本报通讯员 南方
2022年9月15日，随着电子大屏上手印按钮的开启，中冶南方的“智慧高炉整体解决方案”在发布会全场倒计时的口号中重磅发布。
中冶南方智慧高炉解决方案，以领先的绿色、低碳、长寿高炉综合技术为依托，聚合智能装备、智能生产与智能管控功能，打造高炉“最强大脑”，真正实现“黑箱”生产透明化，成为钢铁行业智能化发展趋势下，引领高炉生产迈向更高效、更长寿、更安全的新一代高炉炼铁智慧解决方案。
一场科技感十足的发布会，让多位业界专家、多家知名媒体与宁波钢铁、中冶南方一起，共同体验了一次对钢铁“智”造的探索之旅，也扣响了通往未来智慧钢厂的大门。
在制造强国的大背景下，中冶南方立足科技型工程公司的定位，紧紧围绕钢铁生产工艺过程推进核心技术开发，全面提速智能化、数字化、绿色化技术应用，持续助力钢铁生产的智能化变革。以智慧高炉技术为代表的中冶南方系列高炉技术，是中冶南方坚持创新驱动，服务钢企降本增效、行业智能绿色发展的领先技术之一。
智慧高炉转型升级 剑指未来引领变革
高炉是钢铁工业领域最大的单体反应容器，具有高温、高压、密闭、连续生产的“黑箱”特性。在传统高炉冶炼中，高炉内部生产看不见、摸不着，内部信息极度缺乏，也无法对其实施同步检测。
为打破这种现状，中冶南方依托先进的信息化技术，将生产数据进行治理、感知与分析，从炉料可视化、气流可视化、炉型可视化、炉热可视化、安全可视化和管理可视化的角度，实现了高炉生产状态的全面监测、评估与诊断，将高炉这个“黑箱”容器逐步“透明化”。此举为行业首创。同时，中冶南方以自主开发的工业互联网 WISDRI DiPlant平台为基础，在大数据采集的基础上，利用机器学习算法，结合专家规则库，对高炉生产数据进行离线和实时两个维度的分析，能根据不同高炉的生产特点，为操作者提供当前生产状况与历史同类型原料、生产参数下的对比，并根据每一座高炉的设计特点、原燃料条件、操作经验与当前炉况，对专家规则管理系统进行定制化的设计，量体裁衣打造专属解决方案，让智慧高炉的“高智商”表现得更加出色。
中冶南方智慧高炉解决方案中的“智慧高炉大数据智能感知及可视化管理平台”入选了工业和信息化部2021年大数据产业发展试点示范项目、2021年世界钢铁工业十大技术要闻，并以冶金行业唯一入选身份荣获第五届数字中国建设峰会“十佳解决方案”。目前，中冶南方智慧高炉解决方案已在宝武武钢有限6号高炉、昆钢新区2号高炉、宁钢2号高炉等项目中进行应用。
这些项目实施后，高炉生产在长期安全性、稳定性、高效运行方面相比同类高炉均有显著提升，可达到高炉燃料比降低约10kg/t、CO2减排约32.5kg/t的效果。按2500m3高炉容积核算，日产5500吨铁，一年可节省焦炭1.76万吨，节约成本超3000万元。在系列智能化技术的实力支持下，中冶南方建设的现代化高炉在安全、长寿、高效方面的竞争优势更加突出。
在山西晋南钢铁集团产能置换曲沃基地内，两座状态优良、容积均为1860m3的高炉正稳步运行，优质的铁水源源不断流入钢包车内，实现高炉月平均利用系数长期保持在3.5t/m3·d以上，处于世界领先水平。如此高效的生产率，吸引了业内多家钢铁企业前往参观。而在我国云南省安宁市昆钢新区内，也有一座安全绿色、智能高效现代化的2500m3高炉，一经投产，便立刻凭借绿色、智能、长寿、高效等特点成为行业新标杆。今年6月15日，该高炉产量超过7000吨，创造该厂运行以来铁水日产量的新纪录。
在高炉这一钢铁生产流程的关键工序和核心单元上，安全、长寿、高效这三个关键词，成为提及中冶南方所承建高炉时的高频词。而这，正是中冶南方一系列高炉技术所具备的最大特点和最显著优势。
截至目前，中冶南方已为中国宝武、鞍钢、河钢、山钢、沙钢、华菱、晋南、德龙和POSCO、MMK、Hoa Phat等超过50家国内外知名钢铁企业提供过高炉系统技术服务，承担的≥1000m3高炉工程项目已超过120项，30余座运行中的2000m3以上级大中型高炉已安全、高效连续生产超过10年。其中，8座高炉无大修且安全高效生产超过15年，高炉寿命最长的已有18年。
炉型设计工艺有诀窍 实现炉型“定制化”
高炉想要实现安全、长寿、高效，首先需要满足“合理的炉型”这一基本条件。但设计合理的炉型，并不简单。
技术人员经过长期探索、实践发现，高炉投产一段时间后，为了适应实际的生产条件，会出现炉况波动和内衬侵蚀，进而导致炉型发生变化，影响使用寿命。
为解决这一难题，中冶南方将目标放在如何实现“设计炉型就是操作炉型”上，下力气钻研。通过挖掘分析生产数据，调查分析高炉破损原因，并结合炉内气体动力学研究、高炉反应过程的仿真计算，中冶南方技术团队理清了高炉的原燃料条件、生产操作制度及变化趋势对于高炉炉型的影响机理，摸索出一套长寿、高效炉型设计诀窍技术体系，并在多座高炉中得到验证。
一座2000m3级高炉经中冶南方的全新设计和全面改造，由瘦高型炉型变为矮胖型，高炉透气性得到有效改善，对优质焦炭的依赖也得到缓解，改造后利用系数由2.3t/m3·d提升至2.8t/m3·d，燃料比也由531kg/tFe降至522kg/tFe。一座4000m3级高炉一直受炉缸温度高、炉腹炉腰气流不易控制等困扰，中冶南方针对性地优化其炉腹炉腰设计结构，不仅使得炉型更加稳定，也令利用系数由2.1t/m3·d提升至2.42t/m3·d，燃料比由532kg/tFe降至511kg/tFe。
无论是高炉大修还是新建高炉，中冶南方始终坚持从实际情况出发，充分考虑钢厂的原燃料条件、生产率要求及高炉操作模式，确定炉缸、炉腹角、炉身角、等效炉腹角等结构尺寸，为客户提供“定制化”方案。因此，中冶南方设计的炉型具有针对性强、适应性强的特点，保证合理的设计炉型与生产条件、冶炼制度相适应，为实现安全、长寿、高效打好基础。
高炉长寿综合技术 提供整体技术方案
要保证高炉安全、长寿、高效，以“定制化”方式实现炉型的合理设计只是基础条件，还需要整体技术方案做坚实支撑。
中冶南方经过数十年的科技创新，掌握了一批具有自主知识产权、处于国内外先进水平的高炉专有技术。
在高炉冷却系统方面，中冶南方开发的联合软水密闭循环冷却技术，具有水量小、投资低、运行费用低、冷却效率高等特点，与独立软水密闭循环系统相比，运行水量可降低50%以上，总投资可减少18%-20%；相较于采用其他冷却系统，运行费用可削减30%-50%。作为一项系统工程，联合软水密闭循环冷却技术可以根据高炉内各冷却设施热负荷特点和阻损匹配原则，将冷却壁、炉底水冷系统、风口系统、热风阀系统等巧妙地整合为一个系统，让几种冷却方式联合发挥作用，为高炉在高负荷冶炼过程中提供高水平的安全保障。
在高炉冷却壁方面，中冶南方取消了凸台和炉内砌砖，将砖衬直接镶嵌在冷却壁的燕尾槽中，以砖壁合一的组合结构实现了炉体薄内衬，进而保证操作炉型的稳定；同时，持续更新冷却壁的材质，从铸铁冷却壁到具有高导热、耐热震和耐高热流冲击等性能的铜冷却壁，再到耐磨铜冷却壁、具有无渗碳层的高导热铸铁冷却壁，冷却壁的性能不断升级；持续延伸冷却壁的覆盖范围，使得炉腹、炉腰和炉身下部高热负荷区域以及炉缸异常侵蚀区，也受到中冶南方独特的“高炉全冷却壁技术”的保护，从而承受更强的冶炼条件。
在这个过程中，为了延长高炉冷却壁的寿命，中冶南方开发了无剪切冷却壁固定技术。这种技术能够确保冷却壁的膨胀方向与炉壳膨胀方向一致，有效适应炉体受热产生的变形，保护冷却壁不因温度波动和热流冲击而损坏。该技术自从在武钢有限5号高炉第一代炉役成功应用以来，已经在100多座高炉得到检验。
在高炉抗侵蚀方面，中冶南方的炉缸长寿整体解决方案，以具备抗侵蚀能力的传热体系为核心，选择具备微孔化、抗铁水侵蚀、高导热等性能的高炉炭砖，为高炉炉缸在高冶炼强度下也能长寿提供保障。例如中冶南方研发的“石墨墙”炉缸长寿技术，提高了冷却壁与超微孔炭砖间导热能力，加强了对陶瓷杯的保护，并且增强了陶瓷杯在炭块热面形成稳定凝固保护层的效果。
“石墨墙”炉缸长寿技术在武钢有限高炉使用后效果突出，武钢有限7号高炉已经连续生产超过16年、8号高炉已经连续生产近13年，炉缸状态均保持良好，有望实现20年的长寿目标。
从对未来高炉智能化发展的扎实探索，到高炉综合技术实力的持续引领，中冶南方以核心技术的迭代更新，坚定不移地深化在高炉安全、长寿、高效领域的探索与实践，勇担推动钢铁工业高质量发展的责任。目前，中冶南方已形成了国内领先的高炉长寿等系列核心工艺技术及装备，拥有国内数量最多的炼铁专有、专利技术，打造了国内领先的智慧高炉解决方案。
万里长空多远志，十年辛苦不寻常。要做，就做出实实在在的成绩来，在一项项“一鸣惊人”的创新成果背后，是一代代中冶南方人“十年磨一剑”的苦功夫。静下心来、沉潜下去，走求真务实的技术路线，把智能化转型发展的高追求落实到工艺装备的不断突破中，让技术的创新始终与工程实践紧密结合，中冶南方在扎实深耕的专业专注道路上，厚植起自身致恒致远发展的技术底蕴与竞争优势。
“十四五”期间，中冶南方将继续坚定不移地推进高炉核心工艺技术和装备的创新迭代，大力推进工艺技术与数字化、智能化技术的深度融合，为高炉炼铁的安全、长寿、高效赋予新的动能。
图为中冶南方智慧高炉发布会现场。
图为中冶南方“智慧高炉解决方案”入选数字中国建设峰会“十佳解决方案”。
图为中冶南方建设的宁钢高炉集控中心。
图为中冶南方建设的晋南钢铁3号高炉。
图为中冶南方建设的武钢有限6号高炉。
图为武钢有限5号3200立方米高炉。
图为中冶南方建设的宁钢2号高炉。
图为中冶南方建设的昆钢新区2号高炉。
图为中冶南方建设的印尼德信350万吨钢铁项目1号高炉。
（图片均由中冶南方提供）
《中国冶金报》（2022年10月18日 05版五版）
