新一代钢厂精准设计理论研究

新一代钢厂指的是具有钢铁制造、能源转换、废弃物消纳功能的专业化钢厂。精准设计理论是指导新一代钢厂建设的现代设计理论,其理论基础是冶金流程工程学,核心思想是实现钢铁制造流程的动态-有序-连续-紧凑。介绍了新一代钢铁制造流程的特点,阐述了精准设计应遵循的原则及步骤,剖析了精准设计的特点,提出钢铁设计研究专家系统和流程仿真平台是精准设计的配套技术,其研究结果对钢厂设计具有理论指导意义。     

冶金流程工程学的典型应用

 钢铁是经济社会发展不可或缺的重要基础材料,钢铁产业是国民经济的重要基础产业。分析研究了钢铁制造流程的物理本质和主要特征,以冶金流程工程学的观点阐述了现代钢铁制造流程功能拓展的重大意义。阐述了钢铁冶金工程知识体系及其发展演化进程,论述了基础科学、技术科学和工程科学知识体系的形成与发展历程,指出冶金流程工程学是宏观冶金学,是面向钢铁冶金全流程和产业层次的工程科学。研究分析了在冶金流程工程学指导下现代钢铁冶金工程设计体系和方法的创新,阐释了概念设计、顶层设计和动态精准设计的理念、内涵和方法;介绍了首钢京唐钢铁厂的工程设计创新及其应用实绩。     

冶金工程设计的发展现状及展望分析

现阶段,我国市场经济建设取得了一定的发展,从根本上促进了冶金工程的发展。而冶金工程要想取得长期可稳定性的发展,就必须要将冶金工程设计工作做好。在近些年实践和理论的共同进步下,我国已经具备了现代大型钢铁厂的工艺设计、流程设计以及设备设计等方面的技能。冶金工程设计理论得到了不断的优化和完善。冶金厂在设计方法和理念等方面都取得一定的进步,尤其可循环钢铁厂得到了许多国家的认可和借鉴。下面我们主要就冶金工程设计的发展现状以及对未来的展望进行分析和探讨。     

智能化钢铁制造流程信息物理系统的设计研究

 现代钢铁制造流程是集成烧结、球团、焦化、炼铁、炼钢和轧钢等多工序过程的耗散结构体系。钢铁制造流程是在物质流、能量流和信息流协同运行的条件下,完成一系列复杂的冶金过程和转变。探讨了对钢铁制造过程物理本质以及运行特征的认识和研究,提出了现代钢铁制造流程物理系统的设计理念和方法。阐述了流程工程动态精准设计体系在钢铁冶金工程设计中的应用,讨论了智能化钢铁制造流程的系统层次和构建理念。着重论述了钢铁制造流程信息物理系统的内涵和架构,提出了静态物理系统与信息系统集成、耦合、协同的设计理念和方法,论证了现代钢铁制造流程信息物理系统的智能化设计思路、程序和应用实践。     

关于高效率、低成本洁净钢平台的讨论——21世纪钢铁工业关键技术之一

高效率、低成本洁净钢平台建设仍是今后几年钢厂科技创新中一项具有普适性、基础性、事关钢厂效率、质量、成本的共性关键技术,对提高企业市场竞争力具有重要意义。洁净钢平台建设需抓好铁水预处理、转炉冶炼、二次冶金、全连铸4项基础支撑型技术和优化-简捷的流程网络和动态-有序运行的物流技术这2项集成技术。当前中国洁净钢平台建设的重点是:认清协同-稳定是洁净钢平台动态运行的核心,高效恒速的连铸生产是洁净钢平台动态运行的有序之源,也是优质、节能、低成本的关键;深入进行各种铁水预处理工艺、装备的适用性研究及技术经济比较;深入研究和优化规范适用范围广、运行效率高、易于协同、成本低廉的钢水吹氩精炼工艺;大力推进真空精炼装备和技术(尤其是高效RH)优化;在炼钢厂新建或改造的设计过程中要高度重视平面布置图(流程网络)的合理化,为稳定、经济地生产高质量钢材打好基础。     

过程工程与制造流程

 过程工程是指在开放的工程系统条件下,描述多因子、多尺度、多层次、多单元的过程及其系统行为并集成为动态运行系统的学问。在过程工程中,鲜明地体现为不同层次、不同尺度的过程之间的“纵向集成”,同时也呈现出“异质”的但又相关单元过程之间的“横向集成”。过程工程问题广泛地存在于冶金、化工、建材等流程制造业的生产运行和规划、设计之中。包括钢铁工业在内的流程制造业有着形式各异的企业,但这些企业有着共同的特征,即这些制造流程动态运行的物理本质是：“‘物质流’在‘能量流’的驱动和作用下,沿着设定的‘流程网络’,按照设定的‘程序’作动态-有序运行”。制造流程动态运行的要素是“流”、“流程网络”和“运行程序”。制造流程不仅涉及产品制造,还涉及能源转换和耗散、过程排放与环境-生态等。在理论阐述的基础上,讨论了钢铁制造流程动态运行的6条规则,这将对工程规划、设计,企业生产运行及其信息化、绿色化具有引导性。强调指出：制造流程是复杂的、动态的、整体性的工程系统,是多因子、多尺度、多单元、多层次整合-集成而成的整体,具有涌现性而非简单加和性。对制造流程而言,一切都是过程及其集成,一切都是开放-动态的过程并可形成结构不同的流程系统,其动态运行过程的实质是不同耗散结构中的耗散过程。     

面向生产全过程的热轧带钢精准控制核心技术

热轧带钢精准控制技术是钢铁智能制造的关键环节,对实现产品类型的个性化、产品质量的高精度和生产过程的高效率具有重要的意义。热轧带钢精准控制技术是众多单项技术的集合体,面向生产全过程,聚焦产品质量。从带钢质量精准判定及分析平台、轧辊精准磨削及管理技术、过程控制在线改造技术、板坯加热精准控制技术以及高品质用钢的全流程板形控制技术等5个方面阐述在板带轧制精准控制方面所做的实践及取得的效果,为实现板带轧制质量控制智能化提出具体的努力方向。     

冶金行业工厂设计改革

通过对使用PDMS进行工厂设计分析冶金行业该如何运用工厂设计信息平台来指导工厂设计。重点介绍了使用PDMS或其他工厂设计软件进行实践设计过程中会发生设计理念及设计方法的变更。     

首钢京唐炼钢厂新一代工艺流程与应用实践

研究分析了现代化炼钢厂洁净钢生产技术,提出了以生产效率、制造成本和产品性能为核心的洁净钢生产技术理念。通过对新一代炼钢厂高效率、低成本、高质量钢铁产品制造功能的解析与集成,结合首钢京唐钢铁联合有限责任公司钢铁厂炼钢-连铸工艺的设计研究,应用动态精准设计体系,优化配置铁水预处理、转炉冶炼、二次精炼、连铸等单元工序,构建了基于动态有序生产体系的高效率、低成本、高质量洁净钢生产平台。     

全板带型钢厂高炉—转炉区段配置及其生产组织探讨

首先基于精准-协调配置,研究了采用全量铁水“三脱”预处理模式和脱磷转炉+脱碳转炉冶炼工艺下全板带型洁净钢生产平台高炉—转炉区段流程配置情况。之后,基于连续-紧凑布置,讨论了全板带型钢厂高炉—转炉区段的平面布置。最后,基于动态-有序运行,讨论了基本“层流”的高炉—转炉区段生产组织模式。     

高效率、低成本洁净钢“制造平台”集成技术及其动态运行

 研究并讨论了高效率、低成本洁净钢“制造平台”的概念、定义、内涵、边界和动态运行的规则和方法。指出高效率、低成本洁净钢“制造平台”不仅有质量含义、技术含义,而且有市场含义、经济含义。高效率、低成本洁净钢“制造平台”建设是钢厂今后技术进步过程中具有基础性、普适性并事关效率、质量、成本的共性关键技术之一,不仅适用在“高端产品”研发和生产,也适用于大宗普通商品钢材的生产过程。高效率、低成本洁净钢制造平台是现代炼钢技术进步的重要方向,对每个钢厂的市场竞争力具有重要意义。高效率、低成本洁净钢“制造平台”的研究不仅涉及钢厂的生产技术和管理,而且涉及到学术研究领域（过程工程及其动态运行）和工程设计的理论和方法创新（动态-精准设计的理论与方法）。高效率、低成本洁净钢“制造平台”的集成理论和方法是冶金过程工程与材料工程的结合点。     

大型钢企智能天车系统的设计开发及应用

介绍全国首家智能天车系统的总体架构和基本功能,并对具体应用进行解析和效果对比。针对冶金智能物流体系和企业需求,综合冶金物流管理、天车调度控制、自动控制和信息化技术,智能天车系统设计为3层架构,分步骤实现工艺流程信息化、工单配给智能化、天车运行自动化和物流现场无人化。系统的研发应用实现了冶金生产与物流无缝衔接,保证了生产信息和物流信息同步、不落地,夯实了冶金智能物流体系的基础,体现了智能工厂的核心理念,是智能制造技术在传统制造业中的具体应用。     

二氧化碳在钢铁冶金流程应用研究现状与展望

从二氧化碳在钢铁冶金流程的资源化应用出发,介绍了近年来二氧化碳在烧结、高炉、转炉、电炉、炉外精炼、连铸和冶炼不锈钢等流程的应用研究现状和发展情况。结合国内外应用研究现状和本课题组的研究情况,分析了二氧化碳在钢铁冶金各流程应用的可行性和冶金效果。主要介绍的新工艺有烟气循环烧结、高炉风口喷吹CO_2及CO_2作为高炉喷煤载气、转炉顶底吹CO_2、LF炉和电弧炉底吹CO_2、CO_2作为连铸保护气、CO_2用于冶炼不锈钢和循环CO_2燃烧。CO_2在钢铁冶金各流程的应用,合计使用量有望达到吨钢100kg,应用前景非常广阔。     

用甲醇生产直接还原铁的可行性探讨

钢铁工业的调整离不开电炉炼钢的发展,而直接还原铁又是电炉炼钢发展的关键,气基竖炉生产直接还原铁在中国是短板,缺乏煤制气-竖炉技术和天然气资源。提出了一项新的还原工艺"一种利用甲醇裂解生产直接还原铁的设备及工艺",阐述了甲醇在新工艺中所体现的优点,并从使用国内煤制甲醇和进口甲醇两方面分析了甲醇作为还原剂的可行性。分析认为,从未来的发展趋势看,用甲醇生产直接还原铁的新工艺具有环保、节能、流程短等明显优势,不需要煤制气-竖炉复杂的衔接工艺,解决了还原剂的来源问题,是值得推广和发展的新思路。     

“融合协同”的绿色工程管理方法及应用

 绿色化、智能化已成为钢铁行业未来发展的共识,是中国钢铁行业引领世界钢铁行业的重要方向。针对“绿色化、智能化、品牌化”的新一代流程钢厂建设面临的全流程数字孪生、绿色技术集成、工程管理创新等诸多问题,河钢集团积极探索钢铁工程的绿色化、数字化转型路径,在工程实践中建立了全流程多要素“融合协同”的绿色工程管理方法。形成了钢铁工程数字虚拟工厂与现实工厂的协同、绿色技术与工程设计的协同、过程管控与全要素资源动态的协同、工程数字与模块建造的协同等“四个协同”的具体方法支撑。据此方法建成的唐钢新区,从设计、建设到交付的全过程遵循冶金流程工程学理论,按照“绿色化、智能化、品牌化”的建设目标,以物质流、能量流、信息流的最优网络结构为方向,运用最新的钢厂动态精准设计、集成理论和流程界面技术,通过工序功能集解析优化、工序间关系集协调优化和流程工序集重构优化,构建信息物理融合系统,实现了唐钢新区产线连续紧凑、动态有序和产品质量窄窗口稳定运行。唐钢新区是在同时期、同类型钢铁工程中吨钢投资最低、建设工期最短、环保水平最高的新一代流程钢厂。全流程多要素“融合协同”的绿色工程管理方法的建立为钢铁工程的绿色化、智能化转型提供了借鉴。     

中国钢铁轧制技术的进步与发展趋势

 回顾了中国钢铁轧制技术的发展。经过钢铁轧制技术、装备的引进与消化吸收、以及工艺-装备-产品-服务一体化的自主创新,中国钢铁轧制技术已经跻身世界先进行列,基本完成了工业化过程。在步入后工业化的过程中,必须走新型工业化道路,建立生态化的钢铁轧制技术体系,解决面临的资源、能源、环境问题,实现“绿色制造,制造绿色”,促进钢铁轧制行业的和谐、平衡、可持续发展。     

基于工程设计的热轧宽厚板轧制规程计算系统的开发及应用

结合宽厚板轧机生产工艺特点及工程设计需要,开发了宽中厚板轧制规程计算软件,对宽厚板轧机轧制过程温度及力能参数计算模型公式的选用、计算方法及编程过程等进行了介绍。采用本软件计算的宽厚板轧制规程实例与工厂实际生产过程轧制规程进行了对比,两者计算结果比较一致。在现代宽厚板轧机工程设计中,采用该软件可获得合理准确的轧制规程,在轧机设备选型、轧机产能计算、极限规格产品轧制能力及轧机电气传动系统设计方面均具有重要的意义。     

首钢京唐5500m3高炉BSK顶燃式热风炉设计研究

介绍了首钢京唐钢铁厂5500 m3高炉BSK顶燃式热风炉的设计创新。优化集成了特大型顶燃式热风炉工艺;研究开发了助燃空气两级高温预热技术和顶燃式热风炉高效陶瓷燃烧器。根据顶燃式热风炉特性设计了合理的拱顶和陶瓷燃烧器结构;采用高效格子砖,优化了蓄热室的热工参数与结构,确定了合理的热风炉蓄热面积。优化热风炉炉体内衬设计;采用了有效的防止热风炉炉壳晶间应力腐蚀的技术措施。根据蓄热室传热计算,合理配置了热风炉炉体耐火材料,提高了耐火材料技术性能。优化热风管道系统耐火材料结构设计,使热风管道系统合理化并满足1300 ℃高风温的要求。高炉投产后热风温达到设计水平,实现月平均风温1300 ℃。     

METSIM冶金过程模拟系统在工程设计中的应用

简要介绍了METSIM冶金过程模拟系统的特点及用途,并以某南方离子型稀土分离项目为例,对METSIM在流程设计与冶金计算中的应用及其优点进行了分析.结果表明:该软件在工程设计中的使用不仅能提高设计质量,而且也提高了设计效率,具有广阔的应用前景.     

新一代钢铁流程运行实践

 以《冶金流程工程学》为指导,描述了新一代钢铁流程工序能力匹配、布局衔接紧密、物流短捷顺畅、运行动态有序、能源高效利用、资源充分利用的特征。结合首钢京唐钢铁厂建设与运行实践,围绕新一代钢铁流程“产品制造、能源转换、消纳社会废弃物”3大功能,对流程采用的单元技术、界面技术和系统集成运行情况进行了系统介绍。通过翔实的数据证明：首钢京唐钢铁厂新一代钢铁流程采用的单元技术成熟先进,界面技术高效可靠;全流程高效率、低成本、低能耗、绿色环保地生产高品质钢材的优势凸现。最后探索性提出了流程进一步完善优化的方向。