9個數字模型，將産線“克隆”到雲端

氫冶金，遠比想像中更複雜。

近日，在位於張家口市宣化區的河鋼集團張宣高科科技有限公司（以下簡稱張宣科技）廠區，牌樓上“低碳變革、氫啟未來”八個紅色大字十分醒目，隨處可見高低斜臥的通廊、密集架設的管道。走近一條管道基座細看，上面竟然安設了6個計量儀錶。

“氫冶金涉及高溫高壓環境，料流、氣流控制是個精細的技術活兒。”張宣科技計控中心自動化技術開發部主管工程師王曉飛説，這些計量儀錶，無須人員現場操作，都由智慧系統自動操控，有監測溫度的，有監測壓力的，有監測流量的，功能各不相同。

包括計量儀錶、智慧閥門、感測器等在內，整個廠區裏安設了3000多個數據採集點，像“觸手”和“眼睛”一般，自動採集和監測各區域各環節的參數變化，實時對生産運作給出跟蹤判斷。

順著煤氣管道向前走，在水處理、加熱爐、二氧化碳脫除等設施的簇擁下，一座高達120米的鋼結構豎爐巍然聳立，分外顯眼。

這是氫冶金的關鍵設施——氫基豎爐，包含上料區、還原爐、排料區，技術複雜、難度大、精度高。“這個大塊頭設計之初，就是由智慧系統全程式控制制的。”王曉飛説。

王曉飛多次提及的智慧系統，指的是張宣科技與義大利特諾恩等知名企業合作，採用“數字孿生”技術建立的氫冶金智慧控制系統。

氫冶金，採用“氫”取代“碳”作為鐵礦石的還原劑和過程燃料，是鋼鐵生産技術的革命性創新。去年底，張宣科技全球首例以焦爐煤氣為還原氣體的120萬噸氫冶金示範工程一期全線貫通。

一系列新設備、新材料、新工藝，對張宣科技而言是個巨大的挑戰。

“我們採用‘數字孿生’技術，對整個生産工藝流程進行模擬和映射，為氫冶金提供了安全高效的數字化解決方案。”張宣科技計控中心副主任李全鋼説。

在張宣科技氫冶金示範工程主控室，記者看到了“數字孿生”技術賦能下的“虛擬産線”——打開氫冶金智慧控制系統界面，一串串數字不斷跳動，加熱、冷卻、加壓、噴氧、洗滌等各類設備的監測資訊和運作狀態一目了然。

點開其中的加熱爐界面，上面設置了閥門啟機條件、管道吹掃、氣密性等15個檢測環節。

“資訊流是交互的，不光加熱爐向系統發送數據，系統也可向加熱爐傳遞數據。”李全鋼説，加熱爐實際點火時，猶如闖關一樣，需要連續通過這15個檢測關口。任何一關不達標，點火程式將會自動終止。

在李全鋼看來，以虛映實，只是“數字孿生”第一步。更重要的是，借助大數據和智慧演算法，以虛控實，實現精準智慧決策，他們正朝著這個方向努力。

到目前，張宣科技已建立了加熱爐、換熱器、預熱器、冷卻和清潔、壓縮機、燃燒、冷卻塔、豎爐、外部冷卻器9個數字模型，將氫冶金産線“克隆”到雲端，對設備進行線上監測、智慧診斷、預防性維護，讓生産變得更“智慧”。

“數字孿生”技術的應用，大大提高了産品品質。金屬化率是衡量直接還原産品還原程度的品質指標。據測算，目前，張宣科技生産的直接還原鐵産品各項指標達到一類標準，金屬化率94%以上。

“數字孿生”，智造未來。聚焦國家戰略需求和先進製造業發展方向，緊跟新産業新業態對鐵基新材料的需求，張宣科技建設了特種材料智慧生産線，打造綠色高端製造新名片。

在張宣科技特材研製公司産品展示區，擺放著一個個明光錚亮、充滿質感的高端材料，每噸售價從10萬元至30萬元不等。

這些高技術含量、高附加值産品的生産，同樣離不開“數字孿生”技術的支撐。

“相比傳統製造，基於‘數字孿生’技術的智慧製造的一大優勢在於精準控制。”張宣科技特材研製公司特冶區作業長柳金瑞拿真空感應爐舉例，該設備的智慧控制系統，可對某個強化元素含量進行萬分之一的微調，對某種氣體成分進行精細控制，每12秒計算一次熔化率等參數，這在過去人工操作階段是不可想像的。

此外，智慧製造也讓檢修更便捷。“過去發現水系統運作故障，需要安排專業維檢人員現場處理。現在所有水路都與智慧控制系統連接，具備報警、聯鎖控制功能，一旦發現某個水路故障，會無縫銜接切換到另一個水路系統。”柳金瑞説。

依託“數字孿生”技術，全面進軍高端材料市場。瞄準航空航太、海工、石化等行業高端客戶的個性化需求，張宣科技在特種材料領域深耕細作，累計研發生産了精密合金、高溫合金、耐蝕合金等40余種高端新材料，其中航空航太領域關鍵軸承合金材料，解決了長期以來國內航空飛行器關鍵軸承部件製造無材可選的難題。

“目前，我們正在為某央企定制生産3款特種焊材材料，都是市場上的緊缺牌號，將應用於航空航太關鍵核心零部件製造領域。”張宣科技特材研製公司行銷主管易華説。記者 貢憲雲