李东海  罗 磊  叶 波

（重庆赛迪热工环保工程技术有限公司，重庆 401122）

摘要：本文简要介绍了转底炉工艺处理冶金含铁尘泥固废的发展概况，提出了通过数字化升级引领和促进转底炉技术的进一步提升发展，系统阐述了智慧转底炉一体化管控系统的架构与功能应用，并对未来发展提出了若干设想。

关键词：转底炉；智慧管控

1  前言

冶金含铁尘泥是指钢铁冶金企业在原料准备、烧结、球团、炼铁、炼钢、轧钢等主工序生产过程中，进行干法或湿法除尘处理后得到的各类含铁固体废弃物，其中仍含有铁、锌等大量的有价元素，有待进一步的资源化利用。其中，无锌和低锌的含铁尘泥可通过返烧结等方式实现铁素的直接循环使用，而剩下的含锌较高的含铁尘泥需单独进行脱锌处理后再回收利用，以免造成高炉锌负荷的快速循环富集，危害高炉的长寿稳定运行[1-2]。

对于大型长流程钢厂而言，火法工艺是当前最主流的脱锌处理技术，其中，转底炉技术因处理能力大、生产效率高、产品性能好，且可以同时实现铁、锌的高值化利用，因此近二十年来在国内外得以快速发展。

2  转底炉技术发展概况

转底炉处理冶金含铁尘泥固废技术在上世纪70年代末起源于美国，随着钢铁产业转移于90年代末在日本得以进一步发展。国内自2009年引进国外技术建成第一条转底炉线，历经消化吸收和不断改进而趋于成熟。截止目前，国内已自主设计建成二十余条转底炉线，约占全球转底炉总数量的70%，成为转底炉处理技术领域的领跑者。其中，近十年新建转底炉工程约80%由中冶赛迪设计建造。

转底炉技术属煤基直接还原炼铁工艺，是典型的单向型长流程作业，具有滞后强、扰动大的特点。特别是由于转底炉所处理的原料均来自上游炼铁、炼钢主工序，数量多、分布广、成份杂，在空间上和时间上均呈现出高度的离散态，计量与检化验信息关联性弱、时效性差，而转底炉作为末端处置环节，只能被动响应。因此，生产管控难度大，产量质量易波动，这已成为制约转底炉技术进一步发展的瓶颈。而随着钢铁行业的数字化转型升级，通过新一代数字化技术同步实现转底炉生产的智慧管控将是提升转底炉技术发展的有效途径。

传统的生产管控以基础过程自动化控制和人工决策为主，高度依赖生产人员的经验积累，管理决策较为模糊，难以支撑产线实现深度的精细化管控。通过建设智慧转底炉一体化管控系统，形成生产、物流、能源、质量、设备、成本和安环等全生产要素和全过程管理的一体化协同，逐步实现生产过程的自感知、自学习、自决策和自执行，从而完成过程管控的智慧化，生产运维的一体化，运营决策的可视化，管理组织的扁平化，达到精准辅助提质增效的目的。

3  智慧转底炉一体化管控系统功能介绍

3.1 整体架构

智慧转底炉一体化管控系统可实现传统L1/L2系统深度融合，完成对L1系统数据的通信、管理、分析和操作控制的同时，向上对接L3系统生产任务或订单，横向同步集成检化验系统和地磅计量系统数据，构建生产管理闭环，然后依托数字孪生工厂、可视化看板和视频监控形成的中控驾驶舱大屏进行集中展示交互，从而形成转底炉生产全过程生产要素的集中统一管理。

平台整体架构可分为数据层、数据传输层、平台基础层和功能应用层四个层级，各层级之间通过一体化网络实现数据互联互通，如图1所示。

（1）数据层：平台的数据源，包括全线仪表检测设备、生产控制设备、物流计量设备、检化验系统等。

（2）数据传输层：数据层和平台层之间，以及平台与上级云系统之间的的数据传输通道；各子系统之间基于以太网TCP/IP协议，采用OPC、SOCKET以及数据库等方式进行数据交互，确保数据采集和传输的可靠性和实时性。

（3）平台基础层：对各类数据进行采集、存储、清洗、聚合和分析，提取有价值的信息，为应用层提供支撑；包括IaaS平台、数据采集存储平台、大数据分析平台、图像识别平台、工业视频监控分析平台等。

（4）功能应用层：生产、质量、物流、能源、成本、运维、安环等各业务版块功能的具体呈现与人机交互；通过直观友好的用户界面，提供实时监视和控制功能，方便操作人员进行监控和调整。

图1 平台整体架构图

3.2 功能设计

3.2.1 生产管理

1）计划管理

完成生产任务或订单的录入、修改、删除、结案、审批、查询、统计、导出、打印等管理功能，形成生产计划制定的基础。

按照生产任务/订单的处理需要，结合库存信息和产线状态，完成生产计划的分解排产、分发推送、反馈跟踪和动态调整，助力各层级生产管理人员精准把握计划进度。

2）工艺管理

转底炉生产工艺的管理是整个平台的关键环节，中冶赛迪依托转底炉技术领域最为丰富的经验沉淀和知识积累，形成了全产线工艺管理的“智慧矩阵”（如图2所示）。通过遵循含碳球团高温直接还原工艺的基本原理，以流程工序子控制模块为基础，多系统多层级设备的协同控制为框架，同时配合多因素主题的交互式集成分析功能，实现以终端产品产量、质量综合最优为目标的全域智慧寻优，从而为转底炉生产提供核心智慧力。

图2 工艺管理“智慧矩阵”架构图

3.2.2 物料管理

提供车间原辅料、产品的入库、消耗和出库信息的录入、修改、删减、查询、推送等进销存管理功能，同步接入物流跟踪信息、检化验系统和地磅计量系统数据，完成从原料到产品的端到端一体化管理，高效支撑日常生产调度和计划跟踪。

1）出入库管理

原料管理——对外购的原辅料种类、运输量、时间批次、累积量、消耗量等信息进行出入库管理，更新库存状态并进行信息推送；

成品管理——对各产品的种类、累计量、出库批次、运输量等信息进行出入库管理，更新库存状态并进行信息推送。

2）物流跟踪

对与上下游频繁往来的原料及成品运输车辆加装GPS定位器和智能物联装置，实现车辆实时定位、轨迹跟踪、信息扫码读写等功能，形成对原料入库和成品出库来往车辆的全时域动态跟踪管理。

3.2.3 能源管理

负责生产所用能源介质的实时监测、分析和预警，包括：

采集各能介一次仪表数据，对产线实时消耗进行全时态监测和统计；

按照不同班次、不同时间维度内的能介消耗量，进行同比、环比、对比等多维度的对比分析；

结合用能计划、日常工况知识库及统计数据进行用能平衡和用能异常预警。

3.2.4 成本管理

提供能介消耗、原辅料、物流、人工、折旧、维修、办公成本等全成本核算一张图，可按照不同班次、不同时间维度进行横纵向对比分析，结合成本计划提供预警和优化建议，并进行可视化呈现，形成全过程成本管控的有力支撑。

3.2.5 设备管理

1）设备点巡检

电子打卡——按照点巡检标准流程定点打卡记录；

扫码查询——通过移动端扫描设备二维码，实时查阅设备点巡检作业指导书，并逐一确认记录；

一键推送——对设备异常、作业完成进度等信息向中控进行实时反馈。

2）停机管理

停机自动统计——按照正常计划停机与异常停机进行自动分类统计；

故障维修与分析——对异常停机进行维申请的分级推送，并提作业记录登记功能，汇总形成常见故障统计分析知识库。

3）健康诊断与预测

状态监控与异常预警——按照电机、轴承、温度、压力、流量、液位、开度等不同类别整合，结合个性化工况规则区分，建立工况规则库和提供异常预警；

设备易损件寿命预测——对主风机、混合机、成球机、转底炉等大型关键设备的易损件进行寿命预测分析，提供维护建议。

4）备件物资管理

负责完成备件物资的请购计划、入库登记、出库使用、设备报废/更换、盘点更新、报表生成、维修计划制定等日常管理的信息化功能。

3.2.6 质量管理

负责生产质量的全过程闭环管理，包括：

1）事前预测

根据检化验系统传入的原料数据，结合工艺管理模型对产品质量进行预测。

2）事中评估

根据检化验系统传入的产品数据对产品质量进行计算，结合生产质量标准进行评估。

3）事后分析

根据质量评估结果对各班组生产质量进行统计分析和图形图表呈现，形成质量追溯管理，同时提供未达标班组书面质量报告的上传录入功能，汇总形成生产质量知识库和改善建议。

3.2.7 安环管理

负责全厂生产的安全环保管理，包括：

1）消防安全

通过采集CO报警系统、火灾报警系统及重要区域视频监控画面，配合危险行为的智慧识别，对消防安全进行可视化集成管控，提供信息推送、警报联动功能，降低消防风险。

2）行为安全

通过工业电视监控与机器视觉算法分析，对煤气、机械运转等危险区域或电气室、中控室、厂区大门及关键操作岗位等生产区域的人员行为进行智慧识别和警报联动，降低安全风险。

3）环保管理

结合厂区生产各区域的环境治理设施分布及视频监控系统，以环保达标指标为核心构建全厂环保数字地图，并依托数字孪生工厂在大屏进行呈现，同时结合产线运行状态进行风险预警，并完成环境治理设备设施的智慧协同控制，为区域内的环保管理提供智慧助力。

3.2.8 人员管理

1）在岗管理

通过电子ID分配和智能定位装置，实时感知员工在岗状态及所处位置，并进行智慧分析与大屏动态呈现。

2）人员培训

依托数字孪生工厂和智能AR/VR装备，提供沉浸式漫游体验和操作安全培训。

3）绩效管理

通过从生产计划、产量质量、能介消耗、安全环保等不同维度的指标量化评估和可视化看板呈现，实现对不同班组在不同时间维度层面的绩效综合评价。

3.2.9 科研管理

负责生产核心工艺、专家知识库、图纸档案等日常的科技研发和技术管理。

3.3 可视化呈现

3.3.1 中控驾驶舱

通过3D模型搭建基于全产线厂房设备的数字孪生工厂，完成全产线真实物理信息的实时连接和动态映射，形成多物理量虚实结合的数字底座，同时辅以物料、能源、生产的拟态化跟踪，为生产管理人员提供统一、全面、直观、高效的人机交互呈现。

3.3.2 掌上移动工厂

通过移动终端或手机应用软件，开发个性化应用，支持在手机、平板电脑等移动设备上实现对现场设备的信息查询、浏览与作业管理，以及生产实时信息的分发、推送和查询浏览，促进产线管理的实时化和便捷化，包括：

移动点巡检——方便设备管理人员完成任务推送、定点打卡、扫码查询、清单对照、异常提醒等功能；

移动管理——将生产、质量、能介、成本等信息根据管理人员权限等级完成自动分发、推送，支持数据报表的可视化呈现和自定义查询。

4  智慧转底炉一体化管控系统应用

中冶赛迪作为专业化的工程技术公司，可充分发挥数字化技术与工程技术的交叉结合作用，通过构建全过程生产要素的一体化管控系统，完成从前期总体规划、中期过程建设到后期运营服务的全过程技术服务，实现工艺技术与生产管理的深度融合，真正形成数字赋能。

以国内新近投运的某20万吨转底炉固废处理线为例，其是当前占地最省、流程最短、数字化程度最高的转底炉工程。在项目前期规划阶段，通过融合实景地图与三维设计，对方案的总体布局进行系统规划和充分论证，实现了用地节约、流程简洁和物流通畅，为转底炉建成投产后的高效低成本运行奠定良好基础。在项目过程建设阶段，依托统一的三维数字化设计工具和平台，实现多专业正向三维协同设计，从底层开始构建数字孪生车间，为管控系统的快速、准确搭建提供坚实支撑。在项目投运后，赛迪将继续提供生产运维服务，专家服务团队与计算机团队结合实际生产条件，将融合产生的个性化工艺技术持续嵌入平台内迭代优化，预计产线整体稳定性及产品合格率可提升10%左右。

5  展望

为适应企业数字化转型发展的要求，同时也是落实新《固废法》建立固废全过程管理的要求，可依托转底炉固废单元构建冶金尘泥的“智慧固废中心”，综合运用物联网、5G、大数据等新一代数字化技术，破除固废产地多源、检测计量数据离散、管理部门多头等信息孤岛难题，打通钢铁企业内固废产生、流转、治理、排放的全业务数据链，实现测得准、传得快、说得清、管得好，形成全厂冶金尘泥固废从源头产生到中转库存以及末端处置的全流程一体化管控，实施路线如下：

全厂固废进行统一分类和编码，梳理规划利用路径，建立全厂固废管理的规范化流程；

各固废产生点进行电子标签化改造，实现运输固废品名、批次信息的自动标识；

接入检化验、中转库存等信息，同步固废品质、库存量等；

计量系统的信息化改造，实现运输固废标签的自动识别并自动上传计量信息；

建立固废流转的可视化监控网络和智慧调度模型，通过匹配工艺主线的生产工况，实现从产废源头、中转库存和处置末端的智能预测和优化调度；

建立固废管理的自动台账，并进行可视化呈现，为企业提升固废精细化管理水平、实现固废高效利用、减少环保违约风险，提供全方位的智慧管理与决策支持；

融合大气治理的集中环保管控，打通全流程生产中污染治理、排放、流转的数据链条，建立大数据诊断模型，实现大气治理污染物排放的智能预测预警、伴生固废的智能的预测与调度，最终升级形成完整的管控智慧矩阵。

参考文献

[1]  罗磊，雍海泉. 转底炉工艺对高炉生产的影响[J]. 工业加热. 2017, (5):17-18.

[2]  李东海. 转底炉处理冶金含锌尘泥技术工业化历程概述[J].工业加热. 2022, 51(9):1-4.