有色金属冶炼的智能工厂建设

(整期优先)网络出版时间:2023-08-12
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有色金属冶炼的智能工厂建设

孟凡勇         

身份证号码:370784198301243037

摘要:运用智能制造技术实现有色金属冶炼工厂的智能化,提高生产效率和生产质量,降低生产成本,节约生产能耗。通过基础条件、设计规划、整体架构、基本要素和系统集成等方面对有色金属冶炼智能工厂建设进行探讨。

关键词:有色金属冶炼;智能工厂;建设

引言

受上游原料、煤炭、电力以及人工等成本上涨影响,有色金属冶炼生产成本不断上涨。下游房产、电力、汽车和家电等传统消费需求减弱,国际环境多变,使得有色金属市场受到冲击,价格波动较大,市场风险增加。近年来国家对安全及环保要求不断提高,有色金属冶炼作为高耗能产业压力与日俱增。随着人工智能、云计算、5G、物联网和工业互联网技术的不断发展,传统运营模式已无法满足有色金属冶炼工厂的现代化建设与管理需求,落后的生产方式与管理模式已成为制约有色金属冶炼发展的最大障碍。如何运用新一代智能制造技术建设有色金属冶炼智能工厂是有色行业亟待解决的问题。

1有色金属冶炼智能工厂建设概述

1.1有色金属冶炼智能工厂建设的基础条件

智能工厂是在数字化工厂的基础之上,运用物联网、工业互联网、大数据分析等新兴技术实现工厂管理的智能化,而数字化工厂又是建立在数字化车间的基础之上的。根据数字化车间建设的国家标准,数字化车间建设必须符合一定的条件,如数字化设备应用的占比达到70%,生产过程的数据采集达到90%,生产资源实现信息识别能力,生产过程实现可视化,生产工艺设计采用数字化设计方法。离散型智能工厂可根据生产规模、生产成本和工艺特点决定是否建设数字化车间,流程型智能工厂必须建设关键工序的数字化车间。有色金属冶炼属于流程型制造行业,因此有色金属冶炼智能工厂必须建设配料、熔炼、电解、熔铸和供电等关键工序的数字化车间。同时实现各系统的集成与各车间之间的网络连接或建有全厂网络与数据中心。

1.2有色金属冶炼智能工厂建设的设计规划

智能工厂建设不管是新建工厂还是旧厂改造,都是一项复杂而又漫长的工程,尤其是旧厂改造,难度远大于新建工厂,因此智能工厂建设必须有专业详细的设计规划作为指导。设计规划自上而下,从前往后,以生产工艺为主线,以生产需求为导向,从生产过程的难点、堵点入手。做到顶层设计,设定智能工厂建设的预期目标与效果。智能工厂设计规划包含智能工厂整体架构、系统平台建设、生产执行管理、计量管理、能源管理、设备管理、安全环保管理、仓储管理、物流管理和质量管理等。有色金属冶炼智能工厂规划加入行业特色相关内容,如炉料、炉渣、烟气成分在线检测,冶金炉终点判断,炉温在线检测等冶金工艺的智能化技术及智能装备的应用。

2有色金属冶炼智能工厂基本要素

2.1生产计划

根据年度生产目标或市场环境预期制定年度生产计划,然后对年度计划进行分解,形成季度、月度和日生产计划。同时按照工艺,对生产流程进行分解,将年度、季度、月度和日生产计划分发至各工序。建设计划编制、审批、变更、发布、分解和跟踪的多功能管理系统。实现计划的记录、预警和预测。运用大数据分析实现生产计划的智能编排与预测性分析。

2.2生产执行

生产执行可理解为有色金属冶炼过程包括配料、熔炼、电解、硫酸等关键生产过程。配料是有色金属冶炼行业的最基本工序,是衔接原料和产品生产过程的重要环节。有色金属矿种比较多,成分复杂不稳定,质量参差不齐,配料比例难以精准控制,配料计划的管理是配料的前提工作,合理的配料计划能够保持炉况的稳定和产品质量合格。借助人工智能技术完成配料过程计算,自动生成配料单,应用无人行车、智能电子秤、原料成分在线检测等装备完成配料执行过程,实现配料的自动化、智能化。熔炼作为火法冶炼的核心工序,对整个有色金属生产线起着至关重要的作用,因此对熔炼过程的管控可有效提高生产效率,保障产品质量。运用APC技术、机理模型、数字孪生等技术实现冶金炉窑的智能控制,实现熔炼工艺控制的智能化。电解工序在有色金属冶炼过程中是必不可少的环节,电解过程能否稳定高效运行直接决定了产品的品质,因此电解工序的管理可采用数模系统和红外热成像等技术,通过在线控制系统控制新液供给量、酸液比、槽温和电流强度等过程参数,最终使电解槽产出的产品品位和产量比趋向目标值。铸锭工序可应用视觉+AI机器学习方式进行产品质量判定,通过自动化系统串联浇筑、码垛、打包、称重和贴标等功能实现产品计量打包全流程的无人化作业。

2.3计量管理

检测计量、化验分析是企业检测原料产品质量和贸易结算的重要手段。有色金属冶炼企业计量与化验产生大量的数据,如何及时、准确、无误地采集、传输、处理、应用这些海量数据变得越来越重要。减少人为干预,提高衡器作业效率,实现无人化、智能化计量,是现代企业计量发展的趋势。应用工业互联网技术与智能计量、检测装备,建设智能计量及化验管理系统,实现对工厂进出物料计量、检验和结算的统筹管理。规范企业检斤计量、化验过程,提高计量与检测工作效率和可靠性,达到严密监控各类物料的质与量的情况并有效指导企业生产运行的目的。

2.4能源管理

能效管控围绕生产与能源协同规划设计,以生产平稳为目标,实现能源效益最大化。能源管理可分为四个阶段:数据采集、能源控制、统计分析展示和管理决策优化。首先应完善介质计量基础,实现全过程监控管理,如油、电、煤、气等物资的消耗实时数据与历史记录和统计,汇聚能源消耗数据。然后建立精细化能源管理平台,优化运行模式,实现能源调度。应用大数据分析技术对数据进行分析赋能,提高能源应用效率。基于大数据平台,汇总企业、国家及行业标杆企业能耗及能效指标数据,进行能效对标的统计及对标分析,找出企业生产工艺、设备运行中的高能耗或能耗异常、不合理的环节,以及能源管理的薄弱点,发现节能机会,从而制定相应的节能改造目标,进行设备及工艺的改造、管理流程的调整等。

2.5设备管理

设备管理的目标是为企业生产设备管理提供信息化平台。通过采集设备管理在日常工作中所产生的各种原始数据,包括设备的一般特性、设备状态数据和设备能力数据,利用数字孪生等技术建立设备运行模型,建立程序化、制度化和规范化的设备管理系统,对生产设备的状态数据、能效数据和工艺数据进行统计、汇总、分类和分析,及时准确地生成各种报表。基于大数据、人工智能等技术实现故障诊断、故障预报,制定周期性维护计划、预测性维护方案以及故障解决方案。通过对点巡检的管理保证生产设备的可靠运行。跟踪从计划制定到故障发生、检修执行的关键环节,记录故障的原因和检修的结果,形成企业设备知识库,同时形成一套对设备台账、点巡检管理、实时装备状态监控、备品备件管理及设备统计分析等进行设备全生命周期管理的完备系统,实现设备管理数字化、智能化。

结束语

本文简述了有色金属冶炼智能工厂建设的思路,主要描述了智能工厂建设的整体框架、基本要素以及建设目标等。有色金属冶炼工厂设备繁杂,工艺复杂,车间布局分散,管理集成度低。通过建设集全流程自动化生产线、综合集成信息管控平台、实时协同优化的智能生产体系和精细化能效管控于一体的环保低耗、安全高效的有色金属冶炼智能工厂,实现生产数据数字化、生产过程可视化、生产管理协同化和生产集成规范化。

参考文献

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