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研究背景
转炉炼钢作为钢铁生产的关键环节，在生产流程中承上启下，但其传统操作模式长期依赖人工经验，导致操作标准化不足、班组差异显著，钢水质量稳定性难以保障。当前主流的基于副枪的“一键式”炼钢模型基于静态热力学理论，需原材料高度稳定，难以应对实际生产中的动态变化，且易因炉料成分波动引发返干、喷溅等突发状况。随着信息技术的发展，基于烟气分析、音频检测、火焰监测等多维传感技术支持的全流程智能化炼钢技术成为突破瓶颈的关键，对实现转炉精准控制、提升效率具有重要战略价值。
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关键技术
2.1转炉全流程智能体协同控制技术
针对转炉吹炼、造渣、合金化等核心环节，系统将转炉吹炼、复吹监测、造渣加料等核心环节抽象为具备自主决策能力的智能体单元，集成10大核心智能体与5大辅助模块，实现全流程智能化覆盖。
核心智能体包括吹炼智能控制体、造渣原料智能体、合金化方案智能体、复吹运维智能体、渣况动态分析体、底吹氩智能体、溅渣护炉智能体、出钢倾动智能体、参数防错智能体、大数据枪位智能体。辅助数据支持模块包括过程关键操作数据记录模块、重要过程冶炼数据查询模块、过程操作质量评价分析模块、冶炼成本炉结炉清在线监控模块、转炉综合信息一览模块等。
通过智能体间的数据交互与协同控制，贯通转炉炼钢主流程，形成“感知-决策-执行-反馈”的动态控制闭环，实现全流程标准化、智能化控制。
2.2多模态数据感知与融合技术
系统融合烟气分析、音频化渣、火焰监测等多模态数据采集模块，从“嗅觉”“听觉”“视觉”多维度全面感知炉内冶炼状况。
烟气分析技术：在线系统实时采集烟道烟气中氢、一氧化碳、氮气等气体体积分数，通过分析气体成分变化，判断炉内碳氧反应进程、脱碳速度，捕捉“起渣点”“溢渣敏感期”等信号。
音频检测技术：转炉音频化渣系统对转炉吹炼过程的噪声信号进行收集、检测、处理、剥离，得出噪声的强度参数，从而实时监控吹炼期间炉渣的变化情况。通常，噪声的强弱直接反映炉内碳氧反应的剧烈程度，对应化渣情况，声音较大时代表炉内炉渣有“返干”迹象，声音较小时代表炉渣有“泡沫化”迹象。
火焰监测技术：用高清摄像头采集炉口火焰图像，经色彩空间转换、边缘检测等处理，分析火焰颜色、亮度与冶炼参数的关系，判断熔池脱碳速率。系统通过先进数据融合算法整合多维度数据，利用互补性提升渣况数据准确性与可靠性，为控制决策提供全面支持。
2.3数据驱动的智能决策与优化技术
系统将转炉工艺知识体系与数据驱动的智能体决策模型深度融合，运用先进的机器学习算法对多维度数据进行分析和建模，通过对历史数据的学习和训练，建立渣况分析模型等，实时分析冶炼过程渣况变化趋势，为冶炼过程控制提供优化决策。
例如，合金化智能体通过智能算法优选增碳、脱氧、合金化匹配方案，基于钢水成分、目标钢种规格及成本模型，对备选合金化方案进行多维度评估，通过粒子群优化算法等智能算法自动筛选最优方案，实现合金化成本最小化；大数据枪位分析智能体和数据清洗智能体基于历史数据挖掘最优枪位控制策略，整合前N炉相似外部条件炉次过程枪位、流量数据，通过机器学习模型实时生成当前炉次的枪位优化建议，提升冶炼效率。
同时，系统引入智能体理论，强化了系统的自主性与环境适应性，使系统能根据不同的冶炼条件和需求，自主调整决策和操作，实现转炉炼钢过程的动态优化。
2.4转炉数字孪生和数字人应用技术
转炉数字孪生系统通过工业动画编程技术构建转炉物理实体的数字化镜像，深度融合全流程模块数据，将氧枪枪位、吹炼流量、渣况参数等实时数据同步至虚拟模型，以动态动画形式直观呈现炉内反应进程，实现冶炼流程的实时仿真与智能优化。系统融入数字人交互功能，可基于实时数据提供操作指引和人机交互，操作工可直接与数字人进行问询对话。
该系统实现全流程透明化监控，通过多源数据接口集成烟气分析、音频化渣、火焰分析等100多项参数，高精度同步映射至虚拟场景，操作人员可实时查看枪位轨迹等信息，且支持通过数字人进行参数在线调整。基于历史数据训练的深度学习模型，可提前预测炉内温度、碳含量等关键指标趋势，异常时由数字人触发多模态预警。
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技术路线与实施方案
转炉全流程智慧炼钢系统采用分层架构设计，融入智能体协同逻辑，分为数据采集层、数据处理层、控制决策层和应用展示层（图1）。
数据采集层：作为智能体“感知接口”，通过高精度传感器实时捕获炉内多维度数据，传输至数据处理层，提供实时环境信息。
数据处理层：集成智能体“认知引擎”，清洗数据、提取特征并建模，通过机器学习构建渣况分析、终点预测等模型，为智能体提供决策依据。
控制决策层：作为智能体“执行中枢”，依据数据处理结果生成控制指令，各智能体自动调整氧枪枪位、合金投加量、钢包吹氩量等参数，驱动PLC执行机构动作。
应用展示层：搭建智能体“交互界面”，以可视化图表等展示智能体运行状态，支持操作人员监控决策过程并干预参数。
系统覆盖氧枪控制、原料投加等关键环节，通过智能体协同实现全流程闭环智能化控制，集成防错预警、成本监控等辅助功能。
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落实产业与实施效果
4.1工程化应用成效显著
该系统在转炉炼钢生产中得到有效应用，显著提升了转炉炼钢的质量、效率和经济性。工业应用数据表明，系统使吹炼终点命中率从85%至高提升至95%，喷溅发生率降低60%，吨钢制造成本下降10-20元，冶炼周期缩短1-2min/炉。
在具体应用中，系统实现了转炉吹炼过程的智能精确调控，通过对多源数据的实时采集和分析，准确判断炉内反应进程，及时调整吹炼参数，确保吹炼过程高效稳定进行；造渣辅原料的智能投加功能，根据炉内渣况和铁水条件，自动计算和控制辅原料的加入量和时机，提高了造渣效率和质量；增碳脱氧合金化方案的智能方案寻优和自动振料功能，优化了合金化流程、降低合金使用成本。
4.2过程标准化水平显著提升
团队依托大数据、人工智能与工业自动化技术，构建的转炉全流程智慧炼钢系统，融合多源异构数据采集、轻量化预测模型与智能控制平台，实现了转炉全流程的标准化操作。
系统基于多源感知技术与工业物联网，具备对复杂工况的实时感知与预测能力，集成数字孪生可视化界面及多目标优化模块，显著提升了系统运行的透明性与智能响应能力。通过设备智能升级，实现了多项操作的无人为干预自动化和智能化，如副枪自动连接、自动测试、全自动振料控制等，减少了人工干预，降低了人为误差，提高了生产的稳定性和一致性。
4.3推动转炉工序智能化转型
该系统的成功应用，为转炉炼钢智能化升级提供了新技术路径，也推动了钢铁行业整体智能化转型。其破解了传统转炉炼钢过度依赖人工经验的难题，实现生产精准化、高效化和绿色化，为钢铁企业提升核心竞争力提供有力支撑。通过提升转炉炼钢智能化水平，有效节约资源能源、减少环境污染，符合国家绿色低碳发展战略要求。同时，系统推广培养了大批大数据与炼钢工艺复合型人才，为钢铁行业可持续发展注入新活力。该技术体系将持续服务更多钢铁企业的转炉智能化改造，助力构建资源节约型、环境友好型的现代钢铁工业体系。
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结语
转炉全流程智能体协同智慧炼钢系统是破解传统生产痛点的核心路径。其整合工业大数据、冶金机理模型与智能算法，构建全流程动态分析优化体系，提升复杂工况下的预测精度与决策科学性。该系统持续创新，为钢铁行业突破能耗与排放瓶颈提供支撑，通过提效降耗、增强环境友好性，助力我国钢铁工业占据全球技术高地。随着“双碳”目标推进，系统将迭代升级，推动转炉炼钢向“自学习、自优化、自决策”全自治阶段演进，为现代化钢铁产业体系注入动力。
