界面新聞記者 | 莊鍵
興澄特鋼廠區(qū)的數(shù)智中心大樓，可以稱得上是這座鋼鐵工廠的大腦。位于大樓二層的運營管控中心，一塊巨幅顯示屏展示著這座工廠從原料碼頭、煉鐵、煉鋼到軋鋼的全流程圖景，可以了解到各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實時數(shù)據(jù)。
興澄特鋼地處江蘇省江陰市，為中信泰富特鋼集團股份有限公司(下稱中信特鋼，000708.SZ)旗下最大鋼廠，建廠已有30年歷史，特鋼年產(chǎn)能690萬噸。相比于普通鋼材，特鋼產(chǎn)品對于品質(zhì)、性能和穩(wěn)定性的要求更高，只占國內(nèi)鋼鐵總產(chǎn)量的10%左右。
世界經(jīng)濟論壇近期發(fā)布了21家新晉“燈塔工廠”名單，興澄特鋼就位列其中，它也由此成為全球特鋼行業(yè)首座“燈塔工廠”。
“燈塔工廠”評選自2018年發(fā)起，旨在從全球制造業(yè)中挑選具有榜樣意義的數(shù)字化制造示范者。截至目前，全球“燈塔工廠”數(shù)量達到153家，其中鋼鐵行業(yè)6家，中國寶武、塔塔鋼鐵旗下的鋼鐵工廠也曾入選。
2020年，興澄特鋼確立了在2025年前創(chuàng)建“燈塔工廠”的目標，此后累計投入超過5億元，推進多個智能制造項目的建設(shè)。
鋼鐵廠的碳排放逐年降低，是這些投資的成效之一，興澄特鋼2022年的噸鋼碳排放較2020年減少了10.47%。
國內(nèi)外逐漸趨嚴的碳排放政策，是驅(qū)動興澄特鋼減碳的重要因素。全國碳市場已在2021年上線運行，發(fā)電行業(yè)為首個納入管控的行業(yè)，高排放的鋼鐵行業(yè)預(yù)計不久后也將納入。納入全國碳市場的企業(yè)，其碳排放量如果高于免費分配到的配額，必須通過購買配額等方式補足缺口，目前全國碳市場的碳配額價格約為70元/噸。
歐盟碳邊境調(diào)節(jié)機制(CBAM)也在今年啟動試運行，將對從境外進口的鋼鐵、水泥等特定產(chǎn)品額外征收“碳關(guān)稅”。
《新華日報》報道稱，2022年，興澄特鋼出口歐盟鋼材15.5萬噸，占其總出口量的20%左右。2026年起，如果鋼材生產(chǎn)地的碳價低于歐盟碳市場，則需要購買CBAM證書補足差價。以興澄特鋼噸鋼平均碳排放為2噸，歐盟碳市場碳價為68歐元/噸(約合532元人民幣/噸)計算，每噸鋼材出口歐盟的成本最多將增加136歐元(約合1064元人民幣)。
高爐“黑箱透明化”是興澄特鋼實現(xiàn)生產(chǎn)工序碳排放降低的重點項目。
興澄特鋼有三座高爐，這些豎立在鋼廠C位的鋼體建筑，是鋼鐵冶煉的重要工序，高度達到100米，也是鋼廠中最大的單體反應(yīng)容器。礦石、焦炭、煤粉、熱風在這個高溫高壓的龐大容器內(nèi)進行氧化還原反應(yīng)，最終煉成鐵水。
鋼鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)約七成的碳排放來自于煉鐵環(huán)節(jié)，是工廠的排放大戶。
高爐的爐內(nèi)溫度通常超過1500攝氏度，目前還沒有任何一種設(shè)備能夠直接采集高爐內(nèi)的數(shù)據(jù)，這好比看不見、摸不著的“黑匣子”，長期高度依賴操作工人的經(jīng)驗。對于爐內(nèi)運行情況的分析因此十分困難。
興澄特鋼智能及信息化部專家李洪凱告訴界面新聞，所謂高爐“黑箱透明化”，是通過采用上百個冶金機理模型，并結(jié)合人工智能，實現(xiàn)高爐的全方位仿真，了解爐內(nèi)氣流、爐料運動、爐墻掛渣等信息，擺脫此前靠經(jīng)驗煉鐵、盲人摸象的狀態(tài)。
高爐內(nèi)部涉及一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，爐內(nèi)液態(tài)、固態(tài)、熔融后混合態(tài)多態(tài)共存，使得模型計算涉及的變量多達上千個，計算非常復(fù)雜。同時，礦石、焦炭等原料的不穩(wěn)定性，也為高爐全方位仿真帶來了相當挑戰(zhàn)。
工廠1號和2號高爐的“黑箱透明化”技術(shù)方案由興澄特鋼與北京智冶互聯(lián)聯(lián)合開發(fā)，3號高爐的技術(shù)方案和項目實施均由興澄特鋼自主完成，目前均已投入使用。
“通過控制相關(guān)參數(shù)，可以實現(xiàn)高爐穩(wěn)定生產(chǎn)以及最佳的能源消耗狀態(tài)。”李洪凱解釋稱。高爐“黑箱透明化”技術(shù)目前已應(yīng)用到中信特鋼旗下的青島特鋼、大冶特鋼等鋼鐵廠，包頭鋼鐵、酒泉鋼鐵等外部企業(yè)也在使用此方面的技術(shù)。
在高爐“黑箱透明化”的基礎(chǔ)上，興澄特鋼上線了無人值守熱風爐智能燒爐的系統(tǒng)。熱風爐是高爐煉鐵的鼓風設(shè)備，其工作原理是通過燃燒煤氣，使高爐連續(xù)獲得高溫熱風。
這套系統(tǒng)通過采集煤氣熱值、溫度、成分等數(shù)據(jù)，借助算法自動控制燒爐節(jié)奏，在提高高爐風溫穩(wěn)定性的同時，降低煤氣消耗量。
根據(jù)興澄特鋼的統(tǒng)計，這套系統(tǒng)使用后，工廠三座高爐的煤氣消耗總量在2022年下降了約1億立方米，相當于減少碳排放10萬噸。
除了通過在生產(chǎn)環(huán)節(jié)直接降碳，能源綜合利用是這座“燈塔工廠”減碳的另一項重要手段。
興澄特鋼2021年上線的能源管理系統(tǒng)，已采集全廠1.1萬個點位的能源計量信息，并基于這些數(shù)據(jù)進行深度應(yīng)用。其中就包括一項名為煤氣預(yù)測與人工智能(AI)調(diào)度的應(yīng)用。
煤氣是高爐冶煉環(huán)節(jié)的副產(chǎn)品，除了用于高爐熱風爐外，它也可以替代天然氣，在工廠的鋼材軋制、發(fā)電等其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到利用。
不過，由于高爐煤氣產(chǎn)出和消耗量的波動都較大，很難通過人工調(diào)度實現(xiàn)煤氣產(chǎn)生和使用的整體平衡。在無法實現(xiàn)平衡的情況下，工廠需空燒富余的高爐煤氣，業(yè)內(nèi)稱之為煤氣放散。
興澄特鋼副總經(jīng)理王永建告訴界面新聞，結(jié)合各個工序的生產(chǎn)情況，這套人工智能系統(tǒng)可以進行綜合分析，預(yù)測一小時后煤氣平衡的情況，自動生成提升煤氣使用率的預(yù)測性建議。
根據(jù)興澄特鋼的統(tǒng)計，在該應(yīng)用上線運行后，工廠的整體煤氣放散量在2022年下降至986.97萬立方米，較2020年減少89.94%。
李洪凱稱，如果這些高爐生產(chǎn)過程中的煤氣副產(chǎn)品不能得到有效利用，將會導(dǎo)致工廠碳排放的進一步增加。