主编寄语

正冶金流程工程学是"钢铁冶金大家"殷瑞钰院士的集大成理论,理论从冶金专业和工程哲学的高度,全面阐述了钢铁制造流程物质流、能量流、信息流运行的物理本质和动力学原理。通过阐明冶金制造流程动态运行过程的物理本质及其本构特征以及冶金流程宏观运行动力学,建立了新一代钢铁制造流程的理论框架,     

主编寄语

正冶金流程工程学是"钢铁冶金大家"殷瑞钰院士的集大成理论,理论从冶金专业和工程哲学的高度,全面阐述了钢铁制造流程物质流、能量流、信息流运行的物理本质和动力学原理。通过阐明冶金制造流程动态运行过程的物理本质及其本构特征以及冶金流程宏观运行动力学,建立了新一代钢铁制造流程的理论框架,为新一代绿色化智能化钢厂的建设提供了顶层设计和理论遵循,是指导和推动我国钢铁工业高质量发展的重要理论支撑,也是行业学术研究的热点领域。     

主编寄语

正冶金流程工程学是"钢铁冶金大家"殷瑞钰院士的集大成理论,理论从冶金专业和工程哲学的高度,全面阐述了钢铁制造流程物质流、能量流、信息流运行的物理本质和动力学原理。通过阐明冶金制造流程动态运行过程的物理本质及其本构特征以及冶金流程宏观运行动力学,建立了新一代钢铁制造流程的理论框架,为新一代绿色化智能化钢厂的建设提供了顶层设计和理论遵循,是指导和推动我国钢铁工业高质量发展的重要理论支撑,也是行业学术研究的热点领域。     

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。     

钢铁流程煤基能量高效转换与钢-电联产模式

针对钢铁制造流程能源结构特点,在解析流程中能量转换过程的基础上,提出了钢铁制造流程煤基能量系统的概念,并对煤基能量及煤基能量系统进行了界定。通过定量与定性分析,研究了煤基能量在钢铁制造流程中的转化与耗散规律。在系统效率分析的基础上,指出钢铁制造流程能量流的核心是煤的转换与二次能源的回收利用问题,当前实现煤气资源与余热资源的高效回收利用是提升钢铁制造流程系统能源效率的关键。在"冶金流程工程学"等理论的指引下,提出了实现钢铁制造流程煤基能量系统集成优化及高效运行的主要原则,并通过开展建模与实践研究,探索了以系统优化方法优化能量流网络、构建高效钢-电联产运行模式的可行性。     

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。     

钢铁制造流程炼铁区段耗散结构的解析

为了研究钢铁制造流程耗散结构的本质及其特征,以高炉炼铁区段为对象,研究解析了多工序协同动态运行条件下的耗散结构优化问题.由料场、焦化、烧结、球团、高炉等工序所组成的炼铁区段,不仅是钢铁制造流程中重要的物质/能源转换中心,也是全流程动态有序、协同连续运行的关键和基础环节.炼铁区段的物理本质是铁素物质流在碳素能量流的驱动和...     

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。     

钢铁制造流程能源转换机制与能源利用效率分析

 从钢铁制造流程的属性和动态运行过程的物理本质出发,阐述了钢铁制造流程中铁素物质流和碳素能量流的行为规律和钢铁制造流程的能源转换机制,得出能源转换过程必然伴随能量的耗散,因此应尽量减少能源转换次数,并指出在钢铁制造流程中,铁素物质流与碳素能量流相伴而行,而碳素能量流与铁素物质流则时合时分。还构建了一个年产290万t的棒线材流程企业,计算了该流程的余热余能资源量及回收利用情况,并剖析了该流程的能源利用效率。最后指出高效回收利用余热余能和构建合理的物质流网络和能量流网络及两者协同优化的能源管控中心是提高钢铁企业能源利用效率的重要手段。     

关于智能化钢厂的讨论——从物理系统一侧出发讨论钢厂智能化

 钢铁工业是典型的流程制造业,制造流程是其物理特征。通过对钢铁制造流程内在特征的研究,阐述了对钢厂智能化的认识,探讨了推进钢厂智能化的思路及其内涵,包括智能化设计、智能化物流、智能化物质流/能量流/信息流的组织与调控、智能化经营和服务等。指出流程型智能化制造的物理系统要以动态-有序、协同-连续运行为其网络结构及程序优化的导向,并以此物理系统（流程系统）为本体与智能化信息网络系统融合,实现全厂性动态运行、管理、服务等过程的自感知、自决策、自执行和自适应。智能化钢厂的建设,需要深刻理解制造流程动态运行过程的物理本质,构建起植根于流程运行要素及其优化的运行网络、运行程序的物理模型,进而构建全流程网络化、层次化信息流模型。钢厂智能化不只是数字信息系统,必须高度重视物理系统的研究,必须是有物理输入/输出的物质流网络、能量流网络和信息流网络“三网协同”的信息物理系统。钢厂智能化既要重视数字化信息网络系统的研发,更要重视制造流程（物理系统）中物质流网络、能量流网络的结构优化和运行程序优化,通过以制造流程物理系统结构优化和数字化信息系统相互融合来实现钢厂智能化。     

基于物质流、能量流与信息流的钢铁厂智能调控系统架构研究

大型钢铁企业调度对象具有大规模、多目标、复杂约束及动态不确定性等特征,常规人工调度方法难以实现资源能源合理调配及作业实时最优,本文在对先进钢铁企业生产调度现状研究的基础上,根据钢铁制造流程特点,探索适合钢铁流程工业新一代调度指挥系统的整体架构,从信息化、集成化、智能化三个层面对生产制造流程进行升级;同时,针对现有调度指挥系统在物质流、能量流与信息流融和协调上存在的问题,提出建设基于物质流、能量流与信息流"三流合一"的钢铁厂智能调控系统,实现钢铁制造流程中物质流、能量流与信息流的协同优化,以适应智能制造对生产流程优化调度要求,促进冶金流程工业调度指挥系统的发展。     

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。     

钢铁制造流程动态运行要素的认识与实践

 深入认识钢铁制造流程的动态运行特征是实现流程动态-有序、协同-连续运行状态管控的基础。基于对钢铁生产流程特征的分析,阐述了“流、流程网络与运行程序”作为钢铁制造流程动态运行3大要素的特征及其数学描述,明确了运行程序是进行物质流、能量流在以流程网络为基础的网络空间中运行优化的调控手段,以及构建铁素物质流及能量流在流程网络上的动态运行优化模型是实现钢铁制造流程高效优质低耗低成本运行的有效途径。对于钢铁制造企业,提出了以生产计划调度优化模型为核心的运行程序优化技术,通过优化模型形成的生产计划调度指令可引导制造流程运行状态的整体优化,实现生产资源的合理优化配置和能源利用效率提升。     

钢铁制造流程铁钢界面时间参数“涨落”特征

 时间是钢铁制造流程物质流的基本参数之一,研究其“涨落”特征对钢铁制造流程的动态有序运行、动态精准设计和结构重构优化具有重要意义。以钢铁制造流程铁钢界面为例,采用以中位数和稳健变异系数为主要指标的稳健统计方法,对物质流运行过程各环节时间的集中性和离散性特征及其影响因素进行深入分析。研究结果表明,铁钢界面物质流运行过程中,各作业环节的时间集中性指标和离散性指标的差异均较大,主要与作业内容和主体独立性有关;而各等待环节的时间集中性指标差异较大而离散性指标差异较小,主要受系统结构及生产组织的综合影响。工序自身生产特点、流程静态物理结构和物质流动态运行程序是影响钢铁制造流程多维物质流时间参数“涨落”特征的主要因素。     

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。     

建立新一代钢厂精准设计评价指标体系的研究

新一代钢厂的设计水平对钢厂的实际运行水平具有决定性的影响.为了提高新一代钢厂的精准设计水平,按照系统性、层次性等原则建立了新一代钢厂精准设计评价指标体系.指标体系包含49个末端指标和16个中间指标,分为经济投资水平、工艺设备水平、流程运行高效化、生态化水平四大类指标.该指标体系能反映新一代钢铁制造流程装备、工艺先进、流...     

“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。     

冶金流程工程学在小方坯直接轧制中的应用

以小方坯直接轧制流程为例,分析了冶金流程工程学的基本概念并用生产实例验证了其基础理论对冶金制造流程中实现宏观流程优化、降低能量耗散、实现节能减排和绿色制造的指导作用.通过提升连铸机拉速,减少工作机流总数,可以实现直接轧制工艺流程中物质流的"层流"运行.通过优化配置连铸-轧钢流程中的时间和空间要素,增强铸坯的保温措施、采...     

“绿色、智能、高效”的新一代电炉短流程特钢厂——河钢石钢新区

 河钢石钢新区是河钢集团全面贯彻落实习近平总书记关于“坚决去、主动调、加快转”指示精神和河北省钢铁产业转型升级的具体实践,也是河钢坚决贯彻落实新发展理念,全力推动钢铁产业高质量发展的行动体现。河钢致力于将石钢新区打造成为生产绿色、产线智能、流程高效、产品高端的现代化特钢梦工厂。河钢石钢新区是以“绿色、智能、高效”的设计理念,以冶金流程工程学理论为指导,运用冶金制造流程动态有序、协同连续的物理系统及流程界面技术规划设计的新一代电炉短流程特钢示范项目,是全球特钢企业智能制造、中国钢铁产业转型升级之由钢铁长流程转变为短流程的生动写照。河钢石钢新区在短流程工艺革新、全工序超低排放、智能制造等各方面,汇集了当今世界最卓越的设计元素和理念。项目集成应用了70多项行业最先进的短流程前沿工艺和绿色钢铁制造技术,定位3大系列高端产品,实现超低排放。项目涵盖了国内首台套大型双竖井废钢预热型超高功率直流电弧炉以及国际上断面最大、建造深度最深的特钢大方坯立式连铸机,有力地推动了中国高端装备制造用钢材的均质化水平和国产化替代步伐。河钢石钢新区带动了京津冀区域特钢品牌升值,代表了双碳目标下钢铁行业新一代绿色智能高效的电炉短流程钢厂发展方向,也为中国钢铁工业电炉短流程的发展做出了示范。     

钢铁制造流程能源转换功能的开发与利用

针对钢铁制造流程能源结构和能源转换特点,提出钢铁制造流程能量流优化的核心是煤的转换与煤气、余热等二次能源的回收利用问题。在《冶金流程工程学》等理论的指引下,提出钢铁制造流程煤基能量系统是一个复杂的大系统,具有功能涌现性,通过充分开发与利用其能源转换功能,并与其他行业及社会大系统进行耦合,可构建“钢铁、化工、燃气、氢气、电力、供热、供冷多联产系统”,将更有利于提高系统能源效率和价值,更好实现钢铁企业绿色、低碳转型发展。