绿色发展的现代钢铁流程

　　钢铁工业绿色发展的内涵

　　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”时期钢铁流程的发展

　　“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、能量流耗散最小。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”时期钢铁流程的发展

　　“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最优化条件下，炼铁输出到脱磷炉铁钢界面最佳运行模式。

　　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。

　　“十三五”钢铁流程发展方向

　　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。