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研究背景
轉(zhuǎn)爐煉鋼作為鋼鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)流程中承上啟下，但其傳統(tǒng)操作模式長期依賴人工經(jīng)驗，導(dǎo)致操作標準化不足、班組差異顯著，鋼水質(zhì)量穩(wěn)定性難以保障。當(dāng)前主流的基于副槍的“一鍵式”煉鋼模型基于靜態(tài)熱力學(xué)理論，需原材料高度穩(wěn)定，難以應(yīng)對實際生產(chǎn)中的動態(tài)變化，且易因爐料成分波動引發(fā)返干、噴濺等突發(fā)狀況。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，基于煙氣分析、音頻檢測、火焰監(jiān)測等多維傳感技術(shù)支持的全流程智能化煉鋼技術(shù)成為突破瓶頸的關(guān)鍵，對實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐精準控制、提升效率具有重要戰(zhàn)略價值。
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關(guān)鍵技術(shù)
2.1轉(zhuǎn)爐全流程智能體協(xié)同控制技術(shù)
針對轉(zhuǎn)爐吹煉、造渣、合金化等核心環(huán)節(jié)，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)爐吹煉、復(fù)吹監(jiān)測、造渣加料等核心環(huán)節(jié)抽象為具備自主決策能力的智能體單元，集成10大核心智能體與5大輔助模塊，實現(xiàn)全流程智能化覆蓋。
核心智能體包括吹煉智能控制體、造渣原料智能體、合金化方案智能體、復(fù)吹運維智能體、渣況動態(tài)分析體、底吹氬智能體、濺渣護爐智能體、出鋼傾動智能體、參數(shù)防錯智能體、大數(shù)據(jù)槍位智能體。輔助數(shù)據(jù)支持模塊包括過程關(guān)鍵操作數(shù)據(jù)記錄模塊、重要過程冶煉數(shù)據(jù)查詢模塊、過程操作質(zhì)量評價分析模塊、冶煉成本爐結(jié)爐清在線監(jiān)控模塊、轉(zhuǎn)爐綜合信息一覽模塊等。
通過智能體間的數(shù)據(jù)交互與協(xié)同控制，貫通轉(zhuǎn)爐煉鋼主流程，形成“感知-決策-執(zhí)行-反饋”的動態(tài)控制閉環(huán)，實現(xiàn)全流程標準化、智能化控制。
2.2多模態(tài)數(shù)據(jù)感知與融合技術(shù)
系統(tǒng)融合煙氣分析、音頻化渣、火焰監(jiān)測等多模態(tài)數(shù)據(jù)采集模塊，從“嗅覺”“聽覺”“視覺”多維度全面感知爐內(nèi)冶煉狀況。
煙氣分析技術(shù)：在線系統(tǒng)實時采集煙道煙氣中氫、一氧化碳、氮氣等氣體體積分數(shù)，通過分析氣體成分變化，判斷爐內(nèi)碳氧反應(yīng)進程、脫碳速度，捕捉“起渣點”“溢渣敏感期”等信號。
音頻檢測技術(shù)：轉(zhuǎn)爐音頻化渣系統(tǒng)對轉(zhuǎn)爐吹煉過程的噪聲信號進行收集、檢測、處理、剝離，得出噪聲的強度參數(shù)，從而實時監(jiān)控吹煉期間爐渣的變化情況。通常，噪聲的強弱直接反映爐內(nèi)碳氧反應(yīng)的劇烈程度，對應(yīng)化渣情況，聲音較大時代表爐內(nèi)爐渣有“返干”跡象，聲音較小時代表爐渣有“泡沫化”跡象。
火焰監(jiān)測技術(shù)：用高清攝像頭采集爐口火焰圖像，經(jīng)色彩空間轉(zhuǎn)換、邊緣檢測等處理，分析火焰顏色、亮度與冶煉參數(shù)的關(guān)系，判斷熔池脫碳速率。系統(tǒng)通過先進數(shù)據(jù)融合算法整合多維度數(shù)據(jù)，利用互補性提升渣況數(shù)據(jù)準確性與可靠性，為控制決策提供全面支持。
2.3數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能決策與優(yōu)化技術(shù)
系統(tǒng)將轉(zhuǎn)爐工藝知識體系與數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能體決策模型深度融合，運用先進的機器學(xué)習(xí)算法對多維度數(shù)據(jù)進行分析和建模，通過對歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，建立渣況分析模型等，實時分析冶煉過程渣況變化趨勢，為冶煉過程控制提供優(yōu)化決策。
例如，合金化智能體通過智能算法優(yōu)選增碳、脫氧、合金化匹配方案，基于鋼水成分、目標鋼種規(guī)格及成本模型，對備選合金化方案進行多維度評估，通過粒子群優(yōu)化算法等智能算法自動篩選最優(yōu)方案，實現(xiàn)合金化成本最小化；大數(shù)據(jù)槍位分析智能體和數(shù)據(jù)清洗智能體基于歷史數(shù)據(jù)挖掘最優(yōu)槍位控制策略，整合前N爐相似外部條件爐次過程槍位、流量數(shù)據(jù)，通過機器學(xué)習(xí)模型實時生成當(dāng)前爐次的槍位優(yōu)化建議，提升冶煉效率。
同時，系統(tǒng)引入智能體理論，強化了系統(tǒng)的自主性與環(huán)境適應(yīng)性，使系統(tǒng)能根據(jù)不同的冶煉條件和需求，自主調(diào)整決策和操作，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼過程的動態(tài)優(yōu)化。
2.4轉(zhuǎn)爐數(shù)字孿生和數(shù)字人應(yīng)用技術(shù)
轉(zhuǎn)爐數(shù)字孿生系統(tǒng)通過工業(yè)動畫編程技術(shù)構(gòu)建轉(zhuǎn)爐物理實體的數(shù)字化鏡像，深度融合全流程模塊數(shù)據(jù)，將氧槍槍位、吹煉流量、渣況參數(shù)等實時數(shù)據(jù)同步至虛擬模型，以動態(tài)動畫形式直觀呈現(xiàn)爐內(nèi)反應(yīng)進程，實現(xiàn)冶煉流程的實時仿真與智能優(yōu)化。系統(tǒng)融入數(shù)字人交互功能，可基于實時數(shù)據(jù)提供操作指引和人機交互，操作工可直接與數(shù)字人進行問詢對話。
該系統(tǒng)實現(xiàn)全流程透明化監(jiān)控，通過多源數(shù)據(jù)接口集成煙氣分析、音頻化渣、火焰分析等100多項參數(shù)，高精度同步映射至虛擬場景，操作人員可實時查看槍位軌跡等信息，且支持通過數(shù)字人進行參數(shù)在線調(diào)整?；跉v史數(shù)據(jù)訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)模型，可提前預(yù)測爐內(nèi)溫度、碳含量等關(guān)鍵指標趨勢，異常時由數(shù)字人觸發(fā)多模態(tài)預(yù)警。
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技術(shù)路線與實施方案
轉(zhuǎn)爐全流程智慧煉鋼系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計，融入智能體協(xié)同邏輯，分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、控制決策層和應(yīng)用展示層（圖1）。
數(shù)據(jù)采集層：作為智能體“感知接口”，通過高精度傳感器實時捕獲爐內(nèi)多維度數(shù)據(jù)，傳輸至數(shù)據(jù)處理層，提供實時環(huán)境信息。
數(shù)據(jù)處理層：集成智能體“認知引擎”，清洗數(shù)據(jù)、提取特征并建模，通過機器學(xué)習(xí)構(gòu)建渣況分析、終點預(yù)測等模型，為智能體提供決策依據(jù)。
控制決策層：作為智能體“執(zhí)行中樞”，依據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果生成控制指令，各智能體自動調(diào)整氧槍槍位、合金投加量、鋼包吹氬量等參數(shù)，驅(qū)動PLC執(zhí)行機構(gòu)動作。
應(yīng)用展示層：搭建智能體“交互界面”，以可視化圖表等展示智能體運行狀態(tài)，支持操作人員監(jiān)控決策過程并干預(yù)參數(shù)。
系統(tǒng)覆蓋氧槍控制、原料投加等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過智能體協(xié)同實現(xiàn)全流程閉環(huán)智能化控制，集成防錯預(yù)警、成本監(jiān)控等輔助功能。
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落實產(chǎn)業(yè)與實施效果
4.1工程化應(yīng)用成效顯著
該系統(tǒng)在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中得到有效應(yīng)用，顯著提升了轉(zhuǎn)爐煉鋼的質(zhì)量、效率和經(jīng)濟性。工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)使吹煉終點命中率從85%至高提升至95%，噴濺發(fā)生率降低60%，噸鋼制造成本下降10-20元，冶煉周期縮短1-2min/爐。
在具體應(yīng)用中，系統(tǒng)實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐吹煉過程的智能精確調(diào)控，通過對多源數(shù)據(jù)的實時采集和分析，準確判斷爐內(nèi)反應(yīng)進程，及時調(diào)整吹煉參數(shù)，確保吹煉過程高效穩(wěn)定進行；造渣輔原料的智能投加功能，根據(jù)爐內(nèi)渣況和鐵水條件，自動計算和控制輔原料的加入量和時機，提高了造渣效率和質(zhì)量；增碳脫氧合金化方案的智能方案尋優(yōu)和自動振料功能，優(yōu)化了合金化流程、降低合金使用成本。
4.2過程標準化水平顯著提升
團隊依托大數(shù)據(jù)、人工智能與工業(yè)自動化技術(shù)，構(gòu)建的轉(zhuǎn)爐全流程智慧煉鋼系統(tǒng)，融合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集、輕量化預(yù)測模型與智能控制平臺，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐全流程的標準化操作。
系統(tǒng)基于多源感知技術(shù)與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，具備對復(fù)雜工況的實時感知與預(yù)測能力，集成數(shù)字孿生可視化界面及多目標優(yōu)化模塊，顯著提升了系統(tǒng)運行的透明性與智能響應(yīng)能力。通過設(shè)備智能升級，實現(xiàn)了多項操作的無人為干預(yù)自動化和智能化，如副槍自動連接、自動測試、全自動振料控制等，減少了人工干預(yù)，降低了人為誤差，提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和一致性。
4.3推動轉(zhuǎn)爐工序智能化轉(zhuǎn)型
該系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為轉(zhuǎn)爐煉鋼智能化升級提供了新技術(shù)路徑，也推動了鋼鐵行業(yè)整體智能化轉(zhuǎn)型。其破解了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煉鋼過度依賴人工經(jīng)驗的難題，實現(xiàn)生產(chǎn)精準化、高效化和綠色化，為鋼鐵企業(yè)提升核心競爭力提供有力支撐。通過提升轉(zhuǎn)爐煉鋼智能化水平，有效節(jié)約資源能源、減少環(huán)境污染，符合國家綠色低碳發(fā)展戰(zhàn)略要求。同時，系統(tǒng)推廣培養(yǎng)了大批大數(shù)據(jù)與煉鋼工藝復(fù)合型人才，為鋼鐵行業(yè)可持續(xù)發(fā)展注入新活力。該技術(shù)體系將持續(xù)服務(wù)更多鋼鐵企業(yè)的轉(zhuǎn)爐智能化改造，助力構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)體系。
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結(jié)語
轉(zhuǎn)爐全流程智能體協(xié)同智慧煉鋼系統(tǒng)是破解傳統(tǒng)生產(chǎn)痛點的核心路徑。其整合工業(yè)大數(shù)據(jù)、冶金機理模型與智能算法，構(gòu)建全流程動態(tài)分析優(yōu)化體系，提升復(fù)雜工況下的預(yù)測精度與決策科學(xué)性。該系統(tǒng)持續(xù)創(chuàng)新，為鋼鐵行業(yè)突破能耗與排放瓶頸提供支撐，通過提效降耗、增強環(huán)境友好性，助力我國鋼鐵工業(yè)占據(jù)全球技術(shù)高地。隨著“雙碳”目標推進，系統(tǒng)將迭代升級，推動轉(zhuǎn)爐煉鋼向“自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化、自決策”全自治階段演進，為現(xiàn)代化鋼鐵產(chǎn)業(yè)體系注入動力。
