人工智能應(yīng)用于棒線材生產(chǎn)線的有關(guān)設(shè)想

回士旭， 劉志國， 李海斌， 任根柱

（鹽城市聯(lián)鑫鋼鐵有限公司， 江蘇 鹽城 224100）

進(jìn)入十四五時期，距離中國制造2025 僅剩4 年時間，鋼鐵行業(yè)智能化改造任重道遠(yuǎn)，鹽城市聯(lián)鑫鋼鐵有限公司十分注重智能化發(fā)展。鹽城市聯(lián)鑫鋼鐵有限公司現(xiàn)有三條棒材生產(chǎn)線和一條棒線復(fù)合生產(chǎn)線，已經(jīng)推廣支數(shù)智能統(tǒng)計，MES 產(chǎn)供銷一體化系統(tǒng)也將馬上上線運營。鹽城市聯(lián)鑫鋼鐵有限公司在十四五期間還將對部分設(shè)備進(jìn)行改造升級，引入更多、更先進(jìn)的智能控制系統(tǒng)，朝著智能制造方向發(fā)展。

1 加熱爐智能燃燒控制技術(shù)

在原加熱爐系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加智能優(yōu)化燃燒控制系統(tǒng)，通過增加殘氧分析儀、CO 檢測分析儀、燃燒熱值儀及相應(yīng)的軟件計算，輸入相應(yīng)的品種工藝方案，形成智能加熱模型，實現(xiàn)介質(zhì)與空氣的自動調(diào)節(jié)，高效控制爐溫，提高鋼坯的加熱效果。具體通過煤氣分支總管壓力控制系統(tǒng)，達(dá)到煤氣分支總管壓力穩(wěn)定。通過實現(xiàn)煤氣流量與爐溫的串級控制、煤氣流量與空氣流量的比值控制，實現(xiàn)燃燒系統(tǒng)的自動控制，確保加熱爐可以長期穩(wěn)定運行。通過熱值補(bǔ)償系統(tǒng)，對閥門開度進(jìn)行有效補(bǔ)償。通過殘氧控制，確定實時最優(yōu)空燃比，使系統(tǒng)始終運行在最佳燃燒區(qū)，在提高加熱爐的加熱效率的同時減少氧化燒損，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。模型中還應(yīng)該考慮軋機(jī)因為各種原因的停機(jī)對加熱制度的調(diào)整方案，比如檢修、故障處理等生產(chǎn)暫停以及介質(zhì)質(zhì)量的波動（發(fā)生量、產(chǎn)生量、熱值）等。通過采用加熱爐智能燃燒控制技術(shù)一方面可以提高鋼坯加熱效果，進(jìn)而保證軋后成品的質(zhì)量。另一方面以最佳的方式提供原料介質(zhì)氣體，提高燃料利用率，降低能耗，符合當(dāng)前碳達(dá)峰、與碳中和背景。

2 智能級聯(lián)調(diào)

速度級聯(lián)控制是現(xiàn)代棒線軋機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，由于軋機(jī)間間距小，連續(xù)軋制，速度快，要求控制系統(tǒng)精度高、穩(wěn)定性好、調(diào)節(jié)快、自適應(yīng)功能強(qiáng)。通過控制微張力和活套，可以實現(xiàn)上述要求。通過元件檢測值與設(shè)定值比較，針對數(shù)值偏差，通過級聯(lián)調(diào)來控制上游機(jī)架的速度，達(dá)到調(diào)節(jié)張力和活套高度[1]。

良好的速度級聯(lián)調(diào)離不開各檢測元件的精度和正常工作狀態(tài)。同時先進(jìn)的系統(tǒng)是保證聯(lián)調(diào)效果的根本保證。完美的配合工藝要求，一方面實現(xiàn)起套預(yù)警，降低起套堆鋼事故率。另一方面實現(xiàn)良好的堆拉關(guān)系，確保軋件尺寸精度和內(nèi)在質(zhì)量[2]。

3 智能冷卻模式

隨著棒線材用途越來越廣泛，棒線材的品種研發(fā)越來越迅速，特別的性能指標(biāo)要求在工藝執(zhí)行方面也提出了更高的要求，在線水冷、線材的斯太爾摩冷卻等方面的要求也更加差異化。特定地指出某段水冷段、風(fēng)冷段的冷卻強(qiáng)度不能夠很好地控制材料的冷卻過程，造成性能波動范圍偏大。放眼未來，隨著智能化的不斷普及，智能冷卻模式應(yīng)該可以發(fā)揮更大作用。

首先水冷段、風(fēng)冷段應(yīng)該配備溫度檢測元件、水溫儀表、水流量儀表，進(jìn)而通過智能冷卻系統(tǒng)生成軋件溫度圖像，通過元件檢測值與設(shè)定值比較，針對數(shù)值偏差智能微調(diào)水量、水壓、風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)機(jī)開啟臺數(shù)、水冷段開啟狀態(tài)、保溫罩開閉狀態(tài)，最終目的是保證軋件的冷卻效果，從而獲得穩(wěn)定的內(nèi)部組織和產(chǎn)品性能。

4 智能表面質(zhì)量檢查

為應(yīng)對市場對鋼材表面質(zhì)量要求越來越高的挑戰(zhàn)，渦流探傷、光學(xué)攝像原理都開始嘗試用在線棒材表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)。利用對線棒材表面實施無間斷地高速連續(xù)拍攝，經(jīng)專用軟件處理后實時判斷線棒材表面的缺陷，具有檢測能力強(qiáng)、信息豐富等特點，使用效果良好。

智能表面質(zhì)量檢查效率高、精度高，值得各線棒材企業(yè)嘗試。同時智能表面質(zhì)量檢查系統(tǒng)也需要根據(jù)生產(chǎn)實踐中暴露出來的問題繼續(xù)發(fā)展完善，讓企業(yè)放心使用。

5 大數(shù)據(jù)的采集與應(yīng)用

大數(shù)據(jù)的采集與應(yīng)用同樣是棒線材智能發(fā)展的重要組成部分，它同樣影響著棒線材整體質(zhì)量水平。大數(shù)據(jù)的采集與應(yīng)用并不是新鮮事物，多年以來，大數(shù)據(jù)的采集與應(yīng)用在各類產(chǎn)線上普遍推廣。

用戶對過程控制、尺寸控制以及成材率控制精度不斷提高要求，特別是在大數(shù)據(jù)技術(shù)廣泛應(yīng)用及“中國制造2025”的大背景下，棒線材生產(chǎn)向智能制造方向轉(zhuǎn)型升級已成必經(jīng)之路。基于大數(shù)據(jù)思想和技術(shù)，建立棒線材生產(chǎn)過程海量數(shù)據(jù)收集和管理系統(tǒng)，對其中蘊(yùn)含的重要信息進(jìn)行挖掘研究，開發(fā)了基于大數(shù)據(jù)分析的高精細(xì)棒線材軋制控制系統(tǒng)，對軋制工藝優(yōu)化和開發(fā)綠色低碳產(chǎn)品均具有重要的現(xiàn)實意義。

棒線材孔型設(shè)計是棒線材軋制的一項極其重要的工作，直接影響著成品質(zhì)量、軋機(jī)生產(chǎn)能力、產(chǎn)品成本、勞動條件和勞動強(qiáng)度。孔型一般由設(shè)計人員根據(jù)孔型計算公式結(jié)合經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計。隨著大數(shù)據(jù)推廣，可以利用計算機(jī)輔助孔型設(shè)計軟件進(jìn)行設(shè)計。孔型設(shè)計過程中，計算內(nèi)容是否正確，直接影響到孔型設(shè)計的成功與軋制過程的穩(wěn)定，因此，根據(jù)工藝裝備水平及生產(chǎn)目標(biāo)要求，進(jìn)行正確的孔型設(shè)計計算工作就顯得十分重要。通過大數(shù)據(jù)采集和有關(guān)軟件的使用，可以提高孔型設(shè)計的效率與計算精度。

精密點檢系統(tǒng)的應(yīng)用可以提高點檢效率，間接提高軋機(jī)作業(yè)率、提高軋制工藝穩(wěn)定性、提高產(chǎn)品質(zhì)量。在軋線精軋機(jī)等設(shè)備上安裝監(jiān)測點，對設(shè)備的振動、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行不間斷記錄，實現(xiàn)在線監(jiān)測，對設(shè)備的振動、溫度、壓力、流量、電流、電壓等信號進(jìn)行提取，即可實現(xiàn)“全面監(jiān)控、分析總結(jié)和不斷改善”的信息化管理。測點還可以對部分正常生產(chǎn)時人工無法點檢到的部位進(jìn)行覆蓋，不僅可以提高點檢工作效率，也讓點檢工作更加全面，收集的數(shù)據(jù)也更加可靠。測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過采集盒匯總到服務(wù)器，服務(wù)器用于存放在線監(jiān)測站發(fā)回的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)。工作人員可通過顯示屏上的實時數(shù)據(jù)了解受監(jiān)測機(jī)組的實時運行狀態(tài)設(shè)備狀況跟蹤，同時也可以對故障信息進(jìn)行跟蹤管理，通過更加合理的預(yù)防性和預(yù)測性維護(hù)，減少設(shè)備故障的可能性，延長設(shè)備的使用壽命。精密點檢系統(tǒng)還可以實現(xiàn)智能監(jiān)測與遠(yuǎn)程診斷的功能，根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)和運行工況預(yù)設(shè)報警值，一旦設(shè)備運行異常，系統(tǒng)將啟動智能報警，工作人員可遠(yuǎn)程對數(shù)據(jù)進(jìn)行精密分析，出具設(shè)備診斷結(jié)論以及檢修建議，為現(xiàn)場提供針對性的檢修指導(dǎo)建議。

6 小型智能裝置的應(yīng)用

此外，如智能上料、支數(shù)自動檢測、智能入庫與智能出庫、智能檢驗（自動拉伸試驗機(jī)）、智能噴標(biāo)（自動打標(biāo)、自動掛牌、貼標(biāo)與取樣機(jī)器人）等小型智能裝置的應(yīng)用都可以在軋線的各個部位提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量等。

7 展望

智能制造是中國制造2025 的主要發(fā)展方向。當(dāng)前以人工智能、5G、云計算、大數(shù)據(jù)等為代表的信息通信技術(shù)迅猛發(fā)展，一些標(biāo)桿鋼企已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)智化轉(zhuǎn)型的積極探索，但是目前線棒材產(chǎn)線的智能化發(fā)展相對于板材進(jìn)步較慢[3]。不過智能制造技術(shù)有其共通特點，板材智能化生產(chǎn)技術(shù)成熟后，可以有針對性的嫁接到棒線材產(chǎn)線上來，比如冷軋板的智能表檢，經(jīng)過工程師們的優(yōu)化設(shè)計，完全可以借助其設(shè)計思路，設(shè)計線棒材的智能表面判定系統(tǒng)。

8 結(jié)語

鋼鐵行業(yè)是典型的流程工業(yè)。目前鋼鐵行業(yè)的自動化、信息化發(fā)展已具有良好的基礎(chǔ)，在行業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型的過程中躍上智能化臺階，鋼鐵行業(yè)技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步將如虎添翼，目標(biāo)是建立真正達(dá)到工業(yè)4.0 水平。生產(chǎn)的管理、質(zhì)量、效率都提高到一個前所未有的智能化水平，線棒材產(chǎn)線智能化發(fā)展已經(jīng)邁出很大一步，但尚未達(dá)成一體化智能制造的目標(biāo)，相信隨著各產(chǎn)線的共同努力，線棒材智能生產(chǎn)化終將實現(xiàn)。