天柱钢铁进行全新智能改造升级

铁水智慧运输 “火眼金睛”定级

河北日报记者 王思达 王育民

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铁水运输不再需要司机和道岔工，全程无人驾驶；废钢验质不再依赖人工爬车，AI一眼定级；样品检测不再需要人工徒步送达，风动送样管道秒级响应……

这些场景，如今正在河北天柱钢铁集团有限公司的厂区内真实上演。

从铁水到废钢，从运输到检测，天柱钢铁以“无人化、智能化、高效化”为方向，推动传统钢铁制造迈向“智造”新时代。

铁水运输迈入“无人”时代

10月15日上午9时，位于唐山海港经济开发区的河北天柱钢铁集团有限公司（以下简称“天柱钢铁”）炼铁厂区内，伴随着一声清脆的鸣笛声，一辆装载着100多吨炽热铁水的无人运输车，缓缓从2号高炉出铁口驶出。

10月17日，天柱钢铁技术中心铁钢智能检测室内的机器人。 天柱钢铁供图

这辆无人驾驶的机车沿着纵横交错的铁轨平稳前行，经过一个个自动扳动的道岔，最终精准停靠在炼钢车间的兑铁点。机械臂自动落下，完成摘钩、对位、兑铁等一系列动作，全程不见一个人影。

铁水运输，是连通高炉出铁到转炉炼钢环节的唯一纽带，被称为钢铁界面的运输“生命线”。然而，这条看似简单的运输线，曾是钢铁生产中最危险、最艰苦的环节之一。

“过去，每台铁水运输车要配备一名司机和一名道岔工，司机在驾驶室内紧盯前方，道岔工则要沿着铁轨步行，每到一处道岔就要手动扳动，选择路线。一个班下来，道岔工走两万步是家常便饭。”天柱钢铁炼铁厂厂长余其明说。

更令人揪心的是运输过程中的安全风险。铁水温度高达1500摄氏度，一旦发生脱轨、倾覆，后果不堪设想。

除了安全压力，铁水运输的效率问题同样突出。

“在炼钢过程中，铁水的温度控制至关重要。铁水从高炉到转炉的温降程度不仅影响炼钢的效率，还直接关系到炼钢的成本。”天柱钢铁精益数智中心主任助理张兆民说。

传统的铁水运输依赖人工用对讲机沟通，调度依靠经验判断，从距离最远的高炉到转炉，一罐铁水要运27分钟，温降超过130摄氏度。而铁水每下降1摄氏度，吨钢成本就要增加0.5元。因此，铁水运输的效率提升意义重大。

2023年，河北省工业和信息化厅大力推动钢铁行业数字化转型，指导成立了全国首家省级钢铁行业数字化转型联盟，搭建产学研用金数字生态融合化平台，鼓励全省钢铁企业应用数智创新技术融合生产业务场景。天柱钢铁在经过充分调研后，决定与赛迪奇智公司合作，打造河北首套智慧铁水运输系统。

“这不是简单的设备升级，而是对整个铁水运输流程的重新搭建。”张兆民介绍，改造后的铁水运输车搭载5G定位系统，能实现厘米级精准控制，视觉传感器、激光雷达、毫米波雷达构成的多重感知系统，更是让机车具备了“火眼金睛”。

“即使在大雾、雨雪等恶劣天气时，激光雷达的强大穿透力也能保证系统的稳定运行。”张兆民说，“我们厂区沿海，雾天较多，这个功能特别重要。”

此外，系统智能调度平台还真正实现了“铁—运—钢”全流程协同。平台实时获取高炉出铁、炼钢要铁等生产信息，通过深度学习算法自动生成最优调度方案。

2024年6月，该系统开始试运行，经过不断调试优化，目前已实现稳定运行。

记者在智慧铁水运输主控室看到，巨大的电子屏幕上实时显示着所有铁水运输车辆的位置、状态和运行轨迹。操作员轻点鼠标，下达运输指令，系统便自动规划最优路线，控制机车行驶、道岔扳动、包盖启闭。

“该系统具备自我优化能力。”张兆民指着屏幕上的数据说，“系统运行时间越长，积累的数据越多，大模型进行学习后，调度就越精准。现在铁水从高炉到转炉的运输时间已经压缩到17分钟，比原来快了10分钟。”

由于运输时间缩短和智能排产的优化，铁水在运输过程中的温降从原来的月均130摄氏度降至115摄氏度左右。仅温降控制一项，一天就能节约成本近10万元。

智慧铁水运输系统不但速度更快，安全系数也更高。

“现在铁路道岔全部自动控制，只要未到位，系统就会自动停车，从根本上消除了脱轨隐患。”张兆民说，系统投用以来，未发生一起脱轨、倾覆事故。

废钢定级有了“火眼金睛”

10月15日下午，一辆满载废钢的重型卡车缓缓驶入天柱钢铁炼钢车间废钢卸车等待位。

司机停稳车辆后，熟练地掏出手机，点开一个名为“天柱智能废钢定级”的App，对准柱上的二维码轻轻一扫——“嘀”的一声，屏幕上跳出“验质开始”字样。随后，他边转身走向休息区边说：“现在不用等人来看货了，全是自动的。”

10月15日，天柱钢铁智慧铁水运输主控室内，巨大的电子屏幕上实时显示着所有铁水运输车辆的位置、状态和运行轨迹。 河北日报记者 王思达 摄

就在扫码完成的瞬间，卸车区内三台高清摄像头已经启动。监控屏幕上，每一批废钢的厚度、杂质占比、危险物品预警数据不断刷新，像给废钢做了一次无死角的“CT扫描”。

“现在卸一车废钢，再也不用我们爬高爬低、扯着嗓子喊了。”站在监控屏前的原料技术员王靓说。

废钢，被称为“城市矿山”，是钢铁工业实现绿色循环的关键原料。在现代钢铁生产中，高废钢比不仅意味着资源的高效利用，更直接关联着低碳转型。

“每多使用一吨废钢，就少开采一吨铁矿石，减少1.6吨碳排放。”天柱钢铁品质保证部部长巨伟锋告诉记者，“每天，我们要‘吃’掉4500吨到5000吨废钢，吨钢的铁水消耗已降至760公斤，远低于行业平均水平。”

废钢虽好，但把它筛选、利用好却不容易。它的来源复杂、料型不一、杂质较多，如何精准为废钢定级，成为行业共同的难题。

在自动验质系统上线前，废钢定级完全依赖人工判断。“每次废钢卸车，取样检验员都得爬上货车，近距离观察废钢断面，用手电筒照，用棍子拨。”巨伟锋说，通常一辆车卸完要一个多小时，其间检验员得爬上爬下四五次，伴随着较高的作业风险。

更棘手的，是废钢判断标准难以统一。“类似的料，不同的检验员可能判出不同等级。”巨伟锋坦言，“就算同一个人，不同时间的判定也会有差异。供应商常常因此产生异议，质疑我们的公平性。”

为解决上述难题，天柱钢铁与华为合作，研发推出了废钢自动验质系统，通过“端—边—云”协同的技术架构，实现了定级流程的智能化再造。

在端层面，运送废钢的车辆刷卡或扫码、过磅称重后进入废钢卸料厂，完成数据采集；在边层面，通过车斗检测、废钢识别整车定级、杂质识别、超标识别、危险品识别等废钢定级算法，生成定级图片、定级结果、验质报告等废钢定级应用结果；在云层面，对废钢定级算法进行训练、优化，从而更好地进行边缘计算。

“火眼金睛”和“智慧大脑”的配合，让废钢定级变得游刃有余：系统先通过车辆定位划定检测范围，然后在废钢卸车过程中逐层采样，通过图像金字塔结构分析料型特征，最后综合计算厚度分布、杂质占比，输出整车废钢等级。

此外，系统还能抓拍并保存定级过程中的图片和视频数据，确保过程可追溯，从而减少了废钢供应商对定级的异议。

系统稳定运行后，在效率方面的提升最为直观。“以前卸一车废钢要1个多小时，现在最快40分钟就能完成。”巨伟锋说，因为不用再停车等待人工检测，天车作业的连续性也大大增强。

经过大量深度学习，废钢定级的准确性在持续优化。“系统刚开始运行时识别准确率在88%左右，如今稳定在95%左右。”巨伟锋介绍，特别是对密闭件等危险品的识别率超过95%，为安全生产加了把锁。

人力成本的下降也很明显。系统投用后，取样检验员从5人减至3人，工作内容从“爬车检测”转变为“异常确认与系统监护”。

“现在我们主要负责在监控室观察系统运行状态，只有出现识别异常时才需要进行现场确认。”王靓笑着说，“工作环境更安全了，劳动强度降低了。”

“这不仅是一个验质工具，更是钢铁智能制造的重要一环。下一步，我们计划将这一系统与生产控制系统深度集成，实现废钢配比的自动优化。”巨伟锋表示。

铁钢检测实现秒级响应

10月17日上午9时，天柱钢铁技术中心铁钢智能检测室内，机器低鸣，指示灯闪烁。

一件银灰色的铁水试样沿着长长的风动送样管道“飞驰”而入，精准地落入接收站台，发出清脆的“咔嗒”声。机器人感应到后，自动拿样、自动制备、自动分析、自动判定——一场全自动的钢铁“体检”就此展开。

近日航拍的天柱钢铁厂区。 天柱钢铁供图

“这是从2号高炉送来的铁水样品。”检测室仪器分析员徐昕宇盯着控制屏上的数据说，“从取样到送达，全程只用了47秒。在我们这里，工作效率是以秒计的。”

钢铁生产是典型的长流程工艺，从铁水到钢水，再到连铸、轧制，环环相扣，一旦开启就不能轻易停下。因此，在生产过程中的实时检测，就成为确保钢铁材料质量与性能的重要环节。一炉价值数十万元的钢水，成分是否达标，性能是否合格，全凭检测数据说话。

“就像炒菜一样。”徐昕宇打了个比方，烹饪过程中发现味道不对，马上调整还来得及，要是菜出锅后才发现，就为时已晚了。

在铁钢检测智能化改造以前，工人们需要顶着高温，徒步将刚取出的样品从生产现场运往实验室。在天柱钢铁，最近的产线取样点距离实验室也有四五百米，若是在两公里外的高炉取样，光是运送时间就要花费10分钟以上。

“徒步送样只是开始，样品送到后，我们需要手持样品在高速旋转的砂轮机上打磨。力度轻了，氧化层去不干净；重了，样品可能就废了。”徐昕宇说，老师傅们一天打磨几十个样品，手都被震得发麻。

人工打磨、检测不但费时费力，在时效性上也难以匹配日益提高的生产要求。“一个样品从取样到出结果，少说也要六七分钟。等数据出来，炼钢工序可能已经进行到下一阶段了，调整的最佳时机已经错过。”他说。

如今，天柱钢铁的铁钢智能检测室实现了“样品不落地、数据不出网、流程不中断”。

首先是风动送样“秒送达”。样品通过压缩空气在送样管道中高速传输，从高炉、转炉、精炼等9个现场点位直送实验室，2公里距离仅需40多秒，最近的送样点位只需10秒。

样品到位后，机器人手臂就开始执行预设程序——取样、传送，一气呵成。在制样区，全自动铣样机对样品进行精细加工，去除表面的氧化层。“这就好比给样品‘美容’，必须打磨出光洁如镜的表面，才能保证检测精度。”徐昕宇解释。

随后，视觉检测系统对样品表面进行扫描，判断其是否平整、有无裂纹、沙眼、空样等缺陷。不合格的自动返回重新制备，合格的进入光谱分析环节。

在光谱分析区，光谱仪通过打点分析，快速解析出样品中碳、硅、锰、磷、硫等元素的含量。“碳影响钢铁的强度，硅在铸造过程中改善铁水流动性，磷、硫等有害元素必须严格控制。我们的内控标准比国标还要严格。”徐昕宇说。

“这套系统不仅会自动工作，还会‘思考’。”徐昕宇说，系统能够根据实际情况作出最优决策，就像一位经验丰富的老师傅在把关。

如今，从产线样品送达到检测结果输出，全程平均只需2分30秒。这样的速度，在以前几乎不可想象。

检测效率的提高，带来了诸多好处：炼钢工序可以根据实时数据调整炉料，避免成分偏差；连铸工序可以及时优化工艺参数，提升铸坯质量。最终，企业的吨钢成本得以下降，产品质量稳步提升。

“以前是生产指挥检测，现在是检测指导生产。”徐昕宇如此总结这种转变。

记者感言

一次从理念到系统的数字赋能

在唐山海港经济开发区，河北天柱钢铁集团有限公司的新园区正以一种全新姿态，诠释着钢铁工业的现代图景。

从传统制造到智慧制造，天柱钢铁的转型之路，不仅是技术升级的实践，更是发展理念的深刻变革。其探索与实践，为河北钢铁行业的高质量发展，提供了具有启发意义的样本。

2020年，天柱钢铁从唐山丰润区退城搬迁，这并非简单意义上的产能转移，而是一次从理念到系统的数字赋能。企业抓住搬迁契机，确立智能化生产的理念，利用大数据技术，引入先进的控制系统与智能化装备，推动生产流程从“人控”向“智控”转变。

搬迁后的天柱钢铁以工业互联网平台为“数字底座”，构建起铁区、钢轧、管控“三个一体化”系统，打破了传统钢铁生产中各工序、各系统之间的信息壁垒。

其中，铁区一体化以高炉稳定运行为核心，推动原料、烧结、球团等环节的协同优化；钢轧一体化则打通从炼钢到轧钢的全程管控，实现温度、时间、质量等要素的精准衔接；管控一体化更是在全厂范围内构建起计划、成本、质量、物流等模块的协同机制，形成数据驱动的精益生产模式。

“三个一体化”，标志着天柱钢铁从“单点智能”迈向“系统智能”。

此外，天柱钢铁投资建设的低碳冶金创新中心，还将智能制造与绿色发展理念深度融合。通过能源介质智能调控与低碳技术融合，企业实现了节能降耗与低碳环保的双重目标。

智能化改造的成效，最终体现在产品竞争力的提升上。天柱钢铁在巩固传统型钢优势的同时，积极拓展高附加值产品领域。家电板用钢、打包带用钢等新产品的成功开发，标志着企业正从“量大面广”向“精、特、新”转变。

在此基础上，“天柱牌”H型钢不仅成为河北知名品牌，更广泛应用于国家重点工程，远销海外市场。这表明，智能制造不仅提升了生产效率，更增强了品牌影响力，推动企业从“产品供应商”向“价值创造者”转型。（河北日报记者 王思达）