钢铁冶金过程的可视化与仿真

Steel production involves the transfer and transformation of material and energy at different levels, structures, and scales, and this process incurs substantial information in the material and energy dimensions. Given the black-box feature of iron and steel production processes, process visualization plays an important role and inevitably benefits parameter correction, technical support decision-making, personnel training, and other aspects of the steel metallurgy industry. The technological characteristics of the entire process in the steel industry were analyzed in this study, a visualization technology route based on virtual reality (VR) was built, and the important components of visual simulation system for steel industry and the important technical points needed to realize the system were proposed. On the foundation, a visual simulation model for the process scheduling of the iron and steel enterprise raw materials’ field, slab, and hot rolling processes was built, and a visualization simulation platform of the iron and steel metallurgy plant-wide process, including ironmaking, steelmaking, hot rolling, and cold rolling, was developed. Lastly, the effectiveness of platform was illustrated by practical application.     

连铸与热轧工序余材集成匹配模型与算法

针对钢铁企业连铸工序余材板坯及热轧工序余材钢卷对热轧生产合同的匹配问题,基于一体化的管理思想建立了余材板坯、钢卷与合同集成匹配的多目标0-1非线性整数规划模型,在模型中引入板坯材质与合同要求钢种特征差异值矩阵及钢卷钢种与合同要求钢种特征差异值矩阵.采用分段整数编码、基于启发式修复策略的改进遗传算法求解.最后,通过对实际生产数据的仿真实验验证了所提模型和算法的有效性,为科学合理地匹配铸轧工序余材板坯、钢卷提供了有效的解决方法.     

炼钢连铸热轧一体化批量计划编制模型及实现

为解决钢铁企业生产计划一体化编制时能保证生产物流在各工序间的协调有序和高效运行,通过分析炼钢连铸热轧带钢各阶段的生产目标和工艺约束、物流变化及衔接关系,建立基于多目标优化的一体化批量计划数学模型。按照热轧带钢生产合同的要求,将一体化批量计划编制问题分解为热轧带钢的轧制单元计划、炼钢连铸的组炉和组浇计划。各计划之间既有独立又存在耦合,先编制完成轧制单元计划与组炉计划,然后再将轧制单元计划与组炉计划共同作用于组浇计划,运用基于改进协同进化的遗传算法设计模型求解策略。以某钢铁企业的带钢生产计划编制数据为例进行模型的仿真运行,测试结果表明了模型的可行性,为钢铁企业的一体化批量计划编制提供了一种有效手段。     

钢铁行业工序能耗分析及节能发展方向探讨

基于钢铁行业各工序平均能耗以及钢铁行业原燃料结构,对钢铁行业焦化、烧结、炼铁、炼钢、轧钢等工序的原燃料结构、能耗特点和节能技术进行了分析,在此基础上对钢铁行业节能发展的重点进行了讨论,并针对炼铁工序焦比、煤气利用率、二次能源回收等重点环节的发展方向进行了探讨,对于钢铁行业的节能降耗有着较大的实际意义。     

新一代钢铁生产技术相关基础研究与探索

传统钢铁工业具有规模巨大、能源与资源密集、工艺路线曲折的特点.中国能源和资源的状况要求未来钢铁工业引入循环经济的理念,用创新的思维开发新流程,逐步向冶金材料制备、能源转换和社会废弃物处理三大功能方向转变.结合这一战略思路,近年来,上海大学现代冶金与材料制备重点实验室开始在铁矿微粉低温氢还原、碳 氢铁浴混合终还原、废钢中痕量元素脱除、时空多尺度冶金理论与建模等方面进行一些相关的基础研究和探索.     

钢铁企业物质流与能量流及其相互关系

把大型钢铁企业的生产系统分解为相互关联的物质流动和能量流动过程两部分.针对其中的物质流动过程,构造从天然铁矿石(或废钢)到钢铁产品生产过程的物质流图,并建立含铁物料流动过程的铁流模型;针对能量流动过程,构造从一次能源到二次能源产品的生产、转换和使用直至废气排放的能量流图,并建立钢铁企业能量流模型;考虑物质流和能量流的相互关联和制约,建立两者的耦合模型.基于模型,讨论了钢铁生产过程中物质流变化、能量流变化及其相互作用对企业能耗及资源效率、能源效率的影响,指出了提高资源效率、能源效率的努力方向.     

炼钢─连铸─热轧直接热装一体化计划

从计划角度重点分析了钢铁生产中炼钢、连铸、热轧三者之间联接的较高模式－直接热装轧制计划系统的实现方式，并给出了较为具体的方案。     

面向订单的钢铁企业生产管理一体化系统

在对钢铁企业信息化体系结构及生产管理模式等进行理论研究的基础上,基于高级计划排程的思想,提出了面向订单的钢铁企业一体化计划与调度系统的体系结构模型.针对一体化生产管理中的库存匹配问题,建立了热轧带钢库存匹配模型;针对一体化生产管理中的能力匹配问题,建立了考虑钢铁生产加工工序约束和设备能力约束的能力计划模型.同时从订单排产和作业计划的角度研究了钢铁生产各主要环节的生产计划方法和调度策略,及其整体上的相互关联.     

钢铁企业绿色制造运行关键技术研究

为了促进钢铁企业经济效益与可持续发展效益的最大化,基于5层结构的钢铁企业绿色制造运行模式,对其中钢铁产品生命周期主线层的绿色工艺规划和钢铁清洁化生产等关键技术进行研究。重点分析了绿色工艺规划体系结构中的工艺路线、工艺方法、工艺装备、辅助物料以及工艺参数等规划内容,讨论了钢铁生产中高炉炼铁、转炉炼钢、连铸和轧钢4个阶段涉及到的资源消耗和环境影响问题,并提出了相应的解决方案。     

低碳海洋平台用钢E40-Z35的研制

通过实验室热模拟实验确定工艺参数,开发了连铸坯生产海洋平台用钢E40-Z35的控轧控冷工艺,并进行了现场工业试制.结果表明:采取低碳(w(C)≈0.08%)微合金化成分设计,利用Ca球化处理MnS夹杂物,以及轧制过程中进行高温慢速大压下,未再结晶区开轧温度为900℃,终轧温度为800℃,终冷温度为640℃左右.热轧后产品的-40℃常规冲击和时效冲击吸收功高于200J,厚度方向断面收缩率高于45%,具有良好的抗层状撕裂性能,满足船级社对海洋平台用钢E40-Z35的要求.     

工业互联网平台赋能流程制造行业转型升级场景分析

 流程行业是中国工业的重要组成部分,行业生产具备生产过程连续性强、制造执行决策过程复杂、生产单元少但可变因素多等特征,但目前中国流程行业还普遍存在数据采集应用体系不健全、产品高端化发展与工艺水平滞后矛盾突出、能耗与安全监控覆盖不足、产业链协同水平较低等问题。梳理冶金、石化、建材等重点流程制造行业中工业互联网平台应用的典型场景和案例发现,通过构建、应用工业互联网平台,流程制造企业内部以数据的全面采集和自由流动有效打开生产“黑箱”,有助于企业间高效对接制造和市场资源,提升产业链整体价值共创水平。工业互联网平台的应用为流程行业构建集约高效生产新体系提供新工具、新引擎。     

轧钢厂的精轧工序轧制批量调度的优化模型

轧钢厂生产作业计划是钢铁企业生产管理系统的一个重要组成部分,精轧工序轧制批量调度是生产作业计划的关键在分析轧钢厂生产作业计划的结构的基础上,建立了精轧工序轧制批量调度的旅行商模型。这一模型能够适合于带钢,型钢和钢管的轧制生产批量调度问题。     

CVC热轧带钢板形控制仿真及软件开发

通过对某厂CVC热轧带钢板形控制系统的分析和研究,开发了符合实际生产工艺要求的板形控制仿真软件,并对实际生产中某轧制规程板形控制过程进行离线模拟,板凸度仿真结果可控制在目标范围之内.采用此软件对热轧带钢板形控制进行仿真,其结果对生产实践具有一定的参考指导作用,且可节约大量人力物力.此外,该软件操作方便,界面友好,易于维护,具有广阔的应用前景.     

铝生产能源结构及流程优化分析

基于现有铝工业的生产流程结构特征及能源利用情况,对比分析铝、钢铁生产流程的冶金本质,划分铝生产流程工序区段,综合分析铝工业能源结构和能量耗散规律.参照钢铁节能技术的实践,指出铝工业在流程优化与改进、能源结构优化、废弃物资源化利用及余能回收综合利用等方面具有系统节能潜力,提出电解工序后高效、有序运行的生产流程结构模式.     

热轧带钢轧制批量计划的实例应用

应用轧钢厂生产批量计划的理论方法,从热轧带钢的实际生产工艺出发,建立了热轧生产批量的具体模型·对模型参数的结构进行了分析,给出了模型参数的具体表达,并应用遗传算法用来求解热轧带钢生产计划问题·组合了运筹学与人机协调系统,开发了实验性原形系统·这个系统不但改进热轧调度的质量,由调度系统产生的热轧调度优于手工系统产生的调度,平均改进在２０％以上,而且降低了产生热轧调度的时间·     

钎焊复合箔“铸轧-冷轧复合”短流程生产工艺开发

采用铸轧坯料组织细化处理技术及“三步轧制法”在线表面处理-轧制复合-扩散退火处理,实现多层材料界面的冶金结合并获得均匀包覆率。通过加工率的合理设计和退火工艺优化,使复合铝箔具有良好的抗下垂性和较好的耐腐蚀性能。解决了行业内无法用铸轧法代替热轧法生产复合铝箔的难题,突破长期以来热轧法生产复合铝箔生产周期长、成材率低的瓶颈。复合铝箔的生产成本大大降低,节能降耗明显,冷轧复合产品市场应用前景广阔。     

异步热轧对低合金钢显微组织及力学性能的影响

分别采用同步热轧及异速比为1.2的异步热轧对低合金钢进行热轧,研究异步热轧对低合金钢显微组织及力学性能的影响机制.结果表明,与同步热轧相比,异步热轧可显著促进低合金钢奥氏体/铁素体相变,提高热轧钢板厚度方向的组织均匀性.同步热轧工艺下,钢板表层为细晶铁素体层,厚度1/4或1/2处组织为粗大的贝氏体.异步热轧工艺下,钢板板厚方向主要为均匀的铁素体组织.两种热轧条件下,实验钢的抗拉强度和延伸率相当,分别为710~718 MPa和20%.采用异步热轧代替同步热轧后,实验钢的屈服强度由526MPa提高至561 MPa.这主要是由于同步热轧的钢板相变强化占主导,而异步热轧的钢板细晶强化相对较强.     

热连轧机的仿真研究

为能对复杂多变的热连轧过程进行仿真，应选择模块化的软件平台，从而方便地组合各种控制系统。通过动态仿真，可以研究各种参数变化对于轧制过程的影响。使用MATLAB／Simulink软件可以达到灵活、开放和形象的效果。这种方式通用性好、方便、快捷，有利于对多种方案进行分析。     

冷连轧仿真系统虚拟对象级的设计要点

以某钢厂2030 mm五机架四辊冷连轧机系统为仿真原型,建立了4级结构五机架冷连轧过程动态仿真系统,讨论了对动态轧制过程与实体设备动态行为进行仿真的虚拟对象L0级的结构、功能.建立了含有移动数据库的分布式仿真数据库系统(DDBS),模块化设计仿真模型程序以提高可重性和仿真系统的安全性与可维护性,实现了冷连轧虚拟对象级的基于Web的客户层、应用层、资源层3级结构仿真平台,提供了基于Web服务的人机界面支持系统.设计的冷连轧虚拟对象级为研究和开发轧制自动化新技术而需要进行的虚拟轧制实验提供了合适的平台.     

生产调度系统实时数据库平台建设

生产指挥调度系统在现代化大生产中的地位越来越重要,但由于实现手段的限制,生产过程中大量有价值的信息沉淀、流失,甚至反映生产状态的实时关键数据未能保存,因而给正确生产指挥调度带来了困难.笔者重点讨论实时数据平台建设相关问题,并以钢铁行业为背景,在分析钢铁企业对实时数据库平台需求及实时数据库功能特点的基础上,对实时数据库平台的选取策略等方面作些探讨.