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，陳樹軍2
(1.華北理工大學冶金與能源學院， 河北省現(xiàn)代冶金技術重點實驗室， 河北 唐山 063210；
2.河鋼集團有限公司承德分公司， 河北 承德 067002)
摘 要：長期以來，傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝存在著能源消耗高、污染嚴重等問題。隨著“雙碳”目標政策的提出，如何利用智能制造技術實現(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。從高爐煉鐵智能化發(fā)展現(xiàn)狀作為切入點，詳細地從智能預測、模擬仿真、專家系統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)平臺幾個方面進行了闡述。即以高爐煉鐵現(xiàn)場數(shù)據(jù)為基礎，分別探討高爐運行狀態(tài)預測和模擬仿真在高爐中的應用，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，實現(xiàn)高爐煉鐵生產(chǎn)過程的全面監(jiān)控和管理；最后，綜合當前研究現(xiàn)狀，結合大數(shù)據(jù)技術和煉鐵工藝，從高爐煉鐵數(shù)據(jù)治理、專家知識庫的建立、智能化平臺的建立等幾個角度進一步展望了高爐煉鐵智能化的發(fā)展。
關鍵詞：高爐煉鐵；數(shù)據(jù)驅動；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]. 鋼鐵研究學報, 2024, 36 (05): 545-559.
DOI:10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20230226
重要圖表：
展望：
國家部委、省市相關單位不斷制定落實一系列措施來推動中國制造業(yè)智能轉型升級。同時，在兩會中，鋼鐵企業(yè)的智能制造、綠色、數(shù)字化轉型等議題成為討論的焦點。其中重要的手段就是鋼鐵企業(yè)深度結合大數(shù)據(jù)等先進技術，通過工業(yè)化和信息化的深度融合，推進企業(yè)智能制造技術落地應用，加快推動傳統(tǒng)鋼鐵企業(yè)的轉型升級。本研究綜合概述了大數(shù)據(jù)技術在高爐煉鐵中的應用，對智能預測、模擬仿真、專家系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)平臺進行了全面、深入的探討。高爐的智能化發(fā)展是實現(xiàn)自動化控制的基礎。智能化系統(tǒng)可以為自動化控制提供更加準確、可靠和實時的數(shù)據(jù)支持。為實現(xiàn)高爐從智能化發(fā)展到自動化控制的轉變，對高爐智能化發(fā)展的關鍵步驟提出以下展望。
（1）建立高爐全參數(shù)的知識圖譜，將高爐參數(shù)數(shù)據(jù)轉化為知識圖譜的實體和屬性，建立高爐各參數(shù)之間的關聯(lián)關系；將構建好的知識圖譜存儲在數(shù)據(jù)庫中，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)之間的關系和影響規(guī)律，為高爐狀態(tài)的預測和模擬提供數(shù)據(jù)基礎和分析工具。
（2）高爐參數(shù)預測以及數(shù)值模擬整個流程都與大數(shù)據(jù)技術緊密結合。不僅僅局限于預測模型和數(shù)值模擬技術的優(yōu)化，數(shù)據(jù)的采集和預處理以及特征選擇同樣值得被重視。采用自動化工具和技術，避免人為引入的誤差，提高數(shù)據(jù)的質量。例如，使用網(wǎng)絡爬蟲、機器學習模型或自動化腳本來定期抓取和更新數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)采集的效率和時效性；建議采取專家經(jīng)驗與機器學習相結合的方式對數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)的異常、缺失、時滯性等問題進行解決；通過數(shù)據(jù)挖掘、機器學習以及機制分析等技術分析和篩選出最具預測能力的特征；最后才能實現(xiàn)對高爐運行狀態(tài)的精準預測和模擬仿真，為企業(yè)提供更高的效果和更完善的服務。
（3）在保證數(shù)據(jù)質量的基礎上，結合智能算法或技術進行模型集成以及引入粒子群優(yōu)化算法、鯨魚優(yōu)化算法等優(yōu)化算法對模型進行改進和優(yōu)化?？梢蕴嵘Ｐ托阅?、增強魯棒性，加速優(yōu)化過程，從而為解決實際問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)則知識庫，利用大數(shù)據(jù)技術和AI技術，將專家規(guī)則與全爐況預測相結合，將高爐運行的復雜性轉化為可被計算機識別的系統(tǒng)規(guī)則，形成一個可重復利用的規(guī)則庫。幫助操作人員做出準確、及時的調整和決策；同時，專家系統(tǒng)中的規(guī)則庫和推理機制可以作為智能控制算法的輸入，指導智能控制系統(tǒng)對高爐進行自動化控制。
（5）開發(fā)高爐煉鐵全流程大數(shù)據(jù)云平臺，通過收集和分析煉鐵過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，提供準確及時的信息支撐?；谠破脚_，開發(fā)應用程序和服務，為用戶提供個性化的功能和工具，包括實時監(jiān)控和報警、生產(chǎn)計劃優(yōu)化、故障診斷和預測、智能化決策支持等。同時，提供數(shù)據(jù)共享和協(xié)作平臺，促進行業(yè)間的合作和經(jīng)驗交流。
