智能質(zhì)控系統(tǒng)自主研發(fā) 海螺水泥生產(chǎn)綠色低碳

近年來，水泥行業(yè)全面向數(shù)字化和綠色發(fā)展轉(zhuǎn)型，持續(xù)推進(jìn)水泥智能工廠建設(shè)，轉(zhuǎn)變生產(chǎn)管理模式，實現(xiàn)綠色低碳、提升質(zhì)量和減員增效并行發(fā)展。高效率、高精度、全自動化的智能質(zhì)量控制系統(tǒng)成為當(dāng)下國內(nèi)水泥企業(yè)生產(chǎn)的核心訴求，在這樣的市場需求下，國內(nèi)水泥企業(yè)也開始引進(jìn)和應(yīng)用智能質(zhì)量控制系統(tǒng)，以提升質(zhì)量管理水平。

國外品牌的智能質(zhì)量控制系統(tǒng)陸續(xù)進(jìn)入國內(nèi)市場，設(shè)備價格昂貴、交付周期長、維護(hù)成本高、服務(wù)跟不上、用戶定制化需求無法滿足等問題逐漸暴露，導(dǎo)致其無法在國內(nèi)快速推廣。

海螺水泥智能質(zhì)量控制系統(tǒng)研制開發(fā)工作以安徽宣城海螺水泥有限公司作為試點，研發(fā)多項具有創(chuàng)造性和先進(jìn)性的技術(shù)成果，于2020年9月正式啟動；2021年4月開始現(xiàn)場安裝，9月完成安裝調(diào)試進(jìn)入試運行階段，11月份完成性能驗收。該系統(tǒng)可以替代國外同類產(chǎn)品，為水泥生產(chǎn)企業(yè)提供自主可控、量身定制的質(zhì)量控制解決方案，提升水泥產(chǎn)品質(zhì)量，榮獲2022年建材行業(yè)科技進(jìn)步二等獎。

主要做法

水泥是國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)原材料，水泥產(chǎn)品質(zhì)量直接影響建設(shè)工程質(zhì)量，影響國計民生。水泥產(chǎn)品質(zhì)量取決于生產(chǎn)過程質(zhì)量控制，水泥生產(chǎn)取樣分析過程管理是質(zhì)量控制的主要手段。中國水泥生產(chǎn)取樣、制樣環(huán)節(jié)工業(yè)自動化程度低，依靠人工處理，取樣代表性低，分析精度性低，質(zhì)量管理效率低，同時，生產(chǎn)企業(yè)對質(zhì)量控制重視程度不夠，生產(chǎn)管理粗放，導(dǎo)致水泥產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，競爭力不強(qiáng)。

隨著科技不斷進(jìn)步，自動化、數(shù)字化、智能化技術(shù)應(yīng)用普及，智能質(zhì)量控制系統(tǒng)在國外水泥行業(yè)已廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)水泥生產(chǎn)取樣、送樣、制樣、分析和配料過程的無人化，提高取樣代表性和分析精度，有效提升和穩(wěn)定水泥產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量管理水平。

（一）主要技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新點

海螺水泥智能質(zhì)量控制項目研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化水泥智能質(zhì)量控制系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場自動取樣、自動送樣，實驗室自動制樣、自動分析，通過智能化調(diào)度來控制系統(tǒng)設(shè)備運行，優(yōu)化樣品輸送路徑和樣品分析優(yōu)先級。分析數(shù)據(jù)上傳到配料控制系統(tǒng)后，通過優(yōu)化算法自動配料，實現(xiàn)生產(chǎn)質(zhì)量控制的自動化、無人化。此外，該項目研發(fā)出一種高效固體粘接劑，實現(xiàn)水泥生產(chǎn)“采、送、制、化、配”等關(guān)鍵質(zhì)量管控環(huán)節(jié)全流程智能化。

項目經(jīng)權(quán)威專家鑒定，研究成果總體達(dá)到國際先進(jìn)水平，主要技術(shù)關(guān)鍵及創(chuàng)新如下：

一是開發(fā)石灰石、原煤、輔材三維堆場模型，記錄原燃材料堆取行為及跨帶分析儀提供的噸位、品位等信息，便于實時查看堆料機(jī)位置及對應(yīng)料層斷面原燃材料質(zhì)量分布，使堆場物料透明化、數(shù)據(jù)化，指導(dǎo)生產(chǎn)作業(yè)。

二是開發(fā)自動取樣系統(tǒng)、樣品輸送系統(tǒng)、中央實驗室分析系統(tǒng)，完成自動取樣、自動縮分、自動輸送、自動制樣、自動分析、自動配料，最終實現(xiàn)傳統(tǒng)取樣、制樣、分析全流程自動化、無人化。

三是開發(fā)煤粉自動取樣系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離煤粉樣品輸送接收系統(tǒng)，在保證煤粉取樣環(huán)境安全的前提下，自動取樣、自動縮分、自動輸送，實現(xiàn)煤粉取樣送樣環(huán)節(jié)的無人化，減少勞動強(qiáng)度，降低安全風(fēng)險。此舉有效提升取樣代表性和送樣時效性，提高煤粉檢測準(zhǔn)確性，便于科學(xué)高效管理入場煤品質(zhì)。

四是開發(fā)調(diào)度控制系統(tǒng)和配料控制系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備取樣、傳輸、制樣等系統(tǒng)所有設(shè)備協(xié)調(diào)調(diào)度和指揮。同時，將理論配料計算原理進(jìn)行編程，在系統(tǒng)中建立配方知識庫，通過大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)自動配料。

五是開發(fā)質(zhì)量管理信息系統(tǒng)，設(shè)定各工序質(zhì)量控制目標(biāo)值，通過各取樣點檢測數(shù)據(jù)，驗證控制目標(biāo)的實現(xiàn)，對質(zhì)量控制中出現(xiàn)偏差的控制點反饋至窯磨專家操作系統(tǒng)進(jìn)行工藝調(diào)整糾偏，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝與質(zhì)量控制數(shù)據(jù)共享與閉環(huán)管理；統(tǒng)計分析出窯熟料、出磨水泥質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)與出廠產(chǎn)品對應(yīng)關(guān)系，計算控制偏差值，指導(dǎo)配料目標(biāo)值的設(shè)計調(diào)整，使水泥生產(chǎn)質(zhì)量控制實現(xiàn)閉環(huán)。

（二）項目主要成果與效益

項目申請專利53項、軟著12項，發(fā)表論文5篇，成果計劃在海螺集團(tuán)下屬100多家水泥子公司進(jìn)行推廣，目前已在安徽海螺水泥股份有限公司下屬14家公司及新疆青松建材化工（集團(tuán)）股份有限公司、山東彼那尼榮安水泥有限公司3家外部項目、近40條水泥生產(chǎn)線推廣應(yīng)用。該項目打破了國外技術(shù)壁壘和產(chǎn)品壟斷，實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，促進(jìn)水泥行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

該項目實現(xiàn)了自動取樣分析和自動配料，通過相關(guān)崗位合崗并責(zé)，可實現(xiàn)減員30%以上；提高取樣代表性、樣品分析時效性和準(zhǔn)確度，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提升，其中出窯熟料KH合格率達(dá)到100%；系統(tǒng)投運后，下山石灰石CaO含量同比下降0.5%，低品位石灰石搭配量同比提升30萬噸/年，礦山資源綜合利用率達(dá)100%；質(zhì)量控制環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化、無人化，與水泥智能工廠其他子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通互享，簡化生產(chǎn)管理難度；同等規(guī)模配置智能質(zhì)量控制系統(tǒng)比國外同類產(chǎn)品采購價格降低30%，供貨和交付周期節(jié)省3個月，備品備件現(xiàn)貨供應(yīng)，并且可提供定制化設(shè)備和軟件設(shè)計方案，提供更全面的系統(tǒng)功能和更優(yōu)質(zhì)的運維服務(wù)。

經(jīng)驗啟示

海螺集團(tuán)自主研發(fā)的智能質(zhì)量控制系統(tǒng)，掌握了該領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)，實現(xiàn)核心裝備、軟件和算法國產(chǎn)化替代，使該系統(tǒng)應(yīng)用自主可控，提高了國產(chǎn)化水泥智能質(zhì)量控制系統(tǒng)的推廣應(yīng)用速度。依托水泥智能質(zhì)量控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)及研發(fā)成果，海螺集團(tuán)孵化成立上海智質(zhì)科技有限公司，主要負(fù)責(zé)對外開展自主研發(fā)的水泥智能質(zhì)量控制業(yè)務(wù)的推廣服務(wù)等工作。

該項目的成功研發(fā)，打破了國外技術(shù)壁壘，提升了國內(nèi)企業(yè)高水平科技自主研發(fā)能力，有助于降低采購和使用成本。推進(jìn)該系統(tǒng)在國內(nèi)企業(yè)普及應(yīng)用，將大大提升企業(yè)質(zhì)量過程控制的精細(xì)化、智能化水平，提高企業(yè)質(zhì)量管理的效率和效益，有助于穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高原材料的利用率，實現(xiàn)礦山資源可持續(xù)發(fā)展，減少能源材料消耗率，達(dá)到節(jié)能減排的要求，進(jìn)一步助力國家智能制造發(fā)展戰(zhàn)略，為國家高水平科技自立自強(qiáng)作出貢獻(xiàn)。

隨著水泥需求的下滑以及產(chǎn)能頂峰的到來，市場競爭日益白熱化，一輪周期性的行業(yè)洗牌不可避免。依托數(shù)字化、智能化技術(shù)手段，實現(xiàn)技術(shù)和管理升級，持續(xù)降低能耗、污染物排放和碳排放，提升企業(yè)綜合競爭力是水泥企業(yè)應(yīng)對挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。

2023年11月29日“第五屆中國水泥智能化高峰論壇”將就“智慧物流系統(tǒng)在水泥行業(yè)的發(fā)展與案例”這一議題展開探討，誠邀行業(yè)專家學(xué)者及相關(guān)企業(yè)代表共赴大會，共同探討和推動水泥行業(yè)的智能化進(jìn)程。