张宣科技采用“数字孪生”技术建立氢冶金智能控制系统

9个数字模型，将产线“克隆”到云端

张宣科技120万吨氢冶金示范工程一角。河北日报通讯员罗文琛摄

(资料图片)

氢冶金，远比想象中更复杂。

近日，在位于张家口市宣化区的河钢集团张宣高科科技有限公司（以下简称张宣科技）厂区，牌楼上“低碳变革、氢启未来”八个红色大字十分醒目，随处可见高低斜卧的通廊、密集架设的管道。走近一条管道基座细看，上面竟然安设了6个计量仪表。

“氢冶金涉及高温高压环境，料流、气流控制是个精细的技术活儿。”张宣科技计控中心自动化技术开发部主管工程师王晓飞说，这些计量仪表，无须人员现场操作，都由智能系统自动操控，有监测温度的，有监测压力的，有监测流量的，功能各不相同。

包括计量仪表、智能阀门、传感器等在内，整个厂区里安设了3000多个数据采集点，像“触手”和“眼睛”一般，自动采集和监测各区域各环节的参数变化，实时对生产运行给出跟踪判断。

顺着煤气管道向前走，在水处理、加热炉、二氧化碳脱除等设施的簇拥下，一座高达120米的钢结构竖炉巍然耸立，分外显眼。

这是氢冶金的关键设施——氢基竖炉，包含上料区、还原炉、排料区，技术复杂、难度大、精度高。“这个大块头设计之初，就是由智能系统全程控制的。”王晓飞说。

王晓飞多次提及的智能系统，指的是张宣科技与意大利特诺恩等知名企业合作，采用“数字孪生”技术建立的氢冶金智能控制系统。

氢冶金，采用“氢”取代“碳”作为铁矿石的还原剂和过程燃料，是钢铁生产技术的革命性创新。去年底，张宣科技全球首例以焦炉煤气为还原气体的120万吨氢冶金示范工程一期全线贯通。

一系列新设备、新材料、新工艺，对张宣科技而言是个巨大的挑战。

“我们采用‘数字孪生’技术，对整个生产工艺流程进行模拟和映射，为氢冶金提供了安全高效的数字化解决方案。”张宣科技计控中心副主任李全钢说。

张宣科技氢冶金示范工程主控室。 河北日报记者贡宪云摄

在张宣科技氢冶金示范工程主控室，记者看到了“数字孪生”技术赋能下的“虚拟产线”——打开氢冶金智能控制系统界面，一串串数字不断跳动，加热、冷却、加压、喷氧、洗涤等各类设备的监测信息和运行状态一目了然。

点开其中的加热炉界面，上面设置了阀门启机条件、管道吹扫、气密性等15个检测环节。

“信息流是交互的，不光加热炉向系统发送数据，系统也可向加热炉传递数据。”李全钢说，加热炉实际点火时，犹如闯关一样，需要连续通过这15个检测关口。任何一关不达标，点火程序将会自动终止。

在李全钢看来，以虚映实，只是“数字孪生”第一步。更重要的是，借助大数据和智能算法，以虚控实，实现精准智慧决策，他们正朝着这个方向努力。

到目前，张宣科技已建立了加热炉、换热器、预热器、冷却和清洁、压缩机、燃烧、冷却塔、竖炉、外部冷却器9个数字模型，将氢冶金产线“克隆”到云端，对设备进行在线监测、智能诊断、预防性维护，让生产变得更“智慧”。

“数字孪生”技术的应用，大大提高了产品质量。金属化率是衡量直接还原产品还原程度的质量指标。据测算，目前，张宣科技生产的直接还原铁产品各项指标达到一类标准，金属化率94%以上。

“数字孪生”，智造未来。聚焦国家战略需求和先进制造业发展方向，紧跟新产业新业态对铁基新材料的需求，张宣科技建设了特种材料智能生产线，打造绿色高端制造新名片。

在张宣科技特材研制公司产品展示区，摆放着一个个明光铮亮、充满质感的高端材料，每吨售价从10万元至30万元不等。

这些高技术含量、高附加值产品的生产，同样离不开“数字孪生”技术的支撑。

“相比传统制造，基于‘数字孪生’技术的智能制造的一大优势在于精准控制。”张宣科技特材研制公司特冶区作业长柳金瑞拿真空感应炉举例，该设备的智能控制系统，可对某个强化元素含量进行万分之一的微调，对某种气体成分进行精细控制，每12秒计算一次熔化率等参数，这在过去人工操作阶段是不可想象的。

此外，智能制造也让检修更便捷。“过去发现水系统运行故障，需要安排专业维检人员现场处理。现在所有水路都与智能控制系统连接，具备报警、联锁控制功能，一旦发现某个水路故障，会无缝衔接切换到另一个水路系统。”柳金瑞说。

依托“数字孪生”技术，全面进军高端材料市场。瞄准航空航天、海工、石化等行业高端客户的个性化需求，张宣科技在特种材料领域深耕细作，累计研发生产了精密合金、高温合金、耐蚀合金等40余种高端新材料，其中航空航天领域关键轴承合金材料，解决了长期以来国内航空飞行器关键轴承部件制造无材可选的难题。

“目前，我们正在为某央企定制生产3款特种焊材材料，都是市场上的紧缺牌号，将应用于航空航天关键核心零部件制造领域。”张宣科技特材研制公司营销主管易华说。（河北日报记者贡宪云）

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