高爐煉鐵智能化發(fā)展的研究現(xiàn)狀與展望
劉小杰1，張玉潔1，劉然1，張智峰1，李欣1，陳樹(shù)軍2
(1.華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院， 河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 河北 唐山 063210；
2.河鋼集團(tuán)有限公司承德分公司， 河北 承德 067002)
摘 要：長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝存在著能源消耗高、污染嚴(yán)重等問(wèn)題。隨著“雙碳”目標(biāo)政策的提出，如何利用智能制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)高爐冶煉高效、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為高爐工作者的研究重點(diǎn)。從高爐煉鐵智能化發(fā)展現(xiàn)狀作為切入點(diǎn)，詳細(xì)地從智能預(yù)測(cè)、模擬仿真、專家系統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)幾個(gè)方面進(jìn)行了闡述。即以高爐煉鐵現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分別探討高爐運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)和模擬仿真在高爐中的應(yīng)用，為高爐煉鐵智能化控制提供決策支持；建立高爐煉鐵工業(yè)可視化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵生產(chǎn)過(guò)程的全面監(jiān)控和管理；最后，綜合當(dāng)前研究現(xiàn)狀，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)和煉鐵工藝，從高爐煉鐵數(shù)據(jù)治理、專家知識(shí)庫(kù)的建立、智能化平臺(tái)的建立等幾個(gè)角度進(jìn)一步展望了高爐煉鐵智能化的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：高爐煉鐵；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；人工智能；大數(shù)據(jù)；智能化
引用格式：
劉小杰, 張玉潔, 劉然, 張智峰, 李欣, 陳樹(shù)軍. 高爐煉鐵智能化發(fā)展的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 鋼鐵研究學(xué)報(bào), 2024, 36 (05): 545-559.
DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230226
重要圖表：
展望：
國(guó)家部委、省市相關(guān)單位不斷制定落實(shí)一系列措施來(lái)推動(dòng)中國(guó)制造業(yè)智能轉(zhuǎn)型升級(jí)。同時(shí)，在兩會(huì)中，鋼鐵企業(yè)的智能制造、綠色、數(shù)字化轉(zhuǎn)型等議題成為討論的焦點(diǎn)。其中重要的手段就是鋼鐵企業(yè)深度結(jié)合大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)工業(yè)化和信息化的深度融合，推進(jìn)企業(yè)智能制造技術(shù)落地應(yīng)用，加快推動(dòng)傳統(tǒng)鋼鐵企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。本研究綜合概述了大數(shù)據(jù)技術(shù)在高爐煉鐵中的應(yīng)用，對(duì)智能預(yù)測(cè)、模擬仿真、專家系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行了全面、深入的探討。高爐的智能化發(fā)展是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)。智能化系統(tǒng)可以為自動(dòng)化控制提供更加準(zhǔn)確、可靠和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持。為實(shí)現(xiàn)高爐從智能化發(fā)展到自動(dòng)化控制的轉(zhuǎn)變，對(duì)高爐智能化發(fā)展的關(guān)鍵步驟提出以下展望。
（1）建立高爐全參數(shù)的知識(shí)圖譜，將高爐參數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識(shí)圖譜的實(shí)體和屬性，建立高爐各參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；將構(gòu)建好的知識(shí)圖譜存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，并建立索引以支持高效的查詢，能夠方便地獲取和推理高爐參數(shù)之間的關(guān)系和影響規(guī)律，為高爐狀態(tài)的預(yù)測(cè)和模擬提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和分析工具。
（2）高爐參數(shù)預(yù)測(cè)以及數(shù)值模擬整個(gè)流程都與大數(shù)據(jù)技術(shù)緊密結(jié)合。不僅僅局限于預(yù)測(cè)模型和數(shù)值模擬技術(shù)的優(yōu)化，數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理以及特征選擇同樣值得被重視。采用自動(dòng)化工具和技術(shù)，避免人為引入的誤差，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量。例如，使用網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)、機(jī)器學(xué)習(xí)模型或自動(dòng)化腳本來(lái)定期抓取和更新數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)采集的效率和時(shí)效性；建議采取專家經(jīng)驗(yàn)與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式對(duì)數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)的異常、缺失、時(shí)滯性等問(wèn)題進(jìn)行解決；通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)以及機(jī)制分析等技術(shù)分析和篩選出最具預(yù)測(cè)能力的特征；最后才能實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和模擬仿真，為企業(yè)提供更高的效果和更完善的服務(wù)。
（3）在保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能算法或技術(shù)進(jìn)行模型集成以及引入粒子群優(yōu)化算法、鯨魚(yú)優(yōu)化算法等優(yōu)化算法對(duì)模型進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化?？梢蕴嵘Ｐ托阅?、增強(qiáng)魯棒性，加速優(yōu)化過(guò)程，從而為解決實(shí)際問(wèn)題提供更有效和可靠的模型。
（4）建立高爐全爐況條件下的專家規(guī)則知識(shí)庫(kù)，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和AI技術(shù)，將專家規(guī)則與全爐況預(yù)測(cè)相結(jié)合，將高爐運(yùn)行的復(fù)雜性轉(zhuǎn)化為可被計(jì)算機(jī)識(shí)別的系統(tǒng)規(guī)則，形成一個(gè)可重復(fù)利用的規(guī)則庫(kù)。幫助操作人員做出準(zhǔn)確、及時(shí)的調(diào)整和決策；同時(shí)，專家系統(tǒng)中的規(guī)則庫(kù)和推理機(jī)制可以作為智能控制算法的輸入，指導(dǎo)智能控制系統(tǒng)對(duì)高爐進(jìn)行自動(dòng)化控制。
（5）開(kāi)發(fā)高爐煉鐵全流程大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，通過(guò)收集和分析煉鐵過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，提供準(zhǔn)確及時(shí)的信息支撐?；谠破脚_(tái)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序和服務(wù)，為用戶提供個(gè)性化的功能和工具，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警、生產(chǎn)計(jì)劃優(yōu)化、故障診斷和預(yù)測(cè)、智能化決策支持等。同時(shí)，提供數(shù)據(jù)共享和協(xié)作平臺(tái)，促進(jìn)行業(yè)間的合作和經(jīng)驗(yàn)交流。
