張宣科技采用“數(shù)字孿生”技術建立氫冶金智能控制系統(tǒng)

9個數(shù)字模型，將產(chǎn)線“克隆”到云端

(資料圖片)

張宣科技120萬噸氫冶金示范工程一角。河北日報通訊員羅文琛攝

氫冶金，遠比想象中更復雜。

近日，在位于張家口市宣化區(qū)的河鋼集團張宣高科科技有限公司（以下簡稱張宣科技）廠區(qū)，牌樓上“低碳變革、氫啟未來”八個紅色大字十分醒目，隨處可見高低斜臥的通廊、密集架設的管道。走近一條管道基座細看，上面竟然安設了6個計量儀表。

“氫冶金涉及高溫高壓環(huán)境，料流、氣流控制是個精細的技術活兒。”張宣科技計控中心自動化技術開發(fā)部主管工程師王曉飛說，這些計量儀表，無須人員現(xiàn)場操作，都由智能系統(tǒng)自動操控，有監(jiān)測溫度的，有監(jiān)測壓力的，有監(jiān)測流量的，功能各不相同。

包括計量儀表、智能閥門、傳感器等在內(nèi)，整個廠區(qū)里安設了3000多個數(shù)據(jù)采集點，像“觸手”和“眼睛”一般，自動采集和監(jiān)測各區(qū)域各環(huán)節(jié)的參數(shù)變化，實時對生產(chǎn)運行給出跟蹤判斷。

順著煤氣管道向前走，在水處理、加熱爐、二氧化碳脫除等設施的簇擁下，一座高達120米的鋼結(jié)構豎爐巍然聳立，分外顯眼。

這是氫冶金的關鍵設施——氫基豎爐，包含上料區(qū)、還原爐、排料區(qū)，技術復雜、難度大、精度高?！斑@個大塊頭設計之初，就是由智能系統(tǒng)全程控制的?！蓖鯐燥w說。

王曉飛多次提及的智能系統(tǒng)，指的是張宣科技與意大利特諾恩等知名企業(yè)合作，采用“數(shù)字孿生”技術建立的氫冶金智能控制系統(tǒng)。

氫冶金，采用“氫”取代“碳”作為鐵礦石的還原劑和過程燃料，是鋼鐵生產(chǎn)技術的革命性創(chuàng)新。去年底，張宣科技全球首例以焦爐煤氣為還原氣體的120萬噸氫冶金示范工程一期全線貫通。

一系列新設備、新材料、新工藝，對張宣科技而言是個巨大的挑戰(zhàn)。

“我們采用‘數(shù)字孿生’技術，對整個生產(chǎn)工藝流程進行模擬和映射，為氫冶金提供了安全高效的數(shù)字化解決方案?！睆埿萍加嬁刂行母敝魅卫钊撜f。

張宣科技氫冶金示范工程主控室。 河北日報記者貢憲云攝

在張宣科技氫冶金示范工程主控室，記者看到了“數(shù)字孿生”技術賦能下的“虛擬產(chǎn)線”——打開氫冶金智能控制系統(tǒng)界面，一串串數(shù)字不斷跳動，加熱、冷卻、加壓、噴氧、洗滌等各類設備的監(jiān)測信息和運行狀態(tài)一目了然。

點開其中的加熱爐界面，上面設置了閥門啟機條件、管道吹掃、氣密性等15個檢測環(huán)節(jié)。

“信息流是交互的，不光加熱爐向系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)也可向加熱爐傳遞數(shù)據(jù)?！崩钊撜f，加熱爐實際點火時，猶如闖關一樣，需要連續(xù)通過這15個檢測關口。任何一關不達標，點火程序?qū)詣咏K止。

在李全鋼看來，以虛映實，只是“數(shù)字孿生”第一步。更重要的是，借助大數(shù)據(jù)和智能算法，以虛控實，實現(xiàn)精準智慧決策，他們正朝著這個方向努力。

到目前，張宣科技已建立了加熱爐、換熱器、預熱器、冷卻和清潔、壓縮機、燃燒、冷卻塔、豎爐、外部冷卻器9個數(shù)字模型，將氫冶金產(chǎn)線“克隆”到云端，對設備進行在線監(jiān)測、智能診斷、預防性維護，讓生產(chǎn)變得更“智慧”。

“數(shù)字孿生”技術的應用，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。金屬化率是衡量直接還原產(chǎn)品還原程度的質(zhì)量指標。據(jù)測算，目前，張宣科技生產(chǎn)的直接還原鐵產(chǎn)品各項指標達到一類標準，金屬化率94%以上。

“數(shù)字孿生”，智造未來。聚焦國家戰(zhàn)略需求和先進制造業(yè)發(fā)展方向，緊跟新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)對鐵基新材料的需求，張宣科技建設了特種材料智能生產(chǎn)線，打造綠色高端制造新名片。

在張宣科技特材研制公司產(chǎn)品展示區(qū)，擺放著一個個明光錚亮、充滿質(zhì)感的高端材料，每噸售價從10萬元至30萬元不等。

這些高技術含量、高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)，同樣離不開“數(shù)字孿生”技術的支撐。

“相比傳統(tǒng)制造，基于‘數(shù)字孿生’技術的智能制造的一大優(yōu)勢在于精準控制?！睆埿萍继夭难兄乒咎匾眳^(qū)作業(yè)長柳金瑞拿真空感應爐舉例，該設備的智能控制系統(tǒng)，可對某個強化元素含量進行萬分之一的微調(diào)，對某種氣體成分進行精細控制，每12秒計算一次熔化率等參數(shù)，這在過去人工操作階段是不可想象的。

此外，智能制造也讓檢修更便捷?！斑^去發(fā)現(xiàn)水系統(tǒng)運行故障，需要安排專業(yè)維檢人員現(xiàn)場處理。現(xiàn)在所有水路都與智能控制系統(tǒng)連接，具備報警、聯(lián)鎖控制功能，一旦發(fā)現(xiàn)某個水路故障，會無縫銜接切換到另一個水路系統(tǒng)?！绷鹑鹫f。

依托“數(shù)字孿生”技術，全面進軍高端材料市場。瞄準航空航天、海工、石化等行業(yè)高端客戶的個性化需求，張宣科技在特種材料領域深耕細作，累計研發(fā)生產(chǎn)了精密合金、高溫合金、耐蝕合金等40余種高端新材料，其中航空航天領域關鍵軸承合金材料，解決了長期以來國內(nèi)航空飛行器關鍵軸承部件制造無材可選的難題。

“目前，我們正在為某央企定制生產(chǎn)3款特種焊材材料，都是市場上的緊缺牌號，將應用于航空航天關鍵核心零部件制造領域?！睆埿萍继夭难兄乒緺I銷主管易華說。（河北日報記者貢憲云）

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