冶金流程工程学理论在唐钢新区的应用实践

在冶金流程工程学理论指导下,唐钢新区开展了流程优化与智能化运行的研究与实践。以提升流程自组织性和他组织力为出发点,围绕各工序高效稳定、界面流畅贯通、流程动态有序且连续协同运行3个层次开展攻关。以物质、能量、时间、空间、信息“五维”动态甘特图为核心,通过物质流、能量流、信息流协同优化,构建信息物理融合系统的技术路线。总结了在炼铁-炼钢界面优化和铁水动态调度、炼钢区段“一对一”层流高效协同运行、钢区界面优化和动态调度、连铸-热轧界面流程优化及协同调度等方面的阶段进展和指标改善情况。     

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。     

小方坯连铸-轧钢“界面”技术的发展与应用

 运用冶金流程工程学观点,并结合工厂应用实例对小方坯热送热装技术、直接轧制技术和铸轧型无头轧制技术的发展和应用进行了介绍。以小方坯连铸-轧钢制造流程为例,讨论了冶金制造流程中时间、空间等关键要素的配置方法对整个流程中能量耗散的影响,研究了冶金流程典型耗散系统中物质流、能量流和信息流实现“层流”运行的关键技术以及应用效果。通过理论分析和工厂实例,证明通过优化连铸-轧钢“界面”衔接,建立物质流、能量流、信息流优化的运行网络并且实现高效运行,可以显著降低整个棒线材生产流程的能量耗散,节约大量能源,从而实现降本增效、节能减排、绿色化生产。     

钢铁生产流程的物质流仿真研究

 在现代工业智能化发展的要求下,钢铁等工业流程的整体性研究越演越烈,物流仿真技术在工业流程研究中的应用也越来越广泛。目前,对于钢铁生产流程的物质流仿真研究方法还不普遍,研究者还未认识到物流仿真方法对流程整体性研究带来的实际益处。介绍了目前为止应用广泛的物流仿真工具,重点概述它们在钢铁生产流程上的相关应用,并从钢铁生产流程的设计与优化、问题分析与优化两个方面详细介绍了钢铁生产流程物质流仿真的研究思路。最后对物流仿真技术在钢铁生产流程研究中的应用提出了展望,指出了进一步研究要提高仿真模型的通用性、制定并完善钢铁生产流程的物质流仿真的相关评价指标、以及深入挖掘并推广钢铁生产流程的物质流仿真研究。     

钢铁生产流程系统综合节能实例研究与分析

针对唐钢第二钢轧厂钢铁生产流程开展了系统综合节能分析,包括原辅料构成、关键工序能耗,以及"炼钢-连铸-轧制"物流和热过程的仿真与优化,提出了具体节能措施,预测了节能效果,为钢铁生产中指导操作、优化流程、节能降耗和促进流程连续化提供了科学依据。     

以“绿色化、智能化、品牌化”为目标规划设计河钢唐钢新区

 河钢唐钢新区是河钢集团深入贯彻落实习近平总书记关于“坚决去、主动调、加快转”重要指示精神和河北省钢铁产业结构调整的具体实践,也是河钢坚决贯彻落实新发展理念,全力推动高质量发展的行动体现。项目以“绿色化、智能化、品牌化”为建设目标,以物质流、能源流、信息流的连续化、简约化、紧凑化为方向,运用最新的钢厂动态精准设计、集成理论和流程界面技术,采用230余项前沿新工艺、130多项钢铁绿色制造技术,涵盖整个原料、焦化、烧结、球团、高炉、转炉、轧钢工艺流程,将河钢唐钢新区打造成为环保绿色化、工艺前沿化、产线智能化、流程高效化、产品高端化的世界级现代化沿海钢铁梦工厂。     

“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。     

炼铁-炼钢界面动态运行过程解析与仿真优化

炼铁-炼钢界面连接钢铁生产中高炉和转炉两大重要生产工序，关系到钢铁制造流程的整体优化。“一罐到底”是近年来新兴起的炼铁-炼钢区段“界面技术”,基于“一罐到底”流程的炼铁-炼钢界面运行规律和调控优化技术的研究十分必要。目前对炼铁-炼钢界面中众多复杂的次界面的解析尚不深入，对炼铁-炼钢界面动态运行过程仿真亟待开展。时间、温度和物质量是贯穿于钢铁制造流程的基本参数，因此，炼铁-炼钢界面的调控以铁水罐周转过程为载体，以上述3个参数为调控对象，以这些参数的一体化控制与优化为目标。基于现场运行实绩，以“机车+天车”模式的炼铁-炼钢界面为例，分析炼铁-炼钢界面物质流运行的特征和调控目标，并对其动态运行过程进行“事件-时间”解析，确定构成界面的各个次界面环节，以及各过程/事件的时间域、时间周期及其概率分布，梳理炼铁-炼钢界面动态运行过程规则。在此基础上，采用FlexSim软件，建立了高炉出铁、铁水运输和炼钢等过程的仿真模块，并根据各模块运行规则和模块之间的关联规则，集成为高炉-转炉区段仿真模型。该模型为炼铁-炼钢界面深度解析与优化提供了研究试验平台。模型应用于260 t铁水罐周转过程仿真，得到铁水罐配...     

河钢唐钢新区数字化绿色智能工厂的设计与实施

河钢唐钢新区是河北省钢铁企业转型升级、结构调整的示范工程,是河钢集团全力推动高质量发展的行动体现。项目以"绿色化、智能化、品牌化"为建设目标,通过对全流程进行解析与集成,科学匹配工序单元,采用最先进的流程界面技术,实现钢厂"动态-有序"、"协同-连续"的精准设计;实施三维数字化设计,通过能量流与物质流高效耦合,将数字化信息流贯穿于钢铁生产全流程,实现信息化系统与物理系统融合设计;通过采用最先进的能源环保技术和设施,实现行业最严排放标准和最高的能源利用效率,全力打造流程型数字化绿色智能工厂。     

高效低成本洁净钢生产实践探索

 首钢京唐钢铁厂基于新一代钢铁流程动态有序、协同连续的设计理念,通过优化高炉出铁工艺、铁钢界面系统开发实现铁钢界面智能化管控,结合专线化、快节奏生产组织及低温出钢技术,辅以板坯库管理优化和铸轧一体化,成功实现了洁净钢的高效低成本生产。实践表明,构建简捷顺畅的流程网络是实现物质流高效快捷流动、能量流最小耗散、信息流全面贯通的基础,先进的铁水预处理、转炉冶炼、二次精炼、高效连铸技术是构建洁净钢平台的支撑性技术,专线化生产运行是实现高效、低成本、批量稳定生产最有效途径。     

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。     

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...     

动态模式组合方法在钢厂调度仿真中的应用

为了解决钢厂炼钢-连铸-热轧流程生产调度过程复杂的难题,建立了以减少可优化时间为目标的生产调度模型。在模型求解过程中,提出一种动态模式组合的方法。通过对流程生产过程的解析,得到不同生产条件下的生产模式,并给出生产模式内及生产模式间的调度策略。某特殊钢厂的生产实例仿真结果表明,该方法简单易行,在生产过程中需要更改生产模式时,能够采用该方法在不同生产模式间快速变换,并能在生产出现异常时对调度计划迅速做出调整,从而提高了生产调度系统的可靠性和协调性,使炼钢-连铸-热轧生产连续、高效运行。     

钢铁工艺流程优化界面技术

＂界面技术＂是指相邻工序之间的衔接—匹配、协调—缓冲的技术、物质流的物理和化学性质调控技术及其相关装置。钢铁联合企业生产流程的重要界面有：原燃料—烧结界面、原燃料—焦化界面、烧结—高炉界面、高炉—转炉界面、连铸—加热炉界面等。其中以高炉—转炉、连铸—加热炉界面最为重要。发展界面技术可实现生产过程中的物质流、能量流、温度、时间等基本参数的衔接（尤其是热衔接）、匹配、协调、稳定,极大地促进生产流程整体运行的稳定、协调,实现紧凑化、连续化和高效化,从而使能源流得到最大化的利用。     

高炉 转炉流程生产过程的硫素流分析

 针对高炉 转炉流程生产过程产生的SO2烟气造成环境污染的问题,以工业代谢理论为基础,应用物质流分析方法,建立了工序的硫素流分析模型。应用该模型,以某钢铁联合企业实际生产数据为例,分析了高炉 转炉生产流程硫的来源和去向,讨论了钢铁生产过程排放的SO2的构成,为进一步研究钢铁工业SO2的减排提供了理论依据。     

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。     

流程型制造流程的本质与共性规律

从开放动态系统整体运行的观点出发，提出流程型制造流程是由相关的异质异构的工序/装置通过一系列链接件(“界面”技术群)集成构建起来的工程系统；讨论了流程型制造流程耗散结构的集成构建过程，提出了流程型制造流程动态运行的物理本质及其工程化模型，揭示了制造流程动态运行的本构特征；归纳了制造流程的工程设计和生产运行过程中“虚”“实”结合的理念及其工程哲学意蕴，提出了“流”乃本体，以“流”观化的基本观点。     

以钢铁包为载体的炼钢-连铸智慧物流研究与应用

以钢铁包为载体，通过对钢铁包的跟踪、调度和全生命周期管理，建立起连接炼钢-连铸生产环节的智慧物流系统，实现炼钢-连铸生产流程整体运行智能化，炼钢-连铸全流程物流时间平均降低3 min。     

唐钢二钢轧厂生产流程的计算机仿真

唐山钢铁股份有限公司二钢轧厂生产流程复杂,生产组织难度大.通过对当前生产组织模式的分析研究,依据"炉机匹配"、"能耗最小"及"连浇"原则,提出了新的生产组织模式.在新模式下,根据现场静态调度和动态调度的规则,对一个浇次内的生产组织进行了计算机仿真.仿真结果表明,新的生产组织模式较以前简单,易于管理.此仿真系统运行平稳可靠,可基本预测优化后的唐钢二钢轧厂的生产组织状况.     

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。