綠色發(fā)展的現(xiàn)代鋼鐵流程

2014-12-08 09:18:53來(lái)源：作者：

    11月18日，由中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)、中國(guó)金屬學(xué)會(huì)主辦的“2014鋼鐵行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新大會(huì)暨科技負(fù)責(zé)人會(huì)議”在北京舉行。中國(guó)工程院院士干勇在會(huì)上做了題為《低碳經(jīng)濟(jì)下現(xiàn)代鋼鐵流程和生態(tài)鋼鐵產(chǎn)品》的專題報(bào)告。本文就現(xiàn)代鋼鐵流程方面的有關(guān)內(nèi)容摘編如下，以饗讀者。

    鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展的內(nèi)涵

     鋼鐵工業(yè)綠色發(fā)展是指按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基本原則，以清潔生產(chǎn)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)抓好資源高效利用和節(jié)能減排，全面實(shí)現(xiàn)鋼鐵產(chǎn)品制造、能源轉(zhuǎn)換、廢棄物處理消納和再資源化等三個(gè)功能，具有低碳特點(diǎn)，能與其他行業(yè)和社會(huì)生活實(shí)現(xiàn)生態(tài)鏈接，從而保證良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益的發(fā)展模式。在鋼鐵產(chǎn)品制造功能方面，體現(xiàn)的是流程優(yōu)化、先進(jìn)鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝與裝備技術(shù)創(chuàng)新，即以鐵焦燒等鋼鐵長(zhǎng)流程工序?yàn)楹诵?，適合中國(guó)能源資源特點(diǎn)，突破資源能源瓶頸，突破低碳技術(shù)；研發(fā)生產(chǎn)全生命周期理念下的綠色產(chǎn)品；運(yùn)用信息化技術(shù)研發(fā)推廣主工藝專家智能控制系統(tǒng)。在能源轉(zhuǎn)換功能方面，體現(xiàn)的是能源高效利用、回收再利用技術(shù)創(chuàng)新，即鋼鐵綠色制造，節(jié)能、環(huán)保密不可分，需向縱深化、系統(tǒng)化發(fā)展；在廢棄物處理、消納和再資源化功能方面，體現(xiàn)的是冶金和社會(huì)廢棄物處理、消納、再資源化技術(shù)創(chuàng)新，即加強(qiáng)鋼鐵與多產(chǎn)業(yè)間協(xié)作與銜接，將資源進(jìn)一步高效利用，突破技術(shù)、利益等瓶頸及障礙，構(gòu)建跨界綠色產(chǎn)業(yè)鏈。

    “十一五”時(shí)期鋼鐵流程的發(fā)展

    “十一五”期間，我國(guó)鋼鐵流程的發(fā)展突出體現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐高效脫磷工藝、新一代可循環(huán)鋼鐵流程工藝技術(shù)、高效低成本潔凈鋼平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)等的應(yīng)用。

    首鋼京唐鋼鐵廠實(shí)現(xiàn)了流程先進(jìn)、裝備大型化，具有“產(chǎn)品制造、能源轉(zhuǎn)換和固廢消納”三大功能，是新一代可循環(huán)鋼鐵流程的代表。其流程特點(diǎn)是：1）采用“新一代流程”實(shí)現(xiàn)潔凈鋼高效低成本的生產(chǎn)；2）采用“一”字型布局，流程短捷順暢，布置緊湊，噸鋼占地為0.9m2；3）分散與集中布置相結(jié)合，優(yōu)化工序界面，物質(zhì)流、能量流耗散最小。其主要裝備包括：7.63m大型焦?fàn)t、260t/h干熄焦，500m2燒結(jié)機(jī)、504m2球團(tuán)帶式焙燒機(jī)，5500m3高爐，300t轉(zhuǎn)爐、KR、RH、LF、CAS，2250mm、1580mm熱連軋，2230mm、1700mm、1550mm冷連軋。

    首鋼京唐鋼鐵廠環(huán)保投資74.7億元，占總投資的11.2%；對(duì)余熱、余壓、余氣、廢水、含鐵物質(zhì)和固體廢棄物充分循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)廢水、固體廢棄物零排放；實(shí)施海水淡化，每年節(jié)約淡水2000萬(wàn)t，為社會(huì)提供濃鹽水1800萬(wàn)t；電站采用海水直流冷卻，年節(jié)水1070萬(wàn)t；利用富余煤氣、高爐煤氣余壓、干熄焦余熱發(fā)電，年自發(fā)電量55億度，自供電率95%以上；高爐水渣、轉(zhuǎn)爐鋼渣和電廠粉煤灰用于生產(chǎn)水泥和其他建筑材料等。

    “十二五”時(shí)期鋼鐵流程的發(fā)展

    “十二五”以來(lái)，鋼廠鐵、鋼、軋關(guān)鍵界面物質(zhì)流、能量流協(xié)同優(yōu)化技術(shù)的開發(fā)是鋼鐵流程創(chuàng)新的重點(diǎn)。

    1）煉鐵-煉鋼界面物質(zhì)流、能量流協(xié)同優(yōu)化技術(shù)

    以煉鐵-煉鋼界面“一罐到底”模式為依托，應(yīng)用研究結(jié)果，以優(yōu)化的運(yùn)行機(jī)制、合理的結(jié)構(gòu)提升煉鐵-煉鋼界面動(dòng)態(tài)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)流、能量流、信息流的協(xié)同優(yōu)化，構(gòu)建一罐到底技術(shù)包。主要從物質(zhì)流、能量流協(xié)同運(yùn)行的角度，構(gòu)建與物質(zhì)流耦合的能量流分配模型并進(jìn)行分析；對(duì)物質(zhì)動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程中鐵水溫度變化規(guī)律進(jìn)行的研究；分析在一體化排程條件下，煉鐵-煉鋼界面合理運(yùn)行模式及相關(guān)要素的研究；研究在煉鐵、煉鋼、熱軋排程綜合成本效率最優(yōu)化條件下，煉鐵輸出到脫磷爐鐵鋼界面最佳運(yùn)行模式。

    2）鐵鋼界面、鑄軋界面基于物質(zhì)流能量流信息流協(xié)同優(yōu)化技術(shù)

    主要進(jìn)行凝固組織控制-組織控制-形變＋相變組織，鑄、軋、材一體化技術(shù)。在連鑄時(shí)進(jìn)行保護(hù)澆注、低過熱度澆注、輕壓下、液芯壓下、OM等；在軋制前，進(jìn)行熱送直軋、低溫均熱、清潔燃燒、富氧燃燒等；在軋制時(shí)，采取負(fù)荷分配優(yōu)化、工藝潤(rùn)滑、控軋控冷、在線熱處理；之后，進(jìn)行加速冷卻、邊部屏蔽冷卻、冷卻路徑控制、超快速冷卻等的研究。

    進(jìn)行了在鑄－軋－材一體化物理模型、工藝模型、控制模型、虛擬生產(chǎn)技術(shù)等，以及鑄－軋－材一體化組織演變模型、性能控制模型、在線與離線預(yù)報(bào)等方面的研究。

    3）物質(zhì)流能量流信息流協(xié)同優(yōu)化的信息網(wǎng)絡(luò)模型建模技術(shù)

    綜合考慮鋼鐵制造流程產(chǎn)品制造過程、能源轉(zhuǎn)換過程，采用機(jī)理與統(tǒng)計(jì)方法結(jié)合的建模方法，用加權(quán)有向連接網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建多尺度、多層次的物質(zhì)流與能量流協(xié)同優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)模型。研究實(shí)用的鐵鋼界面到鑄軋界面的鐵、鋼、熱軋一體化排程體系——鐵水、品種、鑄機(jī)、加熱爐、能量輸入輸出一體化排程技術(shù)包。

    ◆綜合考慮鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品在鐵鋼界面優(yōu)化、鑄軋界面動(dòng)態(tài)運(yùn)行、能源轉(zhuǎn)換界面關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，研究物質(zhì)流與能量流協(xié)同的信息化關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)信息化軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和示范應(yīng)用。在生產(chǎn)、能源利用、環(huán)境保護(hù)多環(huán)節(jié)，建立鋼鐵流程能量流網(wǎng)絡(luò)信息模型。

    ◆鋼鐵企業(yè)能量流仿真技術(shù)研究及仿真平臺(tái)的搭建。

    ◆在首鋼京唐現(xiàn)有EMS基礎(chǔ)上，融合生產(chǎn)過程信息，開發(fā)物質(zhì)流能量流協(xié)同的能源管控軟件，并進(jìn)行示范應(yīng)用。

    “十三五”鋼鐵流程發(fā)展方向

    進(jìn)入“十三五”，要考慮新型信息技術(shù)的應(yīng)用，即鋼鐵生產(chǎn)全流程無(wú)線泛在感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。無(wú)線泛在感知網(wǎng)絡(luò)是鋼鐵生產(chǎn)全流程智能制造系統(tǒng)的重要支撐技術(shù)，包括：過程檢測(cè)信號(hào)的無(wú)線傳遞技術(shù)，人機(jī)共融的未來(lái)生產(chǎn)環(huán)境；構(gòu)建物質(zhì)/能量充分（循環(huán)）利用的生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)（物質(zhì)流、能量流、信息流的集成優(yōu)化）；信息交互的主要手段：人與人、人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用將進(jìn)一步降低流程制造業(yè)的生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

    對(duì)于鋼鐵工業(yè)，研究目標(biāo)就是將無(wú)線泛在感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域，利用下一代網(wǎng)絡(luò)的開放性和無(wú)所不在的人機(jī)交互性，構(gòu)建下一代鋼鐵生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)；開發(fā)安全、智能、有效的基于物聯(lián)網(wǎng)的下一代鋼鐵生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，除具備過程設(shè)定與控制的基本功能外，該系統(tǒng)具備快速故障診斷、專家系統(tǒng)和人工智能優(yōu)化、上下級(jí)系統(tǒng)與上下級(jí)工序的優(yōu)化協(xié)調(diào)、能量流網(wǎng)絡(luò)化、物料智能跟蹤與質(zhì)量跟蹤等功能；通過該系統(tǒng)的開發(fā)，培養(yǎng)適用于下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)鋼鐵生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)和二次開發(fā)的優(yōu)秀人才。

    總的說來(lái)，現(xiàn)代鋼鐵流程發(fā)展將以提高能源利用效率，實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)的綠色發(fā)展為目標(biāo)；以技術(shù)創(chuàng)新（以技術(shù)提升經(jīng)濟(jì)），循環(huán)經(jīng)濟(jì)（縱向：延伸產(chǎn)業(yè)鏈，橫向：行業(yè)融合和地企融合－發(fā)揮冶金行業(yè)的綜合性工業(yè)優(yōu)勢(shì)）和以同樣的能耗產(chǎn)生更大效益為導(dǎo)向；應(yīng)用鋼鐵流程的三個(gè)功能+界面技術(shù)、能源流物質(zhì)流的協(xié)同優(yōu)化、全流程仿真技術(shù)+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)（企業(yè)CPS）。

    干勇認(rèn)為，今后要以更開放的視野研究鋼鐵流程，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。

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