，以文化全部做實(shí)、運(yùn)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(biāo)，爭創(chuàng)全國最優(yōu)秀的智慧鋼廠。“煉鋼廠將繼續(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(biāo)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(qiáng)做優(yōu)鋼鐵產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展注入更加強(qiáng)勁的動力。”王鍵說。
《中國冶金報》（2022年3月1日 04版四版）
