中國(guó)冶金報(bào)：轉(zhuǎn)型升級(jí)，我國(guó)電爐煉鋼智能化仍大有可為
編輯：2025-12-20 11:45:23
黨的二十屆四中全會(huì)明確提出，堅(jiān)持把發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上，堅(jiān)持智能化、綠色化、融合化方向。具有巨大節(jié)能降碳潛力的電爐短流程將在“十五五”時(shí)期得到大力推廣，智能化技術(shù)也將保障電爐短流程煉鋼穩(wěn)定生產(chǎn)，進(jìn)一步加快推進(jìn)我國(guó)鋼鐵行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
電爐短流程主要包括電弧爐、精煉爐、連鑄、軋制等工序。本文將重點(diǎn)從原料管控智能化、單體技術(shù)智能化以及電爐短流程智能化3個(gè)方面，簡(jiǎn)述智能化技術(shù)在電爐短流程煉鋼上的應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢(shì)，并總結(jié)“十四五”時(shí)期我國(guó)鋼鐵行業(yè)智能化進(jìn)展，展望未來(lái)電爐短流程智能化煉鋼技術(shù)方向。
原料管控-
智能判級(jí)、配料方面有重大突破
隨著廢鋼用量及循環(huán)次數(shù)的增加，廢鋼中殘余有害元素（Cu、Sn、Sb、As等）日益成為影響電爐鋼質(zhì)量的因素，廢鋼自身帶有的氮以及空氣電離造成的增氮行為，使電爐鋼中氮含量高達(dá)60ppm～100ppm（百萬(wàn)分之一），難以滿(mǎn)足氮敏感鋼種的要求。電爐短流程作為低成本gaoxiao制備高品質(zhì)鋼的重要手段，使得鋼鐵企業(yè)對(duì)廢鋼的質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)，廢鋼分類(lèi)分揀的需求越來(lái)越迫切。
廢鋼智能判級(jí)系統(tǒng)是目前應(yīng)用比較普遍的智能化系統(tǒng)，大大提高了廢鋼分類(lèi)效率。不過(guò)，由于該系統(tǒng)未能與成分快速檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)耦合，尚難以做到精確分類(lèi)。同時(shí)，建設(shè)智能化廢鋼料場(chǎng)越來(lái)越引起人們的關(guān)注，智能化廢鋼料場(chǎng)在智能感知、爐料跟蹤、實(shí)時(shí)存貯、動(dòng)態(tài)3D圖像識(shí)別、廢鋼信息數(shù)字化等技術(shù)的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)廢鋼處理綠色化、分選gaoiao化、配料自動(dòng)化、管理精細(xì)化的目標(biāo)。在基于圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行廢鋼分類(lèi)分揀技術(shù)研究方面，北京科技大學(xué)、華北理工大學(xué)、安徽工業(yè)大學(xué)等高校和用友網(wǎng)絡(luò)公司、達(dá)涅利公司、鐳目公司、河鋼數(shù)字等企業(yè)均開(kāi)展了相關(guān)工作，圖像識(shí)別技術(shù)使廢鋼經(jīng)歷了從宏觀圖像到大類(lèi)區(qū)分的過(guò)程，完成了初步分類(lèi)分級(jí)，相關(guān)技術(shù)在一些鋼鐵企業(yè)得到初步應(yīng)用。
在廢鋼元素檢測(cè)方法中，火花直讀、紅外光譜法和X熒光檢測(cè)法（XRF）等方法被廣泛應(yīng)用。然而，這些技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)快速分析檢測(cè)。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展，激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（LIBS）與其相結(jié)合，在廢舊金屬分類(lèi)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，尤其在鋁合金和不銹鋼等含特定元素材料的精細(xì)分類(lèi)方面。LIBS技術(shù)在廢鋼分類(lèi)上的應(yīng)用研究工作已經(jīng)開(kāi)展，但由于廢鋼車(chē)間惡劣的工作環(huán)境以及廢鋼本身的復(fù)雜性，影響了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，大多處于實(shí)驗(yàn)室研究及中試階段。要實(shí)現(xiàn)廢鋼快速分類(lèi)分揀，需將廢鋼圖像識(shí)別與元素快速檢測(cè)技術(shù)深度耦合，為現(xiàn)代電爐智能化冶煉賦能。
總體來(lái)看，“十四五”期間，國(guó)內(nèi)鋼企對(duì)廢鋼“分類(lèi)堆放”“科學(xué)配料”“精料入爐”理念有了一致認(rèn)同，并在智能判級(jí)、智能配料方面有了重大突破，快速檢測(cè)技術(shù)正處于攻堅(jiān)克難的關(guān)鍵階段，相信“十五五”將實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別與在線(xiàn)檢測(cè)深度耦合，為現(xiàn)代電爐智能化冶煉提供“精糧細(xì)糠”。
煉鋼技術(shù)-
監(jiān)測(cè)和控制技術(shù) 推動(dòng)了過(guò)程的智能化
隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及檢測(cè)控制技術(shù)的發(fā)展，一系列智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)和控制模型在電爐煉鋼過(guò)程中得到應(yīng)用，如智能配料、電極智能調(diào)控、智能化取樣測(cè)溫、泡沫渣智能化監(jiān)測(cè)與控制、爐氣在線(xiàn)分析及終點(diǎn)溫度成分預(yù)報(bào)等，監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)的應(yīng)用大幅度提高了電爐煉鋼過(guò)程的智能化水平，電爐智能化裝備與工藝模型之間的關(guān)系如圖所示。
當(dāng)前，電爐單體智能化煉鋼技術(shù)主要涵蓋了以下4個(gè)方面：
在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)。國(guó)內(nèi)外企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)大力研發(fā)了*的傳感技術(shù)，如鋼鐵研究總院有限公司（下稱(chēng)鋼研總院）研發(fā)的爐門(mén)流渣實(shí)時(shí)識(shí)別系統(tǒng)，北京科技大學(xué)研發(fā)的USTB非接觸式鋼液測(cè)溫系統(tǒng)，中南大學(xué)建立的電爐煉鋼過(guò)程能量監(jiān)控系統(tǒng)，德國(guó)西門(mén)子研發(fā)的Simetal RCB Temp測(cè)溫系統(tǒng)、Simelt SonArc FSM泡沫渣監(jiān)控系統(tǒng)、SimetalLomas爐氣連續(xù)分析系統(tǒng)，意大利特諾恩研發(fā)的i-TEMP測(cè)溫系統(tǒng)、EFSOP （Expert Furnace System OptimizationPrgranm）爐氣分析系統(tǒng)，美國(guó)PTI（Protein Technologies，Inc.）公司開(kāi)發(fā)的PTI SwingDoor TM電弧爐爐門(mén)清掃和泡沫渣控制系統(tǒng)等，主要涵蓋圖像識(shí)別、紅外測(cè)溫、音頻檢測(cè)、煙氣分析等監(jiān)測(cè)技術(shù)，為實(shí)時(shí)感知電爐爐況提供了“火眼金睛”。
電爐控制模型系統(tǒng)。這是智能化的“大腦”。供電、吹氧、造渣、終點(diǎn)預(yù)測(cè)等核心模型，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)等人工智能算法，顯著提升了過(guò)程控制的精確度和自適應(yīng)能力。例如，鋼研總院提出預(yù)報(bào)電爐終點(diǎn)碳、磷和溫度的增量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，北京科技大學(xué)利用BP（Back propagation，反向傳播算法）方法建立電爐終點(diǎn)鋼水預(yù)報(bào)模型，鋼研總院提出增量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，德國(guó)西門(mén)子開(kāi)發(fā)的SIMETAL Arcos電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)，德國(guó)普銳特公司研發(fā)的MeltExpert電極控制系統(tǒng)，意大利特諾恩公司開(kāi)發(fā)的TDR（Time Domain Reflectometry，時(shí)域反射技術(shù)）數(shù)字式調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了能量輸入的優(yōu)化與關(guān)鍵指標(biāo)的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)。
電爐智能控制裝備技術(shù)。這是執(zhí)行指令的“手腳”。鋼研總院研發(fā)的鋼水溫度在線(xiàn)傳感測(cè)量系統(tǒng)，德國(guó)西門(mén)子公司設(shè)計(jì)的Simetal LiquiRob自動(dòng)測(cè)溫取樣機(jī)器人、美國(guó)PTI公司開(kāi)發(fā)的PTI TempBoxTM自動(dòng)測(cè)溫取樣系統(tǒng)、德國(guó)巴登公司開(kāi)發(fā)的MultiROB機(jī)器人、意大利達(dá)涅利研發(fā)的Q-Robert melt測(cè)溫取樣系統(tǒng)等自動(dòng)化裝備逐步推廣應(yīng)用，有效替代了高風(fēng)險(xiǎn)、高強(qiáng)度的人工操作，提高了作業(yè)精度與安全性。
電爐整體智能控制集成技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)將在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、模型與裝備深度耦合，形成協(xié)同優(yōu)化的整體解決方案。如德國(guó)西門(mén)子開(kāi)發(fā)的電弧爐Simental EAF Heatopt整體控制方案、意大利特諾恩公司開(kāi)發(fā)的iEAF智能控制系統(tǒng)、意大利達(dá)涅利公司開(kāi)發(fā)的Q-MELT系統(tǒng)、北京科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的電爐復(fù)合吹煉集成控制技術(shù)、東北大學(xué)開(kāi)發(fā)的綠色智能電弧爐煉鋼技術(shù)、中冶賽迪開(kāi)發(fā)的電弧爐*智能控制技術(shù)等，旨在實(shí)現(xiàn)從感知、決策到執(zhí)行的閉環(huán)智能控制。值得關(guān)注的是，近期鋼研總院和沙鋼集團(tuán)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的電爐智能化煉鋼系統(tǒng)已在沙鋼電爐車(chē)間成功上線(xiàn)運(yùn)行，通過(guò)將人工經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突⒔Y(jié)合實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，將電爐冶煉全過(guò)程動(dòng)態(tài)耦合，實(shí)現(xiàn)了電爐煉鋼過(guò)程的智能化精準(zhǔn)控制與*有序運(yùn)行，樹(shù)立了國(guó)產(chǎn)化系統(tǒng)集成應(yīng)用的示范樣板。
電爐流程-
亟須探索全流程智能化路徑
“雙碳”目標(biāo)下，綠色低碳的電爐短流程已逐漸成為國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展方向，但長(zhǎng)期以來(lái)，電爐煉鋼技術(shù)創(chuàng)新多集中在單體技術(shù)的突破，而對(duì)電爐短流程的生產(chǎn)調(diào)度智能化管控研究重視不夠，電爐短流程靈活*的優(yōu)勢(shì)未得到充分發(fā)揮，亟須探索電爐煉鋼全流程智能化路徑。
相比之下，國(guó)內(nèi)外對(duì)于長(zhǎng)流程煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)已開(kāi)展大量研究，并開(kāi)發(fā)了相關(guān)的計(jì)劃調(diào)度產(chǎn)品應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)。英國(guó)的Broner Group公司開(kāi)發(fā)了高級(jí)計(jì)劃與排程、制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用于印度JSPL（印度金德?tīng)栦撹F和電力公司）；德國(guó)曼內(nèi)斯曼鋼鐵公司自主開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)；日本NKK軟件公司開(kāi)發(fā)了協(xié)同生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)Scheplan應(yīng)用于日本NKK京濱鋼鐵廠。國(guó)內(nèi)寶鋼股份、首鋼遷鋼、首鋼京唐、河鋼唐鋼等鋼鐵企業(yè)與鋼研總院、北京科技大學(xué)、東北大學(xué)等科研單位和高校合作，均開(kāi)發(fā)了應(yīng)用于各自產(chǎn)線(xiàn)的煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。
然而，國(guó)內(nèi)大部分電爐煉鋼流程產(chǎn)線(xiàn)仍處于基礎(chǔ)自動(dòng)化階段，生產(chǎn)管理與組織停留在依賴(lài)人工決策，缺少有效技術(shù)手段減少或避免管理層和執(zhí)行層之間的信息延時(shí)或錯(cuò)誤。盡管少部分近10年新建的電爐短流程生產(chǎn)企業(yè)擁有了*的裝備，具備自動(dòng)排產(chǎn)的能力，但仍缺乏在生產(chǎn)異常擾動(dòng)情況下生產(chǎn)計(jì)劃重排的底層數(shù)據(jù)支撐，智能化程度低。當(dāng)產(chǎn)品種類(lèi)多、工藝流程復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)異常時(shí)，往往導(dǎo)致調(diào)度不及時(shí)、不合理，對(duì)煉鋼的效率、質(zhì)量和成本均造成較大影響，制約企業(yè)發(fā)展。
在電爐短流程智能調(diào)度方向上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也做了大量研究工作，形成了仿真調(diào)度法、機(jī)器學(xué)習(xí)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與強(qiáng)化學(xué)習(xí)、專(zhuān)家系統(tǒng)法以及遺傳算法／粒子群算法／蟻群算法等智能搜索算法等研究方法，但均存在一定的局限性，與實(shí)際應(yīng)用差距較大，難以完全解決電爐短流程實(shí)際的生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題。
“十五五”時(shí)期，在國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)的支持下，鋼研總院研發(fā)團(tuán)隊(duì)將以殷瑞鈺院士提出的冶金流程工程學(xué)為指引，針對(duì)高品質(zhì)鋼鐵材料電爐短流程制備存在的連續(xù)化程度偏低、生產(chǎn)成本較高、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大等技術(shù)瓶頸，以物質(zhì)流、能量流、信息流耦合作用規(guī)律為切入點(diǎn)，在中國(guó)寶武馬鋼、河鋼集團(tuán)石鋼公司等電爐短流程生產(chǎn)示范企業(yè)開(kāi)展覆蓋電爐全流程的鐵素物質(zhì)流層流運(yùn)行機(jī)制、電爐短流程能效提升規(guī)律等研究，通過(guò)電爐全流程過(guò)程參數(shù)窄窗口與跨工序協(xié)同智能控制，實(shí)現(xiàn)全流程、多工序耦合優(yōu)化，以提升電爐短流程運(yùn)行質(zhì)量。
“十五五”時(shí)期，在國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)的支持下，鋼研總院研發(fā)團(tuán)隊(duì)將以殷瑞鈺院士提出的冶金流程工程學(xué)為指引，針對(duì)高品質(zhì)鋼鐵材料電爐短流程制備存在的連續(xù)化程度偏低、生產(chǎn)成本較高、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大等技術(shù)瓶頸，以物質(zhì)流、能量流、信息流耦合作用規(guī)律為切入點(diǎn)，在中國(guó)寶武馬鋼、河鋼集團(tuán)石鋼公司等電爐短流程生產(chǎn)示范企業(yè)開(kāi)展覆蓋電爐全流程的鐵素物質(zhì)流層流運(yùn)行機(jī)制、電爐短流程能效提升規(guī)律等研究，通過(guò)電爐全流程過(guò)程參數(shù)窄窗口與跨工序協(xié)同智能控制，實(shí)現(xiàn)全流程、多工序耦合優(yōu)化，以提升電爐短流程運(yùn)行質(zhì)量。
未來(lái)展望-
深度融合、系統(tǒng)集成、綠色引領(lǐng)
展望未來(lái)，電爐短流程智能化煉鋼技術(shù)發(fā)展將聚焦三大核心方向。
首先，關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)是核心基石。要聚焦高溫熔體成分、溫度等關(guān)鍵參數(shù)的在線(xiàn)檢測(cè)瓶頸突破，為智能化升級(jí)提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，深化冶煉模型的多方法融合，推動(dòng)機(jī)理分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專(zhuān)家系統(tǒng)的深度耦合，向復(fù)合化、高精度模型演進(jìn)，筑牢質(zhì)量提升的技術(shù)根基，不斷提高冶煉工藝系統(tǒng)性、裝備可靠性以及控制模型穩(wěn)定性。如建立電爐短流程多場(chǎng)景下多工序聯(lián)動(dòng)的層流運(yùn)行仿真模型和多工序變工況自適應(yīng)調(diào)控模型，通過(guò)開(kāi)發(fā)在不同生產(chǎn)異常條件下的變工況識(shí)別與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電爐短流程動(dòng)態(tài)有序、協(xié)同連續(xù)的生產(chǎn)運(yùn)行。
其次，系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化是效率關(guān)鍵。從局部單元技術(shù)優(yōu)化轉(zhuǎn)向全工序覆蓋的信息物理系統(tǒng)構(gòu)建。通過(guò)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)流、能量流、信息流的動(dòng)態(tài)協(xié)同匹配，打破工序壁壘，達(dá)成全流程運(yùn)行效率的*大化。例如，鋼研總院與冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)冶金自動(dòng)化院）成的聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在首鋼京唐、唐鋼新區(qū)等現(xiàn)代化高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程產(chǎn)線(xiàn)上，成功開(kāi)展了以物質(zhì)流、能量流和信息流三流協(xié)同的鋼鐵流程優(yōu)化和智能化運(yùn)行研究與創(chuàng)新實(shí)踐，顯著提升了企業(yè)生產(chǎn)效率。未來(lái)，還需針對(duì)高品質(zhì)鋼鐵材料電爐短流程制備存在的連續(xù)化程度偏低、生產(chǎn)成本較高、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大等技術(shù)瓶頸，以物質(zhì)流、能量流、信息流耦合作用規(guī)律為切入點(diǎn)，開(kāi)展覆蓋電爐全流程的鐵素物質(zhì)流層流運(yùn)行機(jī)制、電爐短流程能效提升規(guī)律等研究，通過(guò)電爐全流程過(guò)程參數(shù)窄窗口與跨工序協(xié)同智能控制，實(shí)現(xiàn)全流程多工序耦合優(yōu)化。
*后，綠色與智能協(xié)同是必然趨勢(shì)。以綠色原料（廢鋼、直接還原鐵）和綠色能源為依托，開(kāi)發(fā)專(zhuān)用單元能量模型。推動(dòng)全流程綠色低碳與智能化深度融合，極致發(fā)揮電爐短流程的環(huán)境優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保與*的雙重目標(biāo)。例如，通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能及谷電等能源晝夜交替補(bǔ)充，能量有效存儲(chǔ)及釋放，建立微型電網(wǎng)來(lái)智能匹配電爐供電，實(shí)現(xiàn)綠色能源直接*利用。
總而言之，電爐智能化煉鋼正從單點(diǎn)技術(shù)突破邁向全流程、系統(tǒng)級(jí)的集成融合新階段。通過(guò)機(jī)理深化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、裝備升級(jí)與系統(tǒng)協(xié)同的多維度發(fā)力，電爐煉鋼*智能化升級(jí)的圖景正加速成形。
（來(lái)源鏈接：http://www.csteelnews.com/xwzx/djbd/202512/t20251216_105892.html）
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中國(guó)冶金報(bào)：轉(zhuǎn)型升級(jí)，我國(guó)電爐煉鋼智能化仍大有可為
編輯：2025-12-20 11:45:23
黨的二十屆四中全會(huì)明確提出，堅(jiān)持把發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)上，堅(jiān)持智能化、綠色化、融合化方向。具有巨大節(jié)能降碳潛力的電爐短流程將在“十五五”時(shí)期得到大力推廣，智能化技術(shù)也將保障電爐短流程煉鋼穩(wěn)定生產(chǎn)，進(jìn)一步加快推進(jìn)我國(guó)鋼鐵行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
電爐短流程主要包括電弧爐、精煉爐、連鑄、軋制等工序。本文將重點(diǎn)從原料管控智能化、單體技術(shù)智能化以及電爐短流程智能化3個(gè)方面，簡(jiǎn)述智能化技術(shù)在電爐短流程煉鋼上的應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢(shì)，并總結(jié)“十四五”時(shí)期我國(guó)鋼鐵行業(yè)智能化進(jìn)展，展望未來(lái)電爐短流程智能化煉鋼技術(shù)方向。
原料管控-
智能判級(jí)、配料方面有重大突破
隨著廢鋼用量及循環(huán)次數(shù)的增加，廢鋼中殘余有害元素（Cu、Sn、Sb、As等）日益成為影響電爐鋼質(zhì)量的因素，廢鋼自身帶有的氮以及空氣電離造成的增氮行為，使電爐鋼中氮含量高達(dá)60ppm～100ppm（百萬(wàn)分之一），難以滿(mǎn)足氮敏感鋼種的要求。電爐短流程作為低成本gaoxiao制備高品質(zhì)鋼的重要手段，使得鋼鐵企業(yè)對(duì)廢鋼的質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)，廢鋼分類(lèi)分揀的需求越來(lái)越迫切。
廢鋼智能判級(jí)系統(tǒng)是目前應(yīng)用比較普遍的智能化系統(tǒng)，大大提高了廢鋼分類(lèi)效率。不過(guò)，由于該系統(tǒng)未能與成分快速檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)耦合，尚難以做到精確分類(lèi)。同時(shí)，建設(shè)智能化廢鋼料場(chǎng)越來(lái)越引起人們的關(guān)注，智能化廢鋼料場(chǎng)在智能感知、爐料跟蹤、實(shí)時(shí)存貯、動(dòng)態(tài)3D圖像識(shí)別、廢鋼信息數(shù)字化等技術(shù)的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)廢鋼處理綠色化、分選gaoiao化、配料自動(dòng)化、管理精細(xì)化的目標(biāo)。在基于圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行廢鋼分類(lèi)分揀技術(shù)研究方面，北京科技大學(xué)、華北理工大學(xué)、安徽工業(yè)大學(xué)等高校和用友網(wǎng)絡(luò)公司、達(dá)涅利公司、鐳目公司、河鋼數(shù)字等企業(yè)均開(kāi)展了相關(guān)工作，圖像識(shí)別技術(shù)使廢鋼經(jīng)歷了從宏觀圖像到大類(lèi)區(qū)分的過(guò)程，完成了初步分類(lèi)分級(jí)，相關(guān)技術(shù)在一些鋼鐵企業(yè)得到初步應(yīng)用。
在廢鋼元素檢測(cè)方法中，火花直讀、紅外光譜法和X熒光檢測(cè)法（XRF）等方法被廣泛應(yīng)用。然而，這些技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)快速分析檢測(cè)。隨著機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的快速發(fā)展，激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（LIBS）與其相結(jié)合，在廢舊金屬分類(lèi)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，尤其在鋁合金和不銹鋼等含特定元素材料的精細(xì)分類(lèi)方面。LIBS技術(shù)在廢鋼分類(lèi)上的應(yīng)用研究工作已經(jīng)開(kāi)展，但由于廢鋼車(chē)間惡劣的工作環(huán)境以及廢鋼本身的復(fù)雜性，影響了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，大多處于實(shí)驗(yàn)室研究及中試階段。要實(shí)現(xiàn)廢鋼快速分類(lèi)分揀，需將廢鋼圖像識(shí)別與元素快速檢測(cè)技術(shù)深度耦合，為現(xiàn)代電爐智能化冶煉賦能。
總體來(lái)看，“十四五”期間，國(guó)內(nèi)鋼企對(duì)廢鋼“分類(lèi)堆放”“科學(xué)配料”“精料入爐”理念有了一致認(rèn)同，并在智能判級(jí)、智能配料方面有了重大突破，快速檢測(cè)技術(shù)正處于攻堅(jiān)克難的關(guān)鍵階段，相信“十五五”將實(shí)現(xiàn)圖像識(shí)別與在線(xiàn)檢測(cè)深度耦合，為現(xiàn)代電爐智能化冶煉提供“精糧細(xì)糠”。
煉鋼技術(shù)-
監(jiān)測(cè)和控制技術(shù) 推動(dòng)了過(guò)程的智能化
隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)以及檢測(cè)控制技術(shù)的發(fā)展，一系列智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)和控制模型在電爐煉鋼過(guò)程中得到應(yīng)用，如智能配料、電極智能調(diào)控、智能化取樣測(cè)溫、泡沫渣智能化監(jiān)測(cè)與控制、爐氣在線(xiàn)分析及終點(diǎn)溫度成分預(yù)報(bào)等，監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)的應(yīng)用大幅度提高了電爐煉鋼過(guò)程的智能化水平，電爐智能化裝備與工藝模型之間的關(guān)系如圖所示。
當(dāng)前，電爐單體智能化煉鋼技術(shù)主要涵蓋了以下4個(gè)方面：
在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)。國(guó)內(nèi)外企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)大力研發(fā)了*的傳感技術(shù)，如鋼鐵研究總院有限公司（下稱(chēng)鋼研總院）研發(fā)的爐門(mén)流渣實(shí)時(shí)識(shí)別系統(tǒng)，北京科技大學(xué)研發(fā)的USTB非接觸式鋼液測(cè)溫系統(tǒng)，中南大學(xué)建立的電爐煉鋼過(guò)程能量監(jiān)控系統(tǒng)，德國(guó)西門(mén)子研發(fā)的Simetal RCB Temp測(cè)溫系統(tǒng)、Simelt SonArc FSM泡沫渣監(jiān)控系統(tǒng)、SimetalLomas爐氣連續(xù)分析系統(tǒng)，意大利特諾恩研發(fā)的i-TEMP測(cè)溫系統(tǒng)、EFSOP （Expert Furnace System OptimizationPrgranm）爐氣分析系統(tǒng)，美國(guó)PTI（Protein Technologies，Inc.）公司開(kāi)發(fā)的PTI SwingDoor TM電弧爐爐門(mén)清掃和泡沫渣控制系統(tǒng)等，主要涵蓋圖像識(shí)別、紅外測(cè)溫、音頻檢測(cè)、煙氣分析等監(jiān)測(cè)技術(shù)，為實(shí)時(shí)感知電爐爐況提供了“火眼金睛”。
電爐控制模型系統(tǒng)。這是智能化的“大腦”。供電、吹氧、造渣、終點(diǎn)預(yù)測(cè)等核心模型，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)等人工智能算法，顯著提升了過(guò)程控制的精確度和自適應(yīng)能力。例如，鋼研總院提出預(yù)報(bào)電爐終點(diǎn)碳、磷和溫度的增量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，北京科技大學(xué)利用BP（Back propagation，反向傳播算法）方法建立電爐終點(diǎn)鋼水預(yù)報(bào)模型，鋼研總院提出增量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，德國(guó)西門(mén)子開(kāi)發(fā)的SIMETAL Arcos電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)，德國(guó)普銳特公司研發(fā)的MeltExpert電極控制系統(tǒng)，意大利特諾恩公司開(kāi)發(fā)的TDR（Time Domain Reflectometry，時(shí)域反射技術(shù)）數(shù)字式調(diào)節(jié)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了能量輸入的優(yōu)化與關(guān)鍵指標(biāo)的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)。
電爐智能控制裝備技術(shù)。這是執(zhí)行指令的“手腳”。鋼研總院研發(fā)的鋼水溫度在線(xiàn)傳感測(cè)量系統(tǒng)，德國(guó)西門(mén)子公司設(shè)計(jì)的Simetal LiquiRob自動(dòng)測(cè)溫取樣機(jī)器人、美國(guó)PTI公司開(kāi)發(fā)的PTI TempBoxTM自動(dòng)測(cè)溫取樣系統(tǒng)、德國(guó)巴登公司開(kāi)發(fā)的MultiROB機(jī)器人、意大利達(dá)涅利研發(fā)的Q-Robert melt測(cè)溫取樣系統(tǒng)等自動(dòng)化裝備逐步推廣應(yīng)用，有效替代了高風(fēng)險(xiǎn)、高強(qiáng)度的人工操作，提高了作業(yè)精度與安全性。
電爐整體智能控制集成技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)將在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、模型與裝備深度耦合，形成協(xié)同優(yōu)化的整體解決方案。如德國(guó)西門(mén)子開(kāi)發(fā)的電弧爐Simental EAF Heatopt整體控制方案、意大利特諾恩公司開(kāi)發(fā)的iEAF智能控制系統(tǒng)、意大利達(dá)涅利公司開(kāi)發(fā)的Q-MELT系統(tǒng)、北京科技大學(xué)開(kāi)發(fā)的電爐復(fù)合吹煉集成控制技術(shù)、東北大學(xué)開(kāi)發(fā)的綠色智能電弧爐煉鋼技術(shù)、中冶賽迪開(kāi)發(fā)的電弧爐*智能控制技術(shù)等，旨在實(shí)現(xiàn)從感知、決策到執(zhí)行的閉環(huán)智能控制。值得關(guān)注的是，近期鋼研總院和沙鋼集團(tuán)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的電爐智能化煉鋼系統(tǒng)已在沙鋼電爐車(chē)間成功上線(xiàn)運(yùn)行，通過(guò)將人工經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突⒔Y(jié)合實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，將電爐冶煉全過(guò)程動(dòng)態(tài)耦合，實(shí)現(xiàn)了電爐煉鋼過(guò)程的智能化精準(zhǔn)控制與*有序運(yùn)行，樹(shù)立了國(guó)產(chǎn)化系統(tǒng)集成應(yīng)用的示范樣板。
電爐流程-
亟須探索全流程智能化路徑
“雙碳”目標(biāo)下，綠色低碳的電爐短流程已逐漸成為國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展方向，但長(zhǎng)期以來(lái)，電爐煉鋼技術(shù)創(chuàng)新多集中在單體技術(shù)的突破，而對(duì)電爐短流程的生產(chǎn)調(diào)度智能化管控研究重視不夠，電爐短流程靈活*的優(yōu)勢(shì)未得到充分發(fā)揮，亟須探索電爐煉鋼全流程智能化路徑。
相比之下，國(guó)內(nèi)外對(duì)于長(zhǎng)流程煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)已開(kāi)展大量研究，并開(kāi)發(fā)了相關(guān)的計(jì)劃調(diào)度產(chǎn)品應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)。英國(guó)的Broner Group公司開(kāi)發(fā)了高級(jí)計(jì)劃與排程、制造執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用于印度JSPL（印度金德?tīng)栦撹F和電力公司）；德國(guó)曼內(nèi)斯曼鋼鐵公司自主開(kāi)發(fā)了計(jì)算機(jī)生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)；日本NKK軟件公司開(kāi)發(fā)了協(xié)同生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃系統(tǒng)Scheplan應(yīng)用于日本NKK京濱鋼鐵廠。國(guó)內(nèi)寶鋼股份、首鋼遷鋼、首鋼京唐、河鋼唐鋼等鋼鐵企業(yè)與鋼研總院、北京科技大學(xué)、東北大學(xué)等科研單位和高校合作，均開(kāi)發(fā)了應(yīng)用于各自產(chǎn)線(xiàn)的煉鋼-連鑄生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)。
然而，國(guó)內(nèi)大部分電爐煉鋼流程產(chǎn)線(xiàn)仍處于基礎(chǔ)自動(dòng)化階段，生產(chǎn)管理與組織停留在依賴(lài)人工決策，缺少有效技術(shù)手段減少或避免管理層和執(zhí)行層之間的信息延時(shí)或錯(cuò)誤。盡管少部分近10年新建的電爐短流程生產(chǎn)企業(yè)擁有了*的裝備，具備自動(dòng)排產(chǎn)的能力，但仍缺乏在生產(chǎn)異常擾動(dòng)情況下生產(chǎn)計(jì)劃重排的底層數(shù)據(jù)支撐，智能化程度低。當(dāng)產(chǎn)品種類(lèi)多、工藝流程復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)異常時(shí)，往往導(dǎo)致調(diào)度不及時(shí)、不合理，對(duì)煉鋼的效率、質(zhì)量和成本均造成較大影響，制約企業(yè)發(fā)展。
在電爐短流程智能調(diào)度方向上，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也做了大量研究工作，形成了仿真調(diào)度法、機(jī)器學(xué)習(xí)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與強(qiáng)化學(xué)習(xí)、專(zhuān)家系統(tǒng)法以及遺傳算法／粒子群算法／蟻群算法等智能搜索算法等研究方法，但均存在一定的局限性，與實(shí)際應(yīng)用差距較大，難以完全解決電爐短流程實(shí)際的生產(chǎn)調(diào)度問(wèn)題。
“十五五”時(shí)期，在國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)的支持下，鋼研總院研發(fā)團(tuán)隊(duì)將以殷瑞鈺院士提出的冶金流程工程學(xué)為指引，針對(duì)高品質(zhì)鋼鐵材料電爐短流程制備存在的連續(xù)化程度偏低、生產(chǎn)成本較高、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大等技術(shù)瓶頸，以物質(zhì)流、能量流、信息流耦合作用規(guī)律為切入點(diǎn)，在中國(guó)寶武馬鋼、河鋼集團(tuán)石鋼公司等電爐短流程生產(chǎn)示范企業(yè)開(kāi)展覆蓋電爐全流程的鐵素物質(zhì)流層流運(yùn)行機(jī)制、電爐短流程能效提升規(guī)律等研究，通過(guò)電爐全流程過(guò)程參數(shù)窄窗口與跨工序協(xié)同智能控制，實(shí)現(xiàn)全流程、多工序耦合優(yōu)化，以提升電爐短流程運(yùn)行質(zhì)量。
“十五五”時(shí)期，在國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)的支持下，鋼研總院研發(fā)團(tuán)隊(duì)將以殷瑞鈺院士提出的冶金流程工程學(xué)為指引，針對(duì)高品質(zhì)鋼鐵材料電爐短流程制備存在的連續(xù)化程度偏低、生產(chǎn)成本較高、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大等技術(shù)瓶頸，以物質(zhì)流、能量流、信息流耦合作用規(guī)律為切入點(diǎn)，在中國(guó)寶武馬鋼、河鋼集團(tuán)石鋼公司等電爐短流程生產(chǎn)示范企業(yè)開(kāi)展覆蓋電爐全流程的鐵素物質(zhì)流層流運(yùn)行機(jī)制、電爐短流程能效提升規(guī)律等研究，通過(guò)電爐全流程過(guò)程參數(shù)窄窗口與跨工序協(xié)同智能控制，實(shí)現(xiàn)全流程、多工序耦合優(yōu)化，以提升電爐短流程運(yùn)行質(zhì)量。
未來(lái)展望-
深度融合、系統(tǒng)集成、綠色引領(lǐng)
展望未來(lái)，電爐短流程智能化煉鋼技術(shù)發(fā)展將聚焦三大核心方向。
首先，關(guān)鍵技術(shù)攻堅(jiān)是核心基石。要聚焦高溫熔體成分、溫度等關(guān)鍵參數(shù)的在線(xiàn)檢測(cè)瓶頸突破，為智能化升級(jí)提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)支撐。同時(shí)，深化冶煉模型的多方法融合，推動(dòng)機(jī)理分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專(zhuān)家系統(tǒng)的深度耦合，向復(fù)合化、高精度模型演進(jìn)，筑牢質(zhì)量提升的技術(shù)根基，不斷提高冶煉工藝系統(tǒng)性、裝備可靠性以及控制模型穩(wěn)定性。如建立電爐短流程多場(chǎng)景下多工序聯(lián)動(dòng)的層流運(yùn)行仿真模型和多工序變工況自適應(yīng)調(diào)控模型，通過(guò)開(kāi)發(fā)在不同生產(chǎn)異常條件下的變工況識(shí)別與動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電爐短流程動(dòng)態(tài)有序、協(xié)同連續(xù)的生產(chǎn)運(yùn)行。
其次，系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化是效率關(guān)鍵。從局部單元技術(shù)優(yōu)化轉(zhuǎn)向全工序覆蓋的信息物理系統(tǒng)構(gòu)建。通過(guò)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)流、能量流、信息流的動(dòng)態(tài)協(xié)同匹配，打破工序壁壘，達(dá)成全流程運(yùn)行效率的*大化。例如，鋼研總院與冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)冶金自動(dòng)化院）成的聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)在首鋼京唐、唐鋼新區(qū)等現(xiàn)代化高爐-轉(zhuǎn)爐長(zhǎng)流程產(chǎn)線(xiàn)上，成功開(kāi)展了以物質(zhì)流、能量流和信息流三流協(xié)同的鋼鐵流程優(yōu)化和智能化運(yùn)行研究與創(chuàng)新實(shí)踐，顯著提升了企業(yè)生產(chǎn)效率。未來(lái)，還需針對(duì)高品質(zhì)鋼鐵材料電爐短流程制備存在的連續(xù)化程度偏低、生產(chǎn)成本較高、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大等技術(shù)瓶頸，以物質(zhì)流、能量流、信息流耦合作用規(guī)律為切入點(diǎn)，開(kāi)展覆蓋電爐全流程的鐵素物質(zhì)流層流運(yùn)行機(jī)制、電爐短流程能效提升規(guī)律等研究，通過(guò)電爐全流程過(guò)程參數(shù)窄窗口與跨工序協(xié)同智能控制，實(shí)現(xiàn)全流程多工序耦合優(yōu)化。
*后，綠色與智能協(xié)同是必然趨勢(shì)。以綠色原料（廢鋼、直接還原鐵）和綠色能源為依托，開(kāi)發(fā)專(zhuān)用單元能量模型。推動(dòng)全流程綠色低碳與智能化深度融合，極致發(fā)揮電爐短流程的環(huán)境優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保與*的雙重目標(biāo)。例如，通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能及谷電等能源晝夜交替補(bǔ)充，能量有效存儲(chǔ)及釋放，建立微型電網(wǎng)來(lái)智能匹配電爐供電，實(shí)現(xiàn)綠色能源直接*利用。
總而言之，電爐智能化煉鋼正從單點(diǎn)技術(shù)突破邁向全流程、系統(tǒng)級(jí)的集成融合新階段。通過(guò)機(jī)理深化、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、裝備升級(jí)與系統(tǒng)協(xié)同的多維度發(fā)力，電爐煉鋼*智能化升級(jí)的圖景正加速成形。
（來(lái)源鏈接：http://www.csteelnews.com/xwzx/djbd/202512/t20251216_105892.html）
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