本報通訊員 丁書洪 欒長河
“轉爐煉鋼是一個極其復雜的化學反應過程，平時根本看不見、摸不著，有了問題也是靠經驗、靠猜。現在有了這套數字孿生系統，我們就可以通過它來全面剖析煉鋼全過程，找到制約我們降低成本、提升質量的根本原因。”2月24日，山鋼股份萊蕪分公司煉鋼廠煉鋼二車間主任張偉對筆者介紹說。
張偉提到的數字孿生系統全稱是“轉爐三維數字孿生可視化系統”，是由該煉鋼廠聯合山鋼研究院、山信軟件共同研發的前沿新系統，可將三維可視化和數字孿生技術進行融合應用，為打造煉鋼智能化行業亮點，進一步破解冶金“黑箱”作業、“模糊”控制與“虛擬”制造等鋼鐵流程共性技術瓶頸難題提供了有效實踐和系統解決方案。
2007年，該煉鋼廠引進達涅利副槍系統，并以副槍設備為基礎，自主開發以無人干預冶煉工藝為核心的智能化技術，實現人工智能與冶煉模型的有效結合，全程無干預智能化冶煉比例達到95%以上。2019年，該煉鋼廠新增上爐氣分析智能煉鋼項目，以激光氣體分析儀為基礎，結合現場輔助檢測手段，建立轉爐爐氣分析終點操作控制模型和相關配套軟件，實現轉爐冶煉過程動態控制與終點預報，提高了轉爐操作水平和終點控制精度。2019年，該煉鋼廠與山信軟件聯合開發并投用的高效、多功能智能出鋼二級控制系統，實現了“模型”與“控制”的功能分離，可根據轉爐冶煉終點的不同狀況自動判定、自動修正，保證最優的出鋼控制，減少了出鋼過程中安全與質量的隱患，屬國內首創。近幾年，該煉鋼廠通過對轉爐煉鋼智能控制技術各功能模塊的融合集成，以及L1、L2、L3等多級系統間的協同交互，實現了從下槍吹煉到過程控制，再到終點停吹、搖爐出鋼、擋渣、濺渣等轉爐冶煉全過程操作的智能化控制，使冶煉過程的物料攝入、能源介質消耗更加精準，鋼水質量得到大幅提升，取得較好的經濟和社會效益。
但是，隨著智能化程度不斷升級，目前全過程智能煉鋼在冶煉過程、設備運行等方面存在可視化欠缺，造成二級控制平臺應用展示效果差、人機互動關鍵數據不能便捷共享等難題，該煉鋼廠急需構建基于物理實體和實際數據的三維數字孿生可視化平臺。
“鋼鐵生產是多工序、長流程的制造行業，隨著智能化水平提升，集中控制、全封閉管理已經成為發展趨勢，但國內對于鋼鐵生產控制過程可視化的研究較少，普遍缺乏相應的展示平臺。轉爐三維數字孿生可視化項目能夠搭建轉爐工序過程控制可視化平臺，通過冶煉過程和設備運行狀態的在線、實時、動態展示，可以實現各級工藝和設備數據共享，既而達到資源協同、生產效率提升的目標。”該煉鋼廠黨委副書記、經理王鍵說。
“轉爐數字孿生技術，簡單說就是通過數字技術把工藝過程拷貝成影像，通過影像進行實時反饋，使工藝過程透明化，方便進行過程追溯。”該煉鋼廠生產技術室主任寧偉介紹說，這項技術為實現轉爐冶煉過程精準控制提供了有效的可視化平臺，同時為進一步挖掘過程數據提供了強有力的集成平臺，更為后續轉爐生產管控工藝控制、質量追溯提供了全新的系統架構。
轉爐三維數字孿生可視化系統以智能控制模型為核心，依托可靠的副槍、機器視覺、紅外測量、聲吶信號等監測系統完成數據采集，并利用新一代信息技術，在虛擬空間中生成集對象、模型及數據于一體的轉爐仿真模型，與真實空間中的轉爐實體（高清攝像）完全對應一致。通過多維動態數字映射、信息輸出、模擬數據等，該系統能洞察和呈現轉爐實體的實時狀態，為現場人員提供實時、直觀、可量化作業環境。
王鍵表示，以數字孿生技術為代表，該煉鋼廠扎實推進《智慧煉鋼創建綱要》，以文化全部做實、運維全部集中、生產全部智能、操作全部替代、質檢全部在線、風險全部預警“六個全部”為目標，爭創全國最優秀的智慧鋼廠。“煉鋼廠將繼續舉全廠之力、集眾人之智，全力打造以生產智能協同、管理科學高效、指標行業領先、環境綠色友好、員工素質一流、企業幸福和諧為基本特征的智慧煉鋼體系，為建設數智山鋼，推動企業做強做優鋼鐵產業，實現高質量發展注入更加強勁的動力。”王鍵說。
《中國冶金報》（2022年3月1日 04版四版）
