江蘇永鋼5G固廢利用智能轉底爐工廠項目
1．案例概述
針對冶金過程固廢循環(huán)利用，轉底爐工廠可以對鋼鐵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的塵泥、污泥等進行提純處理，得到可用于煉鋼生產(chǎn)的金屬化球團，還原出來的鋅、鉛、硫等可以進一步形成產(chǎn)品。
黨的十九大報告指出，要加快建設制造強國，加快發(fā)展先進制造業(yè)，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合。江蘇永鋼緊抓時代發(fā)展要求，配合國家發(fā)展戰(zhàn)略，依托5G信息技術、數(shù)字化技術和智能化設備建設轉底爐智能工廠，實現(xiàn)各類運行數(shù)據(jù)的自動化采集、分析與拋送，通過對工廠、關鍵設備的數(shù)字建模，融合工藝、質量、設備、物流、成本等多維多源信息，建立三維環(huán)境下的數(shù)據(jù)可視化交互展示與智慧運營平臺，為轉底爐的日常生產(chǎn)、調度、控制等作業(yè)提供全面準確的數(shù)據(jù)服務。
永鋼在循環(huán)經(jīng)濟利用和綠色工廠水平上再上一個新臺階。同時得益于人工智能和工業(yè)生產(chǎn)的全面結合，智能工廠成功實現(xiàn)轉底爐DRI生產(chǎn)流程精細化、生產(chǎn)操作自動化和生產(chǎn)效率高效化的運行，量化管控轉底爐工藝參數(shù)，標準化轉底爐生產(chǎn)控制，有益于實現(xiàn)安全、綠色、高效、低能耗的生產(chǎn)全流程，降低人員培訓成本，推廣轉底爐工藝促進綠色循環(huán)經(jīng)濟。
2．應用場景
場景1：5G智能裝備，無人行車提升安全性
來源：中國電信股份有限公司蘇州分公司
圖 102 VR巡檢
提供5G+VR導覽、5G+VR巡檢、無人行車等多應用輔助用戶遠程協(xié)作。員工身在中控室，通過VR模擬車間的真實環(huán)境導覽與漫游廠區(qū)；設置一名“虛擬員工”，通過制定巡檢路線，實現(xiàn)一鍵開啟智能巡檢，代替真人在現(xiàn)場巡檢，通過這名“虛擬員工”的視角，在制定好的路線中查看相關設備數(shù)據(jù)；操作人員只需在后臺指定目標區(qū)域并給出行車運行指令，由行車自動完成上料、卸料工作。5G+VR導覽、5G+VR巡檢、無人行車等多應用解決了用戶遠程協(xié)作的需求，有效降低了廠區(qū)監(jiān)管以及運行成本。
場景2：5G設備管理，設備全生命周期管理
采集設備信息，實現(xiàn)檢修記錄、驗收記錄、關鍵設備功能精度可追溯和故障的閉環(huán)管理，確保轉底爐設施設備的高效、穩(wěn)定運行；采集原輔料信息，確保物料的質量是有保障并可追溯的；采集工藝規(guī)程、生產(chǎn)控制參數(shù)、工序質量控制標準進行固化，建立計算模型，關鍵來料情況調整工藝控制，確保能夠適應物料的變化和滿足生產(chǎn)需求；采集設施設備參數(shù)、設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、檢驗數(shù)據(jù)、質量控制數(shù)據(jù)確保產(chǎn)品質量。所有的數(shù)據(jù)都將匯集至大數(shù)據(jù)平臺，經(jīng)過系統(tǒng)分析后下達操作指令，大幅減少生產(chǎn)過程中的人工干預，提高生產(chǎn)過程可控性，提升產(chǎn)品質量、降低生產(chǎn)過程的損耗。
圖形化的展示界面實現(xiàn)對廠區(qū)設備的整體智能化管控，為轉底爐工廠的日常運行、調度、控制等作業(yè)提供可視化的數(shù)據(jù)服務，降低運營成本。此外，實時采集的設備運行參數(shù)信息與運維參數(shù)信息，可以通過大數(shù)據(jù)訓練建設轉底爐數(shù)學模型，不僅可以結合模型算法實現(xiàn)預防性的設備診斷、預警與維修，還可以量化管控轉底爐工藝參數(shù)，標準化轉底爐生產(chǎn)流程。
場景3：5G能耗管理智能化
圖 103 能源管理運營云平臺
圖 104 生產(chǎn)可視化平臺
結合5G技術，構建工廠專屬的能源管理并接入永鋼能源管理平臺，實現(xiàn)循環(huán)再利用智能工廠內部的能耗數(shù)據(jù)采集和管理，支撐永鋼公司級的能源調度和管理要求，通過公司級的能耗管理向下層層追溯，可以做到工序、班組、產(chǎn)品的能源精細化管理，大幅減少能源浪費。
表 4 冶金塵泥處理量25萬噸的轉底爐工廠能耗對比表
能耗 | 智能轉底爐工廠 | 傳統(tǒng)轉底爐工廠 |
耗電（kw·h(kWh)） | 1056794 | 1997484 |
焦爐煤氣（m3） | — | 532196 |
高爐煤氣（m3） | 4989103 | — |
轉爐煤氣（m3） | 7542801 | 8112951 |
氮氣（m3） | 2563168 | 1351333 |
工業(yè)清水（噸） | 6617 | 5911 |
除鹽水（噸） | 10339 | 12601 |
人力資源（人/班） | 10 | 30 |
工序能耗（kgce/噸） | ≤190.907 | ≤220.98 |
場景4：物流跟蹤追溯
通過集成5G、RFID電子標簽、移動應用等數(shù)字化技術，實現(xiàn)原輔料從發(fā)出到接收的全流程跟蹤與管控，同時原輔料的質量信息、重量、物流信息、成本信息隨原輔料同步傳輸。通過APP可以快速查詢到設施設備的基礎信息（數(shù)字化交付的數(shù)據(jù)），從設施設備的采購、安裝、調試、運行、檢修、到最終報廢，實現(xiàn)全生命周期管理工裝APP管理，隨時隨地能夠通過移動終端掃描設備二維碼進行查詢。通過RIFD物流跟蹤追溯系統(tǒng)降低了人力成本消耗。
場景5：5G安全環(huán)保，保證生命健康
圖 105 智能可視安全帽
圖 106 定位監(jiān)測手環(huán)
圖 107 人員定位及可視化系統(tǒng)
固廢利用智能工廠配備高精度人員定位管理系統(tǒng)，結合移動定位技術和5G通信技術，為員工配置智能定位手環(huán)，隨時檢測人員活動范圍并實時監(jiān)測人員健康狀態(tài)，以防員工危險區(qū)域發(fā)生意外。解決人員現(xiàn)場作業(yè)狀態(tài)無法實時監(jiān)管的問題，實現(xiàn)轉底爐廠區(qū)人員管控無死角，確保人員的生命安全有保障，降低管理成本。
3．案例總結
生產(chǎn)精益化、透明化、數(shù)字化水平顯著提升。應用RFID、二維碼等方式對生產(chǎn)資源進行自動、半自動識別，運用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、5G等技術實現(xiàn)工廠內各層級資源之間的信息交互，工廠的自動化信息、數(shù)據(jù)采集率達到95%。建有的MES、質量管理、設備管理等系統(tǒng)已覆蓋工廠生產(chǎn)制造全過程。研發(fā)的設備狀態(tài)監(jiān)控的故障預測、微檢修、VR檢修、人員定位健康監(jiān)控等系統(tǒng)則可以有效對人和物的安全進行分析、評估、預防、規(guī)避，大幅提高安全生產(chǎn)水平。
表 5 冶金塵泥處理量25萬噸的固廢利用智能工廠成效
智能轉底爐工廠 | 傳統(tǒng)轉底爐工廠 | ||
生產(chǎn)運轉率（%） | ≥98% | ≤72% | |
DRI球團 | 粉化率（%） | ＜20% | ＞25 |
金屬化率（%） | 70 | 65 | |
員工總數(shù)（人） | 40 | 129 | |
（含原料）成本（元/噸） | 1456.88 | 952.41 | |
每月收益（元/噸） | 1385.14 | 1132.27 | |
粉塵濃度（mg/Nm3） | ＜5 | ＜10 | |
SO2（mg/Nm3） | ＜30 | ＜50 | |
NOx（mg/Nm3） | ＜150 | ＜200 | |
綜合生產(chǎn)績效全面提升，行業(yè)內具有示范意義。項目綜合應用多項先進技術，形成了5G+模式的全連接能力，為傳統(tǒng)工業(yè)制造賦能，為“綠色制造、智能制造”目標提供堅實的支撐。建成后的智能轉底爐工廠，轉底爐工廠的信息化、智能化水平、作業(yè)率、作業(yè)人員配置率、能耗水平以及產(chǎn)品質量關鍵指標等各項運行績效指標均大幅改善，對行業(yè)發(fā)展具有積極意義，項目先后獲評“智能標桿工廠”，江蘇省級智能車間，為實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)高質量發(fā)展提供新動能、作出新貢獻。
表 6 固廢利用智能工廠績效指標優(yōu)化情況
指標名稱 | 傳統(tǒng)轉底爐工廠實績 | 智能轉底爐工廠實績 | 優(yōu)化情況 |
生產(chǎn)效率（%） | 72% | 98% | 提高36.1% |
運營成本（元/噸） | 1456.88 | 952.41 | 降低34.6% |
產(chǎn)品不良品率（%） | 3.4% | 1.8% | 降低47.1% |
能源利用率（%） | 52% | 68% | 降低23.5% |
圖 108 固廢利用智能工廠智能標桿工廠榮譽證書
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