无缝钢管厂发展方向

由中国钢铁工业协会、中国金属学会主办的“2014钢铁行业技术创新大会暨科技负责人会议”在北京举行。中国工程院院士干勇在会上做了题为《低碳经济下现代钢铁流程和生态钢铁产品》的专题报告。本文就现代钢铁流程方面的有关内容摘编如下，以飨读者。钢铁工业绿色发展是指按照循环经济的基本原则，以清洁生产为基础，重点抓好资源高效利用和节能减排，全面实现钢铁产品制造、能源转换、废弃物处理消纳和再资源化等三个功能，具有低碳特点，能与其他行业和社会生活实现生态链接，从而保证良好的经济、环境和社会效益的发展模式。在钢铁产品制造功能方面，体现的是流程优化、先进钢铁产品生产的工艺与装备技术创新，即以铁焦烧等无缝钢管厂钢铁长流程工序为核心，适合中国能源资源特点，突破资源能源瓶颈，突破低碳技术;研发生产全生命周期理念下的绿色产品;运用信息化技术研发推广主工艺专家智能控制系统。在能源转换功能方面，体现的是能源高效利用、回收再利用技术创新，即钢铁绿色制造，节能、环保密不可分，需向纵深化、系统化发展;在废弃物处理、消纳和再资源化功能方面，体现的是冶金和社会废弃物处理、消纳、再资源化技术创新，即加强钢铁与多产业间协作与衔接，将资源进一步高效利用，突破技术、利益等瓶颈及障碍，构建跨界绿色产业链。 “十一五”期间，我国钢铁流程的发展突出体现在转炉高效脱磷工艺、新一代可循环钢铁流程工艺技术、高效低成本洁净钢平台关键技术等的应用。首钢京唐钢铁厂实现了流程先进、装备大型化，具有“产品制造、能源转换和固废消纳”三大功能，是新一代可循环钢铁流程的代表。其流程特点是：1)采用“新一代流程”实现洁净钢高效低成本的生产;2)采用“一”字型布局，流程短捷顺畅，布置紧凑，吨钢占地为0.9m2;3)分散与集中布置相结合，优化工序界面，物质流、能量流耗散小。其主要装备包括：7.63m大型焦炉、260t/h干熄焦，500m2烧结机、504m2球团带式焙烧机，5500m3高炉，300t转炉、KR、RH、LF、CAS，2250mm、1580mm热连轧，2230mm、1700mm、1550mm冷连轧。首钢京唐钢铁厂环保投资74.7亿元，占总投资的11.2%;对余热、余压、余气、废水、含铁物质和固体废弃物充分循环利用，实现废水、固体废弃物零排放;实施海水淡化，每年节约淡水2000万t，为社会提供浓盐水1800万t;电站采用海水直流冷却，年节水1070万t;利用富余煤气、高炉煤气余压、干熄焦余热发电，年自发电量55亿度，自供电率95%以上;高炉水渣、转炉钢渣和电厂粉煤灰用于生产水泥和其他建筑材料等。 “十二五”以来，钢厂铁、钢、轧关键界面物质流、能量流协同优化技术的开发是钢铁流程创新的重点。1)炼铁-炼钢界面物质流、能量流协同优化技术以炼铁-炼钢界面“一罐到底”模式为依托，应用研究结果，以优化的运行机制、合理的结构提升炼铁-炼钢界面动态运行，实现物质流、能量流、信息流的协同优化，构建一罐到底技术包。主要从物质流、能量流协同运行的角度，构建与物质流耦合的能量流分配模型并进行分析;对物质动态运行过程中铁水温度变化规律进行的研究;分析在一体化排程条件下，炼铁-炼钢界面合理运行模式及相关要素的研究;研究在炼铁、炼钢、热轧排程综合成本效率优化条件下，炼铁输出到脱磷炉铁钢界面佳运行模式。2)铁钢界面、铸轧界面基于物质流能量流信息流协同优化技术主要进行凝固组织控制-组织控制-形变+相变组织，铸、轧、材一体化技术。在连铸时进行保护浇注、低过热度浇注、轻压下、液芯压下、OM等;在轧制前，进行热送直轧、低温均热、清洁燃烧、富氧燃烧等;在轧制时，采取负荷分配优化、工艺润滑、控轧控冷、在线热处理;之后，进行加速冷却、边部屏蔽冷却、冷却路径控制、超快速冷却等的研究。进行了在铸-轧-材一体化物理模型、工艺模型、控制模型、虚拟生产技术等，以及铸-轧-材一体化组织演变模型、性能控制模型、在线与离线预报等方面的研究。3)物质流能量流信息流协同优化的信息网络模型建模技术综合考虑钢铁制造流程产品制造过程、能源转换过程，采用机理与统计方法结合的建模方法，用加权有向连接网络构建多尺度、多层次的物质流与能量流协同优化的网络模型。研究实用的铁钢界面到铸轧界面的铁、钢、热轧一体化排程体系——铁水、品种、铸机、加热炉、能量输入输出一体化排程技术包。◆综合考虑钢铁企业产品在铁钢界面优化、铸轧界面动态运行、能源转换界面关键技术基础上，研究物质流与能量流协同的信息化关键技术，对信息化软件进行实验和示范应用。在生产、能源利用、环境保护多环节，建立钢铁流程能量流网络信息模型。◆钢铁企业能量流仿真技术研究及仿真平台的搭建。◆在首钢京唐现有EMS基础上，融合生产过程信息，开发物质流能量流协同的能源管控软件，并进行示范应用。进入“十三五”，要考虑新型信息技术的应用，即钢铁生产全流程无线泛在感知网络技术的应用。无线泛在感知网络是钢铁生产全流程智能制造系统的重要支撑技术，包括：过程检测信号的无线传递技术，人机共融的未来生产环境;构建物质/能量充分(循环)利用的生态工业系统(物质流、能量流、信息流的集成优化);信息交互的主要手段：人与人、人与设备、设备与设备。工业互联网的应用将进一步降低流程制造业的生产成本，提高劳动生产率。对于钢铁工业，研究目标就是将无线泛在感知网络技术应用于钢铁生产领域，利用下一代网络的开放性和无所不在的人机交互性，构建下一代无缝钢管厂钢铁生产过程控制系统;开发安全、智能、有效的基于物联网的下一代钢铁生产过程控制系统，除具备过程设定与控制的基本功能外，该系统具备快速故障诊断、专家系统和人工智能优化、上下级系统与上下级工序的优化协调、能量流网络化、物料智能跟踪与质量跟踪等功能;通过该系统的开发，培养适用于下一代无线网络和物联网钢铁生产过程控制系统的开发、维护和二次开发的优秀人才。总的说来，现代钢铁流程发展将以提高能源利用效率，实现钢铁工业的绿色发展为目标;以技术创新(以技术提升经济)，循环经济(纵向：延伸产业链，横向：行业融合和地企融合-发挥冶金行业的综合性工业优势)和以同样的能耗产生更大效益为导向;应用钢铁流程的三个功能+界面技术、能源流物质流的协同优化、全流程仿真技术+工业互联网、物联网(企业CPS)。干勇认为，今后要以更开放的视野研究钢铁流程，实现绿色发展。