TCISA 415-2024 高爐本體數(shù)字孿生系統(tǒng)技術(shù)要求

ICS77—010CCSH07

CISA團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/CISA415—2024高爐本體數(shù)字孿生系統(tǒng)技術(shù)要求Technicalspecificationsfordigitaltwinsystemofblastfurnacebody2024-04-10發(fā)布 2024-08-01實(shí)施中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會 發(fā)布T/CISAT/CISA415—2024T/CISAT/CISA415—2024IIII11前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會提出。本文件由全國鋼標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC183）歸口。本文件起草單位：北京智冶互聯(lián)科技有限公司、建龍阿城鋼鐵有限公司、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院、本文件主要起草人：葛小亮、續(xù)飛飛、趙晶晶、趙宏博、王博、嚴(yán)晗、丁宏翔、王來信、馬志堅(jiān)、彭尊、楊建鵬、曹仲勇、王弢、毛明濤、王鳳琴、李永杰、宋彩群、楊春建、周晟程、林子恒、周烽、高心宇、陳百紅、周春暉、李海濤、高大鵬、吳建、王淑娟。高爐本體數(shù)字孿生系統(tǒng)技術(shù)要求范圍本文件規(guī)定了高爐本體數(shù)字孿生系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)層、模型層、應(yīng)用場景等技術(shù)要求。本文件適用于鋼鐵企業(yè)高爐本體數(shù)字孿生系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T38637.2—20202部分：數(shù)據(jù)管理要求T/CISA201—2022鋼鐵行業(yè)高爐智能感知及可視化系統(tǒng)技術(shù)要求術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1高爐本體數(shù)字孿生系統(tǒng)digitaltwinsystemofblastfurnacebody3.2設(shè)備模型equipmentmodel依據(jù)設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)、空間運(yùn)動、幾何關(guān)聯(lián)等幾何屬性而建立的模型。3.3數(shù)據(jù)科學(xué)模型datasciencemodel利用數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、特征提取而建立的模型。3.4知識模型knowledgemodel依據(jù)高爐操作者的學(xué)習(xí)、實(shí)踐、探索所獲取的認(rèn)知、判斷或技能而建立的模型。3.5機(jī)理模型mechanismmodel根據(jù)對象、生產(chǎn)過程的內(nèi)部機(jī)制或者物質(zhì)流的傳遞機(jī)理建立的精確數(shù)學(xué)模型。技術(shù)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)T/CISAT/CISA415—2024T/CISAT/CISA415—2024PAGEPAGE2PAGEPAGE3高爐本體數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)包括物理層、數(shù)據(jù)層、模型層、應(yīng)用層，見圖1。物理層包括高爐本體物理實(shí)體、分布式控制系統(tǒng)、可編程邏輯控制器、傳感器等。應(yīng)用層包括可視化、設(shè)備故障診斷、工藝參數(shù)優(yōu)化、生產(chǎn)過程控制、數(shù)字孿生實(shí)訓(xùn)等。注：涉及物理層部分的技術(shù)內(nèi)容不在本文件中進(jìn)行規(guī)定；應(yīng)用層僅列出數(shù)字孿生相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)場景，不對具體技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行規(guī)定。注：虛框部分相關(guān)的技術(shù)要求不在本文件規(guī)定的范圍內(nèi)。1高爐本體數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)虛實(shí)映射2。2高爐本體數(shù)字孿生虛實(shí)映射邏輯架構(gòu)高爐本體數(shù)字孿生系統(tǒng)的虛實(shí)映射應(yīng)包括但不限于以下功能：數(shù)字虛體應(yīng)針對數(shù)字虛體與物理空間存在的差異進(jìn)行重構(gòu)或者更新；數(shù)字虛體可依據(jù)實(shí)際情況將模擬分析結(jié)果下發(fā)至高爐實(shí)體控制器，優(yōu)化高爐實(shí)體生產(chǎn)狀態(tài)。數(shù)據(jù)層要求數(shù)據(jù)采集通用要求數(shù)據(jù)采集通用要求應(yīng)符合GB/T38637.2—2020中5.1的規(guī)定。數(shù)據(jù)源要求原燃料質(zhì)量數(shù)據(jù)原燃料類型包括但不限于燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦、熔劑、焦炭、噴吹物等；質(zhì)量數(shù)據(jù)類型包括但不限于化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)（需包含有害元素）、粒度數(shù)據(jù)、物理性能數(shù)據(jù)、冷熱態(tài)強(qiáng)度數(shù)據(jù)、原料類的軟熔性能數(shù)據(jù)、燃料類的灰分全分析數(shù)據(jù)；8小時(shí)/7天/1天/次。產(chǎn)品、副產(chǎn)品數(shù)據(jù)1天/次。生產(chǎn)過程信號及狀態(tài)數(shù)據(jù)爐前出鐵數(shù)據(jù)爐前出鐵數(shù)據(jù)應(yīng)包括但不限于鐵口號、鐵次號、出鐵開始時(shí)間、出鐵結(jié)束時(shí)間、見渣時(shí)間。該類數(shù)據(jù)應(yīng)按照鐵次采集。風(fēng)口更換記錄數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和抽取數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和抽取應(yīng)符合GB/T38637.2—2020中6.1.1和6.1.2的規(guī)定。數(shù)據(jù)清洗數(shù)據(jù)的清洗應(yīng)符合GB/T38637.2—2020中6.1.3的規(guī)定。清洗的數(shù)據(jù)應(yīng)包括但不限于以下內(nèi)容：高爐換爐時(shí)期的風(fēng)量、風(fēng)壓數(shù)據(jù)；CO、CO2、H2、N2成分?jǐn)?shù)據(jù)；爐身靜壓測量裝置反吹期間的爐身靜壓數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)邏輯關(guān)聯(lián)在建立高爐本體數(shù)字孿生體統(tǒng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)高爐煉鐵工藝業(yè)務(wù)流程對不同節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性匹配，包括但不限于以下內(nèi)容：應(yīng)考慮風(fēng)溫、風(fēng)量、噴吹物、富氧、焦比等與爐溫的匹配。數(shù)據(jù)存儲存儲空間物理存儲空間應(yīng)滿足高爐一代爐役以上的數(shù)據(jù)量存儲。存儲工具包括但不限于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫、時(shí)序數(shù)據(jù)庫。存儲備份應(yīng)符合GB/T38637.2—2020中6.2.5的規(guī)定。模型層要求工業(yè)模型設(shè)備模型本體結(jié)構(gòu)設(shè)備：高爐爐殼、冷卻壁、填料、磚襯、爐缸炭磚、爐缸陶瓷杯墊；送風(fēng)裝置設(shè)備：風(fēng)口小套、中套、大套、直吹管；爐頂裝料設(shè)備：探尺、溜槽、上料罐、下料罐、上下閥體、爐頂齒輪箱；噴吹裝置設(shè)備：噴吹槍。知識模型基于專家知識庫的診斷模型該模型應(yīng)滿足以下功能要求：爐狀態(tài)變化、高爐壓損變化、下部活躍性、漏水診斷、懸料、塌料診斷功能應(yīng)滿足T/CISA201—20229.2.2的規(guī)定；爐熱趨勢判斷：應(yīng)根據(jù)近期料速、風(fēng)量、透氣性、煤氣利用率、頂溫、當(dāng)前高爐物理熱水平，對高爐未來熱狀態(tài)趨勢進(jìn)行判斷，并按照上述參數(shù)波動程度給出爐熱發(fā)展趨勢級別；診斷過程追溯：應(yīng)能對異常診斷結(jié)果的診斷過程進(jìn)行逐級追溯原因；知識庫自學(xué)習(xí)：診斷知識庫應(yīng)能根據(jù)高爐爐役演變過程自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)升級。高爐順行體檢模型該模型應(yīng)滿足以下功能要求：可每天對高爐順行狀態(tài)進(jìn)行總體評價(jià)，并自動生成高爐順行體檢報(bào)告，對異常項(xiàng)目進(jìn)行標(biāo)記；指標(biāo)范圍及評價(jià)規(guī)則應(yīng)滿足現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)。機(jī)理模型高爐爐頂在線布料仿真模型a）自動模擬計(jì)算每一批爐料布料過程中的料流落點(diǎn)及布料后料面形狀；b）計(jì)算每一批爐料沿高爐半徑方向的礦焦比分布及顯示礦焦比分布曲線；c）根據(jù)高爐布料矩陣自動計(jì)算高爐內(nèi)的邊緣負(fù)荷、中心負(fù)荷、礦石環(huán)帶寬度等參數(shù)。高爐塊狀帶仿真模型根據(jù)高爐各部位壓縮率、爐料堆比、重量，模擬爐料在爐內(nèi)各部位平均厚度；模擬預(yù)測當(dāng)前冶煉條件下，爐料到達(dá)風(fēng)口的時(shí)間；自動計(jì)算高爐冶煉周期，實(shí)時(shí)判斷每批料在塊狀帶的位置變化；自動或手動標(biāo)記異常爐料，自動跟蹤爐料在爐內(nèi)冶煉進(jìn)程。高爐操作爐型及掛渣厚度仿真模型模擬計(jì)算不同橫截面、縱切面的渣皮厚度，繪制操作爐型及渣皮形狀；模擬計(jì)算每塊冷卻壁的磚襯厚度和渣皮厚度；統(tǒng)計(jì)爐墻渣皮脫落頻率、裸露時(shí)間；對不同段位和不同方位的區(qū)域內(nèi)渣皮脫落次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和預(yù)警。高爐爐缸爐底炭磚侵蝕殘厚仿真模型模擬計(jì)算爐底爐缸等溫線、溫度場、殘襯厚度、渣鐵殼厚度；按照縱剖面、橫剖面兩種方式繪制爐底爐缸侵蝕內(nèi)型和渣鐵殼形狀、溫度場；在高爐采取護(hù)爐措施時(shí)，自動計(jì)算并顯示爐底爐缸渣鐵殼的生成位置、厚度、形狀；應(yīng)具有爐底氣隙、環(huán)裂等爐缸異常診斷知識庫。高爐出鐵平衡模型高爐出鐵平衡模型是根據(jù)理論計(jì)算的實(shí)時(shí)產(chǎn)鐵量以及現(xiàn)場軌道衡/車載秤的實(shí)時(shí)出鐵、出渣數(shù)據(jù)進(jìn)行盈虧鐵量計(jì)算。應(yīng)能實(shí)時(shí)模擬高爐內(nèi)部的渣鐵液面高度，對出鐵時(shí)機(jī)進(jìn)行自動預(yù)判。送風(fēng)制度模型根據(jù)送風(fēng)參數(shù)、風(fēng)口長度、風(fēng)口直徑自動計(jì)算每個(gè)風(fēng)口的鼓風(fēng)動能及回旋區(qū)長度；高爐爐渣粘度模型自動計(jì)算爐渣對應(yīng)的爐渣粘度；自動計(jì)算爐渣在低溫區(qū)域的液相占比；自動計(jì)算爐渣的粘度與溫度關(guān)系曲線。有害元素模型有害元素模型以元素平衡為機(jī)理，對爐內(nèi)有害元素帶入、支出、蓄積狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算、監(jiān)控和跟蹤。該模型應(yīng)滿足以下功能要求：自動統(tǒng)計(jì)分析高爐內(nèi)部有害元素的負(fù)荷、收入、支出、蓄積情況；對高爐內(nèi)部有害元素過量蓄積的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判預(yù)報(bào)。高爐熱平衡模型自動計(jì)算高爐能量利用水平及熱效率；自動計(jì)算當(dāng)前高爐狀態(tài)下的爐熱狀態(tài)及熱指數(shù)。高爐物料平衡模型根據(jù)槽下排料信號，自動統(tǒng)計(jì)每批料的重量、料種、批次信息；自動計(jì)算每批料的批鐵、焦比、煤比、堿度等指標(biāo)；按照小時(shí)、天、月不同頻率統(tǒng)計(jì)高爐的物料消耗與支出。高爐配料控制模型根據(jù)料種信息、設(shè)定的目標(biāo)[Si]含量和堿度（R2/R3/R4），自動計(jì)算滿足設(shè)定條件的噸鐵爐料配比；自動繪制不同配比爐渣成分對應(yīng)的爐渣粘度-溫度曲線；按照配料方案自動對槽下料倉排料方案進(jìn)行分配與執(zhí)行。堿度調(diào)整控制模型實(shí)時(shí)監(jiān)控原燃料成分波動。若原燃料成分出現(xiàn)波動，自動進(jìn)行堿度校核計(jì)算；實(shí)時(shí)監(jiān)控爐渣和鐵水成分。若有新的爐渣和鐵水成分時(shí)，自動進(jìn)行堿度校核計(jì)算；根據(jù)現(xiàn)場操作要求，定期對堿度進(jìn)行自動校核；高爐噴吹燃料控制模型根據(jù)歷史數(shù)據(jù)自動計(jì)算當(dāng)前高爐狀態(tài)下合理的操作燃料比；計(jì)算當(dāng)前高爐料速與風(fēng)量的匹配關(guān)系，進(jìn)行塌料預(yù)測；將計(jì)算的噴吹燃料量自動下發(fā)到控制系統(tǒng)執(zhí)行。能源分析模型自動分析重點(diǎn)能耗節(jié)點(diǎn)，并對節(jié)能降耗方向提供建議。數(shù)據(jù)科學(xué)模型多維變量工況預(yù)警模型對異常工況數(shù)據(jù)進(jìn)行自動預(yù)警；對引起異常工況的數(shù)據(jù)進(jìn)行追溯分析。鐵水溫度預(yù)測模型在線實(shí)時(shí)計(jì)算并預(yù)測鐵水溫度。模型驗(yàn)證概述高爐爐頂在線布料仿真模型3D高爐塊狀帶仿真模型模型計(jì)算的結(jié)果指標(biāo)冶煉周期應(yīng)與現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗(yàn)判斷一致。高爐爐缸爐底炭磚侵蝕殘厚仿真模型410%。高爐噴吹燃料控制模型模型建議噴吹燃料量應(yīng)比實(shí)際操作噴吹燃料量更合理，可按照以下方式進(jìn)行評價(jià)：以班組為統(tǒng)計(jì)單位，計(jì)算這兩種噴吹燃料量分別對應(yīng)的鐵水[Si]均值；模型噴吹燃料量對應(yīng)的鐵水[Si]，應(yīng)按照燃料比與鐵水[Si]的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系進(jìn)行折算；模型建議噴吹燃料量對應(yīng)的鐵水[Si]應(yīng)更符合現(xiàn)場鐵水目標(biāo)[Si]設(shè)定范圍。多維變量工況預(yù)警模型模型預(yù)警結(jié)果與高爐操作人員經(jīng)驗(yàn)判斷結(jié)果的一致率應(yīng)大于85%。鐵水溫度預(yù)測模型模型預(yù)測結(jié)果與鐵水溫度實(shí)測值的差值小于15℃的比例應(yīng)大于80%。高爐診斷推理機(jī)模型85%。模型融合高爐塊狀帶仿真模型的料層分布應(yīng)與高爐爐頂在線布料模型中的料層分布一致；高爐塊狀帶仿真模型的爐料下移過程應(yīng)考慮高爐操作爐型及掛渣厚度仿真模型的