本報通訊員 閆小柏 閆占輝
轉爐煉鋼操作臺前，生產人員手握鼠標點擊“吹煉開始”按鈕，智慧煉鋼系統控制氧槍自動下降開始吹煉、物料自動加入、底吹自動控制、氧槍根據返干和溢渣實際爐況進行槍位自動調整、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，智慧煉鋼系統控制轉爐傾動、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……這是2024年2月25日首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司（下稱首鋼京唐）鋼軋作業部8號轉爐的實際生產場景，由該公司自主研發的轉爐智慧煉鋼系統，大大提升了轉爐生產的智能化水平，降低了生產人員的勞動強度。
2023年2月，鋼軋作業部8號轉爐開始陸續實現各步驟自動控制；2023年8月，各功能模塊投入使用并完成聯動運行，最終實現無線端控制煉鋼。轉爐智慧煉鋼系統，實現了轉爐吹煉、出鋼、濺渣、出渣生產全程的智能化控制，使用比例超過90%，過程無干預率在95%以上。經專家團隊評議，系統技術水平達到國際先進水平。
實現轉爐智能化冶煉困難重重。長期以來，轉爐爐料結構復雜多變、原輔料成分不穩定、爐內反應無法實時監測、“黑箱化”現象嚴重等問題一直存在，主要靠人員經驗判斷、解決。轉爐煉鋼操作的智能化是當前的主流趨勢，但轉爐智慧煉鋼系統的研發面臨諸多困難：轉爐冶煉過程是在開放反應釜內進行涉及固、液、氣多相物質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，但實際爐況和自動控制的內容、方式差異巨大；轉爐生產控制設備多、物料種類多、生產介質多，這些設備的控制、物料的加入、介質控制均需實現模型計算和自動控制；生產過程中產生的聲音、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、溫度等眾多數據類型，都需要納入計算模型。
為攻克這些難題，生產側的首鋼京唐和技術側的首自信聯合構建核心攻關團隊，吸納生產、工藝、設備、計算機系統、模型開發等領域專業技術人員，歷時20個月，自主研發了轉爐智慧煉鋼系統，于2023年8月上線試運行，成效顯著。
轉爐智慧煉鋼系統具備兩大優點——
一是建立先進感知體系，實現冶煉過程智能化控制。根據不同場景，安裝多種高清數字攝像頭，對轉爐冶煉過程進行全過程監控，采用視覺識別，結合煙氣分析、聲吶、副槍檢測、下渣檢測、傳感器等技術，建立吹煉、出鋼、濺渣、出渣等生產過程控制的感知體系，將生產信息納入冶金模型。
二是深度學習模型與機理模型相結合，實現轉爐生產全程的智能化控制。采用深度學習方法處理吹煉、出鋼、濺渣、出渣各階段圖像信息，實現非結構化、非指標化數據向結構化、指標化數據轉變；采用基于冶金機理的靜態計算模型、脫碳動態模型、合金計算模型等，實現加料量、加氧量等過程控制參數計算；采用基于生產控制及安全規程的控制模型，實現全生產過程的自動化控制。
在轉爐吹煉過程智能化控制上，該系統以圖像識別為核心技術，對出鋼口及爐口火焰強度進行綜合分析形成火焰指數，綜合煙氣、聲吶、爐口溢渣信息，形成四大判斷依據，并依此進行氧槍控制，使轉爐吹煉全程處于理想的平穩冶煉狀態，解決吹煉噴濺及返干發生幾率高的問題。同時，良好的造渣提高了轉爐脫磷率，終點鋼水中磷含量最低達到0.003%。
在轉爐出鋼過程智能化控制上，該系統以圖像識別為核心技術，對出鋼過程轉爐包沿鋼液位置進行識別，同時計算“出鋼秒流量”，實時判斷出鋼安全狀態，保證出鋼過程處于“最大靜壓力”下最快出鋼狀態，同時確保出鋼過程安全。
在轉爐濺渣過程智能化控制上，以靜態模型與動態智能控制相結合的方式實現濺渣自動控制。靜態階段執行濺渣模式表，起渣后根據爐口攝像頭識別渣粒參數，動態調整槍位及物料加入，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，濺渣護爐效果穩定。
在轉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關系，控制轉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監控倒渣情況，倒渣渣流異常時及時提示切換控制，實現安全狀態下的轉爐自動出渣。通過自動出渣功能控制投用，爐下渣量產出較投用前減少2.1噸/天，降低了渣罐車及爐下渣的清理頻次。
轉爐智慧煉鋼系統實現了轉爐吹煉、出鋼、濺渣、出渣生產全程的智能化控制，將原來頻繁的人工手動控制轉變為了計算機智能化控制，現場操作人員可“一鍵”啟動自動化控制過程，中途無需干預即可完成冶煉。轉爐智慧煉鋼系統提高了生產穩定性和產品穩定性，使直出鋼比例提高約26%、冶煉周期縮短2分鐘28秒、鋼鐵料消耗指標降低約2.9千克/噸。
整體而言，轉爐智慧煉鋼系統提高了煉鋼生產的智能化水平，獲得了顯著的經濟效益，降低了生產人員的勞動強度，在安全、環保領域取得了良好效果，成為煉鋼生產智能化應用的優秀范例，也標志著首鋼京唐真正實現了“一鍵式煉鋼”的轉爐智能化冶煉。
【新知】
技術提高的意義何在
上海優也首席科學家 郭朝暉
“一鍵式煉鋼”一直是鋼鐵領域的技術熱點。有人一直懷疑：技術的意義和價值何在？在我看來，技術的意義不在于直接和短期價值，而在于間接和長期價值，因為它是促進煉鋼廠技術改進、管理優化的抓手，建設一流鋼廠的驅動力。
我們知道，現代企業管理往往追求“零缺陷”“零延遲”“零庫存”。對許多企業來說，追求極限的質量、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，會不斷地發現新問題。在解決問題的過程中，人們會加深對技術和管理的理解，并促進技術的改進。事實上，現代工業恰恰就是在不斷逼近和突破極限的過程中發展起來的，是積跬步以致千里的結果。
“一鍵式煉鋼”的意義也是一樣的。單純從降低勞動強度、提高勞動效率的角度看，技術的意義并不是很大。但是，技術和管理中的任何問題，如合金比例不穩、稱量設備不準、崗位協調脫節，都會導致“一鍵式煉鋼”的失敗。在品種切換頻繁的時候，問題往往更大，這些都會給技術和管理的進步帶來新的挑戰。所以，推進“一鍵式煉鋼”，就要去迎接這些挑戰，就要推進技術和管理水平的提高，進而帶動質量和效率的上升、成本和能耗的降低、跑冒滴漏的減少、生產流程的順暢。
人們很早就意識到，企業推進智能制造的目的并非只是提高自動化水平，而是借力促進管理水平的提高?！耙绘I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，路漫漫其修遠兮，推進技術進步并非一日之功。我們需要長期堅持并不斷推進一鍵式的比例。若干年后，驀然回首，或許我們已經成為煉鋼技術的引領者。
《中國冶金報》（2024年02月27日 04版四版）
