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第 1 期智能化冶金设备在提高生产质量中的作用与挑战蔡辽原（南京钢铁股份有限公司，江苏 南京210018）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 1 期2024 年 1 月Vol.44 No.1Jan.2024摘要：随着科技的不断发展，智能化设备在冶金行业中被广泛应用。文章通过深入研究智能化冶金设备在提高生产质量方面的作用与挑战，分析了其在生产过程自动化与稳定性、实时监测与数据分析、精准控制与优化以及质量预测与异常检测等方面的重要作用。同时，结合智能化转炉系统、连铸机器人和连铸自动浇铸等实际应用案例，阐述了智能化冶金设备在提高生产质量中的应用与优势。关键词：智能化冶金设备；生产质量；自动化；数据分析；技术挑战作者简介：蔡辽原（1996），男，江苏徐州人，主要研究方向：钢铁冶金智能化。随着全球冶金产业的快速发展和市场竞争的不断加剧，智能化冶金设备在提高生产质量方面的应用成为冶金工程领域的研究热点。其背景在于，传统冶金生产面临着生产效率、能源利用和产品质量等方面的挑战，而智能化冶金设备的引入为解决这些问题提供了新的途径。通过实现生产过程的自动化、数据的实时监测与分析、精准控制与优化，智能化冶金设备不仅能够显著提升生产效率、降低能耗，还能够有效提高产品质量和生产线稳定性。因此，深入研究智能化冶金设备在提高生产质量方面的作用与挑战，对于推动冶金工业的可持续发展、提高资源利用效率以及降低环境影响具有重要意义。1智能化冶金设备对生产质量的作用1.1生产过程自动化与稳定性智能化冶金设备的应用带来了生产过程自动化的重大进步，通过精密的控制系统和先进的传感器技术，设备能够实现冶金工艺的高度自动化。以智能化转炉系统为例，集成了由一键倒罐、一键脱硫，自动扒渣组成的铁水处理系统；由自动出钢、远程看火，火焰监测组成的转炉控制系统；结合自动上料系统，并通过先进的控制算法实现了对冶炼过程的实时监测和自动调控，如表 1，表现了智能化设备应用后，带来的稳定性改善和性能提升。这种自动化使得生产过程更加稳定，减少了人为因素对生产质量的影响。自动化带来的生产线稳定性提高了产品一致性和生产效率，进而提升了产品质量的可控性和稳定性咱1-2暂。此外，智能化设备通过智能控制系统的优化调整，实现了生产过程的精准化管理。它能够根据实时获取的数据对生产参数进行调整，以最优化的状态运行。这种精准控制有效地降低了生产中的波动性和变异性，最大限度地保证了产品质量的一致性。1.2实时监测与数据分析通过传感器和监测系统，能够实时获取各种关键参数，如温度、成分、生产设备状态等，而后将这些数据传输至集中控制中心进行分析和处理。利用数据分析技术，可以从海量数据中挖掘出有价值的信息，识别出生产过程中的潜在问题，并及时采取相应的调整措施。这种实时监测和数据分析的能力不仅可以帮助预测潜在问题，还能在生产过程中实时警示并快速响应异常情况。如在连铸机器人的应用中，其配备了多个传感器，能实时监测浇铸过程的温度、拉速等参数，通过数据分析模型，可预测铸坯质量，并及时调整拉速和水量，确保产品质量的稳定。引入实时监测与数据分析技术后，产品的缺陷率降低，大幅减少了废率和二次加工的需求，从而提高了整体生产效率和产品质量水平咱3暂。1.3精准控制与优化通过高度智能的控制系统，这些设备能够实现对冶炼过程中的关键参数的精准监测和调控。以智能化转炉系统为例，该系统通过实时采集炉内温度、氧含量、炉底状态等多个参数，如表 2，并利用先进的控制算法进行实时分析和优化调整，实现了对冶炼过程的高度精准控制。这种精准控制不仅能够提高产品的均匀性和稳定性，还有助于降低能耗、减轻设备磨损，从而进一步提高产品质量。在优化方面，智能化设备通过对大量生产数据的积累和分析，可以识别出冶炼过程中的潜在优化点。通过调整操作参数、优化生产工艺，智能化设备能够在保表 1智能化设备应用前后的一些生产参数对比参数铁水温度/益冷却水压/MPa氧浓度/%吹炼时间/min智能化设备应用前12000.352040智能化设备应用后13000.418361冶金与材料第 44 卷表 2智能化转炉系统在精准控制与优化方面的关键参数参数温度/益氧含量/%炉底状态监测方法实时传感器监测连续分析仪监测摄像头及传感器监测控制前平均值15005.20不稳定控制后平均值14804.80稳定优化效果减小波动范围优化还原反应提高均匀性证产品质量的前提下，实现生产成本的降低。1.4质量预测与异常检测通过建立先进的质量预测模型，这些设备能够在生产过程中提前识别潜在的质量问题。以智能化连铸机器人为例，其搭载了多个传感器用于监测浇铸过程中的各项指标，结合数据分析和机器学习技术，可以预测出可能出现的浇铸缺陷，从而在生产中采取及时的预防措施。这项技术的成功应用，有效地降低了次品率、提高了产品的一致性和可靠性咱4暂。在异常检测方面，智能化设备通过实时监测生产过程中的各项参数，及时发现并响应潜在的异常情况。通过设定预警阈值和采用智能算法，设备能够迅速识别出生产中的异常，从而实现及时干预和问题的快速解决。2智能化冶金设备在提高生产质量中的应用2.1智能化转炉系统的应用与优势智能化转炉系统通过集成先进的传感器、自适应控制算法以及实时数据分析技术，实现了对冶炼过程的全面智能化控制。其中，其应用的一个关键优势在于实现了高温高压等极端环境下的精准控制，有效降低了炉内温度和压力的波动范围，提升了冶炼的稳定性。同时，智能化转炉系统能够自动调整各种冶炼参数，根据原材料成分的变化实时优化合金的添加比例，最终实现了产品质量的一致性和稳定性。例如，某钢铁公司引入智能化转炉系统后，冶炼效率提高了 20%，生产线的产品废品率降低了 3%，如表 3。表 3引入智能化转炉系统前后对比引入智能化转炉系统前50 t/h8%200 kWh/t高频波动引入智能化转炉系统后60 t/h5%180 kWh/t平稳运行改善情况+20%-3%-10%显著提升指标生产效率废品率能耗运行稳定性此外，智能化转炉系统还具备远程监控和管理的功能，操作人员可以通过云端平台实时监测冶炼过程中的各项参数，并进行远程操作。2.2连铸机器人在生产中的应用与优势连铸机器人其核心优势是自动化和智能化。通过搭载先进传感器和视觉系统，连铸机器人能够实时监测浇铸过程中的温度、拉速等参数，从而精准控制浇铸速度和温度，提高了浇铸的均匀性和产品的密度。此外，机器学习算法的应用使得连铸机器人能够根据历史数据和实时反馈不断优化控制策略，实现铸造工艺的持续优化。在生产效率方面，连铸机器人还显著降低了生产成本、缩短了生产周期。其高度自动化的操作能力使得铸造过程更加迅速高效，减少了人为干预所带来的时间浪费和生产环节的不确定性。2.3自动浇铸过程的成功经验通过引入先进的控制系统和自动化装置，自动浇铸过程实现了从铸造模型设计到浇注完成的全流程自动化操作。其中的成功经验主要体现在两个方面：一是高度可编程性，自动浇铸系统能够根据产品的不同要求灵活调整水口开度、拉速等参数，适应多品种、小批量生产需求；二是高度自适应性，系统能够实时监测浇注过程中的各项指标，自动调整浇注流速，确保铸件充型充实，降低了气孔、表裂等缺陷的产生概率。此外，自动浇铸过程的成功经验还体现在能源利用效率和环保方面。系统通过对水，电，煤气等能源介质的实时监测和优化调整，降低了能源的浪费，使得生产过程更加节能环保。3智能化设备在提高生产质量中的挑战3.1技术挑战3.1.1复杂工艺的智能化控制智能化设备在面对冶金工艺复杂性的挑战时，首要问题是实现有效的智能化控制。冶金生产过程的生产环境较恶劣，如高温、高压、高湿等，其复杂性增加了控制系统设计和实施的难度。在复杂的冶炼环境中，传感器数据的精准采集和控制算法的实时优化变得至关重要。挑战在于如何应对这些复杂工艺要素，确保智能化设备能快速而准确地适应不断变化的生产条件。解决这一挑战需不断推进传感器技术、控制算法等方面的研究，以提高设备在复杂环境下的适应性和稳定性。3.1.2数据安全和隐私问题随着智能化设备在冶金生产中的广泛应用，产生的大量生产数据涉及企业的核心技术和商业机密，因此数据安全和隐私问题成为亟须解决的技术挑战。在智能化控制系统中，数据的传输、存储和处理涉及重要2第 1 期蔡辽原：智能化冶金设备在提高生产质量中的作用与挑战的生产信息，如果不妥善保护，可能会受到恶意攻击、数据泄露等威胁。解决这一问题需要采取有效的加密技术、权限管理策略，以确保敏感信息得到有效保护。此外，制定和执行规范的数据隐私政策，明确数据使用和分享的范围，也是确保数据安全和隐私的关键步骤。企业在应对这一挑战时需要综合考虑技术、法规和管理层面的因素，以确保智能化设备在提高生产质量的同时保障数据的安全性和隐私。3.2人员培训与适应3.2.1智能化设备的操作和维护操作智能化设备需要工人熟练掌握先进的控制界面、实时监测系统以及故障排除手段。这要求培训课程不仅涵盖设备的基本原理，还要强调实际操作技能的培养。为确保培训的实效性，应该采用模拟环境进行实际场景的演练，使工人能够熟练掌握设备的操作步骤和应对突发情况的能力。同时，培训还需强调设备的预防性维护，使工人具备及时发现和解决潜在故障的能力，以最大限度地保障设备的稳定运行。3.2.2传统工人的技能转型智能化冶金系统通常涉及数字化控制、数据分析和自动化运维等方面，这要求传统工人具备新的技术素养。为了顺利完成技能转型，企业应设计针对传统工人的培训计划，包括理论知识和实际技能的培养。培训内容应涵盖数字化操作、数据解读、故障排除等方面，以提高工人适应新技术环境的能力。企业还应提供在线学习和实际应用的机会，使传统工人能够在工作中不断学习和适应新技术，促使其更好地融入智能化冶金生产流程。3.3系统集成难题3.3.1不同设备的统一管理智能化冶金设备多样性导致了设备之间的管理和协调变得更为复杂。不同厂商生产的设备可能使用不同的通讯协议、数据格式或操作界面，这使得设备统一管理成为一个挑战。设备的统一管理对于整体生产流程的优化和效率至关重要，因此如何有效地整合这些不同设备的数据和控制成了一个重要问题。解决这一难题需要制定统一的标准和通用接口，以确保各个设备可以有效地协同工作。同时，引入先进的集成管理系统，能够整合多种设备的控制和数据，实现对整个生产流程的统一管理和监控咱5暂。3.3.2各系统之间的兼容性问题智能化冶金设备在实际应用中，往往由多个子系统组成，这些子系统可能来自不同厂商，存在着兼容性问题。不同系统之间的数据交换和信息共享存在着格式不一致、接口不匹配等问题，这会导致信息传递和指令执行的不畅顺。兼容性问题限制了智能化设备系统整体性能的发挥，可能影响到生产效率和产品质量。解决这一挑战需要在设备采购前充分考虑系统的互操作性，选择具有开放式接口和标准化通讯协议的设备。同时，通过软件和硬件的技术手段，实现不同系统之间的数据格式转换和信息交互，以确保各个系统能够顺利协同工作，提高生产流程的整体效率和质量。4结论与展望综上所述，智能化冶金设备在提高生产质量方面发挥了重要作用，但面临诸多挑战。在技术方面，需要不断推进传感器技术、控制算法等方面的研究，提高设备在复杂冶炼环境中的适应性。在人才培养方面，企业应该制定全面的培训计划，帮助工人适应智能化设备的操作和维护。在系统集成方面，需要加强不同设备之间的统一管理和兼容性解决，确保各设备协同工作。展望未来，随着技术的不断进步，智能化冶金设备将在提高生产质量方面取得更为显著的成果，为冶金行业的可持续发展做出更大的贡献。参考文献1 李磊，李兆亮.基于冶金设备管理与维修技术的要点分析J.中国金属通报，2022（9）：79-81.2 王才华.基于物联网的生产过程监测及质量追溯系统研究D.唐山：华北理工大学，2022.3 张俊，付振刚.冶金轧制设备技术数字化智能化发展分析J.信息记录材料，2022，23（2）：212-214.4 彭艳.冶金轧制设备技术数字化智能化发展综述 J.燕山大学学报，2020，44（3）：218-237.5 张俊，付振刚.冶金轧制设备技术数字化智能化发展分析J.信息记录材料，2022，23（2）：212-214.3