6.冶金工程技术学科国内外比较分析

作者:中国金属学会              发布时间:2016-05-27


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(一)学科总体上达到国际先进水平,部分领域处于领先水平

1. 在冶金熔体热力学及物理性质模型研究方面,我国继续保持国际前沿地位,将熔盐电解与碳热还原结合,有效改进了金属钛及合金制备技术。在亚熔盐法清洁生产铬盐和综合利用钒渣,以及处理红土铬矿等研究与应用方面处于国际先进水平[29]

2. 国内冶金反应学科近年来取得的成果主要有:充分吸收计算流体力学的最新成果,应用于冶金反应器内流体流动的数值模拟;开发钢液凝固、特别是特大型钢锭凝固过程数值模拟优化工艺;推动创新清洁冶金技术,用于资源与能源节约型新流程、新反应器的设计与过程模拟;在更宏观尺度研究与更小尺度的研究发展中取得进展,如钢铁企业内碳迁移的研究、电炉炼钢流程能量优化及控制技术、微米级尺度铁氧化物气相还原研究、粒级小于200目铁氧化物颗粒的低温还原研究等[30]

3. 在露天矿采矿工艺和运输技术研究方面,我国继续保持国际先进水平,包括露天陡坡开采,间断连续开采,松土机铲运机露天开采,陡坡铁路,露天转底下联合采矿工艺,高台阶采矿及装备大型化等[9,31]。我国选矿工艺的不断创新,在开发有特色的高效选矿设备和选矿浮选药剂方面取得突破,达到国际先进(或领先)水平。

4. 在冶金热能工程学上,近年来,有关工业炉窑热工理论与控制方法得到广泛的推广应用,成功设计制造了一批节能型加热炉[22,32,33]。炉子的装备水平、热效率及计算机控制等均达国际先进水平,如以纯高炉煤气为燃料的蓄热式火焰炉技术应用于加热炉、热处理炉、高炉热风炉等。我国学者较早提出钢铁制造流程的物质流、能量流、信息流及其协调优化,注意多介质能量流网络优化方法及动态仿真。我国能源管控中心建设中有部分企业进入在线决策和优化运行。

5. 在炼铁方面,高炉煤气采用干法除尘技术和设备已在我国得到普及,配合TRT发电,取得节能减少污染的较好效果[34,35]。高炉长寿化技术,通过设计合理内型,采用无过热冷却体系和软水密闭循环冷却技术,优化高炉炉缸炉底内衬结构和耐火材料,设置完善高炉自动监测和控制系统,在我国部分高炉实现了生产稳定顺行,高效长寿。高炉高风温技术,我国已完全掌握单烧高炉煤气达到风温1280±20℃的整套技术,高炉富氧喷煤技术在2012年重点企业平均喷煤量达150kg/t,个别企业富氧率达10%

6. 在炼钢方面,经过多年的努力,我国已逐步建立起具有中国特色的高效率、低成本转炉洁净钢生产技术并达到国际先进水平[36,37]。钢中非金属夹杂物控制技术、薄板坯连铸连轧技术、常规板坯的恒拉速技术、炼钢工艺过程系统模拟和优化技术等都达到国际先进水平。

7. 在轧制学科上,基于轧后超快冷的新一代TMCP技术,在理论开发和实际应用上处于国际领先水平[38]。薄板坯半无头轧制技术处于国际先进水平。应用细晶钢轧制理论及工艺控制技术,在量大面广产品的升级和部分关键品种的开发上达国际先进水平(如高铁在线热处理钢轨、高牌号取向硅钢等)。

8. 在冶金机械与自动化上,在板形控制理论和技术上,建立具有多机架参与前馈和反馈并重,可实现控制目标与控制手段双解耦的冷轧板形平坦度与边降自动控制方法模型和系统,发展了板形控制理论。板带表面缺陷在线监测方法与系统达到国际先进水平。 大型冶金设备集成创新在大型化、智能化上已达国际先进水平(如大型烧结机、机械真空泵在RHVD的应用等)。

9. 在冶金流程工程学上,研究了冶金流程动态运行的物理本质,提出钢厂要在此基础上设计并构建动态-有序、协同-连续的新一代钢铁制造流程[39, 40]。在理论和实际应用上达国际领先水平。

(二)存在不足与差距

1. 在冶金热力学、动力学实验研究领域与国际先进水平仍有较大差距。冶金科学用于熔体热力学性质,冶金过程机理及动力学研究方面,我国与加拿大、澳大利亚、瑞典等国保持的国际先进水平差距仍较大。冶金物化学科近年来仍缺少重大创新性研究及应用成果,总体上与国际水平仍有差距。

2. 在冶金反应工程学方面,开展高效、节能、减排再资源化中,工艺理论研究和生产工艺研究结合不够。

3. 在冶金原料与预处理方面,针对一定强度岩石,研究切割采矿技术,国外已达到开采大型化、生产连续化、装备现代化,我国还处于研发阶段。国外智能矿山的研究与开发向液压化、联动化、自动化发展、在深井开采技术上国外已列入发展战略,我国刚起步。未来五年国外已列入重点研究的遥控开采设备及技术、集约化开采技术、深部提升运输技术、井下选矿厂建设技术,我国仍没列入计划。我国在高效节能选矿设备的系列化和大型化还存在差距,我国选矿设备自主研发少,仿制多,特别是大型破碎机、大型细磨设备,选矿全流程生产过程自动化控制和信息管理差距大,矿产资源综合利用率和安全生产和环境保护差距大。

4. 在冶金热能方面,2010年我国钢铁工业吨钢能耗比先进产钢国家高6.2%,即多40kgce/t,若考虑国外轧钢系统深加工,差距为13.5%,即88kgce/t。钢铁生产过程余热余能回收利用与国外比有差距。基础理论研究滞后,节能理论体系、能量系统分析方法及评价指标等尚不完善。静态”“平衡的观点和研究方法落后,不能满足企业能源系统生产使用和管控的需要。

5. 在炼铁方面,高炉燃料比高(约多出30~50kg/t);一部分技术装备水平低,环保投入少,环境治理差;炉渣显热基本未回收。

6. 在炼钢方面,对电炉炼钢的研究大体上仍处于跟踪状态,对凝固过程理论和连铸技术创新方面缺乏原始创新性工作,高效率、低成本洁净钢生产平台技术的实施仍有待深化和普及。

7. 在轧钢方面,板材无头轧制技术在国际上已得到应用,如JFE热带无头轧制、韩国中间坯剪切压合技术、Arvedi薄板坯无头轧制技术。我国还未开展这方面工作。钢材组织性能精确预报及柔性轧制与国外比仍有差距。学科交叉融合不够,创新能力不足,多数成果属于对国际新工艺、新技术、新产品的跟踪发展与局部创新。

8. 在冶金机械及自动化方面,目前仍有少量需国外引进的装备及关键部件,如超宽带热冷连轧机组、薄板坯连铸连轧机组、非高炉炼铁装备等。冶金装备技术研发中知识产权申报意识不强,产权维护和市场化转化困难,冶金装备缺乏品牌,自主创新不足,前瞻性技术储备缺乏。钢铁生产是典型多变量、非线性且动态变化系统,单一机理模型和数学模型精度不高,迫切需要研究开发数据驱动和知识驱动相结合的生产过程智能控制软件。在生产管理和能源管控方面,需研究开发综合业务模型、动态调度、智能优化等技术,提升全线计划排产,物流跟踪、质量跟踪、控制、设备预测维护、能源实时动态调配等技术。

 

 

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