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            河鋼創新技術的研發與實踐

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            河鋼創新技術的研發與實踐

            近年來,河鋼集團樹立全球、全產業鏈理念,謀 求“縱向更深、橫向更寬”的戰略轉型,加速形成鋼鐵材料、新興產業、海外事業與產業金融深度融合、高效協同的格局,努力成為具有世界品牌影響力的綜合性跨國產業集團。在做強做優鋼鐵材料的同時,河鋼以鋼鐵產業鏈條縱向延伸、橫向拓展為主線,大力發展戰略性新興產業、現代工業服務業和產業鏈金融,面向上下游企業提供工業技術、工程技術、數字技術、工業貿易、產業金融等多元服務。

            按照“全球擁有資源、全球擁有市場、全球擁有客戶”的定位,河鋼加快實施全產業鏈全球化布局,先后收購并成功運營南非最大的銅冶煉企業———南非礦業、全球最大的鋼鐵材料營銷服務商———瑞士德高、塞爾維亞唯一國有大型鋼鐵企業———斯梅代雷沃鋼廠,形成“四鋼兩礦一平臺”的海外格局。目前河鋼直接或間接參股、控股境外公司 70 多家,控制運營海外資產超過 90 億美元,商業網絡遍及全球110 多個國家和地區,成為我國國際化程度最高的鋼鐵企業。

            中國鋼鐵產業已經進入了產能增長與規模擴張的后發展時期,面對國家經濟發展逐步由高速向平穩發展轉變,基礎建設放緩,鋼鐵需求下滑,實現結構轉型與質量導向成為行業共識。河鋼集團始終堅持創新發展、高質量發展、可持續發展,在鋼鐵行業競爭加劇,節能減排壓力加大的現實競爭中,既做減法,減少低端供給和無效供給,更做加法,開辟新渠道和新空間,推進互聯網、大數據、人工智能與鋼鐵產業深度融合,提升集團技術創新能力,用技術創新引領和支撐企業高質量發展。

            1 河鋼技術創新支撐

            河鋼集團緊緊圍繞產線、市場、客戶需求,積極擔當國家角色,引智全球開展技術創新,全力推進新產品、特種材料研發,推動新工藝、新技術、新設備在產線應用,開展前沿引領性技術研發。

            1.1 研發投入支撐

            河鋼集團近年來不斷加大研發投入,2018 ~ 2019 年累計研發投入 102 億元,研發投入占銷售收入 1.5% 以上,有力支撐和推動了新產品、新工藝、新技術和新裝備的研發。 ( 1) 加大新產品研發投入,河鋼品種鋼、高端產品、特色戰略產品的比例逐年提高,提升了產品附加值和競爭力。 ( 2) 加大新工藝、新技術在產線的推廣,提升產線效率和競爭力。 ( 3) 加大產線瓶頸技術的研發,推動超快冷、連鑄坯重壓下、寬厚板淬火機等新技術研發和應用,提升產線技術進步能力和生產力。 ( 4) 加大特種材料的研發,打破技術壁壘,填補國內空白。

            1.2 科研平臺支撐

            河鋼匯聚全球技術創新要素,打造了全球技術研發平臺,建立開放性的創新平臺,共同參與重大需求和前瞻性問題研究,推動了基礎科學、科技成果轉化和產線落地。

            ( 1) 構建雙架構協同研發平臺: 充分發揮河鋼各級研發機構的自身優勢,建立河鋼鋼研與子公司技術中心兩位一體、優勢互補的雙架構研發體系,以創新體制機制為動力,以實施重大科技課題為抓手,以人才隊伍建設為支撐,逐步形成了要素完備、資源共享、運行順暢的研發體系。

            ( 2) 打造全球技術創新平臺: 匯聚全球技術創新要素,建立更加包容、開放的全球協同創新平臺。根據不同院校和科研機構的學科特長,先后與東北大學、北京科技大學、中科院過程所、中國鋼研科技集團、武漢科技大學等國內知名科研院所建立了 11個國內戰略研發平臺; 與昆士蘭大學、伍倫貢大學、瑞典 MEFOS 等國外知名企業、科研院所建立了 10個國外研發平臺。

            ( 3) 構建高新技術互聯平臺: 河鋼瞄準未來鋼鐵技術發展方向,與華為、西門子、普銳特等公司在智能制造、增材制造等研究領域開展戰略合作,探索高新技術與傳統制造領域的深度融合,賦予傳統制造行業全新內涵。

            ( 4) 構建 EVI 服務平臺: 全力踐行 EVI 服務模式,以高附加值和定制化產品為方向,以“一站式”解決方案服務滿足客戶個性化需求為重點,先后與海爾、上電、中建鋼構、北汽、國能汽車等下游高端用戶成立河鋼 - 海爾家電鋼研發中心、河鋼 - 上海電氣金屬材料研發中心等產業鏈條研發中心,共同打造全產業鏈技術研發平臺。

            1.3 國家重點研發項目支撐

            河鋼積極擔當國家角色,主持或參與國家“十三五”重點研發計劃 18 項,助力我國鋼鐵及相關關鍵技術實現重大突破的同時,提升了集團的技術創新能力和引領實力。新材料、新技術的研發能力和國際影響力顯著提升。承擔的 18 項國家重點專項中,涉及礦山安全、水資源利用、大氣治理與清潔生產、流程優化、新產品研發和智能制造等領域。

            2 河鋼創新技術研發進展

            近兩年來,河鋼緊緊圍繞科技創新這一主基調,在儲備產品、前沿技術、產線進步、綠色制造、智能制造方面開展了前沿性、引領性技術研發,推動工藝技術升級、產品結構調整,提升產品創效能力,取得了顯著成效。

            2.1 前沿儲備型產品的研發進展

            河鋼不斷加大產品研發力度,河鋼品種鋼比例由 2016 年的 55% 提升至 2019 年的 72% ,高端產品比例達到 55% ,特色戰略產品比例達到 5.5% 。近兩年來,包括高錳鋼、家電覆膜產品、大厚度海工鋼等近 20 個產品填補國內空白,高端產品廣泛應用于“華龍一號”核電站、“天眼”工程、國產大飛機、極地重載運輸船等系列重大科技項目,在鑄就“大國重器”中點亮“河鋼品牌”。河鋼部分領先產品如表 1 所示。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            表1 河鋼部分領先產品

            2.2 LNG 低溫奧氏體型高錳鋼

            繼韓國浦項之后,河鋼率先開發出 LNG 船用低溫高錳奧氏體鋼。該鋼板具有晶粒細小,夾雜物含量低,顯微組織為等軸狀準多邊形晶粒組成的全奧氏體組織,晶粒內有孿晶,有韌窩狀形貌,韌窩大小均勻且韌窩較深,為良好的強韌配比打下了基礎。

            目前舞鋼生產的不同厚度高錳鋼板經檢驗塑韌性優良,性能指標超 IMO 最新要求,達到國際先進水平,如圖 1 所示。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 1 高錳鋼金相及斷口組織形貌

            鋼板焊后性能優良,完全具備了批量生產低溫高錳奧氏體鋼的技術實力。LNG 用高錳鋼具有優異塑韌性且成本較低,是傳統 LNG 儲罐低溫材料 9Ni 鋼的替代者。河鋼開發的 LNG 用高錳鋼可大幅節約 LNG 儲罐的制造成本,河鋼已成為國內唯一、世界第二家具備船用超低溫 LNG 高錳鋼批量化生產能力的企業。

            2.3 家電板覆膜產品

            彩色薄膜層壓鋼板是一種新型家電材料,通過對鋼板表面進行著色、印刷、壓印、復合等表面處理,形成各種精美圖案,有效地滿足了用戶的最佳視覺體驗,主要用于冰箱門板、熱水器外殼、洗衣機前殼等高端家用電器。彩色薄膜層壓鋼板由基板( 冷軋鋼板、熱鍍鋅鋼板、電鍍鋅鋼板、不銹鋼等) 、復合彩膜層( PET、PVC 及其復合處理的彩膜層) 、背面保護涂層、保護膜層組成,產品結構參見圖 2。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 2 彩色薄膜層壓板結構

            河鋼本著可持續發展的理念和保護人類環境的要求,融合傳統輥涂 PCM 和覆膜 VCM 的優點,結合自身工藝特色,成功開發出系列彩板,并將其應用于家用電器領域,成為環保 PEM 彩板的先行者。 PEM 彩板不僅具備靚麗的外觀和優秀的裝飾效果,而且完全不含 PVC,是真正意義上的綠色彩板,已經成為家電彩板和裝飾彩板行業發展的新導向、新趨勢,河鋼家電覆膜板市場占有率 50% 以上。2019 年,河鋼研發了行業唯一光科技數碼 DVM系列( 3D 數字打印) 摩爾印記產品,填補了國內空白。

            2.4 大厚度海洋工程用鋼

            河鋼不斷加大優勢產品海工鋼的研發,研發的世界最厚的船舶及海洋平臺用鋼 EH36,碳當量水平≤0.45,鋼板厚度 1 /4 和 1 /2 位置性能顯著優于船級社規范要求,產品質量達到國際領先水平[3]。研發的 自 升 式 海 洋 平 臺樁腿用半圓板、齒 條 板A514GrQ、A517GrQ 等高等級造船及海上采油平臺用高強鋼板,通過 ABS、DNV 等多家船級社的質量認證,其中國內首發 A514GrQ 最大認證厚度達 215 mm,并應用到工信部 500 呎自升式平臺示范項目,填補了世界工程應用的空白[4]。 215 mm A514GrQ 板厚中心處組織及負溫沖擊性能見圖 3。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖3 215 mm 厚 A514GrQ 板厚中心組織及負溫沖擊性能

            3 引領技術的研發進展

            河鋼集團聚焦國家重大需求和行業前瞻性、顛覆性技術問題,發揮研發平臺作用,開展技術攻關,攻克了一系列技術難題,形成了一批國際領先的前沿技術,在部分領域實現了技術引領。

            3.1 寬厚板連鑄坯重壓下關鍵工藝與裝備技術

            寬大斷面連鑄坯凝固末端重壓下技術在河鋼唐鋼成功應用[5],針對常規寬厚板連鑄坯中心偏析與疏松嚴重,無法滿足厚鋼板軋制要求的難題,研發形成了寬厚板連鑄坯動態連續重壓下工藝技術( DSHR) ,發明了寬厚板連鑄坯重壓下核心裝備增強型緊湊扇形段( ECS) ,建成投產了首條可實現全凝坯連續、穩定重壓下實施的寬厚板連鑄坯生產線,該裝備強力壓下扇形段壓坯能力較常規扇形段提升 4 倍以上,首次實現了凝固末端及完全凝固后單段壓下量≥18 mm,多段壓下量≥40 mm 的突破; 實現了用 280 mm 厚連鑄坯穩定軋制 150 mm 厚滿足三級探傷要求高層建筑用鋼等高附加值厚板產品,形成了低壓縮比生產高性能厚板產品的新流程,達到國際領先水平。寬厚板連鑄坯重壓下關鍵工藝裝備及產品詳見圖 4。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 4 寬厚板連鑄坯重壓下關鍵工藝裝備及產品

            3.2 300 mm 級特厚鋼板輥式淬火裝備技術

            河鋼舞鋼產線升級改造中,實施了世界首套300 mm 級大斷面特厚鋼板輥式淬火裝備,在特厚鋼板表面高效率可控傳熱、斷面溫度梯度控制、大速比輥速高精度控制、抗沖擊重載輥道、殘水快速清除、鋼板表面氧化鐵皮去除等多個方面突破裝備技術瓶頸,實現了最厚 300 mm、40 ~ 50 t 大斷面特厚鋼板高強均勻淬火[6],淬火時間與傳統浸入式相比縮短近一倍,淬火后板形、表面質量改善明顯。這標志著我國已具備超厚高強鋼板高冷速、高均勻性、高平直度淬火生產能力,填補了國際空白,為大單重、大斷面特殊用途厚板熱處理產品的研發與應用奠定了裝備技術基礎。 300 mm 級大斷面特厚鋼板輥式淬火機見圖 5。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 5 300 mm 級大斷面特厚鋼板輥式淬火機

            3.3 微合金鋼連鑄坯角部裂紋控制關鍵集成技術

            河鋼發揮研發平臺優勢,開展產學研深度融合,全面探明了微合金鋼連鑄坯角部裂紋產生機理,基于微合金元素晶界微觀偏聚及其碳氮化物析出和組織高溫多相變轉變機制,提出了鑄坯角部結晶器初凝超快冷碳氮化物彌散化析出和二冷高溫區循環相變晶粒超細化,實現鑄坯角部組織高塑化的裂紋控制新方法,并開發形成了新型角部高效傳熱曲面結晶器( ICS - Mold) 與鑄坯二冷高溫區角部晶粒超細化控冷新工藝與裝備技術[7],保障了微合金鋼高質、高效與綠色化生產,實現了薄板坯、常規板坯、寬厚板坯、特厚板坯以及大斷面矩形坯等全部坯型全覆蓋。該技術成功應用在河鋼唐鋼、河鋼舞鋼、河鋼邯鋼和河鋼石鋼等產線,使微合金鋼連鑄坯裂紋發生率 < 0.1% ,達到國際領先水平。微合金鋼連鑄坯角部裂紋控制關鍵集成技術詳見圖 6。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 6 微合金鋼連鑄坯角部裂紋控制關鍵集成技術

            3.4 轉爐自動出鋼技術

            河鋼唐鋼對標行業先進企業,自主開發了轉爐自動出鋼控制系統,成為河北省首家實現轉爐自動出鋼的冶金企業,該項技術達到國內領先水平。轉爐自動出鋼對產線設備可控性、基礎管理水平、生產流程銜接以及操作安全性都有極高要求。河鋼唐鋼依靠自身技術團隊,積累、分析大量生產數據,自主實施了轉爐自動出鋼控制模塊的設計與開發。在設計開發過程中,河鋼唐鋼充分考慮了轉爐自動出鋼作業的潛在安全風險,設置 13 項自動作業前置保障條件和 10 項故障報警關鍵控制點,并匹配最高級別的人工干預控制權限,實時保證產線安全穩定運行。轉爐自動出鋼工藝,避免了由于人員判斷不準確所引發的安全事故,為煉鋼工序實現標準化生產提供了有利保證。該控制模塊借助對轉爐出鋼過程的微觀流程分解,合理優化轉爐出鋼動作控制邏輯,對轉爐傾動、出鋼車、滑板擋渣以及合金下料電磁閥等進行了全自動聯鎖控制改造; 投資小,具有較高的推廣價值。

            3.5 亞熔鹽高效清潔提釩技術

            河鋼聯合中科院依托世界首項“亞熔鹽高效清潔提釩技術”[8,9],實現了釩產品短流程、低成本、高效率、清潔化釩鉻共提,建成世界首個年處理 5 萬 t釩渣的釩鉻共提清潔生產示范工程,入選國家工信部 2017 年綠色制造系統集成項目名單。釩、鉻資源利用率分別提高 10% 、80% 以上; 反應溫度由傳統工藝的 800 ℃降至 150 ℃,能耗大大降低,無窯氣排放; 工藝過程新水消耗降低 90% 以上,無廢水產生;釩渣年處理能力 5 萬 t,V2O5 產品年產能 4 700 t,鉻鹽產品年產能近 5 000 t,年產值 4.5 億元,年凈利潤近 1.5 億元; 實現了釩渣中伴生鉻資源的高效提取,避免含鉻固廢的排放,引領世界釩鈦磁鐵礦資源高效綜合利用和綠色轉型。亞熔鹽高效清潔提釩裝置如圖 7 所示。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 7 亞熔鹽高效清潔提釩裝置

            3.6 長型材直接軋制技術

            河鋼建設了螺紋鋼直接軋制示范線,其工藝布局如圖 8 所示。

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            圖 8 直軋改造后的工藝布局

            該示范線開發集成應用了多項小方坯連鑄 - 軋鋼界面技術,直軋率達 90% 以上,可實現煉鋼 - 軋鋼全流程負能制造,最高日產 到3200t,全流程總體工序能耗達 - 15.36 kgce /t, 90% 的產品實現同批次性能差異在 20 MPa 內,主要指標達到國際領先水平。該示范線的成功應用對國內同類產線有重大的借鑒意義。

            3.7 鋼錠補縮技術

            針對大單重鋼錠內部疏松的世界性難題,河鋼與烏克蘭巴頓研究所合作,通過給冒口補充送熱補償金屬的收縮,從而改善鋼錠頭部的質量,從根本上解決鋼錠縮孔與疏松的技術難題,改善鋼錠質量。

            目前該技術研究完成前期的仿真、設計、輔助設備制造,預計 2020 年 4 月份投入使用。

            4 可持續綠色制造技術的研發進展

            4.1 總體情況

            河鋼率先在行業內制定綠色發展行動計劃,落實去產能、采用先進技術、強化環境治理,實施超低排放改造,主要能源環保指標達到國內領先水平,成為鋼鐵行業綠色發展示范企業。

            其中,河鋼在大氣污染物治理方面的工作卓有成效。截止 2019 年底,噸鋼綜合能耗達到 559.59 kgce,主要大氣污染物排放指標分別達到噸鋼粉塵排放量 < 0.48 kg、噸鋼二氧化硫排放量 < 0.57 kg,噸鋼氮氧化物排放量 < 0.87 kg,主要節能環保指標均居行業先進水平,如圖 9 所示。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 9 節能環保指標

            河鋼集團各鋼鐵子公司均投資建設了污水處理中心,實現了噸鋼耗新水逐年降低,目 前 達 到 了2.39 m3 /t鋼,水重復利用率達到 98% 以上,居行業先進水平,如圖 10 所示。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 10 噸鋼新水耗量

            在鋼鐵副產物利用方面實現了高爐除塵灰、轉爐除塵灰、轉爐污泥、軋鋼氧化鐵皮、鋼渣水渣等鋼鐵副產物回收和再利用,在礦山實施井下填充采礦法等先進技術,減少了尾礦的露天堆存。

            在能源循環利用方面采用余熱回收、余熱發電、鋼包全程加蓋、鋼坯熱裝熱送等節能措施,最大程度地減少工藝過程中能源的浪費。2017 年僅余熱余能余壓自發電總量超過 100 億度,核心企業自發電比例超過 65% 。

            4.2 綠色制造技術

            4.2.1 基于高爐爐料結構優化的污染物源頭減排技術

            球團礦生產過程中產生的污染物大幅低于燒結礦,中國鋼鐵工業未來的綠色發展趨勢為減少或取消燒結礦,增加球團礦比例,通過增加高爐原料中球團礦比例至 80% ,甚至 100% 實現全球團冶煉,從源頭實現二氧化硫和氮氧化物的減排。河鋼研發的高比例球團冶煉技術,在河鋼唐鋼不銹鋼 450 m3 高爐進行了熔劑性球團生產和高比例球團高爐冶煉工業化生產,全國首次實現 80% 以上球團礦配比高爐冶煉,實現噸鐵 SO2 減排 52% 、噸鐵 NOx 減排 26% ,該技術在中高硅鎂質熔劑性球團制備、高比例球團冶煉技術及污染物減排方面達到國際領先水平。

            4.2.2 燒結煙氣選擇性循環節能減排技術

            針對燒結工序煙氣量大、顯熱利用率低等問題,開發高溫煙氣循環分級凈化和余熱利用技術,回收低品位熱能,該技術實現固體燃料消耗降低 3% 以 上,主煙道煙氣排放量減少 25% ~ 30% 以上,氮氧化物和一氧化碳減排 25% 以上,節能和減排效果顯著,達到國際領先水平。

            4.2.3 含鋅固體廢棄物資源化技術

            結合河鋼樂亭新建項目、河鋼邯鋼老區和河鋼石鋼搬遷等涉及固廢排放的問題,針對含鋅粉塵等大宗固廢、含有污泥等小宗固廢或危廢,開展以生產工藝多途徑消納為主、提高產品附加值并重導向的大宗固廢、危廢、煙氣危廢、煙氣治理過程產生的固廢等綜合資源化利用,建立固廢資源基礎數據庫,制定分門別類的固廢處置工藝路線圖,目標是在國內率先實現固廢零排放,目前河鋼承鋼回轉窯投產,試運行良好,每天處置 300 t 高爐灰、轉爐灰和電爐灰,試運行脫鋅率 80% 以上,河鋼舞鋼回轉窯運行穩定,日處理量達到 450 t。

            4.2.4 基于干濕聯合空冷的循環水節水技術

            鋼鐵行業循環冷卻水量約占總水量的 80% ,傳統的涼水塔裝置普遍存在循環水的大量蒸發和風吹損失,約占到循環水量的 2% ,且普遍冷卻效率低,尤其在夏季中午高溫時段,往往不能達到冷卻要求。

            針對這些問題,河鋼集團與天津大學合作開發了循環冷卻水的氣溫隨動多介質制冷節水技術與成套設備。該技術以水膜冷削峰高效空冷器( 高效干 - 濕聯合空冷器) 為核心,通過液膜汽化潛熱,大幅提高冷卻效率。串接機械制冷用于極端高溫天氣下的輔助冷卻降溫,保障系統冷卻能力,同時與現有的涼水塔冷卻系統相比,水的損耗降低 90% 以上。

            4.2.5 全流程二氧化碳捕集、利用和儲存技術

            控制 CO2 排放量已是全球能源和工業界不可回避的課題。河鋼旨在建立一種或多種新工藝,通過研究 CO2 捕集、利用和儲存技術( CCUS) 將鋼鐵工業煙氣中 CO2 固定并轉化生產高附加值化學品/燃料,集成建立適合鋼鐵生產流程的 CCUS 技術和經濟模型,為鋼鐵工業減低 CO2 排放及經濟化處理提供支撐。截止目前,課題完成了 CO2 電化學轉化工藝優化、催化劑篩選、電化學反應裝置的設計和反應條件優化,CO2 電化學轉化為甲酸效率達 90% 以 上,達到同類研究的世界先進水平。

            4.3 顛覆性的氫能技術

            大力發展氫能產業,不僅在大氣污染治理、節能減排、能源升級等方面具有重要意義,還將為京津冀地區的環境壓力、經濟發展和科技創新帶來巨大的發展機遇和增長空間[12]。

            4.3.1 建立京津冀氫能源綠色物流體系

            河鋼充分利用現有焦爐煤氣資源,致力建設覆蓋京津冀地區的制氫、加氫、用氫網絡以及氫能材料制備體系,全面引領京津冀地區柴改氫零排放、零污染物流發展。該項目于 2019 年啟動唐山、邯鄲加氫示范站項目建設,與國內知名重卡企業聯合推進氫燃料重卡示范應用,將于 2020 年實現國內首例 49 t重卡站、車同步運營。通過實施重載車輛“柴改氫”示范運營,搭建氫能零污染、零排放示范平臺,最終帶動整個京津冀地區并輻射全國。

            4.3.2 氫能直接還原技術

            河鋼正在建設全球首例 120 萬 t 氫能還原制備高品質金屬化爐料的示范工程,將從分布式綠色能源、低成本制氫、鐵精礦精選、焦爐煤氣深度凈化、氣基豎爐直接還原、二氧化碳提純利用、高端金屬材料適用性研究等全流程進行創新研發,建成集世界最先進的技術與裝備的首套氫還原示范工廠,打造全球氫能技術研發中心,推進世界鋼鐵進入氫時代。

            5 智能制造技術的研發進展

            近年來,河鋼聚集全球技術創新要素,通過大數據、人工智能、5G 等技術在鋼鐵行業的深度應用,實現鋼鐵行業智能制造關鍵技術的自主可控,推動鋼鐵生產過程的工藝流程創新。

            5.1 河鋼唐鋼智能制造示范工廠建設

            河鋼唐鋼高強板公司自被國家工信部授予智能制造示范工廠稱號以來,持續對產線進行一系列智能制造技術升級改造,以提升高強板智能化水平。

            工控網絡與信息安全,對鍍鋅生產線的工業網絡進行整體安全評估,從設備、系統、應用、管理等角度評估當前網絡的現狀。為防護服務器和客戶端免受惡意軟件的侵襲,制定了相應信息安全措施。此項目中運用安全評估方法、白名單防護策略、防火墻安全域隔離方式,提高現場工控網絡安全防護能力。同時,提高工業信息安全水平,降低因工業信息安全引起的損失。

            設備狀態在線診斷系統升級,通過建立相應的狀態管理功能,實現設備管理人員對設備故障早獲取、早診斷、早處理,把故障消滅在萌芽之中,從而提高設備運行完好率、減少設備停機時間、降低維修成本,提升設備管理水平。

            磨輥間智能管理系統,通過整合酸軋產線、連退產線及三條鍍鋅產線的二級系統、三級系統、磨床系統、操作站和移動終端等相關資源,形成完整的軋輥信息化管理流程,實現對每一根軋輥全部數據的管理。通過收集生產工藝數據( 軋制力、鋼種等) ,結合目前已收集的軋輥數據( 軋輥類型、安裝機架、軋輥凸度及粗糙度、軋輥 ID、軋輥重量、軋輥直徑、軋制里程數和軋制噸數等) ,最終實現大數據科學分析,實現磨輥的全生命周期管理,便于為后續的工藝改造、事故判定、軋輥采購等提供質量評價。

            5.2 大數據技術的研究與應用

            5.2.1 高爐冶煉過程預測技術

            通過對河鋼承鋼高爐長期積累的工藝冶煉過程數據及不同類型設備或數據接口進行高效自動采集、整理和篩選,結合高爐冶煉工藝選取算法,搭建大數據深度學習核心系統,圍繞高爐大數據應用與智能煉鐵開展研發,實現高爐大數據云平臺交互、大數據挖掘與工藝功能預測等功能,使風量穩定率、利用系數、鐵水含釩量、焦比、爐溫受控率等指標得到優化,從而實現高爐長周期穩定順行和低成本運行。云平臺客戶端操作畫面及操作爐型監控畫面分別如圖 11、圖 12 所示。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 11 云平臺客戶端操作畫面

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 12 操作爐型監控畫面

            5.2.2 遠程可視技術

            傳統的被動生產監控方式很難讓使用人員及時感知各項數據,從而影響生產執行效率。為此,河鋼集團著力開發了生產線 3D 虛擬孿生可視化技術( 圖 13) ,將生產線三維信息進行數字化,通過生產實時數據驅動 3D 虛擬生產線與實際生產線狀態同步,并且采用數據分析模型對生產數據進行實時跟蹤,將數據中或數據間的紛繁復雜信息或關系進行可視化呈現,從而實現對生產過程的全方位、實時監控,為經營者提供可視化監控與決策平臺,從而大大提高生產管控的效率。同時,該技術也可以為操作人員提供生產實訓平臺,有效提高操作人員的技能水平。該技術已應用在河鋼承鋼釩鈦高強冷軋板連續酸洗與熱基鍍鋅生產線中,將來會推廣應用到河鋼集團其它生產線。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 13 河鋼承鋼釩鈦高強冷軋板連續酸洗生產線 3D 可視化系統

            5.2.3 鋼材質量自動判定系統

            河鋼邯鋼開發了基于工廠大數據的鋼材質量自動判定系統( 圖 14) ,該系統的先進性在于: ①通過整合、分析與比對檢化驗及表面檢驗信息數據等多樣化的統計分析工具,以期找出影響產品質量的因素或瓶頸; ②進行全流程過程質量數據的監控與分析,在線診斷或判定單個或批次產品質量與全過程質量數據追溯; ③實現產線的全流程過程數據跨工序快速追溯功能,對于某一種產品,從上游到最終處理線的所有數據都可見,并實現對某一產品全流程的自動/手動判定。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 14 鑄坯質量自動判定系統

            5.3 產線機器人應用技術

            河鋼針對勞動強度大、重復性勞動等崗位累計實施了 58 套產線機器人,其中 2019 年實施了不同工序 11 個機器人應用,大大提高了勞動效率和安全性,為規?;瘷C器人應用起到了示范作用。

            研發的鋅鍋撈渣機器人,通過機器視覺來分析鋅渣的分布,并根據分析結果進行自主撈渣作業,提高了機器人的智能化水平,克服了鋅鍋處空間狹小、爐鼻子傾斜角度大等空間約束難題,通過對空間約束“極限點”的定義及調試,設計的“一鍵撈渣”模式和各種特殊狀況下的撈渣模式,操作人員只需按一下按鈕即可實現在不同工藝狀況下的全流程撈渣作業,簡化了操作難度,方便了現場的操作。 機器人撈渣效果如圖 15 所示。

            河鋼創新技術的研發與實踐

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            圖 15 機器人撈渣效果

            研發的基于機器視覺冷軋鋼卷自動貼標機器人系統( 圖 16) ,通過鋼卷自動定位、標簽位置檢測、自動貼簽、錯誤驗證等功能的開發,可實現自動控制標簽打印機進行標簽打印和剝離,機器人自動拾取標簽并自動貼簽,并利用視覺技術識別標簽信息,將標簽信息與原始數據進行比對,實現系統錯誤驗證。

            河鋼創新技術的研發與實踐

            河鋼創新技術的研發與實踐

            圖 16 貼簽及壓輥設計示意圖

            5.4 5G 融合技術

            與全球 5G 技術最具競爭力的華為公司合作成立聯創中心,推動“5G + 工業互聯網”在鋼鐵場景的融合應用。著力解決鋼鐵產業升級、提質增效的關鍵性、根本性實際問題,實現鋼鐵智能制造示范線集成,制定鋼鐵行業的工業互聯網建設標準,引領鋼鐵行業轉型升級。

            5.4.1 5G 網絡的方式采集關鍵場景數據

            解決當前 4G 網絡不穩定,導致空氣質量關鍵數據的未及時采集,拉低指標的問題。

            5.4.2 5G + 園區自動駕駛解決方案

            ( 1) 基于 5G 網絡,實現廠區內固定線路、有軌車的無人駕駛,涉及鋼水運輸車,不同生產線的產料調配車,鋼卷倒運車的自動駕駛。 ( 2) 施工現場部署工業級攝像,將高清視頻實時回傳到監控中心,遠程車輛控制,工作任務控制,車輛管理,減少人工成本的投入。 ( 3) 5G + 鋼鐵智慧天車,涉及廢鐵天車。

            5.4.3 邯寶產線 5G 智慧園區搭建

            在河鋼邯鋼 2 250 mm 產線分步實施智慧園區建設。首先,在園區圍墻、大門、車輛出入、高危區域以及產線內實現 5G 網絡覆蓋。其次,研究 5G 技術在物流運輸、遠程操控、工業機器人、數據采集上的應用,將 5G、人工智能、大數據、云計算等新一代信息技術與鋼鐵工藝流程高度融合,促進鋼鐵制造向網絡化、智能化、數字化、柔性化轉型。

            6 海外產線技術支撐

            河鋼在國內各產線開展技術創新的同時,也向國外開展技術輸出,以“功成不必在我”的精神境界和“功成必定有我”的歷史擔當,踐行“一帶一路”倡 議,成功將河鋼塞鋼打造成“一帶一路”樣板工程,使河鋼塞鋼成為歐洲最具競爭力的鋼鐵企業,推動共建“一帶一路”走深走實[14]。

            6.1 推動河鋼塞鋼工藝技術創新和裝備升級

            針對收購時河鋼塞鋼的現狀,對其開展了技改升級、工藝攻關和產品研發方案的制定,對產線實施了大規模工藝技術創新和產線裝備升級,詳見表 2。

            河鋼創新技術的研發與實踐

            河鋼創新技術的研發與實踐

            表 2 河鋼塞鋼主要裝備及技術升級

            6.2 先進管理和技術移植

            移植先進的管理和技術,快速提升了河鋼塞鋼的產品競爭力和產線創效能力。僅燒結配礦及加熱爐高效蓄熱節能兩項技術的移植,累計創效 4.7 億元人民幣。

            河鋼創新技術的研發與實踐

            河鋼創新技術的研發與實踐

            表 3 河鋼塞鋼主要移植技術

            7.創新技術下一步研發重點

            河鋼把綠色、智能、引領作為技術發展的主攻方向,在產品升級、技術進步、工業服務上全面發力,持續加大研發投入,大力推進“兩個結構”再優化,全面加快鋼鐵產業轉型升級、戰略性新興產業發展和全球化布局。

            ( 1) 深度推進產品結構調整持續發力產品結構調整,2020 年品種鋼比例≥ 75% ,高端產品比例≥60% ,特色戰略產品比例≥ 8% 。其中汽車板和家電板占比達到 30% ,特鋼比例達到 28% ,鋼材深加工比例達到 30% 。在保持高端家電板、汽車鋼市場占有率的前提下,能源用鋼、海洋工程、工程機械、橋梁建筑領域的高端鋼材產品達到國際一流水平,培育冠軍產品,在制約國家和行業發展的高精尖材料上實現突破。

            ( 2) 加快推進前沿顛覆性技術研究在綠色生產、流程再造、工藝創新、產品研發等全流程領域,開展引領性、前沿性、行業顛覆性技術研究與應用,實現從引進創新到協同創新再到自主創新的轉變。充分發揮國內外平臺智力資源,推進高速連鑄、增材制造、無頭軋制、碳排放控制等前沿性技術研究。

            ( 3) 深化智能制造技術的融合與轉型積極推動互聯網、大數據、人工智能等新一代信息技術與鋼鐵制造的深度融合; 利用區域調整和退城搬遷機遇,全面建設“綠色化、智能化、品牌化”的新一代流程鋼廠,全面推動智能轉型升級,打造“智慧河鋼”。

            ( 4) 開展全流程綠色可持續制造技術研究

            推進全流程的綠色制造,形成自主關鍵技術。圍繞煙氣污染物控制、高鹽水回用、共性排污節水、特殊固廢物資源化利用等行業關鍵共性難題,開展前沿性技術研究,形成污染物源頭減排、過程控制、末端治理全流程高效治理體系,實現主要污染物超低排放。加快現有綠色制造技術在子公司成果轉化,推進高比例球團在河鋼唐鋼、河鋼邯鋼和河鋼樂鋼應用,低硅堿球在邯鋼實現工業化生產。

            ( 5) 深入開展氫能技術研究與產業化

            河鋼將在氫燃料重卡示范運營,建設覆蓋河北省的加氫基礎設施網絡基礎上,推動涉氫材料從研發到商用的進程; 不斷完善氫能產業鏈,構建氫能產業集群,推動整個氫能產業的發展,為京津冀地區的綠色可循環經濟發展、為中國社會的清潔能源建設、為全球的能源發展和環境治理做出更大的貢獻。