高职金属压力加工专业《热轧生产线节能降耗技术》教案

高职金属压力加工专业《热轧生产线节能降耗技术》教案

一、课程基本信息

（一）课程名称：热轧生产线节能降耗技术

（二）课程性质：专业核心技能课（理实一体化）

（三）适用学段：高职金属压力加工技术专业（轧钢方向）大学二年级下学期

（四）课时安排：共10学时，其中理论讲授4学时，虚拟仿真实训4学时，案例研讨与方案答辩2学时

（二）先修课程：金属学与热处理、轧钢机械设备、轧制工艺基础、热工基础

（六）后续课程：轧钢车间工程设计、智能制造在冶金中的应用

（七）教材选用：《热轧工艺节能与环境保护》（“十四五”职业教育国家规划教材，冶金工业出版社，2024年修订版）

（八）参考资料：GB21256-2024《粗钢生产主要工序单位产品能源消耗限额》、中国金属学会《轧钢工序节能低碳技术目录（2025版）》、典型热轧厂能源管理内训手册

二、教学目标与核心素养

（一）知识目标

1.精准复述热轧工序能耗的定义体系，包括吨钢综合能耗、工序能耗、可比能耗三者的区别与联系。【重要】【高频考点】

2.系统阐述加热炉、轧制区、精整线三大核心区域的节能技术原理，重点掌握蓄热式燃烧、热装热送、低温轧制、余热梯级利用等关键技术。【非常重要】

3.定量描述轧制力能参数与吨钢电耗之间的数学关联，能够运用西姆斯公式进行轧制能耗估算。【重要】

4.完整描述热轧能源管控系统的架构层级与数据采集逻辑，了解数字孪生在能效优化中的应用。【热点】

（二）能力目标

5.能够独立解读热轧生产线能源平衡表与能流图，精准定位异常耗能点位并撰写诊断报告。【非常重要】

6.能够操作热轧能耗仿真分析软件，通过调整轧制规程、加热制度等参数实现吨钢能耗降低5%~8%的模拟目标。【重要】

7.能够针对典型热轧车间现状，以小组协作形式设计包含技术、管理、经济性评价的集成节能改造方案。【重要】

8.能够运用工程伦理视角权衡节能改造中的成本、质量与碳排放冲突，提出兼顾多方诉求的优化建议。【一般】

（三）素质目标

9.自觉树立“节能即减碳，减碳即效益”的绿色冶金职业观，理解钢铁行业双碳目标的紧迫性与现实路径。

10.养成“用数据说话，依标准评判”的工程思维习惯，摒弃经验主义的能耗管理陋习。

11.强化安全生产红线意识与设备保全责任意识，明确节能不得以牺牲设备寿命或产品质量为代价。

三、学情分析

（一）知识储备基线

学生已完成轧制原理、传热学基础及金相学等前序课程，能够定性描述轧制过程中力能转化现象，理解钢坯加热与温度变化的基本规律。但学生对“能耗”这一指标的认知尚停留在定性层面，极少开展定量计算，对于能源介质折算标准煤、一次能源与二次能源的换算关系存在普遍盲区。此外，学生对成本核算、投资回收期等技术经济概念几乎为零接触。

（二）技能操作现状

具备轧钢仿真实训基础，能够根据既定规程完成虚拟轧制操作，但对轧制规程背后的节能逻辑缺乏自觉优化意识。多数学生仅关注能否轧出合格尺寸，不关注轧制过程的电能消耗差异。数据采集与处理能力尚处初级阶段，对Excel批量处理能耗报表、绘制趋势图等技能普遍生疏。

（三）学习心理特征

高职二年级学生处于职业认同形成关键期，对“能解决实际问题”的教学内容兴趣浓厚，排斥纯理论灌输。学生普遍关注未来岗位需求，对数字化能效管理师、低碳工艺工程师等新兴职位有好奇感。乐于接受小组对抗、企业案例诊断、角色扮演等竞争性学习活动，但对冗长公式推导存在畏难情绪。

（四）教学对策

针对上述学情，本设计将能耗计算软件化（嵌入仿真平台），降低数学门槛；引入企业真实异常数据激发解谜欲望；以“节能技术经理”岗位角色贯穿始终；同时将经济评价简化为静态回收期，并设置拓展环节供学有余力者探究动态评价。

四、教学内容与重难点图谱

（一）教学内容全谱系

本课程依据“源流诊断—单元治理—系统集成—效益评估”四阶递进逻辑重构教学内容，打破传统教材按设备类型叙述节能技术的惯例，形成四大教学模块。模块一：热轧能耗计量与诊断（2学时）；模块二：加热工序节能降耗技术群（3学时）；模块三：轧制与精整工序电耗控制（3学时）；模块四：余热回收及能源系统优化（2学时）。

（二）教学重点【重要】【高频考点】

1.蓄热式燃烧技术的热力学原理、换向周期与节能率估算方法。

2.热装热送指数HCR的计算及其与加热炉燃耗的量化关系。

3.轧制电耗与压下率、轧制温度、摩擦系数的多维关联模型。

4.烟气余热回收中“温度对口、梯级利用”原则的具体应用场景。

5.热轧厂能源管控系统（EMS）的数据采集点布置逻辑。

（三）教学难点【难点】

6.热轧过程非稳态传热与变形热耦合作用下的能耗边界确定。

7.多种节能技术集成时的协同效应与负交互效应辨析（如强化热装可能延长待轧时间导致电耗反弹）。

8.从系统节能视角理解连铸—热轧界面能流匹配的动态优化问题。

9.节能改造方案中技术可行性与经济最优性的冲突决策思维训练。

五、教学方法与媒介矩阵

（一）主导教学法

1.真实项目贯穿法：将国内某1700热连轧生产线“吨钢能耗降低10%”的三年技改实案解构为六个子任务，分置于四个教学模块中，使学生在完成完整技改流程的过程中建构知识体系。

2.虚实互补实训法：针对加热炉内部燃烧状态不可视、轧制能耗瞬变难捕捉等教学痛点，采用“虚拟仿真探机理—实体模型验参数—企业视频证实效”三步法，促成深层理解。

3.角色扮演决策法：小组内分任工艺工程师（负责轧制参数）、设备工程师（负责运行维护）、能源专员（负责数据核算）、成本会计（负责经济评价），协同完成方案设计并接受同行质询。

（二）辅助教学法

4.微课前置导学：针对热力学基础、电工学基础等跨课程知识，制作系列微课供学生按需反复观看。

5.思维可视化工具：指导学生运用ProcessOn绘制热轧能流桑基图，运用XMind构建节能技术分类树，将隐性思维显性化。

（三）教学资源清单

6.硬件资源：轧钢工艺VR实训室、工业级加热炉仿真操作台（1:20缩比模型）、轧制力测试试验机。

7.软件资源：攀钢—北科大联合开发“热轧过程能耗分析虚拟实训系统V3.0”、MATLAB热轧能耗GUI计算器。

8.数字资源：近三年冶金行业能效领跑者企业公开报告、某厂热轧工序能源审计原始数据脱敏包、15个典型节能改造失败案例归因库。

六、教学实施过程（核心环节，详案展开）

第一模块热轧能耗计量与诊断——建立节能共同语境（2学时）

【单元情境】学生以“新入职能源管理科技术员”身份收到任务：厂长要求在三日内向集团汇报本厂热轧线能耗现状，但现有日报表数据混乱，需先理清“到底用什么指标衡量能耗”，并快速诊断出最严重的耗能环节。

【课前驱动】教师通过学习通发布某轧钢厂三天的生产日报（包含产量、煤气消耗、电耗、水耗、蒸汽外发量），要求各小组尝试计算这三天的吨钢综合能耗，并观察数据波动。学生将发现计算结果忽高忽低，甚至出现产量高反而吨钢能耗也高的反直觉现象，由此产生认知冲突。

（一）激活旧知与概念冲突（15分钟）

教师展示课前学生计算出的吨钢综合能耗散点图，点名质疑：“为什么12日产量9000吨，吨钢能耗却比产量8000吨的11日还高2%？”引导学生辨析“总量”与“单耗”的关系。顺势引出关键概念：工序能耗与吨钢综合能耗的区别——前者仅包含直接为该工序服务的能源消耗，后者则分摊了公辅系统。以高炉煤气、焦炉煤气、电、新水、压缩空气为例讲解能源折算系数，演示各类介质统一为“千克标准煤”的计算路径。此处教师需在黑板上完整演算一道折算例题，强调系数取值依据GB/T2589，并标注【重要】。学生同步在草稿纸上练习，教师巡视发现共性问题——普遍遗漏电力等价热值取值规则（当前采用当量值还是等价值？）。立即组织短暂辨析：当量值按自身热功当量，等价值按火力发电煤耗，节能核算中二者应用场景不同，考核工序能耗时多用当量值，企业碳核算时多用等价值。标记【难点】。

（二）能耗诊断工具精讲（25分钟）

1.能源流图读解【非常重要】【高频考点】。教师展示典型热轧生产线能源流桑基图，各支流宽度代表能量流大小。要求学生以手指追踪：燃料化学能→烟气、冷却水、钢坯显热、氧化烧损、散热等去向。现场提问：“哪一支流最粗？”学生答烟气。追问：“是不是烟气余热量最大就意味着热效率最低？”引导学生理解烟气温度与烟气量两个维度。随后给出热效率简化计算公式η=（Q坯+Q变形）/（Q燃+Q电折），讲解分子中Q变形热通常占比较小且难以直接回收，因此热效率存在理论极限。

2.工序能耗限额标准应用【重要】。展示GB21256-2024中热轧工序准入值、限定值、先进值三级阶梯。发放四家匿名企业热轧工序能耗数据，要求学生在坐标系中标定各自位置，判断达标状态。其中一家企业数据恰在限定值边缘，触发讨论：“如果我是该厂厂长，会被要求限期整改吗？整改期限通常多久？”渗透合规性意识。

（三）小组实战——能耗异常会诊（40分钟）

本环节采用“急诊室模式”，每组获得某厂连续两周真实脱敏生产记录，包含每日产量、合格率、燃耗、电耗、停机时间、热装温度六大字段。任务指令：1.计算每日工序能耗，绘制折线图；2.识别出能耗最高日与最低日；3.交叉分析该日产量、热装温度、作业率数据，推测能耗异常主因。

各小组投入数据分析，教师巡回提供Excel函数指导。15分钟后，各组将诊断结论贴至白板。典型诊断包括：13日能耗骤升源于热装温度突降40℃；7日能耗异常低但产量也低，疑似计算错误或仪表故障。教师对每个诊断进行追问，尤其关注归因逻辑是否排除混杂因素。如某组判定能耗高因待轧时间过长，教师反问：“待轧期间燃耗是降低还是升高？电耗是降低还是升高？”引导细化分析——待轧时加热炉转为保温模式，燃耗降低，但主传动待机仍耗电，因此吨钢电耗会显著上升。此辨析使学生深刻理解不同能源介质在工况波动时的非同步变化，标记【重要】。最后10分钟，教师邀请“诊断最犀利”小组进行5分钟汇报，并提炼出三条高频异常线索：热装温度波动、非计划停机、煤气热值不稳。

（四）总结与过渡（10分钟）

教师回归单元起始任务，归纳能耗诊断标准化流程：获取数据—折算统一单位—计算单耗—对标判定—关联分析—锁定要因。预告下一模块将从耗能占比最大的加热炉开始“对症下药”。课后作业：查阅《钢铁行业能效标杆三年行动方案》中关于热轧工序的具体目标，撰写200字政策学习笔记。

第二模块加热炉节能技术集群——打赢燃料消耗攻坚战（3学时，含1学时仿真实训）

【单元情境】延续第一模块案例，该厂加热炉工序能耗超标已被集团质询，现需组建专项攻关组，目标是六个月内将燃耗降低12%。学生以工艺技术人员身份，评估多种节能技术在本厂的适配性，并形成技术路线排序建议。

（一）技术图谱建构（30分钟）

教师以“炉子热量去哪儿了”设问，引导学生回顾桑基图，列出热损失构成：排烟热损失（40%~50%）、炉体散热（5%~10%）、冷却水带热（5%~8%）、钢坯氧化（2%~4%）。继而提出两大节能逻辑：减少热量流失（堵漏）与回收废热（开源）。在此基础上系统性展开三大核心技术：

1.蓄热式高温空气燃烧技术（HTAC）【非常重要】【高频考点】。采用双通道动画演示：一对烧嘴交替工作，A烧嘴燃烧时烟气经B烧嘴侧蓄热体排入烟道，蓄热体吸热升温；换向后冷空气经高温蓄热体被预热至800℃~1000℃。教师强调该技术核心是极限回收烟气显热，可将排烟温度降至150℃以下。随即抛出关键问题：“预热温度那么高，炉内氮氧化物会不会爆炸？”引出低氧燃烧与分级燃烧控制策略，展示弥散火焰与传统长火焰的NOx生成量对比图。结合某厂应用实例：改造后燃耗降低28%，但蓄热体堵塞导致每半年需更换，维护成本上升。引导学生形成“节能技术皆有代价，需综合权衡”的辩证认知。

2.热装热送与直接轧制技术【重要】【热点】。从热量守恒切入：钢坯物理显热每提高100℃，吨钢燃耗降低6%~8%。呈现热装指数HCR=热装坯量/总装炉量，并区分热装（400℃~600℃）、温装（200℃~400℃）与冷装。引入DHCR（直接热装）与CC-DHCR（连铸直接热装）概念，强调后者需炼钢—连铸—热轧三工序计划高度同步。教师展示国内某CSP产线实现75%热装率后的年效益测算（节约煤气费超3000万元），并带领学生完成一道计算题：若某厂年产量300万吨，热装率从30%提升至60%，热装温度均值从450℃升至580℃，请估算年节约煤气量（已知热装温度每提高100℃燃耗降7%）。学生演算后，教师点出关键：热装率提升受制于连铸坯缺陷判定速度、板坯库调度能力等非技术因素，强化工程系统观。

3.富氧燃烧与纯氧燃烧【一般】。简要说明助燃气体含氧量每提高3%，理论燃烧温度提升约50℃，节能率3%~5%，重点提及空分设备投资大，仅适用于高附加值特种钢加热场景。

（二）虚拟仿真实训——最低能耗烧钢曲线寻优（60分钟）

进入虚拟仿真平台，界面显示一座步进梁式加热炉纵剖面，可设定预热段、加热段、均热段炉温及钢坯入炉温度、出炉目标温度。任务一：固定板坯规格（200mm×1200mm×10000mm）、钢种Q235B、出炉目标1230℃，改变板坯入炉温度（20℃、300℃、500℃），运行模型记录吨钢煤气消耗。每组需完成三组仿真，并将数据录入班级共享表格。教师调取全班数据生成拟合曲线，学生直观看到非线性关系：入炉温度从20℃升至300℃时燃耗陡降，而从300℃升至500℃时降幅趋缓。启发提问：“既然500℃入炉更省煤气，为什么不把热送温度提得越高越好？”学生联系铸坯高温强度下降易变形、内裂风险增加等先修知识，深化多目标优化认识。

任务二：给定入炉温度450℃，要求将板坯加热至1230℃，但各段炉温可调。设定目标函数为总煤气消耗最小化，同时限制板坯断面温差＜30℃（防止心部未烧透）。学生分组进行寻优，尝试不同炉温分布方案。教师观察各组策略，发现多数小组习惯性拉高加热段温度以求快速升温，但导致热惯性大、尾部超温。少数小组采用“高均热段、中加热段”策略获得更低燃耗。邀请优胜组分享操作思路，提炼“适温慢烧”节能哲学，并点明该思想与热处理中“台阶加热”的相通性，实现跨课程迁移。

（三）经济性评价初步（20分钟）

回归单元任务——为某厂选配加热炉节能技术方案。教师提供该厂现状参数（炉型、燃料、年产、排烟温度、热装率）以及三种技术（蓄热式改造、热装提升工程、智能燃烧控制）的初始投资、预期节能率、维护成本。学生需计算静态投资回收期=初始投资/年节约能源费用。各小组分别计算并排序。教师引入“边界条件”概念：若燃料价格从2.5元/GJ涨至3.2元/GJ，回收期如何变化？若政府给予节能补贴，排序是否改变？该环节初步建立工程经济敏感性分析思维，标记【难点】。

（四）单元诊断与作业（10分钟）

教师通过三道快速选择题诊断：蓄热体主要作用是预热空气还是净化烟气？（陷阱选项）热装率提升一定会降低总能耗吗？（未必，若导致轧线频繁换辊）等。课后作业：小组合作完成加热炉节能技术比选表（含技术原理、适用条件、节能潜力、投资强度、推广障碍五列），为第四模块的综合方案积累素材。

第三模块轧制与精整工序电耗控制——挖掘电力节约潜力（3学时，含1.5学时仿真实训）

【单元情境】加热炉燃料成本下降后，财务部门发现电费占比被动抬升，要求轧钢车间必须同步控制电耗。厂部下达新指标：在现有产品结构下，吨钢电耗降低5%且不得影响力学性能。学生以轧钢工艺工程师身份，需优化轧制规程并评估设备运行状态。

（一）轧制能耗机理可视化（30分钟）

教师以“电费都去哪儿了”启动，展示轧机主传动瞬时功率曲线图，峰值功率往往达到均值的2~3倍。指出电耗取决于功率对时间的积分，因此降低电耗有两条路径：降低轧制功率与缩短轧制时间（尤其是带载时间）。进而系统讲授轧制能耗理论模型：

1.轧制功率分解【重要】【高频考点】。板书P=M·ω，其中M包含M变形（约占60%~70%）、M摩擦（约占20%~30%）、M空转（约占10%）。重点阐述M变形与变形抗力K、接触面积A、力臂系数ψ的关系，M摩擦与轧辊半径R、摩擦系数μ的关系。强调变形抗力随温度升高而指数下降，从而引出低温轧制虽然降低了炉温能耗，但提升了轧制电耗，构成典型节能悖论。此处设置课堂互动：请学生判断“为降低总能耗，应当提高还是降低精轧入口温度？”引发激烈辩论后，教师展示某厂实证数据：终轧温度从860℃提至900℃，吨钢电耗降低7%，吨钢燃耗增加2%，总能耗净降5%。明确“适度升轧温”为当前主流方向。

2.轧制电耗经验公式。给出简化估算式：E=K·P·n，其中E为吨钢电耗，K为钢种系数，P为平均压下率，n为轧制道次。强调此式仅用于定性趋势判断，定量需用仿真。

（二）节电技术矩阵精讲（30分钟）

3.低温轧制与控轧控冷【非常重要】【热点】。深入讲解在奥氏体再结晶区以下温度轧制，可利用变形热部分补偿温降，同时通过形变诱导析出细化晶粒。展示C-Mn钢低温轧制后强度提升约20MPa的案例，印证“节能不减质”甚至“节能增质”。教师提示需关注轧机负荷能力极限，以防主传动过载跳闸。

4.轧制规程优化【重要】。系统分析道次压下量分配对电耗的影响：增加单道次压下量可减少道次数，但单道次功率急剧上升，且可能因轧件翘曲、打滑废钢。介绍能耗分配系数法，将总压下量按“能耗最小原则”分配至各机架。展示某热连轧通过优化负荷分配，精轧机组电流峰值降低12%的案例。

5.变频调速与永磁同步电机【一般】。简述交流变频较直流传动的节电优势，尤其空载或轻载时自动降速降磁。提示永磁电机在轧线辅助设备（辊道、风机）的应用可节电5%~8%。

6.待机降耗策略【重要】。剖析轧制节奏中的“隐形电耗”：主传动待机、液压站连续运行、辊道空转。介绍液压变频动力单元、停机5分钟以上主传动自动断电等管理节能手段。

（三）虚拟仿真实训——轧制规程与电耗的定量关联（60分钟）

本环节使用“热轧过程能耗分析虚拟实训系统”之“轧制能耗仿真”模块。任务背景：生产SPHC钢种，目标厚度3.5mm，宽度1250mm，卷重25吨。系统预设一套7+7道次基准规程（7道次粗轧+7道次精轧）。学生分组完成三项子任务：

子任务一：基准方案复现。运行基准规程，记录吨钢电耗、轧制周期、峰值功率、终轧温度。各组数据应在允许误差内，教师强调仿真系统与现场数据存在系统偏差，但趋势可信。

子任务二：单因素敏感性分析。每组从以下因素中随机抽取一项进行变量调整：①粗轧道次由7道次减为6道次（增加单道次压下率）；②精轧入口温度由980℃提至1020℃；③精轧末机架压下率由12%提至15%；④轧制速度曲线斜率提升20%。每组运行三个水平变化，形成电耗响应曲线，截图保存。

子任务三：集成优化挑战。在不改变成品厚度、宽度及终轧温度范围的前提下，要求吨钢电耗较基准降低6%以上。学生需组合调整道次、温度、速度等多个变量，且需通过系统内置的“板形考核”与“负荷考核”（任一机架轧制力超限即失败）。教师观察各组策略：多数先尝试减道次，往往因某架轧制力超标失败；继而转向提升温度与微调负荷分配。15分钟后，首组成功降耗7.2%并达标。该组分享发现：在精轧前段适度释放压下率，后段维持小压下，可有效降低峰值功率。教师补充该策略符合“辊缝磨损均衡”理念，将工程经验提炼为可迁移原则。

（四）待轧与物流节能（20分钟）

回归单元任务中“吨钢电耗”还受分母——产量的影响。教师指出停机待轧时燃料消耗下降但电耗刚性，导致吨钢电耗虚高。引入“轧机有效作业率”与“电耗”关联模型。展示某厂通过优化换辊流程，将换辊时间缩短8分钟/次，年节电超200万kWh的案例。组织学生计算：若该厂日轧制块数从240块提至260块，固定电耗（照明、液压、控制）不变，吨钢电耗下降多少？学生立即算出下降7.7%，深刻理解提高生产效率本身就是最大节能。

（五）单元总结（10分钟）

教师绘制轧制节电技术全景图，横轴为设备改造类、工艺优化类、管理提升类，纵轴为节电潜力与投资强度。明确告知学生，短期内见效最快的是提升热装温度与优化轧制节奏，但长期潜力在高效电机与智能负荷分配。课后作业：阅读《钢铁企业电力设计手册》第28章，梳理三种以上轧线辅助设备节电措施，下次课随机抽查。

第四模块余热回收及能源系统集成——系统节能最优化（2学时）

【单元情境】至此，加热炉与轧机单点节能已挖潜殆尽，但厂长提出新目标：冲刺“能效领跑者”称号，需进一步降低全厂综合能耗。学生从节能技术员晋升为“系统节能工程师”，必须跳脱单工序视角，整合全厂余热资源并优化能源调度。

（一）余热资源画像（20分钟）

教师展示热轧线全流程热平衡图，指出最终产品热卷带走的显热约占25%，烟气带走20%，冷却水带走15%，设备散热20%，唯有钢坯升温与变形热为有效利用部分。提出“余热是放错地方的能源”理念。系统分类：高温余热（＞600℃，烟气）、中温余热（300~600℃，烟气、钢坯辐射）、低温余热（＜300℃，烟气、冷却水、钢卷）。

（二）梯级利用技术群（35分钟）

1.烟气余热深度回收【非常重要】【高频考点】。教师沿着烟气流动路径讲解：高温段安装辐射换热器预热煤气或空气；中温段设置余热锅炉生产中压蒸汽（3.0~4.0MPa），并入厂区蒸汽管网或发电；低温段采用热管换热器产生热水用于供暖或酸洗。重点剖析热管换热器工作原理——工作介质相变传热，冷热侧完全隔离，无运动部件，特别适合低温烟气场景。结合某厂实例：烟气余热回收系统年产蒸汽15万吨，减碳1.2万吨/年。

2.钢坯显热回收【重要】。介绍连铸坯热送过程加装保温罩、钢坯边部加热器（电磁感应或燃气火焰），以及热卷运输过程中密闭强制风冷/水冷产生热水。提及钢坯显热回收难点在于非连续、移动式热源，捕获效率受限。

3.冷却水余热利用【一般】。轧辊冷却水、设备冷却水通常为30℃~45℃，品质极低。通过吸收式热泵提取热量，将循环水升温至70℃~80℃用于厂区供暖或浴室。展示北欧某钢厂利用热泵回收轧机冷却水余热满足全厂90%采暖需求的案例。

4.界面能流协同技术【热点】【难点】。教师将视角拉至连铸—热轧交接区。指出此处能流密度最高、耦合度最强。讲解铸坯切割后进入板坯库的温降曲线，前2小时温降速率极快。因此压缩板坯在库时间、优化垛位布置（热坯放上层、冷坯放下层）、采用保温坑，均属零成本节能措施。进而介绍感应补热技术：对入炉前温降过大的热坯进行快速补温，使其达到目标热装温度，弥补物流计划缺陷。此处抽象度高，教师类比“微波炉解冻后立即烹饪”降低总能耗，帮助学生理解。

（三）案例深度拆解——系统节能综合改造（30分钟）

发放完整案例材料：《华东某厂1780热轧产线系统节能改造方案（节选）》。该方案包含“热装率提升至75%+加热炉智能燃烧+烟气余热发电+轧线液压变频+能源管控中心建设”五大举措。要求学生以小组为单位完成：1.在技术路线图中标注各项技术属于本模块所讲哪一类；2.找出方案中体现“系统节能”思路的设计（例如为何先提升热装再上余热回收）；3.对方案提出一处质疑或补充建议。

学生阅读讨论15分钟，随后各组发言。典型质疑：烟气余热发电投资高达8000万元，静态回收期7.2年，是否经济合理？教师组织全班就此议题辩论。反方认为钢铁行业利润率低，回收期超5年不应采纳；正方认为碳减排有外部效益，且国家有绿色信贷支持。教师不给出标准答案，而是展示企业实际决策：分期建设，一期仅上低压部分，缩短回收期至4年。此环节真实折射企业技改决策的多维权衡，标记【难点】。

（四）虚拟排产节能演练（30分钟）

本环节为新设实训内容，平台切换至“轧线能源调度系统”模块。情境设定：某日峰电时段（9:00-11:00）电价1.3元/kWh，平段0.8元/kWh，谷段0.4元/kWh。板坯库现有热坯6块（550℃）、温坯4块（350℃）、冷坯6块（25℃）。早班会计划轧出16块（另4块留作备用）。任务：在当日23:00前完成16块轧制，安排轧制顺序与具体时间，使得电费支出最小，同时确保热坯入炉温度不低于500℃（即不可在库区等待过久）。

各组在平台上拖拽板坯至轧制时间轴，系统实时计算电费累计、热装温度损失、总耗时。学生发现矛盾：将热坯全部安排在谷电时段（23:00后）虽电费低，但此时热坯已降温至420℃以下，不满足入炉温度要求；若将所有热坯优先安排在峰电时段，则电费飙升。最佳策略是部分热坯在平段轧制，保留谷段给冷坯，并穿插温坯。各组经过约20分钟尝试，逐渐逼近最优解。教师邀请电费最低组展示排程方案，并请其复盘决策逻辑。标记【热点】。最后教师总结：传统节能关注单机设备，系统节能关注能量时空匹配，数字技术为此提供可能。

（五）课程大作业发布与指导（10分钟）

教师发布贯穿性小组大作业终版要求：为某虚拟热轧厂（提供详细现状参数）设计一套“吨钢能耗下降20%”的综合技术路线图，需包含至少4项技术，覆盖加热、轧制、余热、智能四个维度，计算节能总量、投资总额、回收期，并制作8分钟答辩PPT。强调评价标准包括技术可行性（30%）、数据翔实度（30%）、经济性（20%）、创新性（10%）、团队协作（10%）。并提供往届优秀作品匿名样例供参考。

（六）课程思政（5分钟）

播放中国宝武“碳中和”路径宣传片片段，展示从“节能降耗”到“极致能效”再到“氢基竖炉”的长远布局。教师点题：今天学习的每一项技术，都是迈向零碳钢铁的一块基石。热轧节能不仅仅是省多少钱，更是为子孙后代留下蓝天白云。激励学生投身绿色冶金事业。

七、教学评价与反馈系统

（一）过程性评价（占比60%）

1.个体日常评价（25%）：包含课前