界面新闻记者 |
兴澄特钢厂区的数智中心大楼，可以称得上是这座钢铁工厂的大脑。位于大楼二层的运营管控中心，一块巨幅显示屏展示着这座工厂从原料码头、炼铁、炼钢到轧钢的全流程图景，可以了解到各个生产环节的实时数据。
兴澄特钢地处江苏省江阴市，为中信泰富特钢集团股份有限公司(下称中信特钢，000708.SZ)旗下最大钢厂，建厂已有30年历史，特钢年产能690万吨。相比于普通钢材，特钢产品对于品质、性能和稳定性的要求更高，只占国内钢铁总产量的10%左右。
世界经济论坛近期发布了21家新晋“灯塔工厂”名单，兴澄特钢就位列其中，它也由此成为全球特钢行业首座“灯塔工厂”。
“灯塔工厂”评选自2018年发起，旨在从全球制造业中挑选具有榜样意义的数字化制造示范者。截至目前，全球“灯塔工厂”数量达到153家，其中钢铁行业6家，中国宝武、塔塔钢铁旗下的钢铁工厂也曾入选。
2020年，兴澄特钢确立了在2025年前创建“灯塔工厂”的目标，此后累计投入超过5亿元，推进多个智能制造项目的建设。
钢铁厂的碳排放逐年降低，是这些投资的成效之一，兴澄特钢2022年的吨钢碳排放较2020年减少了10.47%。
国内外逐渐趋严的碳排放政策，是驱动兴澄特钢减碳的重要因素。全国碳市场已在2021年上线运行，发电行业为首个纳入管控的行业，高排放的钢铁行业预计不久后也将纳入。纳入全国碳市场的企业，其碳排放量如果高于免费分配到的配额，必须通过购买配额等方式补足缺口，目前全国碳市场的碳配额价格约为70元/吨。
欧盟碳边境调节机制(CBAM)也在今年启动试运行，将对从境外进口的钢铁、水泥等特定产品额外征收“碳关税”。
《新华日报》报道称，2022年，兴澄特钢出口欧盟钢材15.5万吨，占其总出口量的20%左右。2026年起，如果钢材生产地的碳价低于欧盟碳市场，则需要购买CBAM证书补足差价。以兴澄特钢吨钢平均碳排放为2吨，欧盟碳市场碳价为68欧元/吨(约合532元人民币/吨)计算，每吨钢材出口欧盟的成本最多将增加136欧元(约合1064元人民币)。
高炉“黑箱透明化”是兴澄特钢实现生产工序碳排放降低的重点项目。
兴澄特钢有三座高炉，这些竖立在钢厂C位的钢体建筑，是钢铁冶炼的重要工序，高度达到100米，也是钢厂中最大的单体反应容器。矿石、焦炭、煤粉、热风在这个高温高压的庞大容器内进行氧化还原反应，最终炼成铁水。
钢铁生产环节约七成的碳排放来自于炼铁环节，是工厂的排放大户。
高炉的炉内温度通常超过1500摄氏度，目前还没有任何一种设备能够直接采集高炉内的数据，这好比看不见、摸不着的“黑匣子”，长期高度依赖操作工人的经验。对于炉内运行情况的分析因此十分困难。
兴澄特钢智能及信息化部专家李洪凯告诉界面新闻，所谓高炉“黑箱透明化”，是通过采用上百个冶金机理模型，并结合人工智能，实现高炉的全方位仿真，了解炉内气流、炉料运动、炉墙挂渣等信息，摆脱此前靠经验炼铁、盲人摸象的状态。
高炉内部涉及一系列复杂的化学反应，炉内液态、固态、熔融后混合态多态共存，使得模型计算涉及的变量多达上千个，计算非常复杂。同时，矿石、焦炭等原料的不稳定性，也为高炉全方位仿真带来了相当挑战。
工厂1号和2号高炉的“黑箱透明化”技术方案由兴澄特钢与北京智冶互联联合开发，3号高炉的技术方案和项目实施均由兴澄特钢自主完成，目前均已投入使用。
“通过控制相关参数，可以实现高炉稳定生产以及最佳的能源消耗状态。”李洪凯解释称。高炉“黑箱透明化”技术目前已应用到中信特钢旗下的青岛特钢、大冶特钢等钢铁厂，包头钢铁、酒泉钢铁等外部企业也在使用此方面的技术。
在高炉“黑箱透明化”的基础上，兴澄特钢上线了无人值守热风炉智能烧炉的系统。热风炉是高炉炼铁的鼓风设备，其工作原理是通过燃烧煤气，使高炉连续获得高温热风。
这套系统通过采集煤气热值、温度、成分等数据，借助算法自动控制烧炉节奏，在提高高炉风温稳定性的同时，降低煤气消耗量。
根据兴澄特钢的统计，这套系统使用后，工厂三座高炉的煤气消耗总量在2022年下降了约1亿立方米，相当于减少碳排放10万吨。
除了通过在生产环节直接降碳，能源综合利用是这座“灯塔工厂”减碳的另一项重要手段。
兴澄特钢2021年上线的能源管理系统，已采集全厂1.1万个点位的能源计量信息，并基于这些数据进行深度应用。其中就包括一项名为煤气预测与人工智能(AI)调度的应用。
煤气是高炉冶炼环节的副产品，除了用于高炉热风炉外，它也可以替代天然气，在工厂的钢材轧制、发电等其他生产环节得到利用。
不过，由于高炉煤气产出和消耗量的波动都较大，很难通过人工调度实现煤气产生和使用的整体平衡。在无法实现平衡的情况下，工厂需空烧富余的高炉煤气，业内称之为煤气放散。
兴澄特钢副总经理王永建告诉界面新闻，结合各个工序的生产情况，这套人工智能系统可以进行综合分析，预测一小时后煤气平衡的情况，自动生成提升煤气使用率的预测性建议。
根据兴澄特钢的统计，在该应用上线运行后，工厂的整体煤气放散量在2022年下降至986.97万立方米，较2020年减少89.94%。
李洪凯称，如果这些高炉生产过程中的煤气副产品不能得到有效利用，将会导致工厂碳排放的进一步增加。
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