張宣科技采用“數字孿生”技術建立氫冶金智能控制系統
9個數字模型,將產線“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,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部主管工程師王曉飛說,這些計量儀表,無須人員現場操作,都由智能系統自動操控,有監測溫度的,有監測壓力的,有監測流量的,功能各不相同。
包括計量儀表、智能閥門、傳感器等在內,整個廠區里安設了3000多個數據采集點,像“觸手”和“眼睛”一般,自動采集和監測各區域各環節的參數變化,實時對生產運行給出跟蹤判斷。
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、還原爐、排料區,技術復雜、難度大、精度高。“這個大塊頭設計之初,就是由智能系統全程控制的。”王曉飛說。
王曉飛多次提及的智能系統,指的是張宣科技與意大利特諾恩等知名企業合作,采用“數字孿生”技術建立的氫冶金智能控制系統。
氫冶金,采用“氫”取代“碳”作為鐵礦石的還原劑和過程燃料,是鋼鐵生產技術的革命性創新。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。
“我們采用‘數字孿生’技術,對整個生產工藝流程進行模擬和映射,為氫冶金提供了安全高效的數字化解決方案。”張宣科技計控中心副主任李全鋼說。
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“數字孿生”技術賦能下的“虛擬產線”——打開氫冶金智能控制系統界面,一串串數字不斷跳動,加熱、冷卻、加壓、噴氧、洗滌等各類設備的監測信息和運行狀態一目了然。
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個檢測環節。
“信息流是交互的,不光加熱爐向系統發送數據,系統也可向加熱爐傳遞數據。”李全鋼說,加熱爐實際點火時,猶如闖關一樣,需要連續通過這15個檢測關口。任何一關不達標,點火程序將會自動終止。
在李全鋼看來,以虛映實,只是“數字孿生”第一步。更重要的是,借助大數據和智能算法,以虛控實,實現精準智慧決策,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個數字模型,將氫冶金產線“克隆”到云端,對設備進行在線監測、智能診斷、預防性維護,讓生產變得更“智慧”。
“數字孿生”技術的應用,大大提高了產品質量。金屬化率是衡量直接還原產品還原程度的質量指標。據測算,目前,張宣科技生產的直接還原鐵產品各項指標達到一類標準,金屬化率94%以上。
“數字孿生”,智造未來。聚焦國家戰略需求和先進制造業發展方向,緊跟新產業新業態對鐵基新材料的需求,張宣科技建設了特種材料智能生產線,打造綠色高端制造新名片。
在張宣科技特材研制公司產品展示區,擺放著一個個明光錚亮、充滿質感的高端材料,每噸售價從10萬元至30萬元不等。
這些高技術含量、高附加值產品的生產,同樣離不開“數字孿生”技術的支撐。
“相比傳統制造,基于‘數字孿生’技術的智能制造的一大優勢在于精準控制。”張宣科技特材研制公司特冶區作業長柳金瑞拿真空感應爐舉例,該設備的智能控制系統,可對某個強化元素含量進行萬分之一的微調,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,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。“過去發現水系統運行故障,需要安排專業維檢人員現場處理。現在所有水路都與智能控制系統連接,具備報警、聯鎖控制功能,一旦發現某個水路故障,會無縫銜接切換到另一個水路系統。”柳金瑞說。
依托“數字孿生”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,累計研發生產了精密合金、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。”張宣科技特材研制公司營銷主管易華說。(河北日報記者貢憲云)
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