“转炉智慧炼钢系统，实现了转炉吹炼、出钢、溅渣、出渣生产全程的智能化控制，使用比例超过90%，过程无干预率在95%以上“转炉数字孪生技术，简单说就是通过数字技术把炼钢过程copy成影像，通过影像实时反馈，使工艺过程透明化，并自动进行过程控制。
“现在有了这套‘数字孪生’系统，我们就可以通过它来进入虚拟的转炉内，全面剖析炼钢全过程。”当记者来到首钢京唐钢轧部炼钢作业区时，炼钢工张俊飞指着大屏幕上正在实时运转的炼钢“数字孪生”系统赞不绝口。张俊飞提到的“数字孪生”系统全称“首钢京唐转炉数字孪生系统”，是由首钢京唐钢轧部联合首自信公司、京唐数智运营部共同研发的业内最前沿新技术。该技术将可视化和数字孪生技术进行融合应用，为打造炼钢智能化行业亮点，进一步破解钢铁流程共性技术瓶颈难题，提供了有效的实践和系统解决方案。
“智”向高远，“慧”聚未来。首钢京唐落实发展新质生产力的要求，坚持推动技术创新成为首钢第一竞争力，加强技术创新体系建设，发挥主体作用，形成更多成果，催生新的发展动能。在钢轧部，他们积极顺应行业绿色智能发展方向，以全面提升“绿色炼钢”能力为抓手，推动炼钢向“绿色化、低碳化、智能化、高效化”深度转型。日前，首钢京唐融媒体记者深入钢轧部炼钢作业区围绕“数字孪生”炼钢系统进行了专题采访。
01、技术引领抢占“智”高点
以科技创新抢占“智”高点，首钢京唐钢轧部坚持构建集约智能的生产体系，抢抓信息技术和智能制造机遇，在智能化生产上深耕发力。
“京唐在一期(炼钢部)炼钢上就掌握了自动出钢动态控制技术，率先开启了智能冶炼技术研究……”提起“智慧炼钢”，首钢技术专家、钢轧部主任工程师闫占辉对炼钢系统技术点如数家珍。他说：“二期(钢轧部)转炉智慧炼钢是在国内转炉智慧炼钢技术大需求的背景下启动的，但实现转炉智能化冶炼并不是一帆风顺的。转炉炉料结构复杂多变、原辅料成分不稳定、炉内反应无法实时监测、‘黑箱化’现象严重等问题一直存在，冶炼过程涉及固、液、气多相物质的复杂高温物理化学反应，包括吹炼、出钢、溅渣、出渣等多个关键阶段，各阶段先后进行互相关联，但实际炉况和自动控制的内容、方式差异巨大;转炉生产控制设备多、物料种类多、生产介质多，这些设备的控制、物料的加入、介质控制均需实现模型计算和自动控制;生产过程中产生的声音、图像等信息，以及由各种传感器测量获得的距离、流量、重量、成分、温度等众多数据类型，都需要纳入计算模型。”
破茧才能成蝶。为攻克这些难题，钢轧部与首自信、数智运营部等单位联合组建了核心攻关团队，吸纳生产、工艺、设备、计算机系统、模型开发等领域专业技术人员参与其中。
对于钢轧部人员结构年轻，经验不足、工艺相对繁多复杂的状况，抢占“智”高点并非易事，每前行一步，都会遇到新问题。攻关团队瞄准重点工序瓶颈问题，由点到线、由线到面，全域统筹、逐项攻关、奋力突破。在“智慧炼钢”改造中，第一个智能模块“自动出钢”模型开发虽有经验可以借鉴，但随着开发的不断深入，研发人员发现，其他产线转炉方案并不完全适用，他们结合现场实际，开始了无数次讨论修改。他们将自动出钢模型与炼钢岗位深度结合，将炼钢工的经验与机器视觉深度融合，最终形成了转炉智能出钢控制专家系统。出钢过程中，转炉根据钢水车的位置、钢水重量，自动倾翻转炉角度，并通过炉口摄像头监控炉口溢渣情况，如发生溢渣，模型专家系统自动给出相应操作，避免炉渣流入钢包，确保钢水质量。困扰大家的问题解决了，控制逻辑也由几个点发展为蜘蛛网般密布。
转炉炼钢一助手周冬升，负责模型的设定优化和逻辑关系设计。他结合现场实际从多角度、多方位思考问题，将现场操作工的经验与自动化程序有机结合，与团队协同开发了转炉自动溅渣智能控制模块，进一步规范了溅渣护炉操作，实现溅渣效果的统一性，溅渣成功率接近100%，为炉龄的稳定、底吹的通畅提供保证。“传统炼钢的溅渣环节全是凭着眼力来判断，误差也较大，而且还无法保证人员的安全。现在好了，通过这个模型就不用蒙着判断溅渣效果了!”周冬升说。
在炼钢作业区操作台前，生产人员手握鼠标点击“吹炼开始”按钮，智慧炼钢系统控制氧枪自动下降开始吹炼、物料自动加入、底吹自动控制、氧枪根据返干和溢渣实际炉况进行枪位自动调整、副枪自动测量，直至吹炼结束无需手动干预;点击“出钢开始”按钮，智慧炼钢系统控制转炉倾动、钢包车自动跟随、出钢异常报警停摇，直至出钢结束无需手动干预……2023年2月，钢轧作业部8号转炉开始陆续实现各步骤自动控制;2023年8月，各功能模块投入使用并完成联动运行。历时20个月，自主研发的转炉智慧炼钢系统正式上线试运行，成效显著。
“转炉智慧炼钢系统，实现了转炉吹炼、出钢、溅渣、出渣生产全程的智能化控制，使用比例超过90%，过程无干预率在95%以上。经专家团队评议，系统技术水平达到国际先进水平。”闫占辉高兴地说。转炉智慧炼钢系统提高了生产稳定性和产品稳定性，使直出钢比例提高约26%、冶炼周期缩短2分钟28秒、钢铁料消耗指标降低约2.9千克/吨。
建设智慧炼钢的目的是什么?首钢京唐钢轧部党委书记王国连回答：“这套智慧炼钢不仅降低了人员劳动强度，更重要的是通过系统的运行，可以消除人为操作导致的犯错几率，让产品质量更稳定、更具竞争力，职工获得更大的安全感和获得感。”
02、突破壁垒“智”在管控
工厂的数字化是在自动化的基础上，进一步保证生产高效运行、员工人身安全。
利用信息技术“打开”转炉生产高达2000℃的冶炼过程“黑箱”，使其可视化、透明化;实现生产实时状态的可视化集中监控，即总览炼钢过程、设备实时参数、运行状况等，生产实绩实时上传……转炉“数字孪生”技术应运而生。
在钢轧部炼钢作业区主控室的大屏上，硕大的模拟炼钢转炉冶炼动态图像一下映入记者眼帘。在这个动态冶炼画面里，虚拟钢水在不停地翻滚着，中间的一根氧枪底端模拟冶炼过程在炉内发出耀眼的白光……这是转炉内实时吹氧的状态。在虚拟转炉的左右两侧，“转炉信息”“烟气信息”“副枪信息”“冶炼信息”“辅料信息”……各种炼钢参数在不停地变化着。“以前的炼钢过程需要人工去现场手持炼钢镜进行观察。你看，现在我们直接在大屏上显示吹氧效果，整个过程数据一目了然，而且还相当准确!”“这就是我们的‘炼钢数字孪生系统’。”现场工作人员告诉记者。今年2月份，京津冀协同发展十周年之际，新华社、《工人日报》等多家媒体来到首钢京唐钢轧部炼钢作业区，他们对这里的“数字孪生”炼钢技术很感兴趣，纷纷围着现场工作人员进行采访。
打开转炉“黑箱子”，让操作步骤透明化。操作数字化，是科技创新的关键一环。
“转炉数字孪生技术，简单说就是通过数字技术把炼钢过程copy成影像，通过影像实时反馈，使工艺过程透明化，并自动进行过程控制。”钢轧部生产技术室危尚好介绍说，“这项技术攻关虽然困难重重，但我们独创的这项技术为转炉冶炼过程精准控制，搭建了有效的可视化平台，为转炉生产工艺控制、钢水质量保证提供了有力支撑。”
在这套“数字孪生”炼钢系统研发中，京唐工匠、钢轧部炼钢工王东是此项目的关键成员之一。谈起攻关过程时，王东颇有感触：“这套系统实现投产非常不容易，在模拟和热试阶段误报警、信号中断等故障频出，除了自身程序之外，周边环境、物料种类、生产介质的任何变化都需要涵盖进去，通过我们生产技术和设备人员的多次改动才优化了使用效果。”
“提升生产效率、降低职工劳动强度是我们一直追求的。”炼钢作业区首席作业长王星说，“在这套系统里转炉出渣的准确度决定了职工清理炉下的频率，此套系统通过采用机械视觉代替人眼，控制转炉与渣车的联动，保证了出渣的安全和效率，大大减少了职工清理炉下的频次，减轻了人员劳动强度。”
“工人不需要再到现场，这套系统能自动识别生产所处阶段，将画面直接模拟到显示屏，生产操作人员从‘不敢用’到‘离不开’，从‘干粗活’过渡到了‘坐办公室’。开句玩笑，我们现在是‘喝着茶炼钢’。”说着，王星脸上露出了灿烂的笑容。
03、前景无限“智”向高远
随风潜入夜，润物细无声。从“简陋的数据收集、准确率低的人工干预”，升级为“一键获取各种数据源、数字模拟远程实时分析”，在首钢京唐钢轧部，“智慧炼钢”孕育出了勃勃生机。在这里，敢想敢干、敢闯敢试的创新理念已深入人心。
“虽然我们打开了转炉‘黑箱子’，实现了一键式炼钢，但我们依然在继续挖掘和优化，不断提升模型命中率。”谈到今后的炼钢发展，闫占辉说，“下一步我们还要通过图像识别来研发‘自动兑铁’‘自动加废钢’等环节，进一步减少炼钢工的人为干预，使职工通过手中的鼠标就能实时监控、操控车间的一切，不断推动无人化炼钢进程。”
“智能化是一项系统工程，不能各自为战，需要我们付出长期艰苦的努力和诸多工艺技术创新，更需要把系统的每个环节做到精细化、规范化、标准化，这样才算得上是真正意义上的智能化、数字化。目前，公司正打算把这项数字炼钢技术推广到一期炼钢工序上应用。”闫占辉说。
“加快发展新质生产力，扎实推进高质量发展”。在首钢京唐，广大职工正在用科技创新开启新的纪元。身处“智慧炼钢”时代的炼钢职工更加深刻地体会到通过技术创新统领“四个制造”在企业发展中的重要性，深刻体会到自身肩负的沉甸甸的责任。科技创新，任重道远。面对炼钢工艺科技化、智能化的突飞猛进，新时代的炼钢人正如逆水行舟、不进则退，唯创新方能行稳致远。他们在创新磨砺中“冶炼”自我、增长智慧，努力打造中国式现代化的首钢场景。
结束采访时，记者了解到，在信息化建设过程中，首钢京唐认为，打造行业智慧工厂首先是利用好现有资源，把握好先进性与前瞻性之间的平衡，在运用好自动化工艺及大数据等信息化技术手段的基础上，把“两化融合”、智能制造作为打造智慧工厂的主攻方向。首钢京唐正紧扣时代发展脉搏，借数字经济蓬勃发展之势，瞄准全面实现“四个一流”目标，向“绿色化、低碳化、智能化、高效化”深度转型，在全工序推进智能化建设，并据此提出“应用信息化、智能化技术，加速推动数字化、智能化转型发展，将京唐建设成智能化钢铁厂”的战略构想。
顶尖创新，领先未来。成功的路上，相信京唐一定会走得更远……
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