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利用，轉底爐工廠可以對鋼鐵生產過程中產生的塵泥、污泥等進行提純處理，得到可用于煉鋼生產的金屬化球團，還原出來的鋅、鉛、硫等可以進一步形成產品。
黨的十九大報告指出，要加快建設制造強國，加快發展先進制造業，推動互聯網、大數據、人工智能和實體經濟深度融合。江蘇永鋼緊抓時代發展要求，配合國家發展戰略，依托5G信息技術、數字化技術和智能化設備建設轉底爐智能工廠，實現各類運行數據的自動化采集、分析與拋送，通過對工廠、關鍵設備的數字建模，融合工藝、質量、設備、物流、成本等多維多源信息，建立三維環境下的數據可視化交互展示與智慧運營平臺，為轉底爐的日常生產、調度、控制等作業提供全面準確的數據服務。
永鋼在循環經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生產的全面結合，智能工廠成功實現轉底爐DRI生產流程精細化、生產操作自動化和生產效率高效化的運行，量化管控轉底爐工藝參數，標準化轉底爐生產控制，有益于實現安全、綠色、高效、低能耗的生產全流程，降低人員培訓成本，推廣轉底爐工藝促進綠色循環經濟。
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作。員工身在中控室，通過VR模擬車間的真實環境導覽與漫游廠區；設置一名“虛擬員工”，通過制定巡檢路線，實現一鍵開啟智能巡檢，代替真人在現場巡檢，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據；操作人員只需在后臺指定目標區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作的需求，有效降低了廠區監管以及運行成本。
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管理，確保轉底爐設施設備的高效、穩定運行；采集原輔料信息，確保物料的質量是有保障并可追溯的；采集工藝規程、生產控制參數、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需求；采集設施設備參數、設備運行狀態數據、檢驗數據、質量控制數據確保產品質量。所有的數據都將匯集至大數據平臺，經過系統分析后下達操作指令，大幅減少生產過程中的人工干預，提高生產過程可控性，提升產品質量、降低生產過程的損耗。
圖形化的展示界面實現對廠區設備的整體智能化管控，為轉底爐工廠的日常運行、調度、控制等作業提供可視化的數據服務，降低運營成本。此外，實時采集的設備運行參數信息與運維參數信息，可以通過大數據訓練建設轉底爐數學模型，不僅可以結合模型算法實現預防性的設備診斷、預警與維修，還可以量化管控轉底爐工藝參數，標準化轉底爐生產流程。
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，實現循環再利用智能工廠內部的能耗數據采集和管理，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、移動應用等數字化技術，實現原輔料從發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（數字化交付的數據），從設施設備的采購、安裝、調試、運行、檢修、到最終報廢，實現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物流跟蹤追溯系統降低了人力成本消耗。
場景5：5G安全環保，保證生命健康
圖 105 智能可視安全帽
圖 106 定位監測手環
圖 107 人員定位及可視化系統
固廢利用智能工廠配備高精度人員定位管理系統，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，隨時檢測人員活動范圍并實時監測人員健康狀態，以防員工危險區域發生意外。解決人員現場作業狀態無法實時監管的問題，實現轉底爐廠區人員管控無死角，確保人員的生命安全有保障，降低管理成本。
3．案例總結
生產精益化、透明化、數字化水平顯著提升。應用RFID、二維碼等方式對生產資源進行自動、半自動識別，運用工業物聯網、5G等技術實現工廠內各層級資源之間的信息交互，工廠的自動化信息、數據采集率達到95%。建有的MES、質量管理、設備管理等系統已覆蓋工廠生產制造全過程。研發的設備狀態監控的故障預測、微檢修、VR檢修、人員定位健康監控等系統則可以有效對人和物的安全進行分析、評估、預防、規避，大幅提高安全生產水平。
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 | 傳統轉底爐工廠 | ||
生產運轉率（%） | ≥98% | ≤72% | |
DRI球團 | 粉化率（%） | ＜20% | ＞25 |
金屬化率（%） | 70 | 65 | |
員工總數（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 | |
綜合生產績效全面提升，行業內具有示范意義。項目綜合應用多項先進技術，形成了5G+模式的全連接能力，為傳統工業制造賦能，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、作業率、作業人員配置率、能耗水平以及產品質量關鍵指標等各項運行績效指標均大幅改善，對行業發展具有積極意義，項目先后獲評“智能標桿工廠”，江蘇省級智能車間，為實現鋼鐵行業高質量發展提供新動能、作出新貢獻。
表 6 固廢利用智能工廠績效指標優化情況
指標名稱 | 傳統轉底爐工廠實績 | 智能轉底爐工廠實績 | 優化情況 |
生產效率（%） | 72% | 98% | 提高36.1% |
運營成本（元/噸） | 1456.88 | 952.41 | 降低34.6% |
產品不良品率（%） | 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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