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中冶赛迪破解钢铁行业数字化转型难题
2022-06-20 记者 周凯 重庆报道 来源: 经济参考报
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  400多块各类电子屏上实时显示着大量生产数据,37个操作岛向2公里外的生产基地传达指令,生产基地内各类自动化设备有序运行、一线员工大幅减少……这是山东钢铁集团永锋临港有限公司智慧工厂内的场景。

图为山东钢铁集团永锋临港有限公司智慧工厂智控中心。中冶赛迪供图

  这座国内钢铁行业首个全流程数字化钢厂,由中国五矿中冶集团下属的中冶赛迪集团有限公司(下称“中冶赛迪”)承建,自2021年6月运行以来,吨钢成本较永锋钢铁本部基地平均下降超100元,人均吨钢产量超1500吨/年,预计年节约成本超2亿元。

  中冶赛迪作为我国老牌钢铁设计院,近些年加快向科技型企业转型,重点布局工业互联网平台和智能制造领域,着力破解工艺复杂、工序繁多、风险难控等钢铁产业升级难点,承建了一批引领性的钢铁智能制造项目,引领我国传统钢铁行业数字化转型。

  工艺流程庞杂制约钢铁产业升级

  尽管我国钢产量长期保持世界第一,但20多年前,不少钢铁工程核心技术和装备受制于人。中冶赛迪曾主持设计了我国首座自主建设的大型钢铁基地攀钢和首座大型现代化钢铁基地宝钢,十余年来瞄准钢铁行业“卡脖子”问题,相继攻克钢铁全流程一大批关键技术,并形成了绿色电炉、特厚板连铸、万能轧机、无缝钢管等自主研发的核心产品,推动了我国钢铁技术装备的完全自主。

  当前我国钢铁技术和装备能力总体上已处于世界领先水平,继续以装备升级、工艺流程优化等手段推动行业发展已进入瓶颈期,现阶段如何开辟钢铁行业降本增效、绿色低碳转型的新赛道?

  中冶赛迪董事长肖学文说,大数据、智能化正驱动着新一轮科技革命和产业变革,中冶赛迪一方面继续加强钢铁工程技术和装备研发,一方面于2010年组建中冶赛迪重庆信息技术有限公司(下称“中冶赛迪信息”),融入自身60余年的行业积累和经验,主攻大数据、智能化技术在制造业的应用,为传统钢铁制造赋能。

  几年下来,中冶赛迪发现,钢铁行业的智能制造比一般制造业难度大得多。中冶赛迪信息总经理徐灿、技术研究院院长张晓辉等介绍,多年前钢铁行业就开始了自动化革新,虽然提高了企业生产和管理效率,但这种自动化仅限于钢铁生产的部分设备和环节,没有系统性解决生产依赖人工、管理环节众多、各流程衔接不畅、管控效率低下等老大难问题。

  徐灿、张晓辉等业内人士认为,钢铁行业智能制造主要难在以下方面:一是钢铁制造流程复杂、工序繁多。钢铁生产从原料运输、储存、投料到焦化、冶炼、连铸、轧钢多达数十种工序,同时一个钢铁厂还有能源动力、环保处理、检验计量等设施设备,如何对诸多流程的海量数据进行收集、分析困难重重。如一座中等规模的钢铁厂每天进出的运输车辆有数千台次,仅保障车辆有序运输一项,就让不少钢铁厂头疼。

  二是不同专业协同难、复合型人才缺乏。当前工业互联网平台多由互联网头部企业开发。由于工艺流程复杂,钢铁行业大数据、智能化需要人工智能、物联网、冶金工艺等不同专业的协同,而这样的复合型人才十分紧缺,仅靠互联网企业难以胜任。

  三是此前全球钢铁行业缺少示范项目支撑,钢铁企业对大数据、智能化认识不足、存在顾虑。永锋临港智慧工厂相关负责人表示,此前企业管理手段都是凭经验,无法准确评估数字化带来的实际效果,有可能投入大量资金进行数字化改造,结果可能是单工序成本降低但总体成本升高。此外,业内人士介绍,钢铁厂产线一旦停机或不稳定,对整个生产都会带来较大影响,因此一些钢企对大数据、智能化改造持观望态度,不愿在自己的产线上试验。

  从工程技术服务迈向钢铁智能制造

  “我国拥有世界最大的钢铁产能和钢铁市场,有条件更有理由做出别人做不到的引领性创新。”肖学文说。

  在钢铁工程技术服务传统业务的基础上,中冶赛迪将大数据、智能化作为企业的战略性业务,将下属的中冶赛迪信息公司员工规模从200人左右扩大到上千人,大力引进物联网、人工智能等专业人才,潜心研发,在工程技术公司中率先构建起涵盖“自动化、信息化、智能化产品与方法、大数据平台与算法、数字化设计与交付”的“五位一体”大数据、智能化能力体系。

  另一方面,中冶赛迪采取循序渐进的策略,从单个生产环节到单个生产区域再到全流程,逐步推动钢铁行业的数字化转型升级。

  “构建数字智能工厂,是在现有技术的基础上进行设备物联、资源整合,通过算法对蕴涵规律且传统方法无法处理的海量数据进行收集分析,形成模型、产品应用于再生产,从而提高生产效率,真正打破信息孤岛,让数据的要素价值体现出来。”徐灿说。

  经过几年的人才和技术积累,2016年中冶赛迪日益成熟的大数据、智能化技术在宝武集团湛江钢铁基地一期项目首次应用。

  这个由中冶赛迪总体设计的现代化钢铁基地,建成了全球钢铁行业首个智能环保无人原料场、无人码头系统、智慧铁水运输系统等。以该基地无人化铁水机车为例,中冶赛迪通过应用数字孪生、环境感知、智能调度等技术,实现了铁水机车无人驾驶,彻底改变了钢铁厂铁水运输人工驾驶、调度、管理的传统模式,让机车利用率提升12.5%、运输效率提高10%、油耗降低5%。

  得益于这些智能化技术的应用,宝武湛江钢铁基地与全国行业平均水平相比,粉尘废气排放量降低25%、运营成本降低15%、劳动生产率提高40%。

  部分钢铁生产环节作业危险程度较高,如何让工人既远离危险作业区又保证生产效率?在单个生产环节智能化取得突破后,中冶赛迪开始探索实现钢铁生产区域的智能化。

  宝武集团广东韶关钢铁有限公司炼铁区内,各车间不见工人身影。5公里以外的韶钢智慧中心,7个工作岛实时收集分析着生产区35万个数据点的数据,监测、调度着8大工序、30个系统,替代了原来42个中控室,让400多名员工撤出操作现场。

  这个由中冶赛迪开发建设、将废弃厂房改造而成的韶钢智慧中心,是全球首个钢铁厂智慧集控项目,设计时尚、环境优雅,乍一看如同文创园区。该中心2019年1月投用后,韶钢吨铁成本降低25元,平均日产量提升500吨,总体劳动生产率提升近40%,年创造经济效益2亿多元,被中国钢铁行业协会评为2019年两化融合优秀成果案例。

  在技术应用的同时,中冶赛迪大数据、智能化研发也结出硕果。近两年,中冶赛迪累计申请大数据、人工智能相关发明专利95项;推出的“水土云”工业互联网平台,获2020年第二届中国工业互联网大赛总决赛冠军,成为我国工业互联网标识解析二级节点(冶金行业)建设牵头单位。

  攻克全流程数字化难题

  中冶赛迪在设计承建了一批智能制造项目后,在钢铁行业内引发关注,不少钢铁企业看到了大数据、智能化带来的新机遇。于是山东钢铁集团永锋临港有限公司与中冶赛迪一拍即合,合作建设全国首个全流程数字化钢铁基地。

  永锋临港智慧工厂相关负责人说:“数字化工厂是未来的趋势,中冶赛迪具有60多年的钢铁厂设计和建设经验,近些年建成的数字化项目取得了很好的效果,我们这个新基地就是要打造全新的钢铁数字化工厂。”

  为做好这一行业开创性项目,中冶赛迪投入精兵强将,但仍遇到不少难题。徐灿、张晓辉说,要打通钢铁生产制造全流程,工程量非常大;同时该项目边建设边投产,涉及多方面的协同;数字化工厂平台建好后,还不能因优化升级影响正常生产,如同“开着飞机换引擎”。

  中冶赛迪派出由40多个不同专业、200多人组成的项目团队常驻工地,设计出“工业互联网平台 智能管控一体化、铁区一体化、钢轧一体化”的智慧工厂体系架构,开发了炼钢、轧钢、物流等12大类智能应用app,连接现场超过2.4万台各类传感设备,实现全厂全流程数字化管控。

  以铁水钢水温度管控为例,精准的温度控制是钢铁生产中保障产品质量、降低能耗的关键环节。传统钢铁厂因各生产环节不衔接,导致温度不稳定。中冶赛迪建设的数字化系统可实时跟踪高炉铁水、炼钢钢水、出钢钢坯等各工序的温度情况,并基于模型预测目标温度,为铁水指吊、出钢节奏、精炼加热升温提供指导。系统上线后,精炼电耗每吨钢降低2千瓦时,转炉、连铸平均生产周期环比分别下降1分40秒、3分2秒。

  永锋临港智慧工厂负责人介绍,智慧工厂投产以来,数字化平台运行稳定,解决了各工序和厂部之间断点、不透明等难题,实现了全流程全要素的数字化连通、工序上下游高效衔接。

  目前,中冶赛迪的大数据、智能化技术已为全球30%钢铁产能赋能,包括中国宝武集团、安赛乐米塔尔等全球钢铁头部企业。

  中国工程院院士、中国金属学会理事长干勇表示,中冶赛迪将信息化大数据和钢铁工业深度融合,走出了一条创新之路,打造了引领钢铁行业智能制造的典型案例。

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