冶金流程工序界面的关键技术 - 图文-

1、 衰1全国重点钢铁企业工序能耗比较kgee/t1.3冶金工业流程的特点冶金工业是典型的流程工业,并且是典型的多尺度、长过程的复杂系统。图2为钢铁工业流程主要工序示意图。钢铁生产过程,本质上就是输入资源(例如矿石和能源(例如煤炭,分别经过炼焦和烧结工序,在高炉内完成铁的冶炼过程,在转炉(或电炉完成钢的冶炼过程,经连铸(或少量模铸凝固成型,再经轧制生产出定型钢铁制品。按照工艺要求,输入的资源和能源的物质形态、化学组分和组织结构都发生了本质的变化,形成了贯穿整个工序的物质流(例如Fe元素流和能量流(仞如c元素流。在能量流的作用下,流程中物质流的温度发生有序变化,构成了一个化学冶金,凝固和冶金物理顺序

2、组成的非常复杂的化学物理过程。从节约型、清洁型流程工业的要求来看,我们需要更加关注在整个流程中物质流的温度、能量流的品质和洁净程度的变化,这是流程工业节能降耗的关键要素。 图2钢铁工业流程主要工序示意图2钢铁工业流程界面2.1界面问题的提出降低钢铁工业资源和能源消耗通常从以下四个方面开展工作:一是调整产品或生产结构;二是采用先进的节能工艺和技术;三是高效利用和回收各个工序余能;四是采取有效的管理措施。随着冶金和能源技术的发展,钢铁工业节能降耗的研究一直比较重视单体设备和主要工序的综合节能、固液气介质热量的有效利用,以及工艺流程的物质流和能量流分析及节能评价。连铸坯热送热装、干法熄焦、高温空气燃

3、烧等先进技术的应用,为钢铁行业能耗不断降低做出了卓越的贡献。钢铁制造流程的连续化、自动化和信息化是未来钢铁联合企业发展的必然趋势。随着钢铁生产技术和规模的发展,生产工序间的衔接、匹配发生了本质变化,如何优化调控工序和工序区段,最大限度地将高炉,铁水预处理、转炉、炉外精炼、连铸、轧钢等工序合理地衔接和匹配,以实现钢铁制造流程的整体优化,给流程工程研究提出了新的课题。其中之一就是以钢铁制造流程主体工序(例如,炼铁、炼钢、连铸、连轧等之间的衔接-匹配和协调-缓冲方法及其相应的装置(装备为对象,主要解决工序间的各种不确定因素和各工序环节之间的柔性调节问题,保证物质流的顺利衔接和合理匹配的“工序界面技术

4、”。钢铁流程的工序界面如图3所示。工序间的优化匹配,不仅可以优化整体流程,提高生产效率, 56而且还可促进钢铁生产流程的能源消耗大幅度降低。进一步研究流程界面物质流的运行基本规律,逐步解决在能量流耗散最小条件下流程的整体优化匹配等相关基础科学问题是我们必须面对的课题。 图3钢铁流程的工序界面2.2流程工序界面技术的意义长期以来,钢铁工业的节能降耗工作围绕主体工序和单体设备进行,而对于工序之间衔接界面则缺乏系统的研究。在连续化、自动化和信息化逐步发展的钢铁制造流程中,研究和开发流程工业界面技术对实现有效的工序衔接,降低工序界面的资源和能量消耗有重要的意义:(1节能降耗通过工序衔接界面行为动力学和

5、界面热力学的研究,可为工序界面节能降耗技术的开发和应用奠定基础,进一步降低钢铁企业的资源和能源消耗,提高企业的竞争能力。(2流程优化和界面技术演化界面节能降耗技术的发展和在流程工序中的集成组合应用,会导致工序功能及其集合的演变,进而导致整个生产流程中各工序和装置功能集合的重新分配或分组,使钢铁流程工序之间的关系集合发生变化。工序和装置功能集合的解析、优化和工序(装置之间关系集合的协调、优化,为钢铁生产流程各工序(装置的重新有序化和高效比提供技术平台性的支持,在工序功能集合、工序关系集合的演进和优化的过程中引起钢铁流程中一系列界面的演变和优化,在不同生产区段中形成新的有效组合。这一系列“界面技术

6、的出现和有效组台可影响到钢铁生产流程的结构,包括工艺技术结构、装备结构、空间结构、产品结构等。(3流程工业工序界面理论体系根据冶金流程工程学的理论体系和钢铁制造流程工序功能集、工序关系集和流程工序集的解析集成思想,开展钢铁制造流程工序界面衔接节能技术基础研究,可完善钢铁制造流程界面能质流动力学理论,归纳出具有代表性的工序类型,界面类型,探讨各类型“界面,的行为特点和规律,形成流程工业工序界面理论体系。3界面行为动力学问题和热力学问题钢铁流程的工序界面具有有限时间特性、行为动力学特性、流程热力学特性和生态演化特性。相关的核心科学问题可归纳为能质流动力学理论,主要包括界面行为动力学和界面热力学两方

7、面。3.1界面行为动力学问题一般而言,动力学是研究物质(或物体状态随时间变化的机制和规律的学问。钢铁制造流程工序界面的运行动力学主要研究工序衔接界面的运行动力学规律,研究工序界面的摊力”、“拉力”和“缓冲力”及其平衡关系,结合协同和耗散理论,研究工序界面的序参量(包括时间、温度和物质流量的演化规律及其耦合关系,研究流程中各工序功能集的优化和子系统协调、演变和发展规律,探讨工序界面模式演化的机理,确定不同工序界面技术的结构功能,并给出钢铁制造流程的工序界面相关概念的数理描述。界面行为动力学的关键问题可以归纳如下:57 法，建立钢铁制造流程的计算机仿真系统，并选择典型生产流程模拟流程运行。 结论

8、长期以来，钢铁制造流程的节能降耗只着重单体工序或单体装置，而对工序之间衔接界面缺乏 系统研究。本文针对工序界面技术提出了钢铁制造流程能质流动力学理论”的科学问题，指出， 发展和建立流程工业能质流动力学理论体系，解决流程工业的运行动力学和宏观热力学问题能推动 流程工业能源和资源的高效利用。本文还进一步探讨了钢铁制造流程工序界面问题今后的研究战略 方向：从冶金流程工程学人手，分析各主流工序的运行动力学特点，从而划分总结流程工业工序 界面的特性；遵循流程过程中物质流和能量流的概念，以物质流为主线，运用系统动力学的思路 研究物质流在界面的运动行为和特点，内在的作用力及其关系；探讨界定能量流中物质流所载可 用于工艺制造的能量和能量介质所载的不同能量的品质，探求界面上两种形态能量的变化、转换和 耦合作用，进而给出其数学物理描述。 参考文献： 【】殷瑞钰 【】邱剑 【】田乃嫒 】殷瑞钰 钢铁制造流程的解析和集成嘲金属学报，（）： 田乃嫒，郦秀平，等高炉一转炉界面流程的研究【】钢铁，（）： 钢铁制造流程多维物流管制研究的进展钢铁研究，（）： 关于钢铁工业的节能问题铜厂制造过程中的能源消耗和余能利用】冶金能源，（） 【】邱剑 【】徐匡迪 【】殷瑞钰 集 【翁字庆 【】赵沛 田乃嫒典型流程区段炼铁炼