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

ICS77—010CCSH07

CISA團 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、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。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)、實踐、探索所獲取的認(rèn)知、判斷或技能而建立的模型。3.5機理模型mechanismmodel根據(jù)對象、生產(chǎn)過程的內(nèi)部機制或者物質(zhì)流的傳遞機理建立的精確數(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)虛實映射2。2高爐本體數(shù)字孿生虛實映射邏輯架構(gòu)高爐本體數(shù)字孿生系統(tǒng)的虛實映射應(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)實際情況將模擬分析結(jié)果下發(fā)至高爐實體控制器，優(yōu)化高爐實體生產(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/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、出鐵開始時間、出鐵結(jié)束時間、見渣時間。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，應(yīng)根據(jù)高爐煉鐵工藝業(yè)務(wù)流程對不同節(jié)點數(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，并自動生成高爐順行體檢報告，對異常項目進(jìn)行標(biāo)記；指標(biāo)范圍及評價規(guī)則應(yīng)滿足現(xiàn)場實際生產(chǎn)。機理模型高爐爐頂在線布料仿真模型a）自動模擬計算每一批爐料布料過程中的料流落點及布料后料面形狀；b）計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)口的時間；自動計算高爐冶煉周期，實時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；模擬計算每塊冷卻壁的磚襯厚度和渣皮厚度；統(tǒng)計爐墻渣皮脫落頻率、裸露時間；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)計和預(yù)警。高爐爐缸爐底炭磚侵蝕殘厚仿真模型模擬計算爐底爐缸等溫線、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，自動計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)理論計算的實時產(chǎn)鐵量以及現(xiàn)場軌道衡/車載秤的實時出鐵、出渣數(shù)據(jù)進(jìn)行盈虧鐵量計算。應(yīng)能實時模擬高爐內(nèi)部的渣鐵液面高度，對出鐵時機進(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)口直徑自動計算每個風(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算爐渣對應(yīng)的爐渣粘度；自動計算爐渣在低溫區(qū)域的液相占比；自動計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理，對爐內(nèi)有害元素帶入、支出、蓄積狀態(tài)進(jìn)行計算、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。高爐熱平衡模型自動計算高爐能量利用水平及熱效率；自動計算當(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)計每批料的重量、料種、批次信息；自動計算每批料的批鐵、焦比、煤比、堿度等指標(biāo)；按照小時、天、月不同頻率統(tǒng)計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)整控制模型實時監(jiān)控原燃料成分波動。若原燃料成分出現(xiàn)波動，自動進(jìn)行堿度校核計算；實時監(jiān)控爐渣和鐵水成分。若有新的爐渣和鐵水成分時，自動進(jìn)行堿度校核計算；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)自動計算當(dāng)前高爐狀態(tài)下合理的操作燃料比；計算當(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能耗節(jié)點，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)測模型在線實時計算并預(yù)測鐵水溫度。模型驗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)比實際操作噴吹燃料量更合理，可按照以下方式進(jìn)行評價：以班組為統(tǒng)計單位，計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)果與鐵水溫度實測值的差值小于15℃的比例應(yīng)大于80%。高爐診斷推理機模型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