面向绿色制造的钢铁制造系统辅料资源运行特性研究

摘要

钢铁工业是一个以生产钢材为主的原材料制造业，属国民经济的基础产业，也是能源消耗、资源消耗和污染物排放大户。近年来，我国钢铁工艺通过结构调整和技术进步，在节能降耗、减少环境排放方面取得了显著成效，但由于我国钢铁产量持续高速增长，资源消耗和环境排放总量仍呈增长趋势，钢铁工业的可持续发展面临资源、环境的严峻挑战。钢铁制造系统的每一单元过程都带有不同的资源消耗，在生成主副产品的同时产生各种环境排放和资源消耗，是钢铁制造系统资源消耗和环境影响的根源，它们之间的协同配合关系决定了钢铁制造系统主辅料资源的转化效率、能源消耗及其环境影响的程度。因此，正确认识和分析钢铁制造系统的资源流及其影响显得尤为重要。
　　本文以国家自然科学基金“基于辅料资源运行特性的钢铁绿色制造系统集成运行模式研究(70971102)”为依托，以钢铁产品生命周期过程为主线，以绿色制造模式为支撑，研究钢铁制造系统辅料资源的运行特性，及对资源消耗和环境排放的影响机理，为钢铁企业实施绿色制造、资源优化利用及节能减排提供解决方案的参考。主要研究内容有:
　　(1)在分析钢铁制造系统基本流程及特点的基础上，将资源流分为含铁主料资源和辅料资源，阐述了辅料资源的内涵和特点;系统分析了钢铁制造过程典型环节的主料资源的转换过程及辅料资源在此过程中对转换效率及环境排放的影响;构建了基于辅料资源运行特性的钢铁制造系统资源流运行规律研究体系结构。
　　(2)建立了钢铁制造系统辅料资源运行特性的分析框架，综合考虑辅料资源在钢铁产品的生命周期主线上，配合主料资源的转换过程中形成的复杂时空特性，阐述各辅料资源在主线上加入时间、空间、方式等属性不一样形成的不同的主辅料资源转化效率，及对系统的资源消耗和环境排放的影响，系统分析了辅料资源的时空特性、输入输出特性、反馈特性和排放特性。
　　(3)分析了钢铁制造系统单元过程中的输入、消耗、输出、反馈、排放之间的动态数学关系，建立了以综合考虑生产率、质量、成本、资源消耗、环境影响和职业健康与安全危害为目标，辅料资源运行特性为优化控制参数的钢铁制造系统资源优化运行理论模型，结合烧结、炼铁、炼钢等典型单元环节给出了应用框架模型，并以基于辅料资源运行特性的高炉焦比预测与优化为例进行了具体的分析与应用。
　　(4)在以上理论和方法研究的基础上，研究并开发了基于辅料资源运行特性的钢铁制造系统资源优化原型支持系统，对系统的框架结构和工作流程进行了阐述，结合软件系统实现和实施案例对原型系统的主要模块进行了介绍。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1．研究背景

1．1．1．我国钢铁工业的发展现状

1．1．2．钢铁工业发展面临的问题

1．2．国内外研究综述

1．2．1．钢铁绿色制造的应用现状

1．2．2．钢铁制造系统优化及资源流的研究现状

1．3．研究意义和课题来源

1．3．1．研究意义

1．3．2．课题来源

1．4．论文的主要内容

第2章 钢铁制造系统的资源流运行规律研究

2．1．钢铁制造系统及资源流的基本概念

2．1．1．钢铁制造系统的典型流程及特点

2．1．2．钢铁制造系统资源流的分类

2．1．3．钢铁制造系统辅料资源的内涵和特点

2．2．钢铁制造系统资源流的运行及影响因素分析

2．2．1．焦化环节分析

2．2．2．烧结环节分析

2．2．3．高炉炼铁环节分析

2．2．4．转炉炼钢环节分析

2．2．5．连铸连轧环节分析

2．3．钢铁制造系统的资源流运行规律研究的体系结构

2．4．本章小结

第3章 钢铁制造系统辅料资源运行特性分析

3．1．钢铁制造系统资源流的分析方法概述

3．2．钢铁制造系统辅料资源运行特性的分析框架

3．3．钢铁制造系统辅料资源运行特性分析

3．3．1．辅料资源时空特性分析

3．3．2．辅料资源输入输出特性分析

3．3．3．辅料资源反馈特性分析

3．3．4．辅料资源排放特性分析

3．4．钢铁制造系统辅料资源运行特性数据的特点

3．5．本章小结

第4章 基于辅料资源运行特性的钢铁制造系统资源优化运行研究

4．1．钢铁制造系统资源优化运行问题的一般性描述

4．2．基于辅料资源运行特性的钢铁制造系统资源优化运行的理论模型

4．3．基于辅料资源运行特性的钢铁制造系统资源优化运行的应用框架

4．4．案例：高炉炼铁过程资源优化运行的研究与应用

4．4．1．高炉炼铁过程的资源优化问题描述

4．4．2．基于辅料资源运行特性的炼铁过程焦比预测

4．4．3．基于辅料资源运行特性的炼铁过程焦比优化分析

4．5．本章小结

第5章 基于辅料资源运行特性的钢铁制造系统资源优化原型支持系统

5．1．钢铁制造系统资源优化原型支持系统体系结构与运行机理

5．1．1．系统的体系结构

5．1．2．系统的工作机理

5．2．钢铁制造系统资源优化原型支持系统的实现与运行

5．2．1．数据库的构建

5．2．2．模型库的构建

5．2．3．模型算法的实现

5．3．系统的操作步骤

5．3．1．首页

5．3．2．子系统界面

5．4．本章小结

第6章 总结与展望

6．1．主要研究成果

6．2．研究展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间从事的主要科研工作