幹勇:時代呼喚着中國鋼鐵向智能化、綠色化發展

新聞來源:    更新時間:2021-01-13 03:17:28    点击次数:135

2020年末,工信部公開徵求對《關於推動鋼鐵工業高質量發展的指導意見(徵求意見稿)》(下稱《意見》)的意見。《意見》提出,力爭到2025年,鋼鐵工業基本形成產業佈局合理、技術裝備先進、質量品牌突出、智能化水平高、全球競爭力強、綠色低碳可持續的發展格局。《意見》對鋼鐵行業“十四五”發展提出了更高的要求。

那麼,“十四五”時期,鋼鐵行業如何實現在智能化、綠色化領域更高質量的發展?圍繞這一話題,日前,中國金屬學會理事長、中國工程院院士幹勇在接受《中國冶金報》記者採訪時,深入解讀了鋼鐵行業智能化、綠色化發展現狀,並指出了鋼鐵行業在智能化、綠色化領域存在的問題及突破的方向。

工藝、生產、管理的智能化須同步進行

“智能製造將是‘十四五’時期流程製造業技術創新的主要抓手和轉型升級的主要路徑。中國已經成爲全球治金生產中心和消費中心,應進一步成爲全球治金教育中心和研發中心。時代呼喚着中國鋼鐵向智能化、綠色化發展,中國將引領全球冶金技術的發展。”幹勇指出。

“智能製造是先進信息技術和先進製造技術深度融合的大系統,是由智能產品、智能生產及智能產業模式(產業和產業鏈的智能化)三大功能系統和工業互聯網這一支撐系統集合而成的大系統。”幹勇如此定義智能製造。

對鋼鐵行業而言,智能製造的實踐主要體現在生產工藝的智能化上。據他介紹,鋼鐵企業工藝智能化的內涵極其豐富,主要體現在以下方面:一是建立融合工藝機理與生產大數據統計規律的複合調控模型,提高對生產過程精準控制的水平。二是深入研究基於鋼廠智能化的傳輸現象,形成適用於鋼廠智能化的傳輸理論,指導鋼廠智能化生產運行。三是深入研究開發可靠性強的在線測試技術與裝置,藉助複合調控模型,實現對全流程運行效果的實時監測與閉環調控,提高對流程運行狀態的控制水平。四是擴大對單體工序工藝參數及過程控制參數的監測、信號採集、傳輸等自動化技術及基礎自動化設備的應用範圍。五是完善與流程製造業智能化相匹配的控制理論和算法,以及發展儀器儀表、計算機控制、軟件編程、大數據分析和其它信息技術,推動流程製造業智能化升級。

鋼鐵企業如何實現生產環節智能化?面對《中國冶金報》記者這一提問,幹勇給出了以下幾點建議:

一是構建實時感知、數字化及工業互聯網系統,及時採集產量、質量、能耗、加工精度和設備狀態等數據,與訂單、工序、人員進行關聯,對生產過程進行全程追溯。二是開發複雜條件下的特殊圖像處理技術。三是建立高精度複合模型或仿真中心,以及全流程一體化調控體系。四是構建工藝設備智能化運維體系,包括大型關鍵設備的健康狀態監測與智能維護系統,跨區域、跨行業、跨平臺的設備運維雲平臺,以及設備運維遠程響應機制與配套服務體系。

“鋼廠生產與工藝的智能化要有覆蓋全工序的智能化管理制度。”在幹勇看來,這種智能化管理制度應涵蓋對設備、質量、能源及數據等的管理。例如,智能化設備管理,要設置設備管理模塊,最大限度減少設備的非計劃性停機次數;智能化質量管理,要建立質量數據庫,爲產品檔案提供基本的質量數據;智能化能源管理,要制訂多場景能源計劃,精準預測能源的消耗與產生,與能源管網反饋信息相結合,實現能源網絡的動態調控,減少煤氣、蒸汽等氣體放散;智能化數據管理,在智能化工廠運轉過程中,會產生設計、工藝、製造、倉儲、物流、質量、人員等業務數據。這些數據可能分別來自於ERP(企業資源計劃系統)、MES(製造企業生產過程執行管理系統)、QIS(質量管理信息系統)等應用系統。因此,企業要建設邊緣計算、工廠數據中心和雲計算平臺,並確定哪些數據需在工廠範圍內處理、哪些數據要上傳到雲平臺處理。

“2020年新冠肺炎疫情期間,寶鋼股份通過遠程運維、大數據、人工智能等技術手段,將上海寶山基地的冷軋廠熱鍍鋅智能車間變成了1座24小時運轉卻無需多人值守的‘黑燈工廠’,2條200米長的生產線基本實現了機器代人操作,每條生產線只有2名~3名工人流動檢視。而且當生產線遇到技術問題時,工程師在家通過手機就能解決問題。通過手機上的軟件,相關工作人員不僅可以清晰地看到上海寶山基地的運行狀況,而且還可以看到遠在3000公里外的寶鋼湛江基地的情況,真正做到了‘不碰面生產’。”幹勇以寶鋼股份冷軋廠熱鍍鋅智能車間爲例,介紹了鋼企如何利用智能製造實現遠程生產。

“鋼廠未來智能製造的目標將是建成世界領先的綠色、智慧、創新、精品的工廠;遵循‘流程最優、信息最快、智慧最佳、效率最高、成本最低’的智能製造方案,以全行業最高水平的智能製造架構,打造出領先世界同行一代的智能製造標杆。”幹勇這樣描繪行業智能製造領域的願景。

智能製造的成績、挑戰、機遇並存

據幹勇介紹,當前鋼鐵行業智能製造的發展主要表現爲以下特點:

一是兩化融合水平明顯提升。2018年,鋼鐵行業兩化融合指數達51.2%,關鍵工序數控化率達到68.7%,應用電子商務的企業比例超過50%。大型鋼鐵集團企業兩化融合水平高,兩化融合指數爲56.2%,高於行業平均水平5個百分點,基本構建出“產線自動化系統、過程控制系統、生產執行系統、製造管理系統”自上而下、縱向集成的4級體系。

二是智能裝備水平明顯提升。智能裝備已在國內鋼企如寶鋼、南鋼、沙鋼、河鋼等的生產環節得到應用,不僅提高了操作精度、生產效率,而且加強了安全保障。

三是軟件產品不斷推陳出新。隨着我國鋼鐵企業智能化水平不斷提升,國內智能製造團隊相繼開發出衆多優秀的智能製造軟件產品。

四是知識產權不斷豐富。目前,國內重點鋼鐵企業取得了多項軟件著作權,部分項目還獲得了冶金科學技術獎。

“雖然鋼鐵工業兩化融合程度不斷加深,但距離智能製造仍有較大差距,需要不斷提升數字化、網絡化、智能化水平。”幹勇坦言,“這些差距主要表現在工藝過程數學模型的適用性較差、全生命週期質量管控通道尚未打通、供應鏈協同存在較大差距、管控一體化水平有待提高等方面。”

幹勇認爲,鋼鐵行業智能製造的目標爲:到2022年底,形成由標準引導、平臺服務的鋼鐵行業智能製造推進機制,全面提升鋼鐵行業數字化、網絡化、智能化水平,形成一批可複製的解決方案,提高鋼鐵企業工業軟件應用普及率,促進鋼鐵企業在研發設計、數據分析、質量控制、能源管理、環境管理、集成應用、協同創新等方面的提升,推進鋼鐵企業智能化轉型。

他建議,鋼鐵企業應建立完善的智能製造標準體系,夯實智能製造基礎;提高自主創新能力,攻克關鍵核心技術;創新產業機制,構建協同發展平臺;研究行業智能製造解決方案;推進大數據應用,提高鋼鐵企業智能決策水平。

鋼鐵行業須出臺綠色發展規劃

“鋼鐵行業的綠色發展,是指按照循環經濟的基本原則,以清潔生產爲基礎,重點抓好資源高效利用和節能減排工作,全面實現集鋼鐵產品製造、能源轉換、廢棄物處理及消納功能爲一體,能與其他行業和社會生活實現生態聯結,從而保證良好的經濟、環境和社會效益的發展模式。”幹勇對鋼鐵行業的綠色發展做了深入的界定。

他進一步介紹,進入新世紀以來,鋼鐵行業在綠色發展方面取得了長足進步,例如對幹熄焦、高爐幹法除塵、轉爐幹法除塵技術的引進、研發、推廣,對高爐渣、轉爐渣及含鐵粉塵的加工處理和綜合利用,對焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣及各類蒸汽的回收利用和自發電技術的推廣等。

“隨着綠色發展的深入推進,鋼鐵行業噸鋼綜合能耗逐年降低,噸鋼二氧化碳排放量逐年下降,噸鋼耗新水逐年下降,固體廢棄物利用率逐年提高,工業生態鏈取得良好發展等。”幹勇在總結鋼鐵行業綠色發展成績的同時,表示挑戰同樣存在。

一是能源消耗和污染物排放總量大,資源、環境承載能力有限。幹勇表示,京津冀、長三角、珠三角地區佔我國國土面積的8%,卻消耗全國42%的煤炭和60%的鐵礦石,生產55%的鋼鐵。產業佈局的高度密集,造成這些地區環境污染嚴重。

二是企業節能減排進度不一,超低排放改造難。“據統計,非重點鋼鐵企業生產了13%的粗鋼,卻排放了53%的二氧化硫,噸鋼二氧化硫排放量比重點企業多出6倍。”幹勇說,“再加上我國鋼鐵行業環保標準嚴格,在控制污染物總量的同時,嚴格控制排放濃度的難度很大,鋼鐵企業的環保成本也因此大大增加。”

三是綠色技術支撐體系不完善,綠色發展的科技創新能力有待加強。“鋼鐵行業應用節能技術取得了良好的效果,但這些技術多源於國外,我國在污染物協同控制領域對自主開發的核心技術儲備依然嚴重不足,行業普遍側重於產品、生產工藝的開發,對節能減排的技術創新重視不夠、投入不足,對廢棄物消納與產業化應用技術的開發與配套政策支持力度不夠,以企業爲主體的產學研用科技創新體系運行效率低,評價體系不健全等問題突出。”幹勇指出。

針對鋼鐵行業綠色發展面臨的挑戰,幹勇提出以下建議:

一是調整結構、控制總量。要研究以結構調整、產業升級爲主線的合理需求和總量控制問題,提出鋼鐵行業全局性的綠色發展規劃;淘汰不符合國家環保排放標準、能源消耗限額標準和產品標準的落後產能、落後工藝、落後產品等;減少重複建設,控制生產總量。

二是完善綠色發展科技創新體系。要對從事行業共性關鍵技術的研發單位及個人給予資金支持,提高在行業共性關鍵技術開發上的投入比例;促進研發成果產業化、工程化轉化,形成支撐鋼鐵行業綠色發展的持續動力;以誠信開放爲基礎,完善激勵機制,促進企業真正成爲綠色發展技術創新的主體;協調相關部委,重視行業與生態鏈相關的關鍵技術開發和示範項目的引導性投入。

三是以內需爲主,調整鋼材出口政策。不能以出口導向作爲化解過剩產能的出路;禁止生鐵、鋼坯等初級產品出口,嚴格限制高耗能和低附加值產品出口,不鼓勵大量中檔產品出口;對技術含量高的鋼材出口,以動態管理的形式調整出口目錄;鼓勵加工成高端製成品或機電產品後出口;鼓勵到國外建廠,就近生產、銷售。

四是鼓勵利用廢鋼資源。促使社會廢鋼形成“回收一分類一加工配送一利用”的完整體系;對符合准入條件的廢鋼加工配送企業給予增值稅即徵即退60%的稅收減免政策;鼓勵資源性產品(廢船、廢舊汽車、廢舊家電等含鐵資源)的進口,規範並簡化廢鋼進口管理程序,在零關稅的基礎上,將進口廢鋼的增值稅降到8%~10%。


 
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