“明月出天山，蒼茫云海間”，在我國萬里長城西端、古絲綢之路中段有一個城市因關得名、因企設市，它就是嘉峪關市。曾經這里大漠孤煙、黃沙漫漫，自古以來就是無數(shù)仁人志士仗劍天涯、建功立業(yè)的夢想之地。今天，這里又迎來一支由東北大學流程工業(yè)綜合自動化國家重點實驗室博士研究生王蘭豪、韓先堯、孫洪碩組成的科研團隊，他們以“自動控制”鍛造“科技利劍”，連續(xù)攻克復雜選礦生產線檢測與控制難題，在那曾經英雄輩出的邊塞古地拔劍高歌、揮灑青春，譜就人生精彩，續(xù)寫恢弘詩篇。

劍鋒所指　誓將東大前沿技術刻入選礦生產線

酒泉鋼鐵（集團）有限責任公司（以下簡稱酒鋼）位于甘肅省嘉峪關市，始建于1958年，是國家“一五”時期規(guī)劃建設的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，也是我國西北地區(qū)建設最早、規(guī)模最大、黑色與有色并舉的多元化現(xiàn)代企業(yè)集團。酒鋼鏡鐵山礦石屬于世界級復雜難選貧氧化鐵礦石，新選礦工藝流程對生產過程的關鍵參數(shù)檢測與自動控制難度相當大。
 

為了實現(xiàn)酒鋼粉礦的高效利用，建設酒鋼粉礦懸浮磁化焙燒示范工程，經過多方考量，公司最終選擇由東北大學流程工業(yè)綜合自動化國家重點實驗室負責研發(fā)該項目生產線的控制系統(tǒng)。2017年底，在中國工程院院士柴天佑教授的指導下，以王蘭豪為項目負責人的我校流程工業(yè)綜合自動化國家重點實驗室博士研究生團隊正式進駐酒鋼宏興鋼鐵股份有限公司選燒廠，開始了針對酒鋼粉礦懸浮磁化焙燒生產線控制系統(tǒng)的實踐探索。

從事選礦工作的人都清楚，礦漿濃度是磨礦分級、磁選和尾礦濃縮等環(huán)節(jié)的關鍵工藝參數(shù)，它直接影響到選礦工藝的各項技術經濟指標。然而，由于礦漿本身的沉降、分層、氣泡、流速等復雜多變的因素，實現(xiàn)精密檢測和實時濃度控制一直是選礦、選煤、氧化鋁等流程工業(yè)生產過程中一道不可逾越的技術鴻溝。

在生產車間，王蘭豪發(fā)現(xiàn)，懸浮焙燒作業(yè)區(qū)生產線的礦漿濃度仍是采用人工取樣化驗的方式，不僅人工勞動強度大、濃度數(shù)據(jù)的化驗周期長且數(shù)據(jù)存在大滯后，難以有效地指導選礦生產。“礦漿濃度的問題不解決，不僅影響直接選別的質量指標，而且會影響選礦廠的處理量，最終關乎選礦的平穩(wěn)生產。”為此，王蘭豪主動請纓，要對在線實時礦漿濃度檢測進行技術攻關。有的人不理解他的做法，好心地勸他，“這一設想是難以實現(xiàn)的，目前沒有很好的檢測手段，人工化驗就行了”。

但是王蘭豪堅持認為，“沒有實踐就沒有發(fā)言權！科學研究就是要耐得住寂寞，經得起失敗，只有這樣才能取得突破性成果。沒有實踐，不敢去做，就只能跟在別人的身后亦步亦趨，永遠無法領略到遠處最美的風景！”就這樣，在距離沈陽2600余公里的嘉峪關市，一群東大年輕人堅定信心、咬緊牙關，朝著攻克復雜選礦生產線檢測與控制這一業(yè)內公認的技術難題，開始了他們長達兩年、日夜不息的逐夢之旅！

淬火鍛劍　靠的是“不破樓蘭終不還”的頑強意志

檢測的目標是實現(xiàn)自動控制，為了大幅度降低一線操作人員的勞動強度，實現(xiàn)選礦生產線的全面自動控制，以王蘭豪為首的研究生團隊迎難而上，全力攻關磨礦分級過程的旋流器給礦濃度、給礦壓力與泵池液位的一體化控制難題。面對磨礦分級過程中的工況易變、多變量強耦合、強非線性、大滯后、難以建立有效的數(shù)學模型，無法采用常規(guī)的控制策略進行控制等現(xiàn)實問題，團隊成員不斷進行磨礦分級生產過程分析，并通過跟班生產掌握生產實際情況，最后利用過程數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)、人工操作數(shù)據(jù)等工業(yè)大數(shù)據(jù)信息分析，建立工況自主分析模型，研發(fā)出了基于數(shù)據(jù)驅動高性能自適應智能切換控制策略，解決了磨礦分級的多工況控制難題，從而保證磨礦分級效果，同時也使該廠的磨礦分級過程首次實現(xiàn)一體化控制。

回憶起這段經歷，王蘭豪只用了一個“苦”字來形容。記不得有多少個大雪天，頂著零下17度的低溫，他騎著電動車，大晚上趕到實驗現(xiàn)場去標定濃度計，跟班生產。為了節(jié)省時間，王蘭豪和團隊成員們干脆買了折疊床或者躺在中控室的凳子上，每間隔2小時就要采樣四五次。就這樣連續(xù)通宵達旦、夜以繼日的工作，成了他們那段時間的生活常態(tài)。
 

任何科研攻關都不可能一蹴而就，尤其是對礦漿濃度進行有效檢測這樣的難題沒有現(xiàn)成的經驗可以學習，沒有前人的思路可做借鑒，一切都得靠自己去琢磨、去探索。有時候遇到困難，他們也曾想過放棄，結伴來到古老的嘉峪關下，望著夕陽下雄關漫道，慨嘆是否真的難以逾越，真的要鎩羽而歸。

關鍵時刻，柴天佑院士給了他們指引和信心，鼓勵并告誡他們，“只有嘗試，才能往前走一步，即使失敗也算是一種成功！”研發(fā)過程中尤其是在現(xiàn)場做實驗的時候，柴天佑院士關注每個細節(jié)，遠程對他們進行指導，有時候一句話就讓他們茅塞頓開，一道難題瞬間迎刃而解。就這樣，日復一日、周而復始，研究生團隊的三位成員秉承著“自強不息、知行合一”的東大精神，求是創(chuàng)新、奮力攻關，針對實際的礦漿濃度動態(tài)過程進行了細致的工藝特性分析，運用機理模型與數(shù)據(jù)驅動相結合的自適應動態(tài)補償算法，設計了高精度的礦漿濃度智能檢測系統(tǒng)—“SAPI-CM02”。

與其他廠家的濃度計對比，智能型濃度計的檢測結果從原有的誤差5%-10%提高到2%以內，完全滿足生產工藝要求。2020年10月，課題組最終將自主研發(fā)的1套智能濃度檢測系統(tǒng)成功應用于該作業(yè)區(qū)的一磁給礦、旋流器給礦和精礦輸送環(huán)節(jié)，全面指導選礦生產。

利劍出鞘　為智能選礦提供最優(yōu)解決方案

一個良好的解決方案，現(xiàn)場的應用反饋才是最有力的評判標準。按照研究生團隊的設想，他們研發(fā)出的具有自主知識產權的自適應動態(tài)補償?shù)臐舛葯z測技術和基于數(shù)據(jù)驅動高性能自適應智能切換控制策略，能夠最終實現(xiàn)從礦漿濃度檢測到選礦生產線的全面智能控制，大幅度降低現(xiàn)場一線操作人員的勞動強度，極大地提高懸浮焙燒作業(yè)區(qū)的自動化水平。
 

最終的工程實踐證明了他們設想的正確性，懸浮焙燒作業(yè)區(qū)的生產線全面實現(xiàn)自動化，贏得了現(xiàn)場人員及領導們的一致好評，更是得到了作業(yè)區(qū)四個班組一線生產人員的聯(lián)名感謝！因為他們再也不需要靠手去擰閥門，靠經驗來判斷閥門開度；中控室操作人員也不用寸步不離的守在計算機旁，眼睛熬痛了也不敢眨一下，勞動強度得到了極大的緩解。一位在選燒廠工作多年的技術人員，拍著王蘭豪的肩膀由衷的贊嘆，“這才叫真正實現(xiàn)了選礦自動控制呀！”

酒鋼公司及周邊難選鐵礦石儲量達十幾億噸，這些鐵礦石礦物組成復雜、鐵礦物顆粒純度低，礦物粒度嵌布微細且不均勻，屬極為難選鐵礦石。研究生團隊攻克復雜選礦生產線檢測與控制難題，讓選礦變得更加“智能”和“簡單”，無形之中創(chuàng)造了更大的經濟效益。同時，通過這兩年的技術攻關，研究生團隊在磨礦分級系統(tǒng)的一體化智能自適應控制技術、一磁給礦系統(tǒng)的一體化智能自適應控制系統(tǒng)等方面也取得了技術新突破。礦漿濃度智能檢測技術也成功地在撫順罕王礦業(yè)選礦廠、大同煤業(yè)馬道頭選煤廠等進行了生產應用。
 

2020年11月11日，課題組對酒鋼選燒廠的懸浮磁化焙燒項目進行了最后階段的檢測與控制難題攻關，并于11月15日最終實現(xiàn)了懸浮爐進料、一磁給礦、磨礦分級、磁選水路、尾礦輸送、精礦輸送等環(huán)節(jié)的全生產線智能控制，取得了國內首創(chuàng)，“零”的突破，為實現(xiàn)新時代中國鋼鐵工業(yè)高質量發(fā)展打磨了一柄富有高科技含量的“新利劍”！

“雄關漫道真如鐵，而今邁步從頭越”，在離開嘉峪關的時候，王蘭豪和他的團隊成員們又有了新的目標，他們將在柴天佑院士的指導下，繼續(xù)深入研究選礦智能化最新設計路徑。和所有東大人一起，為中國早日形成現(xiàn)代化產業(yè)體系，成為世界領先的工業(yè)強國貢獻自己的智慧與力量！