钢铁智能制造背景下物质流和能量流协同方法

钢铁企业面临库存增加、产能过剩、盈利艰难等问题,迫切需要通过绿色化和智能化的发展来应对当前的严峻形势.基于钢铁企业制造流程特点,通过分析企业以铁素流为核心的物质流和相应能量流网络特征,针对企业现有信息化系统在物质流和能量流协同方面存在的问题,提出钢铁制造过程的物质流和能量流的协同方法,明确物质流和能量流的耦合应从钢铁制造的单元工位设备与整体流程网络两个层面进行规划、设计和实施,并且指出可从完善信息监控、进行计划协同和调度协同三个方面来实现协同优化.构想基于现有信息系统架构,通过增加相应企业资源计划系统、制造执行系统、能源管理系统等信息系统的功能,以及建立物质流和能量流协同优化信息子系统的方式,以钢铁制造过程的物质流和能量流相关信息的数字化及模型化为支撑,实现制造流程的物质流和能量流协同优化,达成生产优化、资源优化和能源优化的效果.      

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。     

钢铁制造流程物质流与能量流协同优化研究进展

 钢铁企业具有流程长、能耗高、排放量大等特点,钢铁制造流程物质流与能量流的协同优化是实现高层次系统节能的关键。为此,对钢铁制造流程物质流和能量流优化的研究进展与应用进行了综述,在此基础上阐述了钢铁制造流程物质流与能量流协同优化的主要研究方向,即物质流与能量流的相互影响和协同规律研究、考虑能源约束的生产计划编制和物流与能流耦合调度。提出了解决协同优化模型构建和求解的关键在于科学的物质流与能量流协同表征方法、生产计划与能源计划时间粒度的统一和智能算法的优化。     

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。     

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。     

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。     

钢铁企业能量流模型化研究

钢铁企业各种能源的生产、转换和使用直至废气排放的过程构成了钢铁企业的能量流动过程。针对能量流动过程，构造了从一次能源到二次能源产品的生产、转换和使用过程直至废气排放的能量流图；基于能量流图，建立了钢铁企业能量流模型，分析了钢铁生产过程中各种能量流的变化对企业能耗的影响。     

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。     

钢铁联合企业炼焦过程物质与能量流分析

 对不同炼焦工艺进行了比较,研究分析了钢铁联合企业炼焦过程物质流、能量流、硫素流流动规律,介绍了焦炉煤气综合利用途径。认为传统副产回收焦炉仍将是钢铁联合企业焦化的主流工艺;炼焦过程物质与能量流分析的核心问题是碳素流的转换与耗散,是在一定条件下焦炉煤气利用的合理优化和加热煤气热能的有效利用及余热回收。分析结果表明,焦炉加热用煤气消耗是焦化工序的主要能源消耗;干熄焦是具有显著节能效果的余热回收技术;焦炉煤气优化利用应综合考虑钢铁制造流程的优化和钢厂煤气平衡等多方面因素。     

基于混合Petri网的钢铁企业能量流网络模型研究

针对当前钢铁联合企业节能任务艰巨及降耗途径亟需突破的情况,为实现钢铁企业能量流网络系统的高效运行,在分析钢铁企业运行中各种能量流网络系统特性的基础上,结合各系统连续和离散运行要求,利用混合Petri网建模元素和建模方法,构建了钢铁企业能量流网络系统混合Petri网模型,通过该模型可以实现对钢铁企业能量流网络系统的动态变化规律和行为机理的分析研究。基于某钢铁企业能量流网络系统历史数据,证明了该建模方法及所建模型的正确有效性,为企业能源系统的优化及进一步深入研究生产过程中物质流和能量流的耦合机制提供指导。     

钢铁制造流程系统节能与能效提升

 提高制造流程系统能效,节约能源是降低生产成本和减少碳排放的重要措施。近年来,中国钢铁工业节能工作经历了单体设备节能、工序优化节能到系统节能,取得了显著进步。以中国钢铁工业节能进程为基础,阐述了系统节能的概念、内涵及研究进展并探讨了未来发展方向,主要从工序与界面协同匹配、物质流与能量流耦合和构建工业生态链接体系等方面展开。同时指出,在系统节能理论和冶金流程工程学理论指导下,中国钢铁工业节能减排工作将得到跃升发展,钢铁制造流程的系统能效将显著提升,钢铁工业绿色化与智能化协同和低碳转型发展指日可待。     

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...     

钢铁企业物质流、能量流和污染物流研究

建立了钢铁企业物质流、能量流和污染物流的分析方法.提出了钢铁企业生产过程和能源转换过程的数学模型;给出了工序能耗、产品能值和吨钢能耗表达式;同时考虑钢铁生产过程中资源消耗、产品生产和污染物排放等问题,提出了工序、产品和吨钢环境负荷分析方法和计算公式;分析了钢铁生产过程中影响上述指标的各种因素,以及能量流、物质流和污染物流三者间的相互关系;应用建立的分析模型,研究和分析了我国钢铁工业吨钢能耗和环境负荷的变化与进步.     

Calculating Method for Influence of Material Flow on Energy Consumption in Steel Manufacturing Process

 From the viewpoint of systems energy conservation, the influences of material flow on its energy consumption in a steel manufacturing process is an important subject. The quantitative analysis of the relationship between material flow and the energy intensity is useful to save energy in steel industry. Based on the concept of standard material flow diagram, all possible situations of ferric material flow in steel manufacturing process are analyzed. The expressions of the influence of material flow deviated from standard material flow diagram on energy consumption are put forward.     

基于MIND方法的钢铁企业能源系统集成优化

钢铁企业生产系统结构复杂,含铁物质流和含碳能量流相互交错,形成庞大的物质流、能量流网络,能源系统涉及参数多,错综复杂,节能减排工作面临较大难度。MIND方法是一种面向企业级能源系统建模和优化的方法,是从系统的角度考虑节能方法。以钢铁企业物质流、能量流数据为基础,通过MIND建模方法,构建了某钢铁企业能源系统集成优化模型,通过CPLEX进行求解,并对结果进行了分析。研究结果表明：所建立的能源系统优化模型符合企业实际,误差小于1.5%;通过提高能源转换水平、主生产能力和外加含铁物流用量等参数,得到了生产优化方案,降低了能源消耗。     

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...