新聞縱深·解碼鋼鐵大模型丨打造智能高效的超級煉鋼工
永洋特鋼在轉爐智能煉鋼大模型中疊加十余個小模型
打造智能高效的超級煉鋼工
近日，河北永洋特鋼集團有限公司煉鋼車間主控室內，工人在進行生產監(jiān)控和調控。河北日報記者白云攝
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從站在轉爐前看火焰、聽聲音指揮操作，到火焰圖像識別模型、全頻段音頻分析模型精準作業(yè)；從靠經驗燒制生礦，到大模型輔助得到性能更穩(wěn)定的燒結礦；從手動過磅、人工盤點，到大模型助力產供銷一體化……在河北永洋特鋼集團有限公司生產線上，大小模型的疊加應用，打造了永不疲倦的“超級煉鋼工”，不僅減少了人工影響帶來的工藝損耗，大幅降低了操作人員的勞動強度，還提高了生產的穩(wěn)定性和精確性，創(chuàng)造出更高的經濟效益。
近日拍攝的河北永洋特鋼集團有限公司特鋼車間。河北日報記者白云攝
一鍵煉鋼替代煉鋼“盲盒”
日前，記者在河北永洋特鋼集團有限公司（以下簡稱“永洋特鋼”）煉鋼車間主控室看到，工人王世浩緊盯著屏幕不時操縱桌面上的按鈕，屏幕上閃爍的火焰，正從紅色變成淺藍色，一條代表估測火焰溫度的曲線也緩慢上升到1600多攝氏度。
“這是我們幾個月前剛上線的煉鋼大模型，借助它，傳統(tǒng)轉爐冶煉正逐漸打開‘盲盒’?！庇姥筇劁摕掍搹S廠長李成江介紹。
傳統(tǒng)轉爐冶煉過程中，存在高溫、多相、物理變化和化學反應復雜、生產過程不透明等情況，加上原材料質量波動，產生人工依賴度高、冶煉成本不穩(wěn)定、冶煉終點命中率低等痛點，被業(yè)內稱為“開盲盒”。
也因此，像王世浩這樣有著15年經驗的技術操槍工，是煉鋼廠轉爐操作的核心技術人員。“傳統(tǒng)煉制過程非常依賴操槍工的經驗，他們的技術水平高低，直接影響轉爐冶煉的終點命中率。”李成江說。
終點命中率指的是吹煉終點鋼水成分和溫度都達到目標范圍的爐次在所有吹煉爐次中所占的比例。這個比例的高低影響著煉鋼的品質，關系著鋼廠的經濟效益。
培養(yǎng)一名技術操槍工，至少需要四五年時間。如今，軟件工程師正將他們的寶貴經驗，引入到大模型中。
當天，中國聯通智慧鋼鐵軍團軟件研發(fā)經理丁雪松又來到主控室采集數據。“我們在這條產線的400多個點位上，采集了7萬多條數據訓練大模型?！倍⊙┧山榻B。
以轉爐智能煉鋼系統(tǒng)下的火焰金睛大模型為例，以往，爐前工通過觀察火焰顏色判斷爐內溫度高低。“這個判斷結果很主觀，可能不同爐前工的經驗得出的結論不同。但智能化大模型要做的，是盡量把這一經驗固化。”丁雪松說。
通過圖像識別火焰顏色，火焰金睛大模型將爐內的溫度轉化為可讀取的估測數據。接下來音頻化渣模型開始通過聲吶收集化渣聲音。
“一名合格的操槍工，得做到眼觀六路耳聽八方。”李成江說，行業(yè)內的這句老話，一方面說明觀察火焰的重要性，另一方面也說明靠聲音能判斷爐渣熔化的程度。
畢竟，要想煉好鋼，先要煉好渣。“渣子化得好，爐內聲音小?；缓?，爐內會發(fā)出刺耳的動靜?！崩畛山偨Y，這一經驗也被納入大模型中進行了數據化。
這些判斷爐內冶煉進展到何種程度的大模型，只是接下來十余款大模型的鋪墊。
“過去，爐前工分析判斷，操槍工根據化渣情況調整氧槍槍位及流量，控制輔料加入時機及數量。”李成江介紹，這不僅考驗工人的知識、經驗、注意力、反應能力，而且容易造成視覺疲勞。
如今，這些分析判斷都集中在大模型中。永洋特鋼上線的轉爐智能煉鋼大模型中，疊加了轉爐主原料模型、二次加料模型、動態(tài)氧槍模型、冶煉狀態(tài)模型、渣狀態(tài)計算模型、煙氣分析模型、副槍模型、終點預測模型、合金化模型和自學習模型等十余個小模型，幫助永洋特鋼培育出“超級煉鋼工”。
“目前，我們產線上每噸鋼鋼鐵料消耗降低2至7公斤，冶煉時間每爐縮短26秒，轉爐噴濺率降低10%以上?！崩畛山f，與此同時，終點命中率從過去的75%提高到95%，噸鋼成本降低5-15元。
更穩(wěn)定的原料煉制優(yōu)質的特鋼
河北永洋特鋼集團有限公司展廳內展示的特鋼產品。河北日報記者白云攝
烏黑的輕軌、重軌、礦工鋼、U型鋼、扁鋼……一件件特鋼產品擺放在永洋特鋼展廳，其中一輛巴掌大的叉車模型吸引了記者注意。
“我們廠生產的扁鋼，就用于加工叉車的貨叉?！庇姥筇劁撔畔⒖瓶崎L郗彩紅介紹，他們的客戶包含了安徽合力、浙江杭叉等國內知名叉車公司。
大模型在多個生產環(huán)節(jié)的應用，為提升產品性能提供了更多可能。
在永洋特鋼燒結車間主控室內，一名女工觀察著屏幕，偶爾操縱一下鼠標。干了半輩子燒結工種的燒結車間主任崔明超完全想不到，是大模型帶來了燒結工藝的技術革命。
“你看燒結臺車上鋪的這層料，厚度適中，靠人工很難達到這種水平。”崔明超指著屏幕上正在緩緩通過鏡頭的原料說。
燒結過程是將混合后的鐵精礦、熔劑、含鐵回收料、粉礦等平鋪在燒結臺車上，靠配入燃料加熱至1200—1300攝氏度，將其加工成更適宜高爐煉制的塊狀燒結礦。
“過去，燒結環(huán)節(jié)最核心的工種是燒結看火工，技術含量僅次于操槍工，由他負責觀察燒結過程中鋪料的薄厚，并進行調整?！贝廾鞒f，料鋪厚了，燒不透，塊狀燒結礦質量不佳；料鋪薄了，浪費燃料，企業(yè)成本過高。
永洋特鋼引入的燒結工藝大模型，將這些原本依靠人工經驗的操作環(huán)節(jié)進行了數據化，實現更穩(wěn)定的原料煉制優(yōu)質的特鋼。
崔明超指著主控室屏幕上一系列滾動的數據介紹：“我們現在看到的，就是正在進行的燒結過程。每一個數據高低、每一步進行到哪兒，一目了然?！?/p>
支撐這一運轉的是優(yōu)化配料模型、燃料配比優(yōu)化模型、混合料槽料位平衡模型、混合加水優(yōu)化控制、BTP計算模型、透氣性計算模型等若干小模型的疊加應用，最終實現對配料、混合加水、燒結過程及冷卻環(huán)節(jié)的精準優(yōu)化與智能控制，不僅有效提升了燒結過程的穩(wěn)定性和可控性，還顯著提高燒結礦產量與質量。
永洋特鋼專門進行過測算，應用了燒結工藝大模型后，轉鼓指數（燒結礦機械強度的物理性能指標）由原來的75.3%提升至77%，燒結礦成分綜合合格率由原來91.5%提升至96.7%，燒結返礦率由原來20.69%降低至17.41%。
經過燒結、高爐、轉爐、精煉等一系列流程加工成的特鋼，在軋鋼車間被加工成扁鋼、重型鋼軌、起重機鋼軌、H型鋼、礦用U型鋼等產品。
“我們是國內第一家承諾起重機軌產品不斷不裂的企業(yè)?！庇姥筇劁撈蠊懿坎块L代子偉介紹，他們占據著國內輕軌產品75%、重軌產品60%的市場份額。這兩類產品還在中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會發(fā)布的2023年度冶金產品實物質量品牌培育產品中獲得“金杯獎”。
彈簧扁鋼，也是永洋特鋼的拳頭產品之一。
當前市場上常見的彈簧扁鋼強度大多能達到1600兆帕級，借助各環(huán)節(jié)工藝的提高，永洋特鋼研發(fā)的彈簧扁鋼強度高達1700兆帕至1800兆帕級，由此生產的彈簧疲勞壽命可超過12萬次。
“這些產品將進一步推動我國汽車輕量化和高端金屬材料的國產化?！贝觽フf，一系列大模型的引入，燒結、煉鋼環(huán)節(jié)的質量提升，正支撐永洋特鋼研發(fā)2000兆帕甚至2100兆帕級超高強度的彈簧扁鋼。
數字化管控實現產供銷一體化
河北永洋特鋼集團有限公司數字智能化管控中心屏幕上匯聚著各種數據。河北日報記者白云攝
10月9日上午，一輛滿載鐵礦石的貨車正緩緩開進廠區(qū)，門口的自動識別系統(tǒng)已經將這輛車的車牌號、裝載品類、噸數等信息上傳到大模型中。司機駕車駛上地磅后，嫻熟地跳下車，到無人磅房自行操作。
各個點位采集的信息同步上傳到計量中心?！霸线M廠，大模型會根據錄入的信息，自動抽取、檢驗，整個過程沒有人為干預，確保了原料數據的真實性，并進行優(yōu)質優(yōu)價結算?！臂始t說。
在生產高峰期，每天進出廠區(qū)的貨車有數百輛。大模型的引入，將貨車的過磅效率從2-3分鐘/輛提升至1分鐘/輛，一天最高可處理600輛貨車的進出廠需求。
郗彩紅說的大模型，并不是一個，是很多個。進入永洋特鋼數字智能化管控中心，參觀者都會被環(huán)繞整個中心的滿墻屏幕震撼。藍色屏幕上閃爍著綠色、黃色、紅色數據和曲線，從原材料的采購量、化驗結果到燒結、煉鋼各流程進展，再到產品的生產、銷售、出庫，龐雜的數據匯聚到這里。
“以前，各個車間、每項流程都要填報一份生產調度日志?！贝觽フf，每次匯總起來都很麻煩，統(tǒng)計產供銷信息是件耗時耗力的事。
全廠的信息要先匯總到財務部門，由他們進行各項報表的計算，“想弄清楚全廠某天的生產狀況，至少得延后三天?！臂始t介紹。
就拿成品出庫來說，過去一直依賴人工清點，現在，每件成品下線的同時會配備一張帶有二維碼的合格證。記者用手機掃了一個二維碼，馬上看到標注著起重機用鋼軌的產品的訂購方、爐號、化學成分、抗拉強度等詳細信息。
這個二維碼既方便購買方清楚掌握產品的性能和質量，也方便大模型根據產品的銷售情況自動分析并下達原料采購計劃、生產計劃等。
全廠信息的數據化，還帶來了另外一種可能。
能源大模型建立能量流網絡化調度模型，將能源使用、回收、轉換輸配三個環(huán)節(jié)的能源信息關聯起來，形成多種能源間的調控。
以軋鋼廠用水為例，傳統(tǒng)鋼廠各用水單元獨立分散，分析困難，存在不能實現錯峰就谷等弊端。通過整合優(yōu)化控制流程，大模型對每個單元實現智能控制，實現信息共享和協(xié)同工作，與軋鋼生產線的控制系統(tǒng)進行連接，根據生產進度自動調整水流量，提高整個生產流程的協(xié)調性和效率。
“經過測算，生產環(huán)節(jié)僅減少新水補充一項，每月可節(jié)約用水200噸?！臂始t介紹，此外，水系統(tǒng)與軋機系統(tǒng)聯網，實現水系統(tǒng)的智能化控制，年節(jié)省備件費用70余萬元；錯峰就谷運行補水設備，年節(jié)省電費68萬元。
在燒結工序，通過大模型實現了煙氣循環(huán)、余熱發(fā)電等管控。通過對能源生產、輸配、消耗等進行動態(tài)監(jiān)控管理，優(yōu)化能源平衡，實現噸鋼綜合能耗降低2%，形成10萬噸標準煤節(jié)能能力。
正是在產供銷大模型、能源大模型、設備大模型等多個大模型的助力下，只需輕點鼠標，就能看到全廠的實時數字信息，更精準地指揮生產。
“人工智能大模型在鋼鐵企業(yè)的應用，正在重塑鋼鐵行業(yè)發(fā)展格局?！臂始t說，在逐步實現降本增效與可持續(xù)發(fā)展的同時，推動永洋特鋼由制造向“智造”跨越式發(fā)展。（河北日報記者 白云）
專家訪談
打通鋼鐵行業(yè)和大模型之間的壁壘
河北永洋特鋼集團有限公司應用的轉爐煉鋼大模型，是東北大學王國棟院士團隊、中國聯通智慧鋼鐵軍團共同研發(fā)的。近日，正在永洋特鋼調試轉爐智能煉鋼項目的王國棟院士團隊成員劉書超研究員，接受了本報記者采訪。
記者：此前，我們在其他領域看到的大模型的應用和這里的有些不同，作為專業(yè)人士，請您講一講這種不同體現在哪兒？
劉書超：在其他領域，大模型的應用往往更側重于算法層面的優(yōu)化與迭代。但鋼鐵工業(yè)生產場景具有極強的現場性，許多指令需結合實際生產工況動態(tài)調整。以轉爐作業(yè)為例，僅通過觀察火焰顏色，就要判斷出渣況是趨于活躍還是返干狀態(tài)，這就需要先構建一套完整的樣本數據庫與判斷邏輯，讓大模型能基于實時數據精準識別轉爐吹煉渣況狀態(tài)。我們對大模型的訓練，核心是在完成數據采集、清洗與分類的基礎上，實現鋼鐵生產全流程數據的橫向貫通，再借助人工智能技術構建大模型，最終破解轉爐關鍵生產環(huán)節(jié)長期存在的“黑匣子”難題。
記者：采訪中我們也注意到，工業(yè)化程度很高的鋼鐵行業(yè)，對人工經驗的依賴也很高。轉爐煉鋼大模型是怎么將人工經驗和智能化相結合的？
劉書超：工業(yè)生產對控制精度與實時性的要求極為嚴苛。就目前而言，大模型在鋼鐵生產中的應用更多聚焦于趨勢分析與決策輔助。具體來說，大模型會將分析得出的結果傳遞給各環(huán)節(jié)的小模型，再由小模型驅動工業(yè)軟件執(zhí)行具體操控指令。在這一過程中，大模型的訓練深度借鑒了資深技術人員的經驗，本質上是將難以量化的人工經驗轉化為標準化的數據與模型，從而打通鋼鐵行業(yè)與大模型技術之間的應用壁壘?？梢哉f，在當前階段，人工經驗非常寶貴，是推動大模型落地應用不可或缺的核心支撐。
記者：目前鋼鐵行業(yè)引入的大模型，可以完全取代人工經驗嗎？
劉書超：鋼鐵生產屬于人員密集型行業(yè)，且生產流程復雜、安全風險高，大模型的引入必須以確保生產安全、避免事故為首要前提，因此現階段完全取代人工經驗并不現實。以轉爐智能煉鋼大模型為例，即便該模型已在南京鋼鐵、梅山鋼鐵等多家企業(yè)投入應用，但我們仍需持續(xù)對其進行調試與訓練，不斷優(yōu)化算法、減少誤差，確保模型能始終適應復雜多變的生產環(huán)境，最大限度降低潛在風險。
記者：您正在調試的轉爐煉鋼項目未來會帶來什么可能？
劉書超：我們團隊組建了“科學家+工程師”研發(fā)隊伍，采用駐廠協(xié)同辦公模式，我也是其中一員。在這種模式下，科研人員能與企業(yè)技術人員緊密協(xié)作，第一時間發(fā)現生產中的實際問題，共同調試優(yōu)化技術方案，真正實現技術升級與生產運營的無縫銜接。當前項目的核心目標，是在前期基礎上持續(xù)完善模型功能，讓原本難以掌控的生產“黑匣子”，轉變?yōu)槟転槠髽I(yè)創(chuàng)造更大價值的“金匣子”。（河北日報記者 白云）
來源：河北日報客戶端
編輯：薛佳麟
責編：李志財
編審：劉福慶
監(jiān)審：王勍