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干勇:时代呼唤着中国钢铁向智能化、绿色化发展

北极星大气网  来源:中国冶金报    2021/1/13 10:12:12  我要投稿  

北极星大气网讯:2020年末,工信部公开征求对《关于推动钢铁工业高质量发展的指导意见(征求意见稿)》(下称《意见》)的意见。《意见》提出,力争到2025年,钢铁工业基本形成产业布局合理、技术装备先进、质量品牌突出、智能化水平高、全球竞争力强、绿色低碳可持续的发展格局。《意见》对钢铁行业“十四五”发展提出了更高的要求。

那么,“十四五”时期,钢铁行业如何实现在智能化、绿色化领域更高质量的发展?围绕这一话题,日前,中国金属学会理事长、中国工程院院士干勇在接受《中国冶金报》记者采访时,深入解读了钢铁行业智能化、绿色化发展现状,并指出了钢铁行业在智能化、绿色化领域存在的问题及突破的方向。

工艺、生产、管理的智能化须同步进行

“智能制造将是‘十四五’时期流程制造业技术创新的主要抓手和转型升级的主要路径。中国已经成为全球治金生产中心和消费中心,应进一步成为全球治金教育中心和研发中心。时代呼唤着中国钢铁向智能化、绿色化发展,中国将引领全球冶金技术的发展。”干勇指出。

“智能制造是先进信息技术和先进制造技术深度融合的大系统,是由智能产品、智能生产及智能产业模式(产业和产业链的智能化)三大功能系统和工业互联网这一支撑系统集合而成的大系统。”干勇如此定义智能制造。

对钢铁行业而言,智能制造的实践主要体现在生产工艺的智能化上。据他介绍,钢铁企业工艺智能化的内涵极其丰富,主要体现在以下方面:一是建立融合工艺机理与生产大数据统计规律的复合调控模型,提高对生产过程精准控制的水平。二是深入研究基于钢厂智能化的传输现象,形成适用于钢厂智能化的传输理论,指导钢厂智能化生产运行。三是深入研究开发可靠性强的在线测试技术与装置,借助复合调控模型,实现对全流程运行效果的实时监测与闭环调控,提高对流程运行状态的控制水平。四是扩大对单体工序工艺参数及过程控制参数的监测、信号采集、传输等自动化技术及基础自动化设备的应用范围。五是完善与流程制造业智能化相匹配的控制理论和算法,以及发展仪器仪表、计算机控制、软件编程、大数据分析和其它信息技术,推动流程制造业智能化升级。

钢铁企业如何实现生产环节智能化?面对《中国冶金报》记者这一提问,干勇给出了以下几点建议:

一是构建实时感知、数字化及工业互联网系统,及时采集产量、质量、能耗、加工精度和设备状态等数据,与订单、工序、人员进行关联,对生产过程进行全程追溯。二是开发复杂条件下的特殊图像处理技术。三是建立高精度复合模型或仿真中心,以及全流程一体化调控体系。四是构建工艺设备智能化运维体系,包括大型关键设备的健康状态监测与智能维护系统,跨区域、跨行业、跨平台的设备运维云平台,以及设备运维远程响应机制与配套服务体系。

“钢厂生产与工艺的智能化要有覆盖全工序的智能化管理制度。”在干勇看来,这种智能化管理制度应涵盖对设备、质量、能源及数据等的管理。例如,智能化设备管理,要设置设备管理模块,最大限度减少设备的非计划性停机次数;智能化质量管理,要建立质量数据库,为产品档案提供基本的质量数据;智能化能源管理,要制订多场景能源计划,精准预测能源的消耗与产生,与能源管网反馈信息相结合,实现能源网络的动态调控,减少煤气、蒸汽等气体放散;智能化数据管理,在智能化工厂运转过程中,会产生设计、工艺、制造、仓储、物流、质量、人员等业务数据。这些数据可能分别来自于ERP(企业资源计划系统)、MES(制造企业生产过程执行管理系统)、QIS(质量管理信息系统)等应用系统。因此,企业要建设边缘计算、工厂数据中心和云计算平台,并确定哪些数据需在工厂范围内处理、哪些数据要上传到云平台处理。

“2020年新冠肺炎疫情期间,宝钢股份通过远程运维、大数据、人工智能等技术手段,将上海宝山基地的冷轧厂热镀锌智能车间变成了1座24小时运转却无需多人值守的‘黑灯工厂’,2条200米长的生产线基本实现了机器代人操作,每条生产线只有2名~3名工人流动检视。而且当生产线遇到技术问题时,工程师在家通过手机就能解决问题。通过手机上的软件,相关工作人员不仅可以清晰地看到上海宝山基地的运行状况,而且还可以看到远在3000公里外的宝钢湛江基地的情况,真正做到了‘不碰面生产’。”干勇以宝钢股份冷轧厂热镀锌智能车间为例,介绍了钢企如何利用智能制造实现远程生产。

“钢厂未来智能制造的目标将是建成世界领先的绿色、智慧、创新、精品的工厂;遵循‘流程最优、信息最快、智慧最佳、效率最高、成本最低’的智能制造方案,以全行业最高水平的智能制造架构,打造出领先世界同行一代的智能制造标杆。”干勇这样描绘行业智能制造领域的愿景。

智能制造的成绩、挑战、机遇并存

据干勇介绍,当前钢铁行业智能制造的发展主要表现为以下特点:

一是两化融合水平明显提升。2018年,钢铁行业两化融合指数达51.2%,关键工序数控化率达到68.7%,应用电子商务的企业比例超过50%。大型钢铁集团企业两化融合水平高,两化融合指数为56.2%,高于行业平均水平5个百分点,基本构建出“产线自动化系统、过程控制系统、生产执行系统、制造管理系统”自上而下、纵向集成的4级体系。

二是智能装备水平明显提升。智能装备已在国内钢企如宝钢、南钢、沙钢、河钢等的生产环节得到应用,不仅提高了操作精度、生产效率,而且加强了安全保障。

三是软件产品不断推陈出新。随着我国钢铁企业智能化水平不断提升,国内智能制造团队相继开发出众多优秀的智能制造软件产品。

四是知识产权不断丰富。目前,国内重点钢铁企业取得了多项软件著作权,部分项目还获得了冶金科学技术奖。

“虽然钢铁工业两化融合程度不断加深,但距离智能制造仍有较大差距,需要不断提升数字化、网络化、智能化水平。”干勇坦言,“这些差距主要表现在工艺过程数学模型的适用性较差、全生命周期质量管控通道尚未打通、供应链协同存在较大差距、管控一体化水平有待提高等方面。”

干勇认为,钢铁行业智能制造的目标为:到2022年底,形成由标准引导、平台服务的钢铁行业智能制造推进机制,全面提升钢铁行业数字化、网络化、智能化水平,形成一批可复制的解决方案,提高钢铁企业工业软件应用普及率,促进钢铁企业在研发设计、数据分析、质量控制、能源管理、环境管理、集成应用、协同创新等方面的提升,推进钢铁企业智能化转型。

他建议,钢铁企业应建立完善的智能制造标准体系,夯实智能制造基础;提高自主创新能力,攻克关键核心技术;创新产业机制,构建协同发展平台;研究行业智能制造解决方案;推进大数据应用,提高钢铁企业智能决策水平。

钢铁行业须出台绿色发展规划

“钢铁行业的绿色发展,是指按照循环经济的基本原则,以清洁生产为基础,重点抓好资源高效利用和节能减排工作,全面实现集钢铁产品制造、能源转换、废弃物处理及消纳功能为一体,能与其他行业和社会生活实现生态联结,从而保证良好的经济、环境和社会效益的发展模式。”干勇对钢铁行业的绿色发展做了深入的界定。

他进一步介绍,进入新世纪以来,钢铁行业在绿色发展方面取得了长足进步,例如对干熄焦、高炉干法除尘、转炉干法除尘技术的引进、研发、推广,对高炉渣、转炉渣及含铁粉尘的加工处理和综合利用,对焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气及各类蒸汽的回收利用和自发电技术的推广等。

“随着绿色发展的深入推进,钢铁行业吨钢综合能耗逐年降低,吨钢二氧化碳排放量逐年下降,吨钢耗新水逐年下降,固体废弃物利用率逐年提高,工业生态链取得良好发展等。”干勇在总结钢铁行业绿色发展成绩的同时,表示挑战同样存在。

一是能源消耗和污染物排放总量大,资源、环境承载能力有限。干勇表示,京津冀、长三角、珠三角地区占我国国土面积的8%,却消耗全国42%的煤炭和60%的铁矿石,生产55%的钢铁。产业布局的高度密集,造成这些地区环境污染严重。

二是企业节能减排进度不一,超低排放改造难。“据统计,非重点钢铁企业生产了13%的粗钢,却排放了53%的二氧化硫,吨钢二氧化硫排放量比重点企业多出6倍。”干勇说,“再加上我国钢铁行业环保标准严格,在控制污染物总量的同时,严格控制排放浓度的难度很大,钢铁企业的环保成本也因此大大增加。”

三是绿色技术支撑体系不完善,绿色发展的科技创新能力有待加强。“钢铁行业应用节能技术取得了良好的效果,但这些技术多源于国外,我国在污染物协同控制领域对自主开发的核心技术储备依然严重不足,行业普遍侧重于产品、生产工艺的开发,对节能减排的技术创新重视不够、投入不足,对废弃物消纳与产业化应用技术的开发与配套政策支持力度不够,以企业为主体的产学研用科技创新体系运行效率低,评价体系不健全等问题突出。”干勇指出。

针对钢铁行业绿色发展面临的挑战,干勇提出以下建议:

一是调整结构、控制总量。要研究以结构调整、产业升级为主线的合理需求和总量控制问题,提出钢铁行业全局性的绿色发展规划;淘汰不符合国家环保排放标准、能源消耗限额标准和产品标准的落后产能、落后工艺、落后产品等;减少重复建设,控制生产总量。

二是完善绿色发展科技创新体系。要对从事行业共性关键技术的研发单位及个人给予资金支持,提高在行业共性关键技术开发上的投入比例;促进研发成果产业化、工程化转化,形成支撑钢铁行业绿色发展的持续动力;以诚信开放为基础,完善激励机制,促进企业真正成为绿色发展技术创新的主体;协调相关部委,重视行业与生态链相关的关键技术开发和示范项目的引导性投入。

三是以内需为主,调整钢材出口政策。不能以出口导向作为化解过剩产能的出路;禁止生铁、钢坯等初级产品出口,严格限制高耗能和低附加值产品出口,不鼓励大量中档产品出口;对技术含量高的钢材出口,以动态管理的形式调整出口目录;鼓励加工成高端制成品或机电产品后出口;鼓励到国外建厂,就近生产、销售。

四是鼓励利用废钢资源。促使社会废钢形成“回收一分类一加工配送一利用”的完整体系;对符合准入条件的废钢加工配送企业给予增值税即征即退60%的税收减免政策;鼓励资源性产品(废船、废旧汽车、废旧家电等含铁资源)的进口,规范并简化废钢进口管理程序,在零关税的基础上,将进口废钢的增值税降到8%~10%。


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