智慧高爐：為“鋼需”提供新解法

東北大學(xué)教授儲滿生（右三）和學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室開展工作。 東北大學(xué)供圖（資料圖片）

　　眾所周知，鋼鐵生產(chǎn)過程中，高爐冶煉環(huán)節(jié)是能源消耗和排放“大戶”。而在中國寶武鋼鐵集團(tuán)有限公司下屬的上海梅山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱“梅鋼”），東北大學(xué)儲滿生教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的智慧高爐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了碳排放降低5%、噸鐵降本30元的成效，為推動鋼鐵產(chǎn)業(yè)降碳增效提供了新解法。這一成果入選了《世界金屬導(dǎo)報》組織評選的“2024年世界鋼鐵工業(yè)十大技術(shù)要聞”。

　　“梅鋼智慧高爐項(xiàng)目的成功應(yīng)用，代表了鋼鐵行業(yè)智能化與低碳化轉(zhuǎn)型的重要突破，為鋼鐵行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型提供了可復(fù)制的示范路徑，并為未來鋼鐵產(chǎn)業(yè)的智能化發(fā)展提供了重要支持。”對于該項(xiàng)目，評審專家給予了高度評價。

　　校企攜手攻關(guān)，讓高爐更智能

　　傳統(tǒng)的高爐操作，依賴經(jīng)驗(yàn)與人工調(diào)控，難以實(shí)現(xiàn)精確的過程優(yōu)化和實(shí)時調(diào)整，容易造成生產(chǎn)不穩(wěn)定和資源浪費(fèi)。隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施，推動鋼鐵產(chǎn)業(yè)降碳增效迫在眉睫。

　　2023年9月，東北大學(xué)與梅鋼簽署了產(chǎn)學(xué)研合作協(xié)議，“低碳數(shù)字化鋼鐵協(xié)同創(chuàng)新中心”揭牌成立。針對傳統(tǒng)高爐冶煉的痛點(diǎn)，該校鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，與梅鋼組成產(chǎn)學(xué)研協(xié)作創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，以“通用模型＋個性數(shù)據(jù)”的創(chuàng)新理念，成功研發(fā)出智慧高爐系統(tǒng)，順利應(yīng)用于梅鋼4070立方米高爐。

　　團(tuán)隊(duì)青年教師唐玨介紹，智慧高爐系統(tǒng)著眼于高爐操作的智能化預(yù)測和調(diào)控，主要包括高爐操作爐型智能量化表征、高爐關(guān)鍵操作變量的智能化預(yù)測與反饋、高爐爐渣堿度的閉環(huán)智能調(diào)控、高爐爐況的智能預(yù)測與溯因模型等方面。這些技術(shù)通過對歷史和實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立高精度的預(yù)測模型，使高爐操作能夠根據(jù)實(shí)際情況實(shí)時調(diào)整，優(yōu)化工藝過程，減少不必要的能源消耗。

　　科學(xué)原理的理論可行性如何在生產(chǎn)一線落地？如何解決高爐煉鐵中數(shù)據(jù)利用率低、原料波動大、爐熱控制不穩(wěn)定等關(guān)鍵難題？一個個問題猶如攔路虎，考驗(yàn)著團(tuán)隊(duì)的智慧與毅力，呼喚著校企雙方發(fā)揮各自優(yōu)勢，共同迎接挑戰(zhàn)。

　　自項(xiàng)目開展以來，該校科技工作者和梅鋼技術(shù)人員雙向奔赴，攜手鉆研。研究團(tuán)隊(duì)駐廠工作累計(jì)約4500小時，與梅鋼專家組團(tuán)隊(duì)交流討論20余次。

　　以梅鋼5號高爐為核心應(yīng)用場景，歷經(jīng)兩個月通宵達(dá)旦的測試后，團(tuán)隊(duì)采用大數(shù)據(jù)、智能算法與冶煉工藝深度融合的驅(qū)動模式，提出了基于“原燃料—操作—狀態(tài)—渣鐵”的全鏈條數(shù)據(jù)治理方案，以及涵蓋爐熱智能預(yù)測與反饋、關(guān)鍵變量預(yù)測、爐渣堿度閉環(huán)和綜合爐況智能診斷的智慧高爐模型，為智慧高爐技術(shù)的深度應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

　　變數(shù)據(jù)為信息，讓高爐更“透明”

　　封閉的高爐中，化學(xué)反應(yīng)瞬息萬變。通過深度解析，把復(fù)雜的高爐數(shù)據(jù)變?yōu)榭晒﹥?yōu)化的信息，讓高爐運(yùn)轉(zhuǎn)更加“透明”，是智慧高爐系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。

　　“根據(jù)高爐數(shù)據(jù)來源和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，我們系統(tǒng)梳理了梅鋼高爐生產(chǎn)工序數(shù)據(jù)，共采集2500余個參數(shù)字段，通過數(shù)據(jù)治理、時滯性分析和關(guān)聯(lián)性分析，開發(fā)了模塊化、自適應(yīng)的智能解析方法，將煉鐵數(shù)據(jù)利用率提升至80%?！眻F(tuán)隊(duì)技術(shù)骨干石泉說。

　　在數(shù)據(jù)智能解析過程中，團(tuán)隊(duì)就梅鋼原燃料數(shù)據(jù)與入爐料對應(yīng)關(guān)系擬出多種解決方案，逐個測試驗(yàn)證方案的可行性，累計(jì)測試代碼量近4萬行。

　　通過數(shù)據(jù)與機(jī)理的深度融合，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了提前1—3小時精準(zhǔn)預(yù)測爐熱、煤氣利用率、透氣性等關(guān)鍵參數(shù)，提前6小時優(yōu)化配料方案應(yīng)對原料波動，并實(shí)時診斷爐況狀態(tài)，動態(tài)推送噴煤量、風(fēng)溫等調(diào)整措施，全面提升了高爐運(yùn)行的穩(wěn)定性和智能化水平，為燃料比降低11kg/噸鐵、噸鐵生產(chǎn)成本減少30元、噸鐵二氧化碳排放降低25kg目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的支撐。

　　“高爐智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，如同給高爐裝上了‘聰明大腦’，不僅提升了操作的穩(wěn)定性，還能提升煉鐵過程的可控性和安全性，顯著降低生產(chǎn)成本和碳排放?！眱M生說。

　　“這個項(xiàng)目的成功，歸功于數(shù)據(jù)、機(jī)理與經(jīng)驗(yàn)的深度融合。以數(shù)據(jù)驅(qū)動為基礎(chǔ)、機(jī)理模型為核心、冶煉經(jīng)驗(yàn)為補(bǔ)充，形成了集成式智能煉鐵解決方案，為鋼鐵產(chǎn)業(yè)低碳化、智能化轉(zhuǎn)型樹立了標(biāo)桿，提供了可推廣、可復(fù)制的技術(shù)示范?！敝袊こ淘涸菏俊|北大學(xué)教授王國棟表示。

　　工藝全面升級，發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力

　　智慧高爐系統(tǒng)的成功應(yīng)用，并沒有使團(tuán)隊(duì)停下攻關(guān)的腳步。著眼于技術(shù)在其他高爐和工序中的推廣，團(tuán)隊(duì)又在鐵區(qū)一體化智能化煉鐵技術(shù)上取得了重大突破。

　　鐵區(qū)一體化閉環(huán)賦能體系，是團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的以人工智能和數(shù)字孿生技術(shù)為核心的高效生產(chǎn)優(yōu)化平臺。該體系通過對燒結(jié)、球團(tuán)、高爐等工序的實(shí)時數(shù)據(jù)采集與分析，實(shí)現(xiàn)了虛擬和物理過程的動態(tài)交互，支持煉鐵工序?qū)崿F(xiàn)從狀態(tài)感知、實(shí)時分析到科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的全流程閉環(huán)控制。

　　在該體系的助力下，數(shù)據(jù)就像一條條靈動的“信息流”，高保真、全局性、高響應(yīng)地流動著，提前預(yù)測工序運(yùn)行狀態(tài)，為煉鐵生產(chǎn)提供更加穩(wěn)定、高效的保障。

　　這項(xiàng)技術(shù)引起了多家國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。在撫順新鋼鐵180平方米燒結(jié)產(chǎn)線，技術(shù)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)計(jì)算燒結(jié)終點(diǎn)信息，協(xié)助現(xiàn)場燒結(jié)終點(diǎn)精細(xì)化管控，開展燒結(jié)狀態(tài)質(zhì)量提前預(yù)測與操作參數(shù)反饋，突破了現(xiàn)場操作人員產(chǎn)線調(diào)整時空限制，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動燒結(jié)產(chǎn)線異常分析，提供現(xiàn)場工藝所忽視的產(chǎn)線異常數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果。

　　“我們將深化智能化煉鐵技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，服務(wù)鋼鐵行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展，為我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級貢獻(xiàn)自己的力量?！眱M生對未來充滿信心。

《中國教育報》2025年03月26日 第06版