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通讯员 闫小柏 闫占辉 报道
转炉炼钢操作台前，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……这是2024年2月25日首钢京唐钢铁联合有限责任公司（下称首钢京唐）钢轧作业部8号转炉的实际生产场景，由该公司自主研发的转炉智慧炼钢系统，大大提升了转炉生产的智能化水平，降低了生产人员的劳动强度。
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，最终实现无线端控制炼钢。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。
（图源：首钢京唐公众号）
实现转炉智能化冶炼困难重重。长期以来，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，主要靠人员经验判断、解决。转炉炼钢操作的智能化是当前的主流趋势，但转炉智慧炼钢系统的研发面临诸多困难：转炉冶炼过程是在开放反应釜内进行涉及固、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。
为攻克这些难题，生产侧的首钢京唐和技术侧的首自信联合构建核心攻关团队，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，历时20个月，自主研发了转炉智慧炼钢系统，于2023年8月上线试运行，成效显著。
转炉智慧炼钢系统具备两大优点——
一是建立先进感知体系，实现冶炼过程智能化控制。根据不同场景，安装多种高清数字摄像头，对转炉冶炼过程进行全过程监控，采用视觉识别，结合烟气分析、声呐、副枪检测、下渣检测、传感器等技术，建立吹炼、出钢、溅渣、出渣等生产过程控制的感知体系，将生产信息纳入冶金模型。
二是深度学习模型与机理模型相结合，实现转炉生产全程的智能化控制。采用深度学习方法处理吹炼、出钢、溅渣、出渣各阶段图像信息，实现非结构化、非指标化数据向结构化、指标化数据转变；采用基于冶金机理的静态计算模型、脱碳动态模型、合金计算模型等，实现加料量、加氧量等过程控制参数计算；采用基于生产控制及安全规程的控制模型，实现全生产过程的自动化控制。
在转炉吹炼过程智能化控制上，该系统以图像识别为核心技术，对出钢口及炉口火焰强度进行综合分析形成火焰指数，综合烟气、声呐、炉口溢渣信息，形成四大判断依据，并依此进行氧枪控制，使转炉吹炼全程处于理想的平稳冶炼状态，解决吹炼喷溅及返干发生几率高的问题。同时，良好的造渣提高了转炉脱磷率，终点钢水中磷含量最低达到0.003%。
在转炉出钢过程智能化控制上，该系统以图像识别为核心技术，对出钢过程转炉包沿钢液位置进行识别，同时计算“出钢秒流量”，实时判断出钢安全状态，保证出钢过程处于“最大静压力”下最快出钢状态，同时确保出钢过程安全。
在转炉溅渣过程智能化控制上，以静态模型与动态智能控制相结合的方式实现溅渣自动控制。静态阶段执行溅渣模式表，起渣后根据炉口摄像头识别渣粒参数，动态调整枪位及物料加入，完成溅渣操作。通过使用自动溅渣功能，缩短了溅渣时间18秒~1分钟，溅渣护炉效果稳定。
在转炉出渣过程智能化控制上，通过计算摇炉角度与渣罐车位置的对应关系，控制转炉倾动与渣罐车同步运行，保障炉渣倒入渣罐；同时利用摄像头视觉系统监控倒渣情况，倒渣渣流异常时及时提示切换控制，实现安全状态下的转炉自动出渣。通过自动出渣功能控制投用，炉下渣量产出较投用前减少2.1吨/天，降低了渣罐车及炉下渣的清理频次。
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，将原来频繁的人工手动控制转变为了计算机智能化控制，现场操作人员可“一键”启动自动化控制过程，中途无需干预即可完成冶炼。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。
整体而言，转炉智慧炼钢系统提高了炼钢生产的智能化水平，获得了显著的经济效益，降低了生产人员的劳动强度，在安全、环保领域取得了良好效果，成为炼钢生产智能化应用的优秀范例，也标志着首钢京唐真正实现了“一键式炼钢”的转炉智能化冶炼。
新知
技术提高的意义何在
❏上海优也首席科学家 郭朝晖
“一键式炼钢”一直是钢铁领域的技术热点。有人一直怀疑：技术的意义和价值何在？在我看来，技术的意义不在于直接和短期价值，而在于间接和长期价值，因为它是促进炼钢厂技术改进、管理优化的抓手，建设一流钢厂的驱动力。
我们知道，现代企业管理往往追求“零缺陷”“零延迟”“零库存”。对许多企业来说，追求极限的质量、效率和成本带来的直接价值是有限的，甚至是不值得的。但是，人们在追求极限的过程中，会不断地发现新问题。在解决问题的过程中，人们会加深对技术和管理的理解，并促进技术的改进。事实上，现代工业恰恰就是在不断逼近和突破极限的过程中发展起来的，是积跬步以致千里的结果。
“一键式炼钢”的意义也是一样的。单纯从降低劳动强度、提高劳动效率的角度看，技术的意义并不是很大。但是，技术和管理中的任何问题，如合金比例不稳、称量设备不准、岗位协调脱节，都会导致“一键式炼钢”的失败。在品种切换频繁的时候，问题往往更大，这些都会给技术和管理的进步带来新的挑战。所以，推进“一键式炼钢”，就要去迎接这些挑战，就要推进技术和管理水平的提高，进而带动质量和效率的上升、成本和能耗的降低、跑冒滴漏的减少、生产流程的顺畅。
人们很早就意识到，企业推进智能制造的目的并非只是提高自动化水平，而是借力促进管理水平的提高。“一键式炼钢”就是这样的一个典型——以自动化为载体，以智能化为灵魂。但是，路漫漫其修远兮，推进技术进步并非一日之功。我们需要长期坚持并不断推进一键式的比例。若干年后，蓦然回首，或许我们已经成为炼钢技术的引领者。
