论钢厂制造过程中能量流行为和能量流网络的构建

 本文对钢厂制造流程动态运行过程的物理本质进行了概要的描述,并在此基础上进一步指出：在钢厂制造流程中,铁素物质流与碳素能量流的关系是相伴而行的,而碳素能量流与铁素物质流的关系则是时合时分的。在钢厂制造流程中,不仅存在着铁素物质流网络及相关的运行程序,而且也存在着与铁素物质流转换有关的能量流网络及其运行程序。本文强调在研究钢厂的能源转换功能的方法时指出,不能停留在物料平衡、热平衡的方法上,而应该以动态的输入-输出概念和能量流网络的概念来进一步推动钢厂节能减排工作。本文还讨论了钢厂能量流运行的动力学机制以及能源管控中心的设计原则。进而从铁素物质流系统和碳素能量流系统提出了一系列钢厂节能减排的着手环节。特别对钢厂“只买煤、不买电、不用燃料油”的内涵与煤气等含能介质“近零”排放作了解释。提出中国钢厂的节能减排应该进入以建立能量流网络——能源管控中心为主要标志的新阶段。     

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。     

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.      

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。     

“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。     

钢铁制造流程的物质流和能量流协同优化

智能制造和绿色制造已成为制造业的发展趋势,钢铁企业具有资源和能源消耗大、排放高等特点而面临着严峻挑战。为此,运用冶金流程工程和系统工程的原理,对钢铁企业物质流和能量流的协同优化问题进行分析。通过对钢铁企业信息系统 ERP、MES 和 EMS 的分析,从信息流角度阐述了改善钢铁制造流程物质流和能量流的系统协调方法,探讨了基于信息流的物质流和能量流的协同优化机制及可能途径,为从设备单元的过程控制与流程整体生产以及能源管理的不同层面进行物质流和能量流的协同优化提供了思路。     

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。     

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。     

从开放系统、耗散结构到钢厂的能量流网络化集成

为了实现可持续发展和增强市场竞争力,钢铁工业在下一步技术转型中,应高度重视钢铁制造流程的能量流和能量流网络问题。本文在对比分析热力学孤立系统、封闭系统、开放系统和耗散结构基本特征的基础上,从充分发挥钢厂三个功能的视角,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,提出了应注重与铁素物质流相关的碳素能量流的输入/输出特点和能量流网络构建以及相应的信息化集成调控的观点,剖析了钢铁工业节能减排的潜力,指出了提高钢厂综合竞争力和多方位服务于可持续发展社会的可能性,探讨了相关理论的建立、技术开发和工程化实施的策略等。     

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。     

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。     

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...     

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,     

关于钢铁制造流程优化与产品优化问题的讨论

强调在新世纪里中国钢铁企业要注意研究钢铁制造流程的功能,指出制造(生产)流程对钢厂的生存和发展有着广泛的关联度和综合影响力,制造流程的结构优化是钢厂增强市场竞争力和拓展社会经济功能的有效手段。简要地叙述了钢铁制造流程的构成要素是“流”、“流程网络”和“程序”。“流”按一定的“程序”在“流程网络”中动态有序地、准连续地、紧凑地运行,可以实现多目标优化。讨论了中国钢铁企业生产流程优化的现状和发展方向,还就中国钢铁产品优化过程中有关炼钢、轧钢方面的问题进行了总体性探讨。在新世纪前20年,要集中有关资源加速发展薄板及其深加工产品,以实现中国钢铁产品的结构调整,同时,促进钢厂结构的优化。     

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。     

钢铁企业能量流网络研究现状与发展趋势

钢铁企业能量流网络具有复杂性、层次性、系统性和动态性。能量流网络研究主要面向能源设备、能源介质和能源系统三个对象,针对提高单元设备能效、能量流网络优化构建、能量流网络动态调控三大难题,研发高能效能源网络系统优化设计和能源网络系统高能效优化运行两类关键技术,实现优化能源系统设计和提高系统运行能效两大目标。能量流网络的研究方法主要包括理论分析、数学建模、仿真模拟等。目前,能效诊断评估优化、能量流网络集成优化和能量流网络多介质协同优化已成为能量流网络研究的新热点。钢铁企业能量流网络的发展趋势包括能源利用更加合理、网络构建集成优化、动态调控实时精准、工程应用全面推广。     

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、采用高速输送辊道,实现冶金流程中不同工序之间“协同-有序-连续-紧凑”衔接,可以提高铸坯初始温度,降低输送过程中温度损失。分析了直接轧制流程中能量耗散对产品质量和力学性能波动的影响,通过控制流程中铸坯温度损失、采取适当的温度均匀化措施,优化铸坯温度沿长度方向的分布,降低头尾温差,可以降低产品力学性能波动,实现产品性能窄窗口控制。讨论了连铸-轧钢流程中信息流的产生、构成和作用,通过实现连铸-轧钢制造流程中信息流和物质流、能量流深度融合,可以保证产品的质量稳定性,提高生产线智能化水平。