本報通訊員 南方
2022年9月15日，隨著電子大屏上手印按鈕的開啟，中冶南方的“智慧高爐整體解決方案”在發布會全場倒計時的口號中重磅發布。
中冶南方智慧高爐解決方案，以領先的綠色、低碳、長壽高爐綜合技術為依托，聚合智能裝備、智能生產與智能管控功能，打造高爐“最強大腦”，真正實現“黑箱”生產透明化，成為鋼鐵行業智能化發展趨勢下，引領高爐生產邁向更高效、更長壽、更安全的新一代高爐煉鐵智慧解決方案。
一場科技感十足的發布會，讓多位業界專家、多家知名媒體與寧波鋼鐵、中冶南方一起，共同體驗了一次對鋼鐵“智”造的探索之旅，也扣響了通往未來智慧鋼廠的大門。
在制造強國的大背景下，中冶南方立足科技型工程公司的定位，緊緊圍繞鋼鐵生產工藝過程推進核心技術開發，全面提速智能化、數字化、綠色化技術應用，持續助力鋼鐵生產的智能化變革。以智慧高爐技術為代表的中冶南方系列高爐技術，是中冶南方堅持創新驅動，服務鋼企降本增效、行業智能綠色發展的領先技術之一。
智慧高爐轉型升級 劍指未來引領變革
高爐是鋼鐵工業領域最大的單體反應容器，具有高溫、高壓、密閉、連續生產的“黑箱”特性。在傳統高爐冶煉中，高爐內部生產看不見、摸不著，內部信息極度缺乏，也無法對其實施同步檢測。
為打破這種現狀，中冶南方依托先進的信息化技術，將生產數據進行治理、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，實現了高爐生產狀態的全面監測、評估與診斷，將高爐這個“黑箱”容器逐步“透明化”。此舉為行業首創。同時，中冶南方以自主開發的工業互聯網 WISDRI DiPlant平臺為基礎，在大數據采集的基礎上，利用機器學習算法，結合專家規則庫，對高爐生產數據進行離線和實時兩個維度的分析，能根據不同高爐的生產特點，為操作者提供當前生產狀況與歷史同類型原料、生產參數下的對比，并根據每一座高爐的設計特點、原燃料條件、操作經驗與當前爐況，對專家規則管理系統進行定制化的設計，量體裁衣打造專屬解決方案，讓智慧高爐的“高智商”表現得更加出色。
中冶南方智慧高爐解決方案中的“智慧高爐大數據智能感知及可視化管理平臺”入選了工業和信息化部2021年大數據產業發展試點示范項目、2021年世界鋼鐵工業十大技術要聞，并以冶金行業唯一入選身份榮獲第五屆數字中國建設峰會“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號高爐、昆鋼新區2號高爐、寧鋼2號高爐等項目中進行應用。
這些項目實施后，高爐生產在長期安全性、穩定性、高效運行方面相比同類高爐均有顯著提升，可達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5500噸鐵，一年可節省焦炭1.76萬噸，節約成本超3000萬元。在系列智能化技術的實力支持下，中冶南方建設的現代化高爐在安全、長壽、高效方面的競爭優勢更加突出。
在山西晉南鋼鐵集團產能置換曲沃基地內，兩座狀態優良、容積均為1860m3的高爐正穩步運行，優質的鐵水源源不斷流入鋼包車內，實現高爐月平均利用系數長期保持在3.5t/m3·d以上，處于世界領先水平。如此高效的生產率，吸引了業內多家鋼鐵企業前往參觀。而在我國云南省安寧市昆鋼新區內，也有一座安全綠色、智能高效現代化的2500m3高爐，一經投產，便立刻憑借綠色、智能、長壽、高效等特點成為行業新標桿。今年6月15日，該高爐產量超過7000噸，創造該廠運行以來鐵水日產量的新紀錄。
在高爐這一鋼鐵生產流程的關鍵工序和核心單元上，安全、長壽、高效這三個關鍵詞，成為提及中冶南方所承建高爐時的高頻詞。而這，正是中冶南方一系列高爐技術所具備的最大特點和最顯著優勢。
截至目前，中冶南方已為中國寶武、鞍鋼、河鋼、山鋼、沙鋼、華菱、晉南、德龍和POSCO、MMK、Hoa Phat等超過50家國內外知名鋼鐵企業提供過高爐系統技術服務，承擔的≥1000m3高爐工程項目已超過120項，30余座運行中的2000m3以上級大中型高爐已安全、高效連續生產超過10年。其中，8座高爐無大修且安全高效生產超過15年，高爐壽命最長的已有18年。
爐型設計工藝有訣竅 實現爐型“定制化”
高爐想要實現安全、長壽、高效，首先需要滿足“合理的爐型”這一基本條件。但設計合理的爐型，并不簡單。
技術人員經過長期探索、實踐發現，高爐投產一段時間后，為了適應實際的生產條件，會出現爐況波動和內襯侵蝕，進而導致爐型發生變化，影響使用壽命。
為解決這一難題，中冶南方將目標放在如何實現“設計爐型就是操作爐型”上，下力氣鉆研。通過挖掘分析生產數據，調查分析高爐破損原因，并結合爐內氣體動力學研究、高爐反應過程的仿真計算，中冶南方技術團隊理清了高爐的原燃料條件、生產操作制度及變化趨勢對于高爐爐型的影響機理，摸索出一套長壽、高效爐型設計訣竅技術體系，并在多座高爐中得到驗證。
一座2000m3級高爐經中冶南方的全新設計和全面改造，由瘦高型爐型變為矮胖型，高爐透氣性得到有效改善，對優質焦炭的依賴也得到緩解，改造后利用系數由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級高爐一直受爐缸溫度高、爐腹爐腰氣流不易控制等困擾，中冶南方針對性地優化其爐腹爐腰設計結構，不僅使得爐型更加穩定，也令利用系數由2.1t/m3·d提升至2.42t/m3·d，燃料比由532kg/tFe降至511kg/tFe。
無論是高爐大修還是新建高爐，中冶南方始終堅持從實際情況出發，充分考慮鋼廠的原燃料條件、生產率要求及高爐操作模式，確定爐缸、爐腹角、爐身角、等效爐腹角等結構尺寸，為客戶提供“定制化”方案。因此，中冶南方設計的爐型具有針對性強、適應性強的特點，保證合理的設計爐型與生產條件、冶煉制度相適應，為實現安全、長壽、高效打好基礎。
高爐長壽綜合技術 提供整體技術方案
要保證高爐安全、長壽、高效，以“定制化”方式實現爐型的合理設計只是基礎條件，還需要整體技術方案做堅實支撐。
中冶南方經過數十年的科技創新，掌握了一批具有自主知識產權、處于國內外先進水平的高爐專有技術。
在高爐冷卻系統方面，中冶南方開發的聯合軟水密閉循環冷卻技術，具有水量小、投資低、運行費用低、冷卻效率高等特點，與獨立軟水密閉循環系統相比，運行水量可降低50%以上，總投資可減少18%-20%；相較于采用其他冷卻系統，運行費用可削減30%-50%。作為一項系統工程，聯合軟水密閉循環冷卻技術可以根據高爐內各冷卻設施熱負荷特點和阻損匹配原則，將冷卻壁、爐底水冷系統、風口系統、熱風閥系統等巧妙地整合為一個系統，讓幾種冷卻方式聯合發揮作用，為高爐在高負荷冶煉過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和爐內砌磚，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構實現了爐體薄內襯，進而保證操作爐型的穩定；同時，持續更新冷卻壁的材質，從鑄鐵冷卻壁到具有高導熱、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、具有無滲碳層的高導熱鑄鐵冷卻壁，冷卻壁的性能不斷升級；持續延伸冷卻壁的覆蓋范圍，使得爐腹、爐腰和爐身下部高熱負荷區域以及爐缸異常侵蝕區，也受到中冶南方獨特的“高爐全冷卻壁技術”的保護，從而承受更強的冶煉條件。
在這個過程中，為了延長高爐冷卻壁的壽命，中冶南方開發了無剪切冷卻壁固定技術。這種技術能夠確保冷卻壁的膨脹方向與爐殼膨脹方向一致，有效適應爐體受熱產生的變形，保護冷卻壁不因溫度波動和熱流沖擊而損壞。該技術自從在武鋼有限5號高爐第一代爐役成功應用以來，已經在100多座高爐得到檢驗。
在高爐抗侵蝕方面，中冶南方的爐缸長壽整體解決方案，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、高導熱等性能的高爐炭磚，為高爐爐缸在高冶煉強度下也能長壽提供保障。例如中冶南方研發的“石墨墻”爐缸長壽技術，提高了冷卻壁與超微孔炭磚間導熱能力，加強了對陶瓷杯的保護，并且增強了陶瓷杯在炭塊熱面形成穩定凝固保護層的效果。
“石墨墻”爐缸長壽技術在武鋼有限高爐使用后效果突出，武鋼有限7號高爐已經連續生產超過16年、8號高爐已經連續生產近13年，爐缸狀態均保持良好，有望實現20年的長壽目標。
從對未來高爐智能化發展的扎實探索，到高爐綜合技術實力的持續引領，中冶南方以核心技術的迭代更新，堅定不移地深化在高爐安全、長壽、高效領域的探索與實踐，勇擔推動鋼鐵工業高質量發展的責任。目前，中冶南方已形成了國內領先的高爐長壽等系列核心工藝技術及裝備，擁有國內數量最多的煉鐵專有、專利技術，打造了國內領先的智慧高爐解決方案。
萬里長空多遠志，十年辛苦不尋常。要做，就做出實實在在的成績來，在一項項“一鳴驚人”的創新成果背后，是一代代中冶南方人“十年磨一劍”的苦功夫。靜下心來、沉潛下去，走求真務實的技術路線，把智能化轉型發展的高追求落實到工藝裝備的不斷突破中，讓技術的創新始終與工程實踐緊密結合，中冶南方在扎實深耕的專業專注道路上，厚植起自身致恒致遠發展的技術底蘊與競爭優勢。
“十四五”期間，中冶南方將繼續堅定不移地推進高爐核心工藝技術和裝備的創新迭代，大力推進工藝技術與數字化、智能化技術的深度融合，為高爐煉鐵的安全、長壽、高效賦予新的動能。
圖為中冶南方智慧高爐發布會現場。
圖為中冶南方“智慧高爐解決方案”入選數字中國建設峰會“十佳解決方案”。
圖為中冶南方建設的寧鋼高爐集控中心。
圖為中冶南方建設的晉南鋼鐵3號高爐。
圖為中冶南方建設的武鋼有限6號高爐。
圖為武鋼有限5號3200立方米高爐。
圖為中冶南方建設的寧鋼2號高爐。
圖為中冶南方建設的昆鋼新區2號高爐。
圖為中冶南方建設的印尼德信350萬噸鋼鐵項目1號高爐。
（圖片均由中冶南方提供）
《中國冶金報》（2022年10月18日 05版五版）
