钢铁制造流程的本质、功能与钢厂未来发展模式.pdfVIP

中国科学 E 辑 : 技术科学 2008 年 第 38 卷 第 9 期 : 1365 ~ 1377 SCIENCE IN CHINA PRESS 钢铁制造流程的本质、功能与钢厂未来 发展模式 殷瑞钰 钢铁研究总院, 北京 100081 E-mail: cisri@ 收稿日期: 2008-06-17; 接受日期: 2008-07-21 摘要 钢铁制造流程动态运行过程的物理本质是: 物质流(主要是铁 关键词 素流)在能量流(主要是碳素流) 的驱动-作用下, 按照设定的“程序”, 沿着 钢铁 “流程网络”作动态-有序的运行. 钢铁制造流程是一类开放的、非平衡 制造流程 的、不可逆的、由不同结构和功能的单元工序通过非线性耦合构成的复 物理本质 功能 杂系统, 其动态运行过程的性质是耗散过程. 从钢铁制造流程动态运行 未来模式 过程的物理本质出发, 可以推出其功能应拓展为: (1) 铁素流运行的功 能――钢铁产品制造功能; (2) 能量流运行的功能――能源转换功能以及 与剩余能源相关的废弃物消纳-处理功能; (3) 铁素流-能量流相互作用过 程的功能――实现过程工艺目标以及与此相应的废弃物消纳-处理功能. 钢厂未来发展模式将通过绿色制造和生态化转型, 逐步演化为都市周边 环境友好型钢厂和港口生态工业带钢厂两类主要可选择的模式. 在未来 循环经济社会中, 钢厂可能承担的社会经济职能是: (1) 钢厂是铁-煤化 工的起点, 既要生产出更好、更廉价的钢, 又要充分利用能源; 大型钢铁 联合企业应向“只买煤、不买电、不用燃料油” 的方向发展, 同时也应该 看到, 钢厂有可能制造出相对价廉的、大量的氢气; (2) 钢厂也可以是城 市社会某些大宗废弃物的处理-消纳站和邻近社区居民生活热能供应站; (3) 钢厂可以是某些工业排放物质再资源化循环、再能源化梯级利用和 无害化处理的协调处理站. 钢厂可以通过延伸其制造链、经营链成为特 定区域构筑循环经济社会的重要环节. 钢铁是“必选材料”[1], 是可循环利用的材料. 钢铁作为一种重要的结构材料及功能材料的 位置, 在可预见的时间范围内不会发生重大变化. 1365 殷瑞钰: 钢铁制造流程的本质、功能与钢厂未来发展模式 钢铁工业属于流程制造业. 它是由功能不同的制造工 序(装置)通过组合-集成构建起来的. 从工程系统看, 经过 一个半世纪以来的演变, 现代钢铁企业的制造流程已演变 两类基本流程( 图 1): 1) 以铁矿石、煤炭等天然资源为源头的高炉-转炉-热 轧-深加工流程和熔融还原-转炉-热轧-深加工流程. 这是包 含了原料和能源储运/ 处理、烧结-焦化-炼铁过程(熔融还 原) 、炼钢-精炼-凝固过程、再加热-热轧过程及冷轧-表面处 理过程的生产流程; 2) 以废钢为再生资源和电力为能源的电炉-精炼-连铸 -热轧流程. 这是以社会循环废钢、加工制造废钢、钢厂自 图 1 两类钢铁制造流程示意图 产废钢和电力为源头的制造流程, 即所谓电炉流程. 从物理角度上看, 钢铁企业的生产过程实质上是物质、能量以及相应信息的流动/流变过 程. 其动态运行过程的物理本质是: 物质流(主要是铁素流)在能量流(主要是碳素流) 的驱动