一、研究的背景与问题

随着科技的不断发展，智能制造已经成为现代制造业的重要发展方向。通过引入先进的信息技术、物联网技术、人工智能等技术，实现了制造业的自动化、智能化和信息化。钢铁行业作为传统制造业的重要领域，钢铁工业的智能制造进入关键发展阶段，聚焦智能传感器、人工智能、数字孪生、大数据和云计算等核心技术，推动了钢铁智能制造向更高层次、更宽领域发展。

烧结作为钢铁生产中的关键工序，其智能技术与配套产业亦呈现出蓬勃的发展态势。烧结智能制造涉及烧结工程项目全周期的智能控制、智能设备、安全环保、能源管控等系统设计、施工及运营。其核心目的在于推动钢铁企业在烧结生产领域的智能化、无人化转型与工厂管理的扁平化升级。建设烧结智能工厂已成为智能烧结发展的必然趋势，将为钢铁工业的高质量发展注入新的活力。

目前，我国烧结生产面临智能控制水平较低、精准控制难、生产管理模式落后、信息化程度低、人工劳动强度大、能耗较大等问题，致使烧结生产效率偏低、产品质量间歇性不稳定、生产能耗高等问题时有发生，影响了烧结生产的效率与质量，距离智能化、无人化工厂的标准依然存在一定的差距。

二、解决问题的思路与技术方案

1、总体思路

中冶北方聚焦烧结关键工序的智能化，致力于推进信息技术、数字工业、人工智能等关键技术在烧结领域应用，通过产学研用合作模式，以行业最高标准打造智慧工厂解决方案，并推动其产业化进程，实现关键岗位机器人替代、生产过程的智能优化控制，通过融合新一代信息技术与制造装备，实现烧结工厂质量优化、成本管控、节能减排、效率提升、安全环保等多维度的综合提升。

智能烧结的建设目的是为传统钢铁企业赋能，向“黑灯工厂”迈进，以“四化”驱动“七全面”智慧烧结工厂建设，实现态势全感知、操作全集中、过程全智能、运维全自动、日常业务全覆盖、安防全方位、业务全协同，集成了智能控制、生产管理、设备管理、能源管理、安全管理等功能模块。此外，中冶北方还开发了设备视觉诊断、预测性维护等技术成果，构成了烧结智能制造一体化全面解决方案。这些技术的整合和应用，有助于提高烧结生产的智能化水平和效率。

2、智能烧结工厂的构架

烧结智能工厂分为智能装备、智能控制、信息管理、智能决策等，通过智能化全面解决方案实施，工厂整体效能有效提高，预期烧结成品稳定性提高2%以上，能源节约3%以上，维护成本降低5%~10%，引领行业高质量发展，起到良好的带动示范作用。

图1 智能烧结工厂的构架

三、主要创新性成果

在智能烧结工厂全流程的解决方案中，形成了智能工艺过程控制系统、智能烧结管控平台和智能检测与分析装备三部分关键创新。

1、智能工艺过程控制系统

中冶北方依托自身工艺的技术优势，结合热风烧结、富氢烧结、高效环冷机等新技术，开发了智能烧结优化系统，以控制策略与人工智能为实现手段，将工艺专家的生产经验存贮到知识库中，与传统的工艺控制相比，烧结优化系统运行更加平稳，工艺指导更加高效。

（1）开发了配料优化控制技术

通过人工智能算法实现原料配比最优化，快速精准应对原料变化和成品震荡，降低烧结矿碱度波动，提高控制精准度，碱度波动的超标率降低2%～4%，同时兼顾含碳调整模块，实现烧结矿质量与混合料配碳相关性分析。

 图2 智能配料控制

（2）开发了水分优化控制技术

结合前馈和反馈控制实现水分优化，前馈参数综合考虑料量变化、原始物料水分变化、前序加水量；后馈参数为实时检测的水分及目标水分的偏差和变化率，兼顾粉尘及消化过程的影响，同时采用变频水泵或大阀+小阀控制模式精准控制加水量，使水分稳定控制在设定目标值，控制精度预期可达到±0.5%。

 图3 智能水分控制

（3）点火优化控制技术

采用模糊算法控制煤气量和空气量，综合考虑目标温度和烧结机速，确定合适点火温度。灭火条件时自动切断煤气功能，并通过风箱数据判断和调整开启度，实现微负压点火。通过点火优化技术，烧结煤气消耗预期降低约0.1~0.2 m³/t，烧结固体燃料消耗预期降低约2%~3%。

（4）烧结终点预测与控制技术

根据风箱温度数据，分析烧透点和燃烧上升点位置。通过二次和四次曲线结合，准确判断温度上升点（BRP）。通过在线调整机速、风量或料厚等方式，将烧结终点控制在目标范围内，确保合适烧结时间，提高烧结矿强度，烧结终点控制在后2风箱位置稳定运行，横向一致性的位置偏差预期控制精度在±1m以内。

 图4 烧结终点预测与智能控制

2、建立了智能烧结管控平台

（1）开发智能生产管理技术

生产管理是实现高效生产的关键，包括智能电子报表、生产计划管控、原料消耗管理和移动应用终端等功能模块。通过实时掌握生产数据、智能调整生产计划、实时监控原料使用情况，实现便捷的生产管理。该系统可实现烧结生产管理全部上线，实现生产的扁平化管理。

 图5 智能生产管理

（2）智能设备维检技术

设备维检包括设备台账管理、设备视觉诊断、预测性维护和智能设备巡检等功能模块。实现设备信息台账管理记录、设备状态视觉诊断、故障隐患预测性维护、智能设备巡检等功能，确保设备稳定运行。

（3）智能能源及安防管理

能源管理包括智能配电管理、能源消耗管理、智能照明管理、耗能异常分析等功能模块，为企业优化能源管理提供指导依据。安全行为分析、作业环境监控、有毒有害管理、智能门禁系统等功能模块，对企业生产安全提供在线管理。

3、开发了智能烧结工厂关键智能检测与分析装备

中冶北方在智能检测与分析装备方面，主要成果为台车智能视觉系统、预测维护系统、以及胶带机巡检系统、漏风率和透气性软测量技术等。

（1）台车状态智能视觉诊断

台车智能视觉分析系统，搭载智能视觉算法，实时在线监控台车车轮、挡板、箅条状态，对掉车轮、掉箅条、挡板位移等台车故障，进行实时的监控与报警，以避免事故的扩大化，有效的缩短烧结机非计划停机时间。

图6 烧结台车智能视觉诊断

（2）预测性维护技术

采用加速度传感器，搭载人工智能算法，建立数据分析模型，实现烧结系统内的关键风机、电机、水泵状态的在线检测分析，在设备大型故障发生前诊断出微小隐患并排除，有效的避免了重大停机事故的发生，预期可缩短设备故障引起的非计划停机时间15%以上。

四、应用情况与效果

该成果在鞍钢烧结和普阳烧结项目中，自主研发的智能烧结一体化管控平台、智能优化控制系统、智能分析装备得到了充分的应用，实现了对整个烧结生产过程的全面智能化管理，大幅提升了烧结工厂的生产效率和产品质量。

该技术已获得授权专利15余项，发表论文7篇，参与编制、修订行业标准1项。本技术成果的取得和应用，为烧结工厂的生产效率和生产质量带来了革命性的提升，为烧结行业的高质量发展提供了有力的支撑。

 图7 烧结智能集控平台

图8 烧结三维数字孪生系统

信息来源：中冶北方工程技术有限公司