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      《中國質量報》數字化質量管理創新與實踐典型案例丨海螺水泥自主研發智能質控系統 踐行綠色低碳生產理念

      時間:2023年10月20日 文章來源: 編輯人:曹旻暉

        一、簡介

        安徽海螺集團有限責任公司(以下簡稱“海螺集團”)組建于1996年11月7日,是我國最大的建材企業集團之一,在全國和世界范圍內擁有600多家子公司,資產總額突破3000億元,員工總數6萬余人,控股經營安徽海螺水泥股份有限公司、海螺(安徽)節能環保新材料股份有限公司和安徽海螺環保集團有限公司3家上市公司,產業涉及水泥制造、綠色建材、新能源和新材料、節能環保、國際貿易等多個領域。2022年,海螺集團以397億美元的營業收入名列世界500強企業第353位、中國500強企業第104位。

        海螺集團深入踐行新發展理念,堅持綠色、智能化、國際化發展,把創新驅動作為發展的強力支撐,以質量優先為原則,打破國外技術封鎖和壟斷。該集團自主開發的水泥工廠智能質量控制系統及成套裝備,技術達國際先進水平,實現水泥取樣、破碎、縮分、定量、檢測全流程自動化;建立智能化配料算法模型,實現自動配料,提高產品質量,加大資源綜合利用率,石灰石礦山開采達到“零排廢”。水泥工廠智能質量控制系統已在安徽宣城海螺水泥有限公司建成投運,現正向海螺集團下屬100多家水泥子公司進行推廣。

        二、案例背景

        近年來,水泥行業全面向數字化和綠色發展轉型,持續推進水泥智能工廠建設,轉變生產管理模式,實現綠色低碳、提升質量和減員增效并行發展。高效率、高精度、全自動化的智能質量控制系統成為當下國內水泥企業生產的核心訴求,在這樣的市場需求下,國內水泥企業也開始引進和應用智能質量控制系統,以提升質量管理水平。

        國外品牌的智能質量控制系統陸續進入國內市場,設備價格昂貴、交付周期長、維護成本高、服務跟不上、用戶定制化需求無法滿足等問題逐漸暴露,導致其無法在國內快速推廣。

        海螺水泥智能質量控制系統研制開發工作以安徽宣城海螺水泥有限公司作為試點,研發多項具有創造性和先進性的技術成果,于2020年9月正式啟動;2021年4月開始現場安裝,9月完成安裝調試進入試運行階段,11月份完成性能驗收。該系統可以替代國外同類產品,為水泥生產企業提供自主可控、量身定制的質量控制解決方案,提升水泥產品質量,榮獲2022年建材行業科技進步二等獎。

        三、主要做法

        水泥是國民經濟基礎原材料,水泥產品質量直接影響建設工程質量,影響國計民生。水泥產品質量取決于生產過程質量控制,水泥生產取樣分析過程管理是質量控制的主要手段。中國水泥生產取樣、制樣環節工業自動化程度低,依靠人工處理,取樣代表性低,分析精度性低,質量管理效率低,同時,生產企業對質量控制重視程度不夠,生產管理粗放,導致水泥產品質量參差不齊,競爭力不強。

        隨著科技不斷進步,自動化、數字化、智能化技術應用普及,智能質量控制系統在國外水泥行業已廣泛應用,實現水泥生產取樣、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,有效提升和穩定水泥產品質量,提高企業的生產質量管理水平。

       ?。ㄒ唬┲饕夹g關鍵及創新點

        海螺水泥智能質量控制項目研發出具有自主知識產權的國產化水泥智能質量控制系統,實現現場自動取樣、自動送樣,實驗室自動制樣、自動分析,通過智能化調度來控制系統設備運行,優化樣品輸送路徑和樣品分析優先級。分析數據上傳到配料控制系統后,通過優化算法自動配料,實現生產質量控制的自動化、無人化。此外,該項目研發出一種高效固體粘接劑,實現水泥生產“采、送、制、化、配”等關鍵質量管控環節全流程智能化。

        項目經權威專家鑒定,研究成果總體達到國際先進水平,主要技術關鍵及創新如下:

        一是開發石灰石、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位置及對應料層斷面原燃材料質量分布,使堆場物料透明化、數據化,指導生產作業。

        二是開發自動取樣系統、樣品輸送系統、中央實驗室分析系統,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,最終實現傳統取樣、制樣、分析全流程自動化、無人化。

        三是開發煤粉自動取樣系統、遠距離煤粉樣品輸送接收系統,在保證煤粉取樣環境安全的前提下,自動取樣、自動縮分、自動輸送,實現煤粉取樣送樣環節的無人化,減少勞動強度,降低安全風險。此舉有效提升取樣代表性和送樣時效性,提高煤粉檢測準確性,便于科學高效管理入場煤品質。

        四是開發調度控制系統和配料控制系統,實現系統設備取樣、傳輸、制樣等系統所有設備協調調度和指揮。同時,將理論配料計算原理進行編程,在系統中建立配方知識庫,通過大數據分析,實現自動配料。

        五是開發質量管理信息系統,設定各工序質量控制目標值,通過各取樣點檢測數據,驗證控制目標的實現,對質量控制中出現偏差的控制點反饋至窯磨專家操作系統進行工藝調整糾偏,實現生產工藝與質量控制數據共享與閉環管理;統計分析出窯熟料、出磨水泥質量檢測數據與出廠產品對應關系,計算控制偏差值,指導配料目標值的設計調整,使水泥生產質量控制實現閉環。

       ?。ǘ╉椖恐饕晒c效益

        項目申請專利53項、軟著12項,發表論文5篇,成果計劃在海螺集團下屬100多家水泥子公司進行推廣,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)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條水泥生產線推廣應用。該項目打破了國外技術壁壘和產品壟斷,實現國產化替代,促進水泥行業高質量發展。

        該項目實現了自動取樣分析和自動配料,通過相關崗位合崗并責,可實現減員30%以上;提高取樣代表性、樣品分析時效性和準確度,使產品質量穩定提升,其中出窯熟料KH合格率達到100%;系統投運后,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100%;質量控制環節實現自動化、無人化,與水泥智能工廠其他子系統有機結合,實現數據互聯互通互享,簡化生產管理難度;同等規模配置智能質量控制系統比國外同類產品采購價格降低30%,供貨和交付周期節省3個月,備品備件現貨供應,并且可提供定制化設備和軟件設計方案,提供更全面的系統功能和更優質的運維服務。

        四、經驗啟示

        海螺集團自主研發的智能質量控制系統,掌握了該領域關鍵核心技術,實現核心裝備、軟件和算法國產化替代,使該系統應用自主可控,提高了國產化水泥智能質量控制系統的推廣應用速度。依托水泥智能質量控制系統的相關技術及研發成果,海螺集團孵化成立上海智質科技有限公司,主要負責對外開展自主研發的水泥智能質量控制業務的推廣服務等工作。

        該項目的成功研發,打破了國外技術壁壘,提升了國內企業高水平科技自主研發能力,有助于降低采購和使用成本。推進該系統在國內企業普及應用,將大大提升企業質量過程控制的精細化、智能化水平,提高企業質量管理的效率和效益,有助于穩定和提高產品質量,提高原材料的利用率,實現礦山資源可持續發展,減少能源材料消耗率,達到節能減排的要求,進一步助力國家智能制造發展戰略,為國家高水平科技自立自強作出貢獻。(本報記者 王雅雯 整理)



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