镍生产商实施罗克韦尔的控制解决方案，通过窑炉提高矿石煅烧质量

镍的特性是能够耐受高温腐蚀，并且作为合金元素非常有用。镍在从航空航天、化工到电气和汽车等众多工业领域中都扮演着关键角色。

镍业公司 (SLN) 是 Eramet 集团的成员，是世界上最大的镍铁生产商。这家拥有 140 年历史的公司还生产锰、锂和钛，这些都是制造电池、油漆颜料和风力涡轮机等产品的关键原料。

矿石加工是一项复杂的活动，需要稳定控制回转炉的温度曲线，并在不同的操作范围内实现操作自动化。引入回转窑的进料矿石在穿过炉体的过程中会经历煅烧过程。如果煅烧产品的温度不够高，产品质量就会受到影响。

热量在炉体中分布，空气被供应以进行燃烧。如果供应的空气过多，则需要燃烧更多的燃料来维持相同的产品温度，从而降低能效。必须将过量的氧气减少到安全水平，以降低运营成本和温室气体排放。

传统系统滞后
SLN 使用的是专家系统，即现有的模糊逻辑控制器，旨在实现熔炉操作的自动化。然而，该公司在使用传统系统时面临诸多挑战，尤其是矿石含量和热值的变化会导致温度骤升和频繁的电气跳闸。跳闸是由产品温度过高引起的，这会影响产品质量和设备的完整性。

“模糊逻辑无法快速减少燃料消耗以防止跳闸发生，在手动操作时，操作员也无法快速做出反应。”负责交付 SLN 项目的罗克韦尔自动化高级过程控制工程师 Leslie Hii 解释道。

“考虑到需要管理的变量数量，维持所需的熔炉温度可能会很复杂且具有挑战性。燃料类型可以是石油、煤炭或两者的混合物，每种燃料都有其独特的热特性。此外，进料速率会影响熔炉温度，需要仔细管理。”Hii 说道。

添加智能层
专家系统只能在炉子正常运行时开启，如果出现任何不稳定情况，操作员会将其关闭并进行控制。专家系统在用户友好性和易维护性方面的评级也很低，这两个因素都会导致系统正常运行时间较短。

为纠正这种情况，SLN 升级到了罗克韦尔自动化的  FactoryTalk® Analytics™ Pavilion8®。该模型预测控制 (MPC) 解决方案提供了一个位于自动化系统之上的智能层，并持续评估当前和预测的运营数据。然后将这些数据与预期结果进行比较，并推动新的控制目标，以减少过程可变性、提高性能和提升效率——所有这些都是自主且实时完成的。

“使用 MPC 解决方案是罗克韦尔自动化如何利用人工智能通过利用可用数据来推动更好运营结果的理想示例。在这个项目中，我们还使用了机器学习、过程知识和数据来开发适合 SLN 运营的窑炉模型。”Hii 说。

增强型解决方案的初始阶段在短短 13 个月内就成功完成了，而实施专家系统则花费了数年时间。它已经在 SLN 设施的五个回转窑中实施。操作员现在可以选择在混合模式操作期间尽可能减少高价值燃料油的使用，同时尽可能多地使用低价值的粉煤灰。

投资回报丰厚
“MPC 应用程序可以处理矿石进料和热值的显著变化，并防止发生跳闸，使炉子能够以更高的速度继续运行，”SLN 过程控制经理 Mickael Montarello 说。“煅烧产品的温度误差减少了 6%，炉温曲线的变化减少了 16.1%。”

SLN 正在收获这项投资的好处。“罗克韦尔的 MPC 平均正常运行时间为 83%，而早期的专家系统为 70%。”Montarello 说。“新解决方案使炉子能够更长时间地运行。

“用户欣赏该工具的用户友好性和灵活性。如果过程的某个环节出现问题，操作员可以轻松干预相关环节，同时允许 MPC 继续控制其他操纵变量。

“多亏了这个工具，出现了新的优化控制和管理的机会，而旧的模糊逻辑控制器无法做到这一点。我们的目标是在 2024 年实现 90% 的利用率。”Montarello 总结道。