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安全 長(zhǎng)壽 高效 智能

中冶南方:引領(lǐng)中國(guó)高爐技術(shù)邁向新高度

2022-10-18 08:23:00

  本報(bào)通訊員 南方
  2022年9月15日,隨著電子大屏上手印按鈕的開(kāi)啟,中冶南方的“智慧高爐整體解決方案”在發(fā)布會(huì)全場(chǎng)倒計(jì)時(shí)的口號(hào)中重磅發(fā)布。
  中冶南方智慧高爐解決方案,以領(lǐng)先的綠色、低碳、長(zhǎng)壽高爐綜合技術(shù)為依托,聚合智能裝備、智能生產(chǎn)與智能管控功能,打造高爐“最強(qiáng)大腦”,真正實(shí)現(xiàn)“黑箱”生產(chǎn)透明化,成為鋼鐵行業(yè)智能化發(fā)展趨勢(shì)下,引領(lǐng)高爐生產(chǎn)邁向更高效、更長(zhǎng)壽、更安全的新一代高爐煉鐵智慧解決方案。
  一場(chǎng)科技感十足的發(fā)布會(huì),讓多位業(yè)界專家、多家知名媒體與寧波鋼鐵、中冶南方一起,共同體驗(yàn)了一次對(duì)鋼鐵“智”造的探索之旅,也扣響了通往未來(lái)智慧鋼廠的大門。
  在制造強(qiáng)國(guó)的大背景下,中冶南方立足科技型工程公司的定位,緊緊圍繞鋼鐵生產(chǎn)工藝過(guò)程推進(jìn)核心技術(shù)開(kāi)發(fā),全面提速智能化、數(shù)字化、綠色化技術(shù)應(yīng)用,持續(xù)助力鋼鐵生產(chǎn)的智能化變革。以智慧高爐技術(shù)為代表的中冶南方系列高爐技術(shù),是中冶南方堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng),服務(wù)鋼企降本增效、行業(yè)智能綠色發(fā)展的領(lǐng)先技術(shù)之一。
  智慧高爐轉(zhuǎn)型升級(jí) 劍指未來(lái)引領(lǐng)變革
  高爐是鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域最大的單體反應(yīng)容器,具有高溫、高壓、密閉、連續(xù)生產(chǎn)的“黑箱”特性。在傳統(tǒng)高爐冶煉中,高爐內(nèi)部生產(chǎn)看不見(jiàn)、摸不著,內(nèi)部信息極度缺乏,也無(wú)法對(duì)其實(shí)施同步檢測(cè)。
  為打破這種現(xiàn)狀,中冶南方依托先進(jìn)的信息化技術(shù),將生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行治理、感知與分析,從爐料可視化、氣流可視化、爐型可視化、爐熱可視化、安全可視化和管理可視化的角度,實(shí)現(xiàn)了高爐生產(chǎn)狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)、評(píng)估與診斷,將高爐這個(gè)“黑箱”容器逐步“透明化”。此舉為行業(yè)首創(chuàng)。同時(shí),中冶南方以自主開(kāi)發(fā)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng) WISDRI DiPlant平臺(tái)為基礎(chǔ),在大數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上,利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法,結(jié)合專家規(guī)則庫(kù),對(duì)高爐生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行離線和實(shí)時(shí)兩個(gè)維度的分析,能根據(jù)不同高爐的生產(chǎn)特點(diǎn),為操作者提供當(dāng)前生產(chǎn)狀況與歷史同類型原料、生產(chǎn)參數(shù)下的對(duì)比,并根據(jù)每一座高爐的設(shè)計(jì)特點(diǎn)、原燃料條件、操作經(jīng)驗(yàn)與當(dāng)前爐況,對(duì)專家規(guī)則管理系統(tǒng)進(jìn)行定制化的設(shè)計(jì),量體裁衣打造專屬解決方案,讓智慧高爐的“高智商”表現(xiàn)得更加出色。
  中冶南方智慧高爐解決方案中的“智慧高爐大數(shù)據(jù)智能感知及可視化管理平臺(tái)”入選了工業(yè)和信息化部2021年大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點(diǎn)示范項(xiàng)目、2021年世界鋼鐵工業(yè)十大技術(shù)要聞,并以冶金行業(yè)唯一入選身份榮獲第五屆數(shù)字中國(guó)建設(shè)峰會(huì)“十佳解決方案”。目前,中冶南方智慧高爐解決方案已在寶武武鋼有限6號(hào)高爐、昆鋼新區(qū)2號(hào)高爐、寧鋼2號(hào)高爐等項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用。
  這些項(xiàng)目實(shí)施后,高爐生產(chǎn)在長(zhǎng)期安全性、穩(wěn)定性、高效運(yùn)行方面相比同類高爐均有顯著提升,可達(dá)到高爐燃料比降低約10kg/t、CO2減排約32.5kg/t的效果。按2500m3高爐容積核算,日產(chǎn)5500噸鐵,一年可節(jié)省焦炭1.76萬(wàn)噸,節(jié)約成本超3000萬(wàn)元。在系列智能化技術(shù)的實(shí)力支持下,中冶南方建設(shè)的現(xiàn)代化高爐在安全、長(zhǎng)壽、高效方面的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更加突出。
  在山西晉南鋼鐵集團(tuán)產(chǎn)能置換曲沃基地內(nèi),兩座狀態(tài)優(yōu)良、容積均為1860m3的高爐正穩(wěn)步運(yùn)行,優(yōu)質(zhì)的鐵水源源不斷流入鋼包車內(nèi),實(shí)現(xiàn)高爐月平均利用系數(shù)長(zhǎng)期保持在3.5t/m3·d以上,處于世界領(lǐng)先水平。如此高效的生產(chǎn)率,吸引了業(yè)內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)前往參觀。而在我國(guó)云南省安寧市昆鋼新區(qū)內(nèi),也有一座安全綠色、智能高效現(xiàn)代化的2500m3高爐,一經(jīng)投產(chǎn),便立刻憑借綠色、智能、長(zhǎng)壽、高效等特點(diǎn)成為行業(yè)新標(biāo)桿。今年6月15日,該高爐產(chǎn)量超過(guò)7000噸,創(chuàng)造該廠運(yùn)行以來(lái)鐵水日產(chǎn)量的新紀(jì)錄。
  在高爐這一鋼鐵生產(chǎn)流程的關(guān)鍵工序和核心單元上,安全、長(zhǎng)壽、高效這三個(gè)關(guān)鍵詞,成為提及中冶南方所承建高爐時(shí)的高頻詞。而這,正是中冶南方一系列高爐技術(shù)所具備的最大特點(diǎn)和最顯著優(yōu)勢(shì)。
  截至目前,中冶南方已為中國(guó)寶武、鞍鋼、河鋼、山鋼、沙鋼、華菱、晉南、德龍和POSCO、MMK、Hoa Phat等超過(guò)50家國(guó)內(nèi)外知名鋼鐵企業(yè)提供過(guò)高爐系統(tǒng)技術(shù)服務(wù),承擔(dān)的≥1000m3高爐工程項(xiàng)目已超過(guò)120項(xiàng),30余座運(yùn)行中的2000m3以上級(jí)大中型高爐已安全、高效連續(xù)生產(chǎn)超過(guò)10年。其中,8座高爐無(wú)大修且安全高效生產(chǎn)超過(guò)15年,高爐壽命最長(zhǎng)的已有18年。
  爐型設(shè)計(jì)工藝有訣竅 實(shí)現(xiàn)爐型“定制化”
  高爐想要實(shí)現(xiàn)安全、長(zhǎng)壽、高效,首先需要滿足“合理的爐型”這一基本條件。但設(shè)計(jì)合理的爐型,并不簡(jiǎn)單。
  技術(shù)人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期探索、實(shí)踐發(fā)現(xiàn),高爐投產(chǎn)一段時(shí)間后,為了適應(yīng)實(shí)際的生產(chǎn)條件,會(huì)出現(xiàn)爐況波動(dòng)和內(nèi)襯侵蝕,進(jìn)而導(dǎo)致?tīng)t型發(fā)生變化,影響使用壽命。
  為解決這一難題,中冶南方將目標(biāo)放在如何實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)爐型就是操作爐型”上,下力氣鉆研。通過(guò)挖掘分析生產(chǎn)數(shù)據(jù),調(diào)查分析高爐破損原因,并結(jié)合爐內(nèi)氣體動(dòng)力學(xué)研究、高爐反應(yīng)過(guò)程的仿真計(jì)算,中冶南方技術(shù)團(tuán)隊(duì)理清了高爐的原燃料條件、生產(chǎn)操作制度及變化趨勢(shì)對(duì)于高爐爐型的影響機(jī)理,摸索出一套長(zhǎng)壽、高效爐型設(shè)計(jì)訣竅技術(shù)體系,并在多座高爐中得到驗(yàn)證。
  一座2000m3級(jí)高爐經(jīng)中冶南方的全新設(shè)計(jì)和全面改造,由瘦高型爐型變?yōu)榘中?,高爐透氣性得到有效改善,對(duì)優(yōu)質(zhì)焦炭的依賴也得到緩解,改造后利用系數(shù)由2.3t/m3·d提升至2.8t/m3·d,燃料比也由531kg/tFe降至522kg/tFe。一座4000m3級(jí)高爐一直受爐缸溫度高、爐腹?fàn)t腰氣流不易控制等困擾,中冶南方針對(duì)性地優(yōu)化其爐腹?fàn)t腰設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),不僅使得爐型更加穩(wěn)定,也令利用系數(shù)由2.1t/m3·d提升至2.42t/m3·d,燃料比由532kg/tFe降至511kg/tFe。
  無(wú)論是高爐大修還是新建高爐,中冶南方始終堅(jiān)持從實(shí)際情況出發(fā),充分考慮鋼廠的原燃料條件、生產(chǎn)率要求及高爐操作模式,確定爐缸、爐腹角、爐身角、等效爐腹角等結(jié)構(gòu)尺寸,為客戶提供“定制化”方案。因此,中冶南方設(shè)計(jì)的爐型具有針對(duì)性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),保證合理的設(shè)計(jì)爐型與生產(chǎn)條件、冶煉制度相適應(yīng),為實(shí)現(xiàn)安全、長(zhǎng)壽、高效打好基礎(chǔ)。
  高爐長(zhǎng)壽綜合技術(shù) 提供整體技術(shù)方案
  要保證高爐安全、長(zhǎng)壽、高效,以“定制化”方式實(shí)現(xiàn)爐型的合理設(shè)計(jì)只是基礎(chǔ)條件,還需要整體技術(shù)方案做堅(jiān)實(shí)支撐。
  中冶南方經(jīng)過(guò)數(shù)十年的科技創(chuàng)新,掌握了一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、處于國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平的高爐專有技術(shù)。
  在高爐冷卻系統(tǒng)方面,中冶南方開(kāi)發(fā)的聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù),具有水量小、投資低、運(yùn)行費(fèi)用低、冷卻效率高等特點(diǎn),與獨(dú)立軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)相比,運(yùn)行水量可降低50%以上,總投資可減少18%-20%;相較于采用其他冷卻系統(tǒng),運(yùn)行費(fèi)用可削減30%-50%。作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程,聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)可以根據(jù)高爐內(nèi)各冷卻設(shè)施熱負(fù)荷特點(diǎn)和阻損匹配原則,將冷卻壁、爐底水冷系統(tǒng)、風(fēng)口系統(tǒng)、熱風(fēng)閥系統(tǒng)等巧妙地整合為一個(gè)系統(tǒng),讓幾種冷卻方式聯(lián)合發(fā)揮作用,為高爐在高負(fù)荷冶煉過(guò)程中提供高水平的安全保障。
  在高爐冷卻壁方面,中冶南方取消了凸臺(tái)和爐內(nèi)砌磚,將磚襯直接鑲嵌在冷卻壁的燕尾槽中,以磚壁合一的組合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了爐體薄內(nèi)襯,進(jìn)而保證操作爐型的穩(wěn)定;同時(shí),持續(xù)更新冷卻壁的材質(zhì),從鑄鐵冷卻壁到具有高導(dǎo)熱、耐熱震和耐高熱流沖擊等性能的銅冷卻壁,再到耐磨銅冷卻壁、具有無(wú)滲碳層的高導(dǎo)熱鑄鐵冷卻壁,冷卻壁的性能不斷升級(jí);持續(xù)延伸冷卻壁的覆蓋范圍,使得爐腹、爐腰和爐身下部高熱負(fù)荷區(qū)域以及爐缸異常侵蝕區(qū),也受到中冶南方獨(dú)特的“高爐全冷卻壁技術(shù)”的保護(hù),從而承受更強(qiáng)的冶煉條件。
  在這個(gè)過(guò)程中,為了延長(zhǎng)高爐冷卻壁的壽命,中冶南方開(kāi)發(fā)了無(wú)剪切冷卻壁固定技術(shù)。這種技術(shù)能夠確保冷卻壁的膨脹方向與爐殼膨脹方向一致,有效適應(yīng)爐體受熱產(chǎn)生的變形,保護(hù)冷卻壁不因溫度波動(dòng)和熱流沖擊而損壞。該技術(shù)自從在武鋼有限5號(hào)高爐第一代爐役成功應(yīng)用以來(lái),已經(jīng)在100多座高爐得到檢驗(yàn)。
  在高爐抗侵蝕方面,中冶南方的爐缸長(zhǎng)壽整體解決方案,以具備抗侵蝕能力的傳熱體系為核心,選擇具備微孔化、抗鐵水侵蝕、高導(dǎo)熱等性能的高爐炭磚,為高爐爐缸在高冶煉強(qiáng)度下也能長(zhǎng)壽提供保障。例如中冶南方研發(fā)的“石墨墻”爐缸長(zhǎng)壽技術(shù),提高了冷卻壁與超微孔炭磚間導(dǎo)熱能力,加強(qiáng)了對(duì)陶瓷杯的保護(hù),并且增強(qiáng)了陶瓷杯在炭塊熱面形成穩(wěn)定凝固保護(hù)層的效果。
  “石墨墻”爐缸長(zhǎng)壽技術(shù)在武鋼有限高爐使用后效果突出,武鋼有限7號(hào)高爐已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)超過(guò)16年、8號(hào)高爐已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)近13年,爐缸狀態(tài)均保持良好,有望實(shí)現(xiàn)20年的長(zhǎng)壽目標(biāo)。
  從對(duì)未來(lái)高爐智能化發(fā)展的扎實(shí)探索,到高爐綜合技術(shù)實(shí)力的持續(xù)引領(lǐng),中冶南方以核心技術(shù)的迭代更新,堅(jiān)定不移地深化在高爐安全、長(zhǎng)壽、高效領(lǐng)域的探索與實(shí)踐,勇?lián)苿?dòng)鋼鐵工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的責(zé)任。目前,中冶南方已形成了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的高爐長(zhǎng)壽等系列核心工藝技術(shù)及裝備,擁有國(guó)內(nèi)數(shù)量最多的煉鐵專有、專利技術(shù),打造了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的智慧高爐解決方案。
  萬(wàn)里長(zhǎng)空多遠(yuǎn)志,十年辛苦不尋常。要做,就做出實(shí)實(shí)在在的成績(jī)來(lái),在一項(xiàng)項(xiàng)“一鳴驚人”的創(chuàng)新成果背后,是一代代中冶南方人“十年磨一劍”的苦功夫。靜下心來(lái)、沉潛下去,走求真務(wù)實(shí)的技術(shù)路線,把智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展的高追求落實(shí)到工藝裝備的不斷突破中,讓技術(shù)的創(chuàng)新始終與工程實(shí)踐緊密結(jié)合,中冶南方在扎實(shí)深耕的專業(yè)專注道路上,厚植起自身致恒致遠(yuǎn)發(fā)展的技術(shù)底蘊(yùn)與競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
  “十四五”期間,中冶南方將繼續(xù)堅(jiān)定不移地推進(jìn)高爐核心工藝技術(shù)和裝備的創(chuàng)新迭代,大力推進(jìn)工藝技術(shù)與數(shù)字化、智能化技術(shù)的深度融合,為高爐煉鐵的安全、長(zhǎng)壽、高效賦予新的動(dòng)能。
  
  圖為中冶南方智慧高爐發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)。
  
  圖為中冶南方“智慧高爐解決方案”入選數(shù)字中國(guó)建設(shè)峰會(huì)“十佳解決方案”。
  
  圖為中冶南方建設(shè)的寧鋼高爐集控中心。
  
  圖為中冶南方建設(shè)的晉南鋼鐵3號(hào)高爐。
  
  圖為中冶南方建設(shè)的武鋼有限6號(hào)高爐。
  
  圖為武鋼有限5號(hào)3200立方米高爐。
  
  圖為中冶南方建設(shè)的寧鋼2號(hào)高爐。
  
  圖為中冶南方建設(shè)的昆鋼新區(qū)2號(hào)高爐。
  
  圖為中冶南方建設(shè)的印尼德信350萬(wàn)噸鋼鐵項(xiàng)目1號(hào)高爐。
  (圖片均由中冶南方提供)      
  《中國(guó)冶金報(bào)》(2022年10月18日 05版五版)

 

來(lái)源:中國(guó)冶金報(bào)-中國(guó)鋼鐵新聞網(wǎng)

編輯:宋玉錚

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