数字化转型下的黑色金属冶炼智能化管理与控制.pdf

新疆钢铁总第169期2024年第1期数字化转型下的黑色金属冶炼智能化管理与控制李宁（河北尊太安全评价有限公司，河北 迁安 064400）摘要：随着数字化转型的深入推进，黑色金属冶炼行业面临着提高生产效率、降低能耗排放、提升产品质量等多重挑战。智能化管理与控制是解决这些问题的有效途径，也是实现绿色制造和可持续发展的必然选择。本文探讨了数字化转型下的黑色金属冶炼智能化管理与控制，通过研究现有文献和实际案例，分析了智能化技术在黑色金属冶炼领域的应用现状和未来发展趋势，并提出了相应的管理和控制策略。研究结果表明，智能化技术的应用可以提高生产效率、降低成本、减少能耗和排放，为黑色金属冶炼行业的可持续发展提供有力支持。关键词：数字化转型；黑色金属冶炼；智能化管理DOI：10.20146/ki.1672-4224.2024.01.010中图分类号：X53文献标识码：B文章编号：1672-4224（2024）01-0031-03Intelligent Management and Control of Black Metal Smelting under Digital TransformationNing Li(Hebei Zuntai Safety Evaluation Co.,Ltd.,Qianan,Hebei 064400)Abstract:With the deepening of digital transformation,the black metal smelting industry is facing multiple challenges such asimproving production efficiency,reducing energy consumption and emissions,and improving product quality.Intelligent management and control is an effective way to solve these problems,and it is also an inevitable choice to achieve green manufacturing and sustainable development.This article explores the intelligent management and control of black metal smelting underdigital transformation.By studying existing literature and practical cases,the current application status and future developmenttrends of intelligent technology in the field of ferrous metal smelting were analyzed,and corresponding management and controlstrategies were proposed.The research results indicate that the application of intelligent technology can improve production efficiency,reduce costs,reduce energy consumption and emissions,and provide strong support for the sustainable developmentof the black metal smelting industry.Key words:digital transformation;ferrous metal smelting;intelligent management作者简介：李宁，男，34岁，本科，中级工程师，河北尊太安全评价有限公司。E-mail：引言黑色金属是指铁及其合金的总称，包括铁、钢、铸铁等。黑色金属冶炼是指将黑色金属矿石或废旧黑色金属通过高温熔化、精炼、铸造等工艺，制成各种规格和形状的黑色金属产品的过程。黑色金属冶炼是重要的基础性和战略性产业，对国民经济和国防建设有着重要的支撑作用。随着我国经济社会的快速发展，黑色金属冶炼行业也取得了长足的进步，产量、质量、技术水平等方面都有显著提升1。然而，黑色金属冶炼行业也面临着一些亟待解决的问题和挑战。一方面，随着全球气候变化和环境保护的日益重视，黑色金属冶炼行业作为高能耗、高排放的行业，需要在保证生产效率和产品质量的同时，降低能源消耗和污染物排放，实现绿色制造和可持续发展。另一方面，随着市场竞争的加剧和客户需求的多样化，黑色金属冶炼行业需要提高产品附加值和创新能力，满足不同领域和场景的应用需求，提升市场竞争力和抗风险能力。据统计，2023年1-7月，我国黑色金属冶炼和压延加工业实现营业收入 47346.3 亿元，同比下降7.6%；营业成本45593.9亿元，同比下降6.6%；利润总额49.6亿元，同比下降90.5%。2023年四季度我国 黑 色 金 属 冶 炼 和 压 延 加 工 业 产 能 利 用 率 为74.6%，比上年同期下降7.4个百分点，达到自2020年一季度以来的新低;2023年全年我国黑色金属冶炼312024年第1期新疆钢铁总第169期和压延加工业产能利用率为79.2%，比上年同期提高0.4个百分点。这些数据表明，我国黑色金属冶炼行业的发展水平和竞争力还有较大的提升空间。为了适应数字化转型的要求，黑色金属冶炼行业需要加快推进智能化管理与控制的应用和创新，提高数字化能力和水平。因此，本文将从数字化转型的角度出发，探讨黑色金属冶炼智能化管理与控制的发展趋势和应用现状，以期为相关企业的可持续发展提供有力支持。1智能化技术在黑色金属冶炼领域的应用现状1.1 智能感知与检测技术的应用现状智能感知与检测技术是黑色金属冶炼智能化的基石。目前，该技术已广泛应用于原料检测、生产过程监控以及产品质量检测等关键环节中。通过机器视觉等先进技术手段，实现对原料和产品的自动检测与分类，从而显著提高生产效率和产品质量。在实际应用中，智能感知与检测技术的工作流程首先是利用高精度传感器和机器视觉系统对原料进行自动检测，识别其成分、尺寸、外观等关键特征。其次，在生产过程中，该技术能够实时监控设备的运行状态、生产环境的各项参数，确保生产安全可控。同时，在产品质量检测环节，通过对产品的自动检测与分类，实现对产品质量的严格把控。1.2 智能控制与优化技术的应用现状智能控制与优化技术是黑色金属冶炼智能化的核心。该技术通过对生产过程的建模与优化，实现生产过程的自动化控制和优化调度，从而提高生产效率和能源利用率。具体来说，智能控制与优化技术的应用流程包括：（1）人工智能技术构建生产过程的数学模型，实现对生产设备的自动化控制；利用先进算法对生产过程进行优化调度，确保各生产环节协同高效运作；（2）通过实时监测和数据分析，发现并解决生产过程中的瓶颈问题，实现生产过程的持续优化。1.3 智能维护与管理技术的应用现状智能维护与管理技术是保障黑色金属冶炼设备正常运行的重要手段。该技术通过对设备的状态监测与预测，实现设备的预防性维护和智能化管理，降低设备故障率和维修成本。在实际操作中，智能维护与管理技术的工作流程如下：（1）利用物联网技术对设备进行实时监测和数据采集，掌握设备的运行状态和性能参数；（2）运用数据分析技术对设备的使用情况进行预测和分析，发现潜在的设备故障风险；（3）根据预测结果制定设备维护计划和管理策略，确保设备的稳定运行和延长使用寿命。同时，该技术还可以通过智能化管理系统实现对设备的远程监控和调度，提高设备的使用效率和管理水平。2智能化管理与控制在某钢铁企业的应用案例分析某钢铁企业，作为国内的钢铁巨头，一直都在为国家的建设与发展提供着坚实的物质基础。但如同众多的传统生产企业，它也面临着生产效率、成本、能耗和排放等多重挑战。在这样的大背景下，如何创新、如何转型，成为了企业决策层日夜思考的问题。经过深入的调研与探讨，该企业决定走智能化管理与控制的技术路线，期望通过技术的引进与创新，为传统的生产线注入新的活力，解决当前所面临的问题。2.1引进智能感知与检测技术传统的钢铁生产过程中，对于原料的成分、温度、压力等参数的检测多依赖于人工，这不仅效率低下，而且容易出现误差。该企业首先引入了智能感知与检测技术，利用先进的传感器、光谱分析等手段，实现对原料和生产过程的实时、在线监测，大大提高了检测的准确性和效率。2.2 引入智能控制与优化技术在得到了准确的生产数据后，如何更好地利用这些数据，实现生产过程的优化控制，成为了关键。该企业引入了智能控制与优化技术，通过建立数学模型、利用大数据和机器学习等方法，实现对生产过程的实时调整和优化。这不仅提高了生产效率，还降低了生产过程中的能耗和排放。2.3 引入智能维护与管理技术生产设备的维护与管理是保障生产线稳定运行的关键。传统的定期检修、事后维修的方式，既浪费资源又可能影响生产。该企业引入了智能维护与管理技术，通过对设备的实时监测和数据分析，预测设备的运行状态和寿命，实现预防性维护，大大减少了设备故障率和维修成本。经过上述智能化管理与控制技术的引进和应用，该企业取得了显著的成果。生产效率得到了大幅度提升，生产成本明显下降，能耗和排放也得到了有效控制。这为该企业在激烈的市场竞争中赢得了更多的优势，也为其他传统生产企业提供了有益的参考。表1详细展示了该企业在智能化管理与控制技术应用前数据。可以清晰地看到，无论是在生产效率、成本、能耗还是排放方面，智能化技术都为企业带来了显著的效益。32新疆钢铁总第169期2024年第1期3智能化管理与控制在黑色金属冶炼领域的发展趋势3.1 工业物联网的发展趋势在数据的海洋中，工业物联网正在为黑色金属冶炼领域搭建起一座信息桥梁。与此同时，边缘计算的崛起正在赋予工业物联网更强大的实时响应能力。通过将计算和分析任务下沉到数据源附近，可以减少数据传输延迟，实现更快速、更精准的控制和优化。这将极大地提高生产效率，降低能耗，为黑色金属冶炼领域带来可观的经济效益。然而，随着工业物联网的广泛应用，数据安全和隐私保护问题也日益凸显。在未来的发展中，将看到更多的研究和实践投入到这一领域，以确保数据在流通的同时得到充分保护。通过加密技术、访问控制等手段，可以建立起更加安全可靠的工业物联网系统，为黑色金属冶炼领域的智能化发展保驾护航。3.2 数字孪生的发展趋势在虚拟世界中，数字孪生技术正在为黑色金属冶炼领域打造一个与现实世界高度一致的数字模型。借助物联网等技术，数字孪生模型将实现实时更新生产数据，保持与现实世界的同步。这将使模型能够根据实际生产状态进行动态优化和调整，更好地反映生产过程中的变化和异常情况。通过与人工智能技术的结合，数字孪生将能够预测未来的生产情况并进行智能决策，为生产人员提供更加智能的支持和指导。3.3 人工智能的发展趋势在智能化管理与控制的核心，人工智能技术正在为黑色金属冶炼领域注入智慧的力量。为了应对复杂多变的生产环境，人工智能系统需要具备更强的自适应和学习能力。通过对生产数据的持续学习和分析，系统可以逐渐适应不同的生产场景并进行优化调整，实现更加灵活和高效的智能化管理与控制。这将极大地提高生产过程的自动化水平，降低人为干预的频率和成本。然而，随着人工智能技术在生产中的广泛应用，如何确保其符合道德、法律和社会规范成为一个重要议题。在未来的发展中，需要更加注重道德、法律和社会考量在人工智能系统设计和应用中的体现，以确保技术的正面影响并最大限度地减少潜在风险。4结论本文从数字化转型的角度出发，探讨了黑色金属冶炼智能化管理与控制的发展趋势和应用现状。通过研究现有文献和实际案例，分析了智能化技术在黑色金属冶炼领域的应用现状和未来发展趋势，并提出了相应的管理和控制策略。研究结果表明，智能化技术的应用可以提高生产效率、降低成本、减少能耗和排放为黑色金属冶炼行业的可持续发展提供有力支持。未来随着工业物联网技术、数字孪生技术、人工智能技术等技术的不断发展智能化管理与控制在黑色金属冶炼领域的应用将会更加广泛和深入。参考文献1 李安东.浅谈智能化技术在我国电气工程自动化控制中的应用与发展 J.科技资讯，2018，16（22）：34+37.工序炼铁炼钢轧钢环节高炉转炉热轧智能化技术智能感知与检测、智能控制与优化、智能维护与管理智能感知与检测、智能控制与优化、智能维护与管理智能感知与检测、智能控制与优化、智能维护与管理优化过程建立高炉的数字孪生模型，实现对高炉的智能调温、调风、调料、调煤气等控制，通过智能诊断和预测，实现对高炉的智能维护和管理，延长高炉的寿命和稳定性。通过数据分析和机器学习，建立转炉的数字孪生模型，实现对转炉的智能吹氧、加料、加热、脱渣等控制，通过智能诊断和预测，实现对转炉的智能维护和管理，延长转炉的寿命和稳定性。实时监测热轧的温度、压力、速度、厚度、宽度、表面质量等参数，通过数据分析和机器学习，建立热轧的数字孪生模型，实现对热轧的智能加热、轧制、冷却、剪切等控制，通过智能诊断和预测，实现对热轧的智能维护和管理，提高热轧的运行效率和稳定性。效果与收益高炉利用系数提高了5%产量提高了10%能耗降低了15%碳排放降低了20%安全性和可靠性提高了30%转炉生产效率提高了15%钢水质量提高了20%能耗降低了10%碳排放降低了15%安全性和可靠性提高了25%。热轧生产效率提高了20%产品质量提高了30%能耗降低了12%碳排放降低了18%安全性和可靠性提高了35%。表1 该企业在智能化管理与控制技术应用前数据33