Real Intelligence — A Novel Approach to EAF Optimization

智能電爐生產(chǎn)優(yōu)化新方法

近年來(lái),人們致力于將人工智能(AI)整合到制造業(yè)的操作中。對(duì)于周期性重復(fù)操作上的高度自動(dòng)化是很有必要的。然而,在電弧爐煉鋼這樣的冶煉過(guò)程中,工藝的變化很難有效使用人工智能。作為一種替代方案,作者提出了真正的智能——在充分了解工藝的基礎(chǔ)上使用有效工具,使操作者能夠?qū)崟r(shí)做出更好的決策。由于電爐自動(dòng)化程度提高,操作者的角色就必須從設(shè)備操作轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪€的工藝優(yōu)化決策者。

近年來(lái),人們致力于將人工智能(AI)整合到制造業(yè)的操作中。對(duì)于周期性重復(fù)操作上的高度自動(dòng)化是很有必要的。然而,在電弧爐(EAF)煉鋼這樣的工藝過(guò)程中,一爐鋼到另外一爐鋼生產(chǎn)過(guò)程中工藝變化多、波動(dòng)大,很難有效地應(yīng)用人工智能。作為一種替代方法,作者建議使用真正的智能(RI)——在充分了解工藝的基礎(chǔ)上使用有效的工具,這些工具可及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾處理,以便作業(yè)者能夠及時(shí)做出更好的決策,改善工藝過(guò)程。隨著電弧爐工藝自動(dòng)化程度的提高,操作者的角色就必須從設(shè)備操作轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪€的工藝優(yōu)化決策者。作者將演示一些可能的可用于現(xiàn)場(chǎng)的工藝流程模型,以幫助操作者能夠適應(yīng)使用。

背景

在過(guò)去的20年里,小型迷你鋼廠沒(méi)有很多重大的工藝變化。人們對(duì)新技術(shù)的關(guān)注較少,而更多地關(guān)注現(xiàn)有技術(shù)的安全性、可靠性和一致性的提高。在這個(gè)階段,冶煉車(chē)間變得精簡(jiǎn)有效,對(duì)工藝過(guò)程的分析關(guān)注減少了,這是由幾個(gè)因素造成的,包括:

1. 大學(xué)里課程在發(fā)展變化,許多冶金學(xué)課程已經(jīng)過(guò)渡放到材料科學(xué)里面了。20年前,冶金學(xué)專業(yè)課可能包括幾個(gè)學(xué)期的鋼鐵制造方面的課程;10年前縮減到一個(gè)學(xué)期,現(xiàn)在一些材料科學(xué)課程可能只包括3小時(shí)的鋼鐵生產(chǎn)知識(shí)教學(xué)內(nèi)容。具有諷刺意味的是,就在這同一時(shí)期,成百上千種新的鋼種已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái),并且已經(jīng)在生產(chǎn)和使用中。

2. 現(xiàn)在的大學(xué)畢業(yè)生在煉鋼廠轉(zhuǎn)崗的速度更快,很少有機(jī)會(huì)真正詳細(xì)了解煉鋼工藝過(guò)程,與關(guān)注工藝技術(shù)過(guò)程相反,關(guān)注的重點(diǎn)倒是超前進(jìn)入各種管理崗位。

3. 如果進(jìn)行工藝過(guò)程分析,往往是多人參加的開(kāi)會(huì)討論,結(jié)果是,分析往往是膚淺的,并沒(méi)有真正深入到細(xì)節(jié)要點(diǎn)。

4. 總是希望工作是按一個(gè)“簡(jiǎn)單的按鈕”就能完成所有的工藝過(guò)程,這也就讓年輕的工程師遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐了。

這種演變的最終結(jié)果是工藝過(guò)程分析這門(mén)藝術(shù)正在慢慢地消失,在這一代人中,很少有人能夠詳細(xì)了解電爐工藝的復(fù)雜過(guò)程。

那么,工藝工程師到底要做什么呢?工藝工程師根據(jù)化學(xué)和冶金學(xué)對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行分析,并評(píng)估工藝各階段的熱力學(xué)、傳熱、傳質(zhì)、原材料特性、設(shè)備可靠性、能源效率以及如何將這些因素結(jié)合起來(lái),達(dá)到高效、低成本的操作生產(chǎn)過(guò)程。

電弧爐工藝變化很大,這在很大程度上是由于所使用的原材料的變化,以一定的成本可以獲得一致性的優(yōu)質(zhì)原材料,但鋼鐵制造業(yè)主往往不愿為此付費(fèi)。但是的確有這種情況,電爐持續(xù)采用良好的工藝會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)率提高20-30%,而無(wú)需什么額外的資金投入。問(wèn)題的核心是,大多數(shù)電爐車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)缺少必要的軟件工具,同時(shí)也缺少有能力的專業(yè)人員以最佳方式優(yōu)化冶煉來(lái)進(jìn)行工藝評(píng)估。

其實(shí)這些工具都不是真正新的工具,已經(jīng)存在多年了。問(wèn)題是,許多煉鋼企業(yè)沒(méi)有意識(shí)到使用這些工具的價(jià)值,因此沒(méi)有選擇使用這些對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有用的工具。

許多年前,Jones[1]開(kāi)發(fā)了電爐優(yōu)化的金字塔,見(jiàn)圖1所示。這張圖的目的是表明有一種結(jié)構(gòu)化的方法可以用來(lái)優(yōu)化電弧爐的操作。為了達(dá)到最佳冶煉效果,必須按照順序的優(yōu)化級(jí)別執(zhí)行各種步驟。

圖1  Jones電弧爐(EAF)優(yōu)化的金字塔

為了有效地排除故障并優(yōu)化冶煉操作,工藝工程師必須對(duì)冶煉的基本原理有良好的理解。由于電弧爐工藝的高度可變性,落實(shí)使用有效的人工智能工具極為困難。作者更傾向于在充分理解工藝基礎(chǔ)之上實(shí)施真實(shí)的人工智能RI,工藝模型作為篩選工具,使得工藝工程師和操作人員都能實(shí)時(shí)做出明智的決定。如果不理解冶煉工藝所必需的基本原理,人工智能很難發(fā)揮作用。但與此同時(shí),受過(guò)充分工藝培訓(xùn)并且掌握冶金工藝基本原理的工程師正在迅速減少。

工藝工具

現(xiàn)代煉鋼工序收集了大量的工藝數(shù)據(jù)。然而,他們并沒(méi)有能夠有效地利用這些數(shù)據(jù),大多數(shù)煉鋼企業(yè)在將這些過(guò)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的信息方面做得很差。過(guò)去年代,工藝工程師部分地承擔(dān)了將過(guò)程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可操作信息的工作,這種數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)變處理既乏味又費(fèi)時(shí)。隨著現(xiàn)場(chǎng)冶金工藝工程師的消失,出現(xiàn)了對(duì)工藝功能自動(dòng)化的需求。因此,開(kāi)發(fā)了工藝模型,協(xié)助鋼廠的運(yùn)作和工藝過(guò)程分析。良好的工藝模型能夠?qū)崟r(shí)過(guò)濾數(shù)據(jù),是工藝優(yōu)化非常有效的工具。

工藝模型Process Model Pyramid是由Jones[1]開(kāi)發(fā)的,它是電爐優(yōu)化金字塔的組成部分,同樣,目標(biāo)是演示如何實(shí)現(xiàn)連續(xù)的工藝過(guò)程優(yōu)化。首先,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的工藝模型來(lái)提供工藝流程反饋,在隨后的過(guò)程中,模型被集成以提供增強(qiáng)的功能和對(duì)工藝實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的控制,見(jiàn)圖2所示。

圖2  電弧爐優(yōu)化的Jones電爐工藝模型

廢鋼模型

以其最簡(jiǎn)單的形式,廢鋼模型可用于開(kāi)發(fā)混合爐料的需求,以滿足其它金屬料配置的目標(biāo),并基于廢鋼跨堆場(chǎng)現(xiàn)有金屬物料進(jìn)行優(yōu)化配置。在更為復(fù)雜的形式下,該模型可用于實(shí)時(shí)地對(duì)每種鋼鐵料類型進(jìn)行多元回歸,以跟蹤金屬料的化學(xué)成分,并確定電爐需要的金屬料配方。廢鋼模型可用于跟蹤廢鋼金屬料的收得率,并將其輸入有使用價(jià)值模型中。廢鋼模型也可用于跟蹤非金屬物料及其對(duì)環(huán)境系統(tǒng)操作的影響,包括跟蹤電爐粉塵的產(chǎn)生等。

爐渣模型

許多鋼鐵企業(yè)都熟悉Pretorius2在時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變(T-T-T)周期的不同階段確定渣的化學(xué)成分,要求產(chǎn)生理想爐渣達(dá)到各個(gè)階段所需要泡沫渣。值得注意的是,有效渣的發(fā)泡取決于同時(shí)滿足堿度和氧化鎂含量達(dá)到設(shè)定要求,爐渣FeO水平的控制也至關(guān)重要。在模型的增強(qiáng)形式中,爐渣模型反向計(jì)算廢鋼中無(wú)用垃圾含量水平,并幫助評(píng)估廢鋼的質(zhì)量。爐渣模型還可以與終點(diǎn)模型相互集成,以提供有效的泡沫渣,同時(shí)實(shí)現(xiàn)終點(diǎn)目標(biāo)和控制爐渣的FeO含量。

能量跟蹤模型

模型最簡(jiǎn)單的形式里,能量跟蹤模型可以用來(lái)在電爐操作中產(chǎn)生一個(gè)靜態(tài)能量平衡參考系統(tǒng),靜態(tài)能量平衡對(duì)于工藝過(guò)程的內(nèi)部基準(zhǔn)管理是非常有用的工具。在其最復(fù)雜的形式中,動(dòng)態(tài)能量平衡可以用來(lái)實(shí)時(shí)跟蹤過(guò)程中的能量分布。

煙氣能量跟蹤

在T-T-T循環(huán)的某些階段,煙氣系統(tǒng)的能量損失可能占進(jìn)入電弧爐總能量輸入的50%以上,了解到能量高的損失時(shí)段,可調(diào)整能量輸入曲線,提高電爐的能源效率。

冷卻水帶走能量損失

跟蹤電弧爐水冷爐蓋和水冷上爐殼冷卻水的能量損失是一項(xiàng)相對(duì)容易的工作。這些信息可用于優(yōu)化電能和化學(xué)能輸入曲線以及優(yōu)化泡沫渣實(shí)踐,了解電弧爐的能量損失是實(shí)現(xiàn)良好運(yùn)行效率的關(guān)鍵。

廢鋼/爐渣模型相結(jié)合

廢鋼/爐渣組合模型允許監(jiān)測(cè)廢鋼質(zhì)量和泡沫渣操作之間的相互作用和影響,組合模型還有助于提供有關(guān)廢鋼金屬化率、非金屬含量爐渣化學(xué)成分和熔劑的要求、以及對(duì)造渣的影響,提供更加完整的信息。

統(tǒng)計(jì)工藝過(guò)程控制(SPC)趨勢(shì)

關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)的SPC從爐罐號(hào)到另外的爐罐號(hào)趨勢(shì)是一個(gè)非常有用的工具。CIX通常通過(guò)運(yùn)行在大屏幕顯示看到這個(gè)工具。SPC呈現(xiàn)的趨勢(shì)允許快速診斷故障情況,并且在操作班次中進(jìn)行調(diào)整變化時(shí)也非常有用,因?yàn)楫?dāng)班的操作人員可以得到上一個(gè)班次操作的狀況。該工具需要對(duì)操作員進(jìn)行培訓(xùn),以識(shí)別趨勢(shì)中一些常見(jiàn)的“違規(guī)行為”,如西方電氣規(guī)則概述。

終點(diǎn)模型(C/O/Fe平衡)

設(shè)計(jì)終點(diǎn)控制模型是為了幫助操作員在該爐鋼冶煉結(jié)束時(shí)同時(shí)達(dá)到所需的鋼溫和溶解氧含量水平。電爐出鋼溫度過(guò)高將會(huì)影響精煉爐操作生產(chǎn),而過(guò)度吹氧會(huì)造成電爐中金屬收得率下降、電爐耐材消耗大和電爐損壞。

實(shí)時(shí)質(zhì)量/能量平衡

CIX的成員在20世紀(jì)90年代末開(kāi)發(fā)了第一個(gè)實(shí)時(shí)質(zhì)量/能量平衡工具,該工具已經(jīng)在一些電爐上使用,使用結(jié)果是相應(yīng)的成本降低10美元/噸以上,生產(chǎn)率提高30%以上。該工具允許工藝工程師跟蹤該爐生產(chǎn)的整體能量分布,并識(shí)別高效和低效的時(shí)段,這就可以更加容易在工藝上進(jìn)行優(yōu)化。

實(shí)時(shí)過(guò)程的反饋

很容易看出,這里描述的許多模型都可以用于實(shí)時(shí)過(guò)濾工藝過(guò)程形成的數(shù)據(jù),并將關(guān)鍵操作參數(shù)反饋給爐前操作人員和工藝工程師,這樣的操作對(duì)當(dāng)前電爐冶煉工藝進(jìn)行實(shí)時(shí)修正的能力得到很大的提高,并保持了其工藝過(guò)程的穩(wěn)定和一致性。

使用價(jià)值

使用價(jià)值的概念是指商品的價(jià)格不如商品在生產(chǎn)過(guò)程中所帶來(lái)的價(jià)值重要。當(dāng)處理電爐的金屬物料時(shí),需要的是鐵元素,按照鐵的收得率付費(fèi)采購(gòu)廢鋼等,但其它不需要的元素組份也會(huì)隨之而來(lái)。垃圾、塑料、合金元素和其他成分隨著廢鋼進(jìn)入爐內(nèi),這些東西影響渣料量、對(duì)環(huán)境和精煉都提出了額外要求等。因此,所有這些負(fù)面影響的組份都有相應(yīng)的成本,對(duì)其進(jìn)行評(píng)估,以確定對(duì)電弧爐操作成本產(chǎn)生的影響。

為什么沒(méi)有更多的工廠使用工藝軟件工具?

隨著對(duì)電弧爐工藝的理解加深以及工藝篩選模型的不斷進(jìn)步,就可以更精確地控制電弧爐工藝操作。雖然電爐中的變化仍然存在,但是變化的幅度收窄,這個(gè)工藝軟件在一些非常有效的電弧爐作業(yè)中已經(jīng)證明,對(duì)于工藝工程師達(dá)到所需要的的操作能力十分有利。有了足夠的工藝信息,可以調(diào)整原料輸入以實(shí)現(xiàn)所需的電爐的T-T-T循環(huán)。這可以在市場(chǎng)低迷時(shí)期可以看到,生產(chǎn)能力不再是主要經(jīng)營(yíng)驅(qū)動(dòng)力,經(jīng)營(yíng)焦點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂粕a(chǎn)成本。

從冶金行業(yè)上看,我們需要更好地理解工藝參數(shù)之間的相互作用,例如,提高電能利用效率就需要更好的泡沫渣,需要較大的體積泡沫渣量來(lái)覆蓋熔池和屏蔽電弧。提高化學(xué)能的利用會(huì)影響除塵系統(tǒng),導(dǎo)致化學(xué)能利用效率較低,但電爐產(chǎn)能提高,從成本上看是有效益的。顯然,鋼鐵廠必須了解推動(dòng)工藝改進(jìn)的動(dòng)力是什么?成本?提高產(chǎn)能?或者兩者都有?必須很好地理解工藝過(guò)程,以便工藝的目標(biāo)與財(cái)務(wù)效益目標(biāo)相匹配。

那么,為什么沒(méi)有更多的鋼廠使用那么多可用工藝模型呢?最大的原因之一是初始配置這些模型需要很長(zhǎng)時(shí)間,此外,維護(hù)模型和確保相關(guān)輸入數(shù)據(jù)更新也需要時(shí)間。例如,一個(gè)廢鋼型需要更新成分?jǐn)?shù)據(jù)才能有效、爐渣料模型需要定期更新熔劑組成數(shù)據(jù)、鋼包精煉爐和合金模型必須能夠考慮到輸入料變化的雜質(zhì)含量,每一爐都需要花時(shí)間做這些事情。

顯然,工程軟件工具需要由專門(mén)的工藝工程師來(lái)維護(hù)。不幸的是,大多數(shù)鋼廠看不上工藝工程師工作的重要性,其結(jié)果就是已經(jīng)安裝了這些軟件工具也沒(méi)有看到好處。如果沒(méi)有持續(xù)的支撐,即使是最好的工藝模型也無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的結(jié)果。

影響工藝模型利用的另一個(gè)因素是,許多工程師進(jìn)入鋼鐵行業(yè)時(shí),對(duì)正確地進(jìn)行有效的工藝分析所必需的工藝基礎(chǔ)知識(shí)缺乏扎實(shí)的理解。于是就需要一種機(jī)制來(lái)支持從院校為鋼廠培養(yǎng)人才,使得工藝工程師能夠向正確的方向發(fā)展。

工藝分析的例子

工藝工程實(shí)踐的一個(gè)簡(jiǎn)單例子是電爐爐渣的優(yōu)化。通常的時(shí)候,冶煉過(guò)程會(huì)采集幾個(gè)爐渣試樣來(lái)進(jìn)行分析,并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行渣料的添加。然而,爐渣分析是動(dòng)態(tài)的,在不同爐之間會(huì)發(fā)生明顯地改變。許多鋼廠看不到定期分析爐渣的益處。在生產(chǎn)扁平材鋼廠中,必須對(duì)每一爐渣進(jìn)行分析。在一個(gè)長(zhǎng)材生產(chǎn)的鋼廠,就是每隔幾爐進(jìn)行一次渣分析仍然是有好處的,爐渣分析是跟蹤廢鋼質(zhì)量的最佳反饋,達(dá)到理想的爐渣堿度和MgO飽和設(shè)定值是保證爐渣起泡性和供電傳熱效率最佳途徑。為了準(zhǔn)確地執(zhí)行回歸分析,知曉爐渣的組成必須做到(例如跟蹤SiO₂進(jìn)入電爐中的量),需要每爐鋼一個(gè)渣樣和每爐鋼一個(gè)真實(shí)的廢鋼混合料配比,而且需要相當(dāng)大的樣本量才能進(jìn)行回歸分析。

如果渣量增加,廢鋼中的鐵收得率就會(huì)降低。因此,不僅要跟蹤爐渣的化學(xué)成分,而且要計(jì)算出產(chǎn)渣量。爐渣生成量的急劇增加可能表明廢鋼質(zhì)量有問(wèn)題,可能需要調(diào)整爐渣的堿度和氧化鎂飽和含量的設(shè)定值。

同樣,鋼水中的磷含量過(guò)高就需要調(diào)整設(shè)定目標(biāo)。此外,工藝工程師必須評(píng)估的問(wèn)題是爐渣體積量不足、渣的堿度不合適,還是與整爐冶煉過(guò)程中的爐渣化學(xué)成分和溫度曲線構(gòu)成相關(guān)的影響。利用已出版公布的磷分配數(shù)據(jù),工藝工程師可以確保每爐鋼都能達(dá)到一個(gè)最佳的渣量。

顯然,工藝分析軟件非常合適對(duì)爐渣進(jìn)行優(yōu)化,爐渣優(yōu)化的結(jié)構(gòu)方法包括以下步驟:

?評(píng)估廢鋼中垃圾成分和數(shù)量。

?選擇一組合適的爐渣堿度和MgO飽和設(shè)定值,給出一個(gè)有效的爐渣體積量,與電爐操作的電氣參數(shù)相匹配。

?定期分析爐渣化學(xué)成分,計(jì)算爐渣體積。評(píng)估鐵損量并相應(yīng)調(diào)整設(shè)定值。

?定期檢查液壓渣罐車(chē)上的渣罐重量。

?評(píng)估鋼水除磷效果,相應(yīng)地調(diào)整爐渣化學(xué)成分和體積量,有必要調(diào)整爐渣的堿度,根據(jù)終點(diǎn)鋼水含氧量的要求也是有必要對(duì)爐渣進(jìn)行調(diào)整。

?定期更新計(jì)算模型中的溶劑成分?jǐn)?shù)據(jù),定期分析溶劑成分。

?根據(jù)終點(diǎn)目標(biāo)協(xié)調(diào)設(shè)定渣的化學(xué)成分。

?定期重復(fù)以上所有內(nèi)容。

對(duì)于工藝工程師來(lái)說(shuō),另一個(gè)有用的練習(xí)例子是為電爐開(kāi)發(fā)了一個(gè)靜態(tài)能量匯總。有了完整的渣量平衡和良好的爐號(hào)記錄數(shù)據(jù),就可以制作一個(gè)所有電能和化學(xué)能輸入的總匯表,并與將一噸鋼水從室溫廢鋼到出鋼溫度所需的最小理論能量進(jìn)行比較。這是評(píng)估各種能源的成本與效益的有用基準(zhǔn)。如果任何一種能源的真實(shí)價(jià)格都被開(kāi)發(fā)出來(lái),其結(jié)果都可能是令人震驚的。例如,當(dāng)一爐鋼結(jié)束冶煉時(shí),以下輸入應(yīng)該是已知的或可以估計(jì)的:

?加入爐內(nèi)或噴碳進(jìn)入的煤碳量。

?最終爐渣中FeO重量與估計(jì)FeO輸入量差別。

?最終爐渣中SiO2的重量與估計(jì)輸入的SiO2(矸石或垃圾)量對(duì)比。

?使用的甲烷量。

?耗氧量。

?使用的電能。

圖3  加熱和熔化廢鋼需要的理論能量

表1  各種氧化物單位重量生成的熱量(千瓦時(shí))

由此,我們可以總結(jié)鐵的氧化、硅元素的氧化和碳的氧化產(chǎn)生的能量輸入,必須對(duì)碳的一次燃燒形成一氧化碳釋放的能量和一氧化碳二次燃燒后形成二氧化碳形成的能量進(jìn)行跟蹤,這對(duì)于設(shè)計(jì)捕捉利用化學(xué)能很有幫助。康斯迪電爐后燃燒系統(tǒng)吹氧、余熱收系統(tǒng)和朗肯循環(huán)發(fā)電機(jī)都可以安裝在各種電爐系統(tǒng)中,它們都在一定程度上依賴后燃燒產(chǎn)生的熱量。在構(gòu)建靜態(tài)能量模型,花費(fèi)太多時(shí)間制作完美的電爐能量模型并不是很重要,與往常一樣,工藝改進(jìn)是最終目標(biāo),即使模型不完美,但是仍然可以提供工藝改進(jìn)的路線圖,主要目標(biāo)就能夠?qū)崿F(xiàn)。真實(shí)地實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能才始終是工藝工程師為此奮斗的目標(biāo)。

未來(lái)現(xiàn)場(chǎng)工藝工程師的角色

人們很容易相信,隨著工藝工具的實(shí)施,工藝工程師的角色將會(huì)過(guò)時(shí),但是事實(shí)上絕不是那么一回事。工藝模型工具作為數(shù)據(jù)過(guò)濾器,它們能夠快速的“實(shí)時(shí)”進(jìn)行工藝分析,生成具有實(shí)際操作的信息,然而,仍然需要工藝工程師來(lái)確定工藝應(yīng)該如何調(diào)整,以及這些調(diào)整可能對(duì)其他工藝參數(shù)會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響。電爐是重工業(yè)中最復(fù)雜的工藝反應(yīng)器之一,工藝參數(shù)之間的耦合量是巨大的,變化量也非常大,因此,電爐冶金過(guò)程優(yōu)化是一項(xiàng)全職性的工作。在未來(lái),作者設(shè)想工藝工程師的角色是工藝宏觀優(yōu)化——將多個(gè)工藝工具的結(jié)果結(jié)合在一起,得到高層次工藝參數(shù)優(yōu)化。與此同時(shí),電爐操作職工將承擔(dān)微觀優(yōu)化的角色——根據(jù)智能工藝工具生成的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行小的調(diào)整。

隨著工藝工具的演變,對(duì)各種工藝參數(shù)數(shù)據(jù)的需求會(huì)越來(lái)越大,需要更多的儀器儀表。然而,如果沒(méi)有定期校準(zhǔn)和維護(hù),再多的儀器儀表都不能很好發(fā)揮作用。作者已經(jīng)看到了很多錯(cuò)誤數(shù)據(jù)被收集的例子,錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)比沒(méi)有數(shù)據(jù)更糟糕,因?yàn)樗梢援a(chǎn)生糟糕有害的工藝調(diào)整。一些工藝工具實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)篩選,過(guò)濾掉“壞的”數(shù)據(jù)。在一天結(jié)束的時(shí)候,最好的態(tài)度是確保儀器得到校準(zhǔn)和維護(hù)。安裝這些儀器儀表就是為了提供必要的工藝數(shù)據(jù)。

隨著收集更多工藝數(shù)據(jù)的能力不斷發(fā)展,工藝模型“過(guò)濾器”變得更加必要,以實(shí)時(shí)處理不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量,并向操作人員和工藝工程師提供最佳的可操作信息。技術(shù)必須發(fā)展以支持工藝工程師的活動(dòng),并且不能僅僅是為了技術(shù)而技術(shù)。

未來(lái)現(xiàn)場(chǎng)工藝操作者的角色

許多行業(yè)預(yù)測(cè),在不久的將來(lái),自動(dòng)化將取代對(duì)操作者的需求,最容易實(shí)現(xiàn)的行業(yè)是工藝過(guò)程已經(jīng)高度儀器化,生產(chǎn)和原料是基本一致,具有高度一致的原料和工藝輸入的工藝流程可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,在這種情況下,操作者的干預(yù)是很少的。然而,電爐冶煉車(chē)間并非如此,當(dāng)這并不是說(shuō),在自動(dòng)化的使用方面,熔煉車(chē)間將不會(huì)繼續(xù)發(fā)展。自動(dòng)化對(duì)于替代重復(fù)性的操作非常有效,并使操作人員遠(yuǎn)離危害場(chǎng)所。然而,即使在自動(dòng)化方面取得了進(jìn)步,電爐操作仍將需要操作者,一個(gè)大的問(wèn)題是,“他們未來(lái)的角色將發(fā)生怎樣的變化?”

作者認(rèn)為,在未來(lái),運(yùn)營(yíng)商將升級(jí)其功能,提供一級(jí)工藝優(yōu)化。操作人員需要具備工藝基礎(chǔ)方面的良好基礎(chǔ)。操作人員將被提供正確的工藝過(guò)程軟件工具,以便他們能夠確定何時(shí)發(fā)生了工藝過(guò)程偏離,并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)糾正。在過(guò)去,操作人員只能利用他們?cè)诠S里能看到和聽(tīng)到的知識(shí)來(lái)確定什么時(shí)候發(fā)生了操作問(wèn)題,并相應(yīng)采取糾正措施。將來(lái),工藝模型將被用于篩選原始工藝數(shù)據(jù),并向操作人員提供可執(zhí)行的信息。除了提供工藝分析的工藝工具外,還需要提供有效的工藝控制手段,以便操作人員采取糾正措施。

結(jié)論

工藝工程的藝術(shù)性正慢慢地從鋼鐵廠消失了,這在一定程度上是由于大多數(shù)大學(xué)課程的變化,重點(diǎn)從冶金學(xué)轉(zhuǎn)移到材料科學(xué)。社會(huì)對(duì)鋼鐵工業(yè)的理解減少,鋼鐵工業(yè)也沒(méi)有很好地向社會(huì)表達(dá)已經(jīng)生產(chǎn)了成千上萬(wàn)種鋼種,但是為滿足各種工程需求,仍然需要社會(huì)和大學(xué)重視冶金工業(yè)。結(jié)果,社會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為,由于鋼鐵冶煉歷程時(shí)間很長(zhǎng),有關(guān)鋼鐵的一切知識(shí)都已為人所知。為了鋼鐵工業(yè)良性的循環(huán)發(fā)展,還是需要增加補(bǔ)充教育,幫助剛畢業(yè)的工程師迅速?gòu)拇髮W(xué)已有的知識(shí)過(guò)渡到鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)中,這種補(bǔ)充教育必須集中在工程師獲得對(duì)工藝充分理解所必需的基礎(chǔ)知識(shí)上。

近年來(lái),煉鋼企業(yè)已經(jīng)減少了工藝工程師擔(dān)任的角色,有些企業(yè)甚至已經(jīng)取消了這個(gè)角色職務(wù)。由于時(shí)間限制,其他活動(dòng)領(lǐng)域?qū)θ藛T的需求不斷增長(zhǎng),使得有效地進(jìn)行工藝優(yōu)化變得更加困難。隨著工藝分析資源的減少,工藝工具可以實(shí)現(xiàn)更快、更有效的實(shí)時(shí)分析。技術(shù)不斷向前發(fā)展,人們必須學(xué)會(huì)更聰明地工作,而不僅僅是更努力地工作。工藝工具可以幫助工程師理解與電爐操作相關(guān)的各方面情況,要知道沒(méi)有任何神奇的按鈕來(lái)自動(dòng)優(yōu)化冶煉過(guò)程的,也沒(méi)有任何工藝模型可以取代工藝工程師,在電爐冶煉中總是會(huì)有工藝偏差情況,通過(guò)正確的實(shí)時(shí)分析,才可以減輕這些偏差干擾的影響,并將恢復(fù)“正常”操作所需的時(shí)間降至最低。

時(shí)代的發(fā)展已經(jīng)表明,已有大量的工藝模型可用。這些工具可以在基礎(chǔ)級(jí)別實(shí)現(xiàn),并且隨著對(duì)工藝流程理解的提高,可以對(duì)它們進(jìn)行集成以提供更強(qiáng)大的功能。然而,如果沒(méi)有專門(mén)的工藝工程師來(lái)協(xié)調(diào)優(yōu)化活動(dòng),軟件模型對(duì)操作的影響將是最小的。在未來(lái),隨著工藝流程自動(dòng)化程度的提高,作者設(shè)想了工藝操作員的“重新加工”,以提供一線優(yōu)化工作。這將要求對(duì)操作人員進(jìn)行進(jìn)一步的培訓(xùn),以便他們對(duì)工藝基礎(chǔ)有一個(gè)良好的理解,并知道如何應(yīng)用工藝工具所提供的指導(dǎo)。

工藝工程是工藝優(yōu)化的核心,工藝優(yōu)化需要人們的奉獻(xiàn)和堅(jiān)韌,追求的結(jié)果不會(huì)立即出現(xiàn),但很清楚的是,工藝軟件工具能夠支撐工藝優(yōu)化結(jié)構(gòu),前進(jìn)的道路是曲折的,堅(jiān)持下來(lái)得到的果實(shí)是甜美的。

參考文獻(xiàn)

1.  J. Jones, M. Trapp and J. Schuster, “AStructured Approach to EAF Optimization,” AISTech 2008 Conference Proceedings,2008.

2.  E. Pretorius and R. Carlisle, “Foamy SlagFundamentals and their Practical Application to Electric Furnace Steelmaking,”ISS EAF Conference Proceedings, 1998.

作者

Mark E. Trapp:Consultant, Continuous Improvement Experts Inc., Clinton, Pa., USAmark.trapp@cixllc.com

Jeremy A.T. Jones:President/Managing Partner, Continuous Improvement Experts Inc., Clinton,Pa., USA jeremy.jones@cixllc.com

唐杰民2024年元月在安徽黃山市屯溪翻譯自美國(guó)《鋼鐵技術(shù)》2024年元月期刊。

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