智慧高爐：為“鋼需”提供新解法

東北大學教授儲滿生（右三）和學生在實驗室開展工作。 東北大學供圖（資料圖片）

　　眾所周知，鋼鐵生產過程中，高爐冶煉環(huán)節(jié)是能源消耗和排放“大戶”。而在中國寶武鋼鐵集團有限公司下屬的上海梅山鋼鐵股份有限公司（以下簡稱“梅鋼”），東北大學儲滿生教授團隊研發(fā)的智慧高爐系統(tǒng)實現(xiàn)了碳排放降低5%、噸鐵降本30元的成效，為推動鋼鐵產業(yè)降碳增效提供了新解法。這一成果入選了《世界金屬導報》組織評選的“2024年世界鋼鐵工業(yè)十大技術要聞”。

　　“梅鋼智慧高爐項目的成功應用，代表了鋼鐵行業(yè)智能化與低碳化轉型的重要突破，為鋼鐵行業(yè)的綠色轉型提供了可復制的示范路徑，并為未來鋼鐵產業(yè)的智能化發(fā)展提供了重要支持。”對于該項目，評審專家給予了高度評價。

　　校企攜手攻關，讓高爐更智能

　　傳統(tǒng)的高爐操作，依賴經驗與人工調控，難以實現(xiàn)精確的過程優(yōu)化和實時調整，容易造成生產不穩(wěn)定和資源浪費。隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實施，推動鋼鐵產業(yè)降碳增效迫在眉睫。

　　2023年9月，東北大學與梅鋼簽署了產學研合作協(xié)議，“低碳數(shù)字化鋼鐵協(xié)同創(chuàng)新中心”揭牌成立。針對傳統(tǒng)高爐冶煉的痛點，該校鋼鐵共性技術協(xié)同創(chuàng)新中心充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢，與梅鋼組成產學研協(xié)作創(chuàng)新團隊，以“通用模型＋個性數(shù)據(jù)”的創(chuàng)新理念，成功研發(fā)出智慧高爐系統(tǒng)，順利應用于梅鋼4070立方米高爐。

　　團隊青年教師唐玨介紹，智慧高爐系統(tǒng)著眼于高爐操作的智能化預測和調控，主要包括高爐操作爐型智能量化表征、高爐關鍵操作變量的智能化預測與反饋、高爐爐渣堿度的閉環(huán)智能調控、高爐爐況的智能預測與溯因模型等方面。這些技術通過對歷史和實時數(shù)據(jù)進行分析，建立高精度的預測模型，使高爐操作能夠根據(jù)實際情況實時調整，優(yōu)化工藝過程，減少不必要的能源消耗。

　　科學原理的理論可行性如何在生產一線落地？如何解決高爐煉鐵中數(shù)據(jù)利用率低、原料波動大、爐熱控制不穩(wěn)定等關鍵難題？一個個問題猶如攔路虎，考驗著團隊的智慧與毅力，呼喚著校企雙方發(fā)揮各自優(yōu)勢，共同迎接挑戰(zhàn)。

　　自項目開展以來，該?？萍脊ぷ髡吆兔蜂摷夹g人員雙向奔赴，攜手鉆研。研究團隊駐廠工作累計約4500小時，與梅鋼專家組團隊交流討論20余次。

　　以梅鋼5號高爐為核心應用場景，歷經兩個月通宵達旦的測試后，團隊采用大數(shù)據(jù)、智能算法與冶煉工藝深度融合的驅動模式，提出了基于“原燃料—操作—狀態(tài)—渣鐵”的全鏈條數(shù)據(jù)治理方案，以及涵蓋爐熱智能預測與反饋、關鍵變量預測、爐渣堿度閉環(huán)和綜合爐況智能診斷的智慧高爐模型，為智慧高爐技術的深度應用奠定了基礎。

　　變數(shù)據(jù)為信息，讓高爐更“透明”

　　封閉的高爐中，化學反應瞬息萬變。通過深度解析，把復雜的高爐數(shù)據(jù)變?yōu)榭晒﹥?yōu)化的信息，讓高爐運轉更加“透明”，是智慧高爐系統(tǒng)成功的關鍵。

　　“根據(jù)高爐數(shù)據(jù)來源和結構復雜的特點，我們系統(tǒng)梳理了梅鋼高爐生產工序數(shù)據(jù)，共采集2500余個參數(shù)字段，通過數(shù)據(jù)治理、時滯性分析和關聯(lián)性分析，開發(fā)了模塊化、自適應的智能解析方法，將煉鐵數(shù)據(jù)利用率提升至80%?！眻F隊技術骨干石泉說。

　　在數(shù)據(jù)智能解析過程中，團隊就梅鋼原燃料數(shù)據(jù)與入爐料對應關系擬出多種解決方案，逐個測試驗證方案的可行性，累計測試代碼量近4萬行。

　　通過數(shù)據(jù)與機理的深度融合，團隊實現(xiàn)了提前1—3小時精準預測爐熱、煤氣利用率、透氣性等關鍵參數(shù)，提前6小時優(yōu)化配料方案應對原料波動，并實時診斷爐況狀態(tài)，動態(tài)推送噴煤量、風溫等調整措施，全面提升了高爐運行的穩(wěn)定性和智能化水平，為燃料比降低11kg/噸鐵、噸鐵生產成本減少30元、噸鐵二氧化碳排放降低25kg目標的實現(xiàn)提供了強有力的支撐。

　　“高爐智能化系統(tǒng)的應用，如同給高爐裝上了‘聰明大腦’，不僅提升了操作的穩(wěn)定性，還能提升煉鐵過程的可控性和安全性，顯著降低生產成本和碳排放。”儲滿生說。

　　“這個項目的成功，歸功于數(shù)據(jù)、機理與經驗的深度融合。以數(shù)據(jù)驅動為基礎、機理模型為核心、冶煉經驗為補充，形成了集成式智能煉鐵解決方案，為鋼鐵產業(yè)低碳化、智能化轉型樹立了標桿，提供了可推廣、可復制的技術示范?！敝袊こ淘涸菏?、東北大學教授王國棟表示。

　　工藝全面升級，發(fā)展新質生產力

　　智慧高爐系統(tǒng)的成功應用，并沒有使團隊停下攻關的腳步。著眼于技術在其他高爐和工序中的推廣，團隊又在鐵區(qū)一體化智能化煉鐵技術上取得了重大突破。

　　鐵區(qū)一體化閉環(huán)賦能體系，是團隊自主研發(fā)的以人工智能和數(shù)字孿生技術為核心的高效生產優(yōu)化平臺。該體系通過對燒結、球團、高爐等工序的實時數(shù)據(jù)采集與分析，實現(xiàn)了虛擬和物理過程的動態(tài)交互，支持煉鐵工序實現(xiàn)從狀態(tài)感知、實時分析到科學決策、精準執(zhí)行的全流程閉環(huán)控制。

　　在該體系的助力下，數(shù)據(jù)就像一條條靈動的“信息流”，高保真、全局性、高響應地流動著，提前預測工序運行狀態(tài)，為煉鐵生產提供更加穩(wěn)定、高效的保障。

　　這項技術引起了多家國內大型鋼鐵企業(yè)的重點關注，并實現(xiàn)了工業(yè)應用。在撫順新鋼鐵180平方米燒結產線，技術團隊實現(xiàn)了精準計算燒結終點信息，協(xié)助現(xiàn)場燒結終點精細化管控，開展燒結狀態(tài)質量提前預測與操作參數(shù)反饋，突破了現(xiàn)場操作人員產線調整時空限制，通過數(shù)據(jù)驅動燒結產線異常分析，提供現(xiàn)場工藝所忽視的產線異常數(shù)據(jù)挖掘結果。

　　“我們將深化智能化煉鐵技術的研發(fā)與應用，服務鋼鐵行業(yè)新質生產力的發(fā)展，為我國鋼鐵產業(yè)的轉型升級貢獻自己的力量?！眱M生對未來充滿信心。

《中國教育報》2025年03月26日 第06版