人工智能應用于棒線材生產線的有關設想

回士旭， 劉志國， 李海斌， 任根柱

（鹽城市聯鑫鋼鐵有限公司， 江蘇 鹽城 224100）

進入十四五時期，距離中國制造2025 僅剩4 年時間，鋼鐵行業智能化改造任重道遠，鹽城市聯鑫鋼鐵有限公司十分注重智能化發展。鹽城市聯鑫鋼鐵有限公司現有三條棒材生產線和一條棒線復合生產線，已經推廣支數智能統計，MES 產供銷一體化系統也將馬上上線運營。鹽城市聯鑫鋼鐵有限公司在十四五期間還將對部分設備進行改造升級，引入更多、更先進的智能控制系統，朝著智能制造方向發展。

1 加熱爐智能燃燒控制技術

在原加熱爐系統的基礎上，增加智能優化燃燒控制系統，通過增加殘氧分析儀、CO 檢測分析儀、燃燒熱值儀及相應的軟件計算，輸入相應的品種工藝方案，形成智能加熱模型，實現介質與空氣的自動調節，高效控制爐溫，提高鋼坯的加熱效果。具體通過煤氣分支總管壓力控制系統，達到煤氣分支總管壓力穩定。通過實現煤氣流量與爐溫的串級控制、煤氣流量與空氣流量的比值控制，實現燃燒系統的自動控制，確保加熱爐可以長期穩定運行。通過熱值補償系統，對閥門開度進行有效補償。通過殘氧控制，確定實時最優空燃比，使系統始終運行在最佳燃燒區，在提高加熱爐的加熱效率的同時減少氧化燒損，達到節能降耗的目的。模型中還應該考慮軋機因為各種原因的停機對加熱制度的調整方案，比如檢修、故障處理等生產暫停以及介質質量的波動（發生量、產生量、熱值）等。通過采用加熱爐智能燃燒控制技術一方面可以提高鋼坯加熱效果，進而保證軋后成品的質量。另一方面以最佳的方式提供原料介質氣體，提高燃料利用率，降低能耗，符合當前碳達峰、與碳中和背景。

2 智能級聯調

速度級聯控制是現代棒線軋機控制系統的重要組成部分，由于軋機間間距小，連續軋制，速度快，要求控制系統精度高、穩定性好、調節快、自適應功能強。通過控制微張力和活套，可以實現上述要求。通過元件檢測值與設定值比較，針對數值偏差，通過級聯調來控制上游機架的速度，達到調節張力和活套高度[1]。

良好的速度級聯調離不開各檢測元件的精度和正常工作狀態。同時先進的系統是保證聯調效果的根本保證。完美的配合工藝要求，一方面實現起套預警，降低起套堆鋼事故率。另一方面實現良好的堆拉關系，確保軋件尺寸精度和內在質量[2]。

3 智能冷卻模式

隨著棒線材用途越來越廣泛，棒線材的品種研發越來越迅速，特別的性能指標要求在工藝執行方面也提出了更高的要求，在線水冷、線材的斯太爾摩冷卻等方面的要求也更加差異化。特定地指出某段水冷段、風冷段的冷卻強度不能夠很好地控制材料的冷卻過程，造成性能波動范圍偏大。放眼未來，隨著智能化的不斷普及，智能冷卻模式應該可以發揮更大作用。

首先水冷段、風冷段應該配備溫度檢測元件、水溫儀表、水流量儀表，進而通過智能冷卻系統生成軋件溫度圖像，通過元件檢測值與設定值比較，針對數值偏差智能微調水量、水壓、風機風量、風機開啟臺數、水冷段開啟狀態、保溫罩開閉狀態，最終目的是保證軋件的冷卻效果，從而獲得穩定的內部組織和產品性能。

4 智能表面質量檢查

為應對市場對鋼材表面質量要求越來越高的挑戰，渦流探傷、光學攝像原理都開始嘗試用在線棒材表面質量檢測系統。利用對線棒材表面實施無間斷地高速連續拍攝，經專用軟件處理后實時判斷線棒材表面的缺陷，具有檢測能力強、信息豐富等特點，使用效果良好。

智能表面質量檢查效率高、精度高，值得各線棒材企業嘗試。同時智能表面質量檢查系統也需要根據生產實踐中暴露出來的問題繼續發展完善，讓企業放心使用。

5 大數據的采集與應用

大數據的采集與應用同樣是棒線材智能發展的重要組成部分，它同樣影響著棒線材整體質量水平。大數據的采集與應用并不是新鮮事物，多年以來，大數據的采集與應用在各類產線上普遍推廣。

用戶對過程控制、尺寸控制以及成材率控制精度不斷提高要求，特別是在大數據技術廣泛應用及“中國制造2025”的大背景下，棒線材生產向智能制造方向轉型升級已成必經之路。基于大數據思想和技術，建立棒線材生產過程海量數據收集和管理系統，對其中蘊含的重要信息進行挖掘研究，開發了基于大數據分析的高精細棒線材軋制控制系統，對軋制工藝優化和開發綠色低碳產品均具有重要的現實意義。

棒線材孔型設計是棒線材軋制的一項極其重要的工作，直接影響著成品質量、軋機生產能力、產品成本、勞動條件和勞動強度。孔型一般由設計人員根據孔型計算公式結合經驗進行設計。隨著大數據推廣，可以利用計算機輔助孔型設計軟件進行設計。孔型設計過程中，計算內容是否正確，直接影響到孔型設計的成功與軋制過程的穩定，因此，根據工藝裝備水平及生產目標要求，進行正確的孔型設計計算工作就顯得十分重要。通過大數據采集和有關軟件的使用，可以提高孔型設計的效率與計算精度。

精密點檢系統的應用可以提高點檢效率，間接提高軋機作業率、提高軋制工藝穩定性、提高產品質量。在軋線精軋機等設備上安裝監測點，對設備的振動、溫度等數據進行不間斷記錄，實現在線監測，對設備的振動、溫度、壓力、流量、電流、電壓等信號進行提取，即可實現“全面監控、分析總結和不斷改善”的信息化管理。測點還可以對部分正常生產時人工無法點檢到的部位進行覆蓋，不僅可以提高點檢工作效率，也讓點檢工作更加全面，收集的數據也更加可靠。測點的監測數據通過采集盒匯總到服務器，服務器用于存放在線監測站發回的設備狀態數據。工作人員可通過顯示屏上的實時數據了解受監測機組的實時運行狀態設備狀況跟蹤，同時也可以對故障信息進行跟蹤管理，通過更加合理的預防性和預測性維護，減少設備故障的可能性，延長設備的使用壽命。精密點檢系統還可以實現智能監測與遠程診斷的功能，根據設備結構和運行工況預設報警值，一旦設備運行異常，系統將啟動智能報警，工作人員可遠程對數據進行精密分析，出具設備診斷結論以及檢修建議，為現場提供針對性的檢修指導建議。

6 小型智能裝置的應用

此外，如智能上料、支數自動檢測、智能入庫與智能出庫、智能檢驗（自動拉伸試驗機）、智能噴標（自動打標、自動掛牌、貼標與取樣機器人）等小型智能裝置的應用都可以在軋線的各個部位提高生產效率、產品質量等。

7 展望

智能制造是中國制造2025 的主要發展方向。當前以人工智能、5G、云計算、大數據等為代表的信息通信技術迅猛發展，一些標桿鋼企已經進行了數智化轉型的積極探索，但是目前線棒材產線的智能化發展相對于板材進步較慢[3]。不過智能制造技術有其共通特點，板材智能化生產技術成熟后，可以有針對性的嫁接到棒線材產線上來，比如冷軋板的智能表檢，經過工程師們的優化設計，完全可以借助其設計思路，設計線棒材的智能表面判定系統。

8 結語

鋼鐵行業是典型的流程工業。目前鋼鐵行業的自動化、信息化發展已具有良好的基礎，在行業綠色化轉型的過程中躍上智能化臺階，鋼鐵行業技術發展和進步將如虎添翼，目標是建立真正達到工業4.0 水平。生產的管理、質量、效率都提高到一個前所未有的智能化水平，線棒材產線智能化發展已經邁出很大一步，但尚未達成一體化智能制造的目標，相信隨著各產線的共同努力，線棒材智能生產化終將實現。