蒲春雷 罗龙 卢翔 赵国磊 张翔
（中冶华天工程技术有限公司）
0 前言
作为我国冶金工程咨询、设计、工程承包业务的国家级大型科技型企业，中冶华天凭借着在钢铁生产全流程工艺上近60年的工程实践，以及与高等院校科研合作，掌握了一批具有原创性的工艺管控原理和模型；通过承担马钢、沙钢、中天、宝武梅钢、南钢、莱钢、安赛乐米塔尔、阿曼索哈、马来钢铁等国内外高水平钢铁生产单位的设计、建设和中试运维，积累了丰富的生产数据库。
立足钢铁企业的工艺、装备、产品实际需求，中冶华天通过先进的信息化硬软件技术，与生产排产、工艺质量、工序成本等融合，形成多源异构数据采集与传输、设备性能状态实时判定与故障预警、工艺质量协同控制、面向生产过程全成本精细化计量和管控等技术,在制造一体化云平台框架下，为钢铁生产制造全流程的智能化奠定了基础。
中冶华天形成了在前期方案设计中，强化制造过程状态感知，将作业排布、工艺参数制定、加工过程信息融合形成数据平台，开展制备信息流程与装备健康分级、工艺设计与排产、产品性能稳定性管控、多工序智联体管理、综合成本等的分析，达到对智能计划排产、智能工艺参数制定、并行同步模拟仿真生产管控的支撑，实现生产自我决策。最后在统一的智能制造云服务平台下，指导生产线精确执行，并基于监督学习更新模型算法库，自我学习，实现钢铁制造过程的智能化。
1 智能化原料场
在中冶华天智能化原料场技术中，核心技术包括流程智能选择、数字化料场系统、堆取料机智能化控制及混匀智能配料系统。流程智能选择中，取代人工作业计划编制，系统根据来料或供料要求信息先予以判断.随后通过料堆堆（仓）位选取自动形成作业指令，自动选择出距离最短、能耗最低的流程，完成物料自动堆、取作业，系统效率提高50%，能耗降低5%。
1.1数字化料场系统
通过激光扫描仪扫描料堆轮廓，进行三维数据采集，由图像服务器进行三维成像和体积计算，与原料系统的计量系统进行交换，统一在数字化料场系统中管理，所生成数据保存在数据库中，分析处理数据，实现实时盘库，根据料场信息建立料场动态分布图。数字化料场系统可跟据料场、堆取料机、皮带机以及转运站等结构图进行三维建模，构架三维仿真系统，实现原料场中控直观的视觉监视效果•盘库效率提高60%以上。
1.2堆取料机智能化控制系统
与流程智能选择相结合，接收流程信息，根据堆、取模型，实现堆、取料机自动寻址、自动堆位、自动选择堆取模式，提高料场利用率20%,提高堆取料机作业效率50%。
1.3混匀智能配料
根据质量管理系统提供的物料参数和企业管理级下达的目标成分值，根据数学模型自动进行物料配比计算，生成配料计划。
2 智能化烧结
中冶华天智能化烧结工厂立足烧结生产企业的用户需求，从工艺过程智能化、装备智能化和生产管理智能化三个主要方面着手，以先进传感器、数据挖掘、智能算法和工业互联网等技术为手段，提升生产效率、提升产品质量、降低生产成本和降低能耗排放。
在工艺过程智能化中，主要包括综合智能配料系统、烧结上料优化模型、烧结过程智能控制系统、混合制粒智能控制模型等，实现了烧结工艺过程的智能控制和生产优化。
在装备智能化中，主要开发烧结机在线自动加油机、环冷机下全自主式智能卸灰车、主抽风机智能节能控制系统、环冷机智能节能控制系统、除尘风机智能节能控制系统等。
在生产管理智能化中，通过烧结上下游生产信息的采集与分发、设备维护管理，实现设备状态预警、烧结指标预警、工艺秤准确性分析、关键工艺过程和设备运行状况四级报警、烧结生产数据的综合分析和管理等功能。
3 智能化炼铁
在炼铁领域，中冶华天从高炉本体、喷煤工艺、热风炉等核心工艺方面着手，依托60年来的工程实践积累，围绕高效、长寿、低耗炼铁，针对高炉本体，开发高炉炉顶布料智能仿真系统、高炉炉底炉缸安全运营管理系统、高炉炉身热负荷监控系统等，实现了高炉关键区域可视化、数字化监控，并通过自动分析生产数据，对高炉冶炼状态变化趋势及异常炉况进行早期预测，提供辅助决策信息，有效指导高炉操作，实现稳定、高效生产。
在喷煤工艺方面，吸收国内外先进工艺技术基础上积极创新，建成了综合集中智能控制制粉中心，形成了独具特色的新型下出料均匀自动煤粉喷吹工艺，具有喷煤量均匀稳定、自动调节、主管防堵设计、喷吹罐泄压智能控制、输送固气比智能控制以及远距离输送等特点。
在热风炉工艺方面，中冶华天通过三环道顶燃式燃烧器、溢流式冷风分配、壳体保温等专利技术， 结合自主开发的智能燃烧控制系统，通过智能化控制大幅提高风温水平、炉体寿命，降低废气排放作用。
4 智能化炼钢
中冶华天围绕核心的“一键炼钢”，基于自主开发的副枪作为检测手段和控制，在配料、辅材用量计算、熔清成分、吹氧、钢水量、终点预报进行了研发和应用推广。缩短了冶炼时间，降低了氧和原材料消耗，提高了铁和合金收得率，钢水质量，转炉煤气、蒸汽的有效回收率，达到更高效负能炼钢。
在主要模型中，配料方面根据目标冶炼、入炉铁水、废钢、留钢留渣等信息，给出最佳铁水比，配碳量等原料参数；熔清成分预报方面，根据已知冶炼钢种、所需合金成分及其他原材料、熔化期炉料中元素烧损率、烟尘量等，确定熔化期炉渣量及成分、炉气量及炉气成分，对熔清成分进行预报；吹氧计算方面，基于化学平衡和物料平衡建立模型，计算钢中各元素氧化和造泡沫渣消耗的氧量、电极氧化消耗的氧气等；在钢水量计算方面，基于冶炼过程的留钢留渣量、主原料（铁水和废钢）用量信息、投入料、过程控制信息，实时估算当前废钢熔化状态和当前熔池钢水量信息；终点钢水成分与温度方面，给出炼钢生产的原料和操作条件后，能够及时预测出出钢成分（如终点碳含量、磷含量等）和温度。
5 智能化轧钢
在轧钢领域，中冶华天针对热轧棒型材，根据工艺流程、装备和控制特点，就加热炉进行了基于“智能化、绿色化”的开发，实现了燃烧智能控制。通过采用专家模型系统，可根据坯料钢种、规格和轧制节奏自动选择加热制度，提供加热炉动态操作的优化控制策略，实现全自动燃烧控制功能.提高钢坯加热质量和温度均匀性，减少烧损，提高加热效率，减少NOX的生成，减少大气污染。达到节能、降耗、环保的目标。
在装备方面，开发了面向智能化的轧机，实现了轧制力的在线无极预施载、在线机架快速换辐机械手及系统、轧机运行状态监控、开展了基于AMES-im的轧机辐缝控制；就小型材精整区码垛机，采用并联机器人架构，运用大惯量控制技术、气力一电液组合推送技术、前端振动抑制技术、操作导航技术、故障诊断技术等先进技术，开发出国内首套T型导轨钢智能码垛机械手，成为世界上首套T型导轨钢智能码垛装备。
针对热轧棒型材轧线大多信息化和管控能力弱的情况，中冶华天提出了核心工艺智能化，全线管控“互联化”方案。开发制造过程信息流及云端数据集成系统，建立了核心装备（加热炉、轧机等）健康状态实时预报和智能评估模型；形成了轧件制造过程多场耦合的工艺质量设计系统、面向精细化生产的CAD-CAE孔型设计、炼铸轧智能排产；通过制造并行同步仿真，实现了多工序质量控制，建立了产品质量判定、改进和质量超限异常追溯体系，提升了产品稳定性和质量事故处理的快速响应能力；通过全流程的多工序智联体管理，实现了工序综合生产成本智能优化控制方法。
6 智能化产销流
中冶华天通过“互联网+ ”技术，先形成统一的大数据平台，为实现智慧化运营管理奠定基础，然后在系统中，融合厂区全部生产运营数据，通过对企业内部各部门（采购供应部、销售部、集团财务控制中心、管理部等）和各个管理环节（合同下达与执行、生产计划的实施和控制等）进行全面智能化管理，给企业管理者提决策支持，同时将经销商、供应商融入到系统，实现企业上下游管理的规范化、系统化、智能化。
基于该技术，进一步树立了供应链的核心地位。通过外部供应链供销关系的管理与合作，形成稳定的上下游关系，提高了企业内部产品升级、流程优化、效率提升等核心竞争力，实现了一体化的供应链管理流程；通过构建智慧化的供应链管理平台，实现了从矿产等原材料采购，到生产加工、库存转移、收货发货、运输、货物追踪，以电子渠道，实现业务流程信息流转的无缝联接;通过标准化、科学化的数据交换、业务管理、生产销售等流程，实现了整个链条的业务高效协同运作，并逐渐将传统的横向运作模式向纵向运作模式转变。
中冶华天作为冶金建设国家队排头兵和承担者，将沿着钢铁工业全流程生产路线，从智能化出发，结合工艺、装备、自动化，持续提优升级，挤进世界一流。