钢铁制造流程智能制造与智能设计的分析及研究

平 伟

（河钢集团承钢公司板带事业部，河北 承德 067000）

制造业作为国家经济的中心，是建国、强国之基、兴国之器。我国想要增强国力、成为世界强国就必须使我国的制造业在世界上站稳脚跟。从改革开放至今，中国制造业迅速成长起来，拥有多样化、完整的产业体系，加快了成为世界大国的脚步。不过，我们和别的国家相比，还存在着较大的差距，我们升级制造业的任务很艰难。对此，我国提出了智能制造这一重大措施。智能制造是计算机技术和超前制造技术的结合。要想使我国经济飞速发展推动发展智能制造是唯一出路，而智能设计又是其中主要的一步。

1 钢铁制造流程智能制造的主要内容

1.1 智能制造的内涵及组成

钢制造过程智能制造包含很多流程，比如:智能化流程设计、产品运营、管理、服务体系等[1]。钢制造过程智能制造内涵是环绕“产品制造、能量变换、垃圾处理及利用”三个方面，其主要构成有：

（1）目的是提高产品质量，通过优化运行参数,来加强钢质量的稳定、靠谱和通用等性能。

（2）目的是节省资源、减少污染，爱护自然、绿色发展。（3）优化各个步骤形成智能化经营。

（4）通过反复利用资金，加快企业资金流通及增值。（5）以拉伸产业链为目的，提倡低碳环保、再利用。（6）加速升级钢铁业的步伐。

1.2 智能制造的具体内容

钢制造过程智能制造是针对整个钢铁企业的措施，它的具体内容有：

（1）钢制造过程智能设计。它是建立前卫的物理系统的始点，同时，这个系统和它组成的硬件网络有益于数字信息简便、快速地与之结合。智能设计是研究各个智能化的综合措施。

（2）智能化物流。包含材料购买、存储、运送和合理分配，包括产品订单、运输、存储和售卖的最大合理化。因此，它包含了企业物流运入和运出的智能化问题。

（3）智能化管理。它包含了从焦化、烧结开始到轧钢生产流程中动态运行的、不断变换的物质流、能量流和各个信息流。

（4）智能化经营服务。它综合了高层次的各个系统，包含经营战略计划、经济运筹、顾客服务,并延展到和经济、社会相匹配的高层次目标的决定与实施。

（5）前卫的感知设备。与它有关的前卫传感零件、仪器仪表、各类自动化控制、制造平台、可视化等具体主要共性技术。

2 钢铁制造流程智能设计的主要内容

2.1 钢制造流程全过程智能设计

（1）研究建立动态准确设计体系。以钢制造过程中的焦化、烧结、炼钢铁、轧钢、冶金设备、自然与资源等为主要研究内容，以“三流、一态”为指导，使用前卫的三维仿真设计技术，来突破钢制造过程的数字化。

（2）研究现代钢制造过程工艺技术和设备。通过生产焦化、烧结、炼钢铁、轧钢过程来实现数据模拟，优化钢制造过程工艺技术，来提高产品质量、降低产品成本，全方位提高钢铁企业的可持续发展。研究近代大型捣固焦炉系统技术，实现资源的高效，降低资源损失；研究近代球团工艺，减少有害气体及其它污染物的排放；研究靠谱能用的界面技术，增强资源转换能力。

（3）建立了前卫的冶金3d模拟设计技术平台。在钢铁行业将此平台大面积推广，为实现数字化、智能化钢制造过程打下基础。

2.2 钢制造过程各工序智能设计

（1）焦化工序。以可再生燃烧、气门加热、低排放量为基础，现代大规模捣固焦炉系统技术可以实现煤炭能源的有效利用，降低资源和能源的损失。对焦化中的能量转换、焦炉加热、仪器操作等技术过程的模拟研究，构筑了实现力学操作管理的力学正确操作系统[2]。

（2）烧结球团工序。开发了现代球团流程，以实现高效率、低耗、低排放，并降低有害气体的排放量。利用3d模拟技术，对烧结、燃烧、传热、质量和工艺传递等过程进行了分析，控制了合适的冶金步骤，开发了低碳厚料烧结工艺和一系列新工艺；对制球、预热、烘焙等流程进行数学分析，并和结果进行比对，加强了生产效率、减少了能量消耗；开发了3d模拟和物理模型，并开发了一种新的燃烧器干燥法脱硫和新的清洗过程。

（3）炼铁工艺。以三维模拟技术为基础，直接还原反应的冶金过程进行研究，数学模型和适用CFD的数据，分析气体运动、燃烧、传热、质量等运输过程，并解释过程的应用具备的可行性和可靠性的冶金设备以及设备的开发。在建立数学以及物理模型研究中具有重要的仪器设计、软件开发、精确设计、当季3d模拟技术、生产过程三维虚拟计算等。

（4）钢铁工程智能设计。冶金流程编制根据的理论和方法，依据非线性数学规划和动态设立数学模型，钢铁制造过程铁物质流和能量流优化操作设计，可以应用钢铁厂开发的一系列技术从而提高效率。建立模拟模型，研究铁水脱硫、脱磷、脱硅预处理过程的热力学和动力学机理，提高处理效率，减少能量损失。

（5）轧钢工程智能设计。这项研究着眼于高效连续铸造来实现铁能源的高效利用。研究大规模宽带钢热连轧工艺3d模拟设计，建立3d模拟装备信息管理体系，支持生产的有效运营管理。以模拟模型研究为基础，研发高性能优质钢的加热、轧制及热处理模拟流程，通过研究钢铁滚动过程中的变形、变温的规律，研究出多种新技术，持续更新棒材、线材模拟设计，研究功能多的新型轧机。

（6）冶金设备智能设计。冶金设备设计分为产品和工业设计两大类，与工程设计存在一定的差别。以大规模关键冶金设备3d模拟设计开发为主要研究项目，在三维空间中，大跨度的模型应用分析软件计算，研究装备在作业时的力学和热力学的改变。基于3d模拟机械设计，将3d设计的结果延展到仪器制造。

（7）工业炉及设备智能设计。基于3d模拟模型，系统研究材料燃烧、气体运动和加热过程，进行CFD数据模拟计算，分析蓄热燃烧，氧和高温低氧燃烧的整个燃烧过程和工艺特性研究的基础上，减少能源损耗、减少有害气体的排放，现代燃烧加热设备的出现，大大减少了能源损耗、减少了有害气体的排放、增强了能量转换及利用率。

（8）能源环境系统智能设计。建立节能体系，以降低能源损耗、实现能源高效利用为目的，客观看待能源输入、输出流程，以模拟计算为主要手段，设立以碳素能量流为中心的冶金能量流网络，降低损耗，减少CO2排放，使资源能高效利用。冶金能源技术方面的主要研究内容：设立冶金厂能量流网络模型，利用数据模拟研究合理的提高能源利用率；创立钢制造过程3d模拟资源管网体系，合理分配资源、降低损耗；完成诸多单元工序的工厂和管网的3d模拟设计[3]。

环境维护技术方面主要研究内容：增强钢铁厂有害气体的动态数值化研究，利用数字解析方法，研究处理各类污染物的有效手段；利用3d模拟设计，研究新一代除尘器；研究新一代搜集和气力传送系统。

（9）电气及自动化系统智能设计。现代铁基于能量流的过程和流程的网络理论，设立钢制造过程3d电力网络管理系统，基于优化数字设计，设计合理的钢结构过程传输和分配发电设施，达到能量最大程度的转换，降低电力损失，使钢铁厂能够自己供应电力资源。持续改进数字化模型的研究，以此推动技术前进的步伐。

（10）建筑工程系统智能设计。以建筑工程3d模拟设计为主要内容，进行大规模高炉、钢铁制造等主要冶金工程的3d结构设计。迈达斯公司在二次开发技术上不断创新，开发了冶金装备基础柱、土木工程结构、结构机架等的3d模拟设计改进，从事冶金工程3d模拟数字化、建筑结构3d模拟计算等方面的研究。

3 结语

智能制造是现代计算机技术与前卫制造技术的结合，包含计划、生产、处理、服务等诸多活动。完成制造的多方向发展，其中，数字化是基本，网络化是中心，智能化是方向。制造业包含流程型和离散型两大类，钢制造过程属于基本的流程型，完成钢制造的智能制造，是完成制造业智能制造的重中之重，而智能设计又是其中最重要的步骤。智能设计利用计算机将人的大脑活动虚拟化，提升了计算机的智能化能力，从而使计算机可以承受更多艰巨的任务，成为人类的好帮手。