冶金流程工序界面的关键技术

　　1 冶金工业流程的特性

　　1. 1 在国民经济中的重要地位

　　2005 年我国钢铁消费量和生产量均已超过3 亿吨，超过世界产钢第二位(日本)和第三位(美国)的总和，成为世界钢铁生产和消费的“超级”大国。图、是我国、美国和日本三国近30 年来钢产量的变化情况。专家预测，如果我国以160 公斤/人· 年的人均耗钢量完成工业化进程，年均钢产量应保持在2.4 亿吨左右。由此可见，在我国国民经济建设中，钢铁行业占有举足轻重的重要地位。钢铁材料是最重要的结构材料，也是使用量最大的功能材料。

　　1. 2 能源消耗的重点行业

　　从1988 年至2002 年的15年间，我国钢铁工业能耗一直占全国总能耗的10 % ～ 15 %。据最新数据统计，随着钢产量的不断提高，这一比例从2003 年起就已经超过16 %。表1 是全国重点钢铁企业工序能耗和吨钢综合能耗与国际先进水平指标的比较，并给出了主要生产工序能耗的比例。可以看出，我国重点钢铁企业平均吨钢综合能耗仍比国外先进企业高出100 kg 标准煤/吨钢以上，如果将中小型地方钢铁企业统计在内的话，这一差距将会更大。随着能源市场不断开放，钢铁企业的能耗己经占到生产成本的30 % ～ 45 %。在国民经济建设中，钢铁行业确实是能源消耗的重点行业，节能降耗已经成为提高我国钢铁行业国际竞争力的关键。

　　1. 3 冶金工业流程的特点

　　冶金工业是典型的流程工业，并且是典型的多尺度、长过程的复杂系统。图2 为钢铁工业流程主要工序示意图。钢铁生产过程，本质上就是输人资源(例如矿石)和能源(例如煤炭)，分别经过炼焦和烧结工序，在高炉内完成铁的冶炼过程，在转炉(或电炉)完成钢的冶炼过程，经连铸(或少量模铸)凝固成型，再经轧制生产出定型钢铁制品。按照工艺要求，输人的资源和能源的物质形态，化学组分和组织结构都发生了本质的变化，形成了贯穿整个工序的物质流(例如Fe 元素流)和能量流(例如C 元素流).在能量流的作用下，流程中物质流的温度发生有序变化，构成了一个化学冶金，凝固和冶金物理顺序组成的非常复杂的化学物理过程。从节约型、清洁型流程工业的要求来看，我们需要更加关注在整个流程中物质流的温度、能量流的品质和洁净程度的变化，这是流程工业节能降耗的关键要素。

　　2 钢铁工业流程界面

　　2. 1 界面问题的提出

　　降低钢铁工业资源和能源消耗通常从以下四个方面开展工作：一是调整产品或生产结构;二是采用先进的节能工艺和技术;三是高效利用和回收各个工序余能;四是采取有效的管理措施。随着冶金和能源技术的发展，钢铁工业节能降耗的研究一直比较重视单体设备和主要工序的综合节能、固液气介质热量的有效利用，以及工艺流程的物质流和能量流分析及节能评价。连铸坯热送热装、干法熄焦、高温空气燃烧等先进技术的应用，为钢铁行业能耗不断降低做出了卓越的贡献。