鋼鐵制造流程本質(zhì)、功能與鋼廠未來發(fā)展模式

1、鋼鐵制造流程的本質(zhì)、功能鋼鐵制造流程的本質(zhì)、功能與鋼廠未來發(fā)展模式與鋼廠未來發(fā)展模式殷瑞鈺殷瑞鈺 鋼鐵研究總院鋼鐵研究總院 2009年年6月月28日日 北京北京 鋼鐵是鋼鐵是“必選材料必選材料”，是可循環(huán)利用的，是可循環(huán)利用的材料。鋼鐵作為一種重要的結(jié)構(gòu)材料及功能材料。鋼鐵作為一種重要的結(jié)構(gòu)材料及功能材料的位置，在可預(yù)見的時間范圍內(nèi)不會發(fā)材料的位置，在可預(yù)見的時間范圍內(nèi)不會發(fā)生重大變化。生重大變化。 鋼鐵工業(yè)屬于流程制造業(yè)。它是由功能不鋼鐵工業(yè)屬于流程制造業(yè)。它是由功能不同的制造工序（裝置）通過組合同的制造工序（裝置）通過組合-集成構(gòu)建起集成構(gòu)建起來的。從工程系統(tǒng)看，經(jīng)過長時間的演變，現(xiàn)來的。

2、從工程系統(tǒng)看，經(jīng)過長時間的演變，現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)的制造流程已演變兩類基本流程：代鋼鐵企業(yè)的制造流程已演變兩類基本流程： 1、以鐵礦石、煤炭等天然資源為源頭的、以鐵礦石、煤炭等天然資源為源頭的高爐高爐-轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐-熱軋熱軋-深加工流程和熔融還原深加工流程和熔融還原-轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐-熱軋熱軋-深加工流程。深加工流程。 2、以廢鋼為再生資源和電力為能源的電、以廢鋼為再生資源和電力為能源的電爐爐-精煉精煉-連鑄連鑄-熱軋流程。這是以社會循環(huán)廢鋼、熱軋流程。這是以社會循環(huán)廢鋼、加工制造廢鋼、鋼廠自產(chǎn)廢鋼和電力為源頭的加工制造廢鋼、鋼廠自產(chǎn)廢鋼和電力為源頭的制造流程，即所謂電爐流程（圖制造流程，即所謂電爐流程（圖1）

3、。）。圖圖1 兩類鋼鐵制造流程示意圖兩類鋼鐵制造流程示意圖 圖圖2 2 高爐轉(zhuǎn)爐軋鋼生產(chǎn)流程的演進高爐轉(zhuǎn)爐軋鋼生產(chǎn)流程的演進 從物理角度上看，鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過程從物理角度上看，鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)過程實質(zhì)上是物質(zhì)、能量以及相應(yīng)信息的流動實質(zhì)上是物質(zhì)、能量以及相應(yīng)信息的流動/流流變過程。變過程。 其動態(tài)其動態(tài)-運行過程的物理本質(zhì)是：物質(zhì)流運行過程的物理本質(zhì)是：物質(zhì)流（主要是鐵素流）在能量流（主要是碳素流）（主要是鐵素流）在能量流（主要是碳素流）的驅(qū)動和作用下，按照設(shè)定的的驅(qū)動和作用下，按照設(shè)定的“程序程序”，沿，沿著特定的著特定的“流程網(wǎng)絡(luò)流程網(wǎng)絡(luò)”作動態(tài)作動態(tài)-有序的運行。有序的運行。從熱力學(xué)角度上

4、看：從熱力學(xué)角度上看：鋼鐵制造流程是一類開鋼鐵制造流程是一類開放的、非平衡的、不可逆的、由不同結(jié)構(gòu)放的、非平衡的、不可逆的、由不同結(jié)構(gòu)-功功能的單元工序通過非線性耦合所構(gòu)成的復(fù)雜能的單元工序通過非線性耦合所構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，其動態(tài)運行過程的性質(zhì)是耗散過程。系統(tǒng)，其動態(tài)運行過程的性質(zhì)是耗散過程。 在鋼廠生產(chǎn)過程中，鐵素物質(zhì)流是一類在鋼廠生產(chǎn)過程中，鐵素物質(zhì)流是一類多因子流，是被加工的主體。碳素能量流則多因子流，是被加工的主體。碳素能量流則作為驅(qū)動力、化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)或熱介質(zhì)按照工作為驅(qū)動力、化學(xué)反應(yīng)介質(zhì)或熱介質(zhì)按照工藝要求對物質(zhì)流進行加工、處理，使其發(fā)生藝要求對物質(zhì)流進行加工、處理，使其發(fā)生位移、化學(xué)

5、位移、化學(xué)/物理轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)以制造過程中物物理轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)以制造過程中物質(zhì)、能量質(zhì)、能量“耗散最小化耗散最小化”為核心的多目標優(yōu)為核心的多目標優(yōu)化。例如生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)、能源消化。例如生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)、能源消耗低、過程排放少、生產(chǎn)成本低、環(huán)境耗低、過程排放少、生產(chǎn)成本低、環(huán)境/生態(tài)生態(tài)友好等。友好等。 從鋼鐵制造流程動態(tài)運行過程的物理本質(zhì)出從鋼鐵制造流程動態(tài)運行過程的物理本質(zhì)出發(fā)，可以推出其功能應(yīng)拓展為：發(fā)，可以推出其功能應(yīng)拓展為：1.鐵素流運行的功能鐵素流運行的功能鋼鐵產(chǎn)品制造功能；鋼鐵產(chǎn)品制造功能；2.能量流運行的功能能量流運行的功能能源轉(zhuǎn)換功能以及與剩能源轉(zhuǎn)換功能以及與剩余能源相

6、關(guān)的廢棄物消納余能源相關(guān)的廢棄物消納-處理功能；處理功能；3.鐵素流鐵素流-能量流相互作用過程的功能能量流相互作用過程的功能實現(xiàn)過實現(xiàn)過程工藝目標以及與此相應(yīng)的廢棄物消納程工藝目標以及與此相應(yīng)的廢棄物消納-處理功處理功能。能。 鋼鐵工業(yè)的未來發(fā)展，應(yīng)該在充分理解鋼鐵鋼鐵工業(yè)的未來發(fā)展，應(yīng)該在充分理解鋼鐵制造流程動態(tài)運行過程物理本質(zhì)的基礎(chǔ)上，進一制造流程動態(tài)運行過程物理本質(zhì)的基礎(chǔ)上，進一步拓展鋼廠的功能，以新的模式實現(xiàn)生態(tài)化轉(zhuǎn)型，步拓展鋼廠的功能，以新的模式實現(xiàn)生態(tài)化轉(zhuǎn)型，融入循環(huán)經(jīng)濟社會。融入循環(huán)經(jīng)濟社會。 質(zhì)量質(zhì)量品種品種排放控制排放控制自然資自然資源利用源利用規(guī)模規(guī)模效率效率鋼鋼鐵鐵產(chǎn)產(chǎn)品

7、品制制造造爐渣爐渣利用利用垃圾垃圾處理處理廢鋼廢鋼污水污水處理處理廢塑廢塑料料鐵素、碳鐵素、碳素、塵泥、素、塵泥、氧化鐵皮氧化鐵皮廢廢棄棄物物消消納納處處理理能源效能源效率率供熱供熱 制氫制氫發(fā)電發(fā)電能能源源轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換提綱：提綱：一、關(guān)于鋼鐵產(chǎn)品制造功能一、關(guān)于鋼鐵產(chǎn)品制造功能二、關(guān)于能源轉(zhuǎn)換功能以及相關(guān)的廢棄物消納二、關(guān)于能源轉(zhuǎn)換功能以及相關(guān)的廢棄物消納-處理功能處理功能三、關(guān)于實現(xiàn)過程工藝目標以及相應(yīng)的廢棄物三、關(guān)于實現(xiàn)過程工藝目標以及相應(yīng)的廢棄物消納消納-處理功能處理功能四、四、“潔凈鋼潔凈鋼”平臺的概念與涵義平臺的概念與涵義五、循環(huán)經(jīng)濟的有效實施五、循環(huán)經(jīng)濟的有效實施 從從“3R”原則到

8、原則到“五要素（五要素（“5E”）集成）集成”六、關(guān)于實施循環(huán)經(jīng)濟過程中技術(shù)六、關(guān)于實施循環(huán)經(jīng)濟過程中技術(shù)-經(jīng)濟因素的經(jīng)濟因素的協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)七、關(guān)于未來生態(tài)化鋼廠的發(fā)展模式七、關(guān)于未來生態(tài)化鋼廠的發(fā)展模式一、關(guān)于鋼鐵產(chǎn)品制造功能：一、關(guān)于鋼鐵產(chǎn)品制造功能： 鋼鐵產(chǎn)品制造功能是建立鋼廠的初衷和鋼鐵產(chǎn)品制造功能是建立鋼廠的初衷和基本出發(fā)點，在未來發(fā)展過程中，既要考慮基本出發(fā)點，在未來發(fā)展過程中，既要考慮市場競爭力，同時又必須重視可持續(xù)發(fā)展能市場競爭力，同時又必須重視可持續(xù)發(fā)展能力，對于新一代鋼廠的產(chǎn)品制造功能，應(yīng)該力，對于新一代鋼廠的產(chǎn)品制造功能，應(yīng)該從如下視角出發(fā)來思考技術(shù)進步的戰(zhàn)略性問從如下視角出

9、發(fā)來思考技術(shù)進步的戰(zhàn)略性問題：題： 以過程耗散以過程耗散“最小化最小化”為核心目標，為核心目標，建立動態(tài)建立動態(tài)-有序、連續(xù)有序、連續(xù)-緊湊的新一代鋼鐵制緊湊的新一代鋼鐵制造流程；造流程；以過程冶金的解析以過程冶金的解析-集成優(yōu)化為原則，集成優(yōu)化為原則，建立起針對不同產(chǎn)品的高效率、低成本建立起針對不同產(chǎn)品的高效率、低成本“潔凈鋼平臺潔凈鋼平臺”；以材料工程為指導(dǎo)，規(guī)范不同鋼鐵產(chǎn)以材料工程為指導(dǎo)，規(guī)范不同鋼鐵產(chǎn)品的合理性能并實現(xiàn)產(chǎn)品換代。品的合理性能并實現(xiàn)產(chǎn)品換代。二、關(guān)于能源轉(zhuǎn)換功能以及相關(guān)的廢棄物消二、關(guān)于能源轉(zhuǎn)換功能以及相關(guān)的廢棄物消納納-處理功能：處理功能： 鋼鐵制造流程的物理本質(zhì)和運行

10、特征：鋼鐵制造流程的物理本質(zhì)和運行特征：由各種物料組成的物質(zhì)流在輸入能量的驅(qū)動由各種物料組成的物質(zhì)流在輸入能量的驅(qū)動和作用下，按照設(shè)定的工藝流程，使鐵素物和作用下，按照設(shè)定的工藝流程，使鐵素物質(zhì)流發(fā)生狀態(tài)、形狀和性質(zhì)等一系列變化，質(zhì)流發(fā)生狀態(tài)、形狀和性質(zhì)等一系列變化，成為期望的產(chǎn)品。在這過程中，物質(zhì)流和能成為期望的產(chǎn)品。在這過程中，物質(zhì)流和能量流時而分離、時而相伴。相伴時，相互作量流時而分離、時而相伴。相伴時，相互作用、影響；分離時，又分別表現(xiàn)各自的行為用、影響；分離時，又分別表現(xiàn)各自的行為特征。特征。2.1物質(zhì)流與能量流的關(guān)系物質(zhì)流與能量流的關(guān)系 深入分析研究一下鋼鐵制造流程中物質(zhì)深入分析研

11、究一下鋼鐵制造流程中物質(zhì)流與能量流的行為和關(guān)系是有必要的。流與能量流的行為和關(guān)系是有必要的。 總的看來：在鋼廠生產(chǎn)流程中，能量流總的看來：在鋼廠生產(chǎn)流程中，能量流與物質(zhì)流是時合時分的。與物質(zhì)流是時合時分的。 圖圖3 典型鋼鐵企業(yè)物質(zhì)流及能量流運行網(wǎng)絡(luò)與軌跡典型鋼鐵企業(yè)物質(zhì)流及能量流運行網(wǎng)絡(luò)與軌跡TRTCDQ石灰窯圖圖4曹妃甸鋼鐵廠物質(zhì)流曹妃甸鋼鐵廠物質(zhì)流(鐵素流鐵素流)運行網(wǎng)絡(luò)與軌跡運行網(wǎng)絡(luò)與軌跡圖圖5 曹妃甸鋼鐵廠能量流曹妃甸鋼鐵廠能量流(碳素流碳素流)運行網(wǎng)絡(luò)與軌跡運行網(wǎng)絡(luò)與軌跡石灰窯發(fā)電 從企業(yè)生產(chǎn)流程整體上看，物質(zhì)流與能從企業(yè)生產(chǎn)流程整體上看，物質(zhì)流與能量流是相互關(guān)聯(lián)的。但是，從物質(zhì)流

12、、能量量流是相互關(guān)聯(lián)的。但是，從物質(zhì)流、能量流的運行軌跡看是時合時分的，并可以分別流的運行軌跡看是時合時分的，并可以分別形成形成“物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)物質(zhì)流網(wǎng)絡(luò)”和和”能量流網(wǎng)絡(luò)能量流網(wǎng)絡(luò)“，兩，兩者并不完全重合。者并不完全重合。 從局部的工序從局部的工序/裝置看，在輸入端：物質(zhì)裝置看，在輸入端：物質(zhì)流和能量流分別輸入；在裝置內(nèi)部，則物質(zhì)流和能量流分別輸入；在裝置內(nèi)部，則物質(zhì)流與能量流相互作用、相互影響，在輸出端：流與能量流相互作用、相互影響，在輸出端：則往往表現(xiàn)為物質(zhì)流帶著部分能量輸出，同則往往表現(xiàn)為物質(zhì)流帶著部分能量輸出，同時還有不同形式的二次能量流分別輸出。這時還有不同形式的二次能量流分別輸出。這

13、是因為在工序是因為在工序/裝置中，有必要的過剩能量，裝置中，有必要的過剩能量，才能保證工藝、加工過程中的效率，因此有才能保證工藝、加工過程中的效率，因此有剩余能量流輸出是不可避免的。剩余能量流輸出是不可避免的。 說明：入爐煤的成焦率按說明：入爐煤的成焦率按75.4%計，即計，即1326kg干煤生產(chǎn)干煤生產(chǎn)1噸焦炭；噸焦炭； 加熱焦爐用的高爐煤氣發(fā)熱量為加熱焦爐用的高爐煤氣發(fā)熱量為1000kcal/m3； 干煤的相當(dāng)耗熱量為干煤的相當(dāng)耗熱量為728 kcal/kg。圖圖6 焦化系統(tǒng)的物料與能源利用框圖焦化系統(tǒng)的物料與能源利用框圖焦爐煤氣焦爐煤氣圖圖7 燒結(jié)系統(tǒng)的物料與能源利用框圖燒結(jié)系統(tǒng)的物料與

14、能源利用框圖圖圖8 高爐煉鐵系統(tǒng)的物料與能源利用框圖高爐煉鐵系統(tǒng)的物料與能源利用框圖圖圖9 轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)的物料與能源利用轉(zhuǎn)爐煉鋼系統(tǒng)的物料與能源利用 2.2關(guān)于能量流轉(zhuǎn)換功能和關(guān)于能量流轉(zhuǎn)換功能和“能量流網(wǎng)絡(luò)能量流網(wǎng)絡(luò)” 在研究鋼鐵制造流程的能源轉(zhuǎn)換功能時，在研究鋼鐵制造流程的能源轉(zhuǎn)換功能時，也應(yīng)該建立起能量流的也應(yīng)該建立起能量流的“流流”、“能源轉(zhuǎn)換能源轉(zhuǎn)換程序程序”和與之相關(guān)的和與之相關(guān)的“能源轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)能源轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)”的動的動態(tài)態(tài)-有序、輸入有序、輸入-輸出概念，其中包括了有關(guān)輸出概念，其中包括了有關(guān)鋼廠能量流運行的時間鋼廠能量流運行的時間-空間空間-信息概念。而信息概念。而不能局限在質(zhì)不能

15、局限在質(zhì)-能衡算的概念上。現(xiàn)在，國際能衡算的概念上?，F(xiàn)在，國際頂級的高爐頂級的高爐-轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)爐-熱軋生產(chǎn)流程也還有熱軋生產(chǎn)流程也還有38%左左右的能源未被鐵素物質(zhì)流充分回收利用，為右的能源未被鐵素物質(zhì)流充分回收利用，為了充分利用鋼廠生產(chǎn)過程輸入的一次能源和了充分利用鋼廠生產(chǎn)過程輸入的一次能源和能源轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的二次能源，應(yīng)該作如能源轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的二次能源，應(yīng)該作如下通盤思考：下通盤思考：以輸入以輸入-輸出的模型研究鋼廠能量流與物質(zhì)流的關(guān)輸出的模型研究鋼廠能量流與物質(zhì)流的關(guān)系，以及其中能量流的行為；系，以及其中能量流的行為；以功能以功能-效率為目標，研究一次能源、二次能源使效率為目標，研究一次

16、能源、二次能源使用順序；用順序；以連續(xù)實時調(diào)控和近以連續(xù)實時調(diào)控和近“零零”排放為目標，以圖論等排放為目標，以圖論等方法手段，研發(fā)鋼廠方法手段，研發(fā)鋼廠“能源轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)能源轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)”（“能量流網(wǎng)能量流網(wǎng)絡(luò)絡(luò)”）；）；開發(fā)有關(guān)鐵素物質(zhì)流運行過程的節(jié)能減排技術(shù)；開發(fā)有關(guān)鐵素物質(zhì)流運行過程的節(jié)能減排技術(shù)；研究二次能源充分利用條件下的不同鋼鐵制造流程研究二次能源充分利用條件下的不同鋼鐵制造流程的極限能耗量值；的極限能耗量值；研究鋼鐵制造流程的結(jié)構(gòu)與噸鋼研究鋼鐵制造流程的結(jié)構(gòu)與噸鋼CO2排放的關(guān)排放的關(guān)系系三、關(guān)于實現(xiàn)過程工藝目標以及相應(yīng)的廢棄三、關(guān)于實現(xiàn)過程工藝目標以及相應(yīng)的廢棄物消納物消納-處理功能處

17、理功能 從鋼鐵生產(chǎn)過程中物質(zhì)流和能量流的運從鋼鐵生產(chǎn)過程中物質(zhì)流和能量流的運行看，都會產(chǎn)生副產(chǎn)品、廢棄物、余熱、余行看，都會產(chǎn)生副產(chǎn)品、廢棄物、余熱、余能等物質(zhì)、能量的排放，這些排放過程及排能等物質(zhì)、能量的排放，這些排放過程及排放物構(gòu)成了對環(huán)境、生態(tài)的不良影響。鋼鐵放物構(gòu)成了對環(huán)境、生態(tài)的不良影響。鋼鐵工業(yè)應(yīng)對環(huán)境工業(yè)應(yīng)對環(huán)境-生態(tài)的對策，縱觀國際動態(tài)，生態(tài)的對策，縱觀國際動態(tài)，大體上經(jīng)歷了如下過程：大體上經(jīng)歷了如下過程：196019701980199020002010年代公害治理節(jié)能減排清潔生產(chǎn)、綠色制造工業(yè)生態(tài)鏈、資源循環(huán)圖圖10 國際鋼鐵工業(yè)環(huán)境保護的發(fā)展進程示意圖國際鋼鐵工業(yè)環(huán)境保護的

18、發(fā)展進程示意圖 圖圖11 流程制造業(yè)與循環(huán)經(jīng)濟的關(guān)聯(lián)流程制造業(yè)與循環(huán)經(jīng)濟的關(guān)聯(lián) 在鋼鐵制造流程的物質(zhì)流運行、能量流運在鋼鐵制造流程的物質(zhì)流運行、能量流運行的物質(zhì)流行的物質(zhì)流-能量流相互作用過程中，都存在能量流相互作用過程中，都存在著消納著消納-處理廢棄物并使之資源化、能源化的處理廢棄物并使之資源化、能源化的可能性。可能性。 例如在物質(zhì)流運行過程中消納廢鋼，處理例如在物質(zhì)流運行過程中消納廢鋼，處理煙塵、鐵鱗等含鐵廢棄物，回收利用煙塵、鐵鱗等含鐵廢棄物，回收利用Cr、Ni、Cu、Zn等金屬。等金屬。 在能量流的運行過程中消納在能量流的運行過程中消納-處理廢塑料、處理廢塑料、廢輪胎、處理社區(qū)污水、處

19、理垃圾甚至大量制廢輪胎、處理社區(qū)污水、處理垃圾甚至大量制氫等。氫等。 在延伸生態(tài)在延伸生態(tài)-工業(yè)鏈的過程中和水泥、建材、工業(yè)鏈的過程中和水泥、建材、發(fā)電等產(chǎn)業(yè)鏈接。發(fā)電等產(chǎn)業(yè)鏈接。 在未來發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的過程中，鋼廠生在未來發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的過程中，鋼廠生產(chǎn)過程應(yīng)是重要切入點，因為鋼廠具有資源產(chǎn)過程應(yīng)是重要切入點，因為鋼廠具有資源-能源密集、物流運輸密集的、資金流密集等能源密集、物流運輸密集的、資金流密集等特點：特點： 資源密集、能源密集：在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)資源密集、能源密集：在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)，每噸鋼將消耗內(nèi)，每噸鋼將消耗0.60.8t標準煤、標準煤、1.501.55t鐵礦石、鐵礦石、80150kg廢鋼

20、、廢鋼、36t新水；新水；由此形成了大量的物質(zhì)、能量的輸入與輸出；由此形成了大量的物質(zhì)、能量的輸入與輸出； 生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐大：現(xiàn)代化鋼生產(chǎn)規(guī)模大、物流吞吐大：現(xiàn)代化鋼廠的基本級別已經(jīng)大致地分為年產(chǎn)鋼廠的基本級別已經(jīng)大致地分為年產(chǎn)鋼8001000萬萬t，600800萬萬t，300400萬萬t及及100200萬萬t等級別；由此伴隨著巨大的等級別；由此伴隨著巨大的運輸物流運輸物流和和資金流；資金流； 鋼鐵制造流程工序多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜；由鋼鐵制造流程工序多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜；由此可形成若干產(chǎn)業(yè)鏈接關(guān)系；此可形成若干產(chǎn)業(yè)鏈接關(guān)系； 鋼鐵制造流程中伴隨著大量物質(zhì)和能鋼鐵制造流程中伴隨著大量物質(zhì)和能量排放，并形成

21、了復(fù)雜的環(huán)境界面，其中蘊量排放，并形成了復(fù)雜的環(huán)境界面，其中蘊含著大量的含著大量的“減量化、再利用、再循環(huán)減量化、再利用、再循環(huán)”的的機會機會 。四、四、“潔凈鋼潔凈鋼”平臺的概念與涵義平臺的概念與涵義 4.1何謂何謂“平臺平臺” 所謂所謂“平臺平臺”，在流程工業(yè)中，在流程工業(yè)中“平臺平臺”應(yīng)應(yīng)是某種基礎(chǔ)性、通用性、集成性的制造系統(tǒng)，是某種基礎(chǔ)性、通用性、集成性的制造系統(tǒng)，“平臺平臺”應(yīng)是諸多技術(shù)模塊的優(yōu)化及其相互之應(yīng)是諸多技術(shù)模塊的優(yōu)化及其相互之間的組合集成。開發(fā)間的組合集成。開發(fā)“平臺平臺”系統(tǒng)是一種組合系統(tǒng)是一種組合集成戰(zhàn)略。從技術(shù)進步的角度上看，集成戰(zhàn)略。從技術(shù)進步的角度上看，“平臺平

22、臺”戰(zhàn)略意味著技術(shù)進步的著眼點從以工序、裝置戰(zhàn)略意味著技術(shù)進步的著眼點從以工序、裝置為主的為主的“位空間位空間”的優(yōu)化集成發(fā)展到以的優(yōu)化集成發(fā)展到以 “流流空間空間”的優(yōu)化集成的新水平、新層次。的優(yōu)化集成的新水平、新層次。圖圖 12 點空間、位空間、流空間示意圖點空間、位空間、流空間示意圖 所謂所謂“流空間流空間”意味著全廠性的制造流意味著全廠性的制造流程或是區(qū)段性的制造流程。當(dāng)然，程或是區(qū)段性的制造流程。當(dāng)然，“流流”空空間的優(yōu)化集成是以間的優(yōu)化集成是以“點空間點空間”和和“位空間位空間”的優(yōu)化集成為基礎(chǔ)，但又超越了的優(yōu)化集成為基礎(chǔ)，但又超越了“點空間點空間”和和“位空間位空間”原有層次的；

23、同時原有層次的；同時,“流空間流空間”優(yōu)化集成的目標還引導(dǎo)著優(yōu)化集成的目標還引導(dǎo)著/制約著制約著“位空間位空間”參數(shù)的優(yōu)化（包括物質(zhì)、能量、時間、空間參數(shù)的優(yōu)化（包括物質(zhì)、能量、時間、空間等參數(shù)的優(yōu)化和協(xié)同）。等參數(shù)的優(yōu)化和協(xié)同）?！捌脚_平臺”戰(zhàn)略是一戰(zhàn)略是一種組合集成技術(shù)，是一種多目標優(yōu)化的技術(shù)種組合集成技術(shù)，是一種多目標優(yōu)化的技術(shù)群群(包包),“平臺（技術(shù)）平臺（技術(shù)）”對絕大多數(shù)產(chǎn)品具有對絕大多數(shù)產(chǎn)品具有可對接性或可生長性。可對接性或可生長性。 4.2何為何為“潔凈鋼潔凈鋼” “潔凈鋼潔凈鋼”不同于不同于“純凈鋼純凈鋼”的概念。的概念?！皾崫崈翡搩翡摗辈⒉灰馕吨郊冊胶?。并不意味著越純越

24、好。 “潔凈鋼潔凈鋼”定義：當(dāng)鋼中的非金屬夾雜物或定義：當(dāng)鋼中的非金屬夾雜物或其它有害物質(zhì)直接或間接地影響產(chǎn)品的加工性其它有害物質(zhì)直接或間接地影響產(chǎn)品的加工性能或使用性能時，該鋼就不是潔凈鋼；而如果能或使用性能時，該鋼就不是潔凈鋼；而如果鋼中的非金屬夾雜物和有害雜物的數(shù)量、尺寸鋼中的非金屬夾雜物和有害雜物的數(shù)量、尺寸或分布對產(chǎn)品的加工性能、使用性能都沒有不或分布對產(chǎn)品的加工性能、使用性能都沒有不良影響，則這種鋼就可以被認為是潔凈鋼。良影響，則這種鋼就可以被認為是潔凈鋼。 “潔凈鋼潔凈鋼”的概念不僅具有質(zhì)量含義，的概念不僅具有質(zhì)量含義，而且具有經(jīng)濟含義，無論是普通商品鋼材而且具有經(jīng)濟含義，無論是

25、普通商品鋼材還是高檔商品鋼材乃至尖端商品鋼材的工還是高檔商品鋼材乃至尖端商品鋼材的工業(yè)生產(chǎn)而言，都應(yīng)建立起業(yè)生產(chǎn)而言，都應(yīng)建立起“潔凈鋼潔凈鋼”的概的概念。念。 4.3經(jīng)濟潔凈度經(jīng)濟潔凈度 對于鋼廠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)商品鋼材而言，更應(yīng)重視對于鋼廠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)商品鋼材而言，更應(yīng)重視構(gòu)建經(jīng)濟潔凈度的潔凈鋼生產(chǎn)平臺。構(gòu)建經(jīng)濟潔凈度的潔凈鋼生產(chǎn)平臺。 經(jīng)濟潔凈度的含義是：對鋼廠而言，所生產(chǎn)經(jīng)濟潔凈度的含義是：對鋼廠而言，所生產(chǎn)的產(chǎn)品易于實現(xiàn)生產(chǎn)的高效率、低成本特別是的產(chǎn)品易于實現(xiàn)生產(chǎn)的高效率、低成本特別是質(zhì)量穩(wěn)定性等要求；對于用戶而言，則是鋼廠質(zhì)量穩(wěn)定性等要求；對于用戶而言，則是鋼廠生產(chǎn)的商品鋼材，可以滿足其加工過

26、程和使用生產(chǎn)的商品鋼材，可以滿足其加工過程和使用過程的各類要求，同時這些商品鋼材的性能是過程的各類要求，同時這些商品鋼材的性能是穩(wěn)定、均勻的，可以及時交貨，價格也是合理穩(wěn)定、均勻的，可以及時交貨，價格也是合理的。的。 表表1 典型鋼種潔凈度的建議控制水平典型鋼種潔凈度的建議控制水平注：注：*表示要求嚴格控制連鑄坯的中心偏析，表示要求嚴格控制連鑄坯的中心偏析，/表示不作要求。表示不作要求。 圖圖13 不同商品鋼材的市場份額和技術(shù)難度不同商品鋼材的市場份額和技術(shù)難度 表表2 不同商品鋼材的技術(shù)難度比較不同商品鋼材的技術(shù)難度比較注：注： ：一般；：一般； ：較高；：較高； ：很高；：很高； ：極高：

27、極高4.4 潔凈鋼潔凈鋼“平臺平臺” 所謂潔凈鋼所謂潔凈鋼“平臺平臺”，應(yīng)該是一種用以高，應(yīng)該是一種用以高效率、低成本、穩(wěn)定地生產(chǎn)潔凈鋼的基礎(chǔ)性、效率、低成本、穩(wěn)定地生產(chǎn)潔凈鋼的基礎(chǔ)性、通用性的集成性技術(shù)系統(tǒng)（技術(shù)群）。由于不通用性的集成性技術(shù)系統(tǒng)（技術(shù)群）。由于不同用途鋼材所承受的加工過程、使用狀況不同，同用途鋼材所承受的加工過程、使用狀況不同，相應(yīng)的經(jīng)濟潔凈度要求不同，成本相應(yīng)的經(jīng)濟潔凈度要求不同，成本/價格要求價格要求不同，批量規(guī)模也不同；因此，生產(chǎn)不同類型不同，批量規(guī)模也不同；因此，生產(chǎn)不同類型商品鋼材的潔凈鋼商品鋼材的潔凈鋼“平臺平臺”有不同的模式。應(yīng)有不同的模式。應(yīng)當(dāng)注意到：潔凈的

28、當(dāng)注意到：潔凈的“平臺平臺”是新世紀具有普適是新世紀具有普適性的集成技術(shù)，不僅適合于高檔商品鋼、中檔性的集成技術(shù)，不僅適合于高檔商品鋼、中檔商品鋼和尖端商品鋼，也適用于量大面廣的普商品鋼和尖端商品鋼，也適用于量大面廣的普通商品鋼的生產(chǎn)。通商品鋼的生產(chǎn)。4.5怎樣構(gòu)建怎樣構(gòu)建“潔凈鋼潔凈鋼”制造平臺制造平臺 潔凈鋼制造平臺是一種技術(shù)集成的體現(xiàn)，潔凈鋼制造平臺是一種技術(shù)集成的體現(xiàn)，在構(gòu)建潔凈鋼平臺時將涉及工程設(shè)計、生產(chǎn)運在構(gòu)建潔凈鋼平臺時將涉及工程設(shè)計、生產(chǎn)運行以及相應(yīng)的管理。行以及相應(yīng)的管理。過程工藝技術(shù)的優(yōu)化及其集成過程工藝技術(shù)的優(yōu)化及其集成 潔凈鋼制造平臺需要有一系列支撐技術(shù)和潔凈鋼制造平臺

29、需要有一系列支撐技術(shù)和集成技術(shù)構(gòu)建而成。其中應(yīng)該包括：集成技術(shù)構(gòu)建而成。其中應(yīng)該包括： 1）解析）解析-優(yōu)化的鐵水預(yù)處理技術(shù)；優(yōu)化的鐵水預(yù)處理技術(shù)；2）高效）高效-長壽的轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)；長壽的轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)；3）快速）快速-協(xié)同的二次冶金技術(shù)；協(xié)同的二次冶金技術(shù)；4）高效）高效-恒速的全連鑄技術(shù)；恒速的全連鑄技術(shù)；5）優(yōu)化）優(yōu)化-簡捷的簡捷的“流程網(wǎng)絡(luò)流程網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)；技術(shù)；6）動態(tài)）動態(tài)-有序運行的物流技術(shù)。有序運行的物流技術(shù)。 可以認為，上述可以認為，上述6項技術(shù)中前項技術(shù)中前4項技術(shù)屬項技術(shù)屬于基礎(chǔ)支撐型技術(shù)，而優(yōu)化于基礎(chǔ)支撐型技術(shù)，而優(yōu)化-簡捷的流程網(wǎng)簡捷的流程網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（例如合理的平面布置圖

30、等）則是集絡(luò)技術(shù)（例如合理的平面布置圖等）則是集成技術(shù)。所謂成技術(shù)。所謂“流程網(wǎng)絡(luò)流程網(wǎng)絡(luò)”是指在流程系統(tǒng)是指在流程系統(tǒng)中將中將“資源流資源流”、“節(jié)點節(jié)點”和和“連接器連接器”整整合在一起的物質(zhì)合在一起的物質(zhì)-能量能量-時間時間-空間結(jié)構(gòu)，主要空間結(jié)構(gòu)，主要體現(xiàn)為一種靜態(tài)的集成框架。體現(xiàn)為一種靜態(tài)的集成框架。 動態(tài)動態(tài)-有序運行的物流技術(shù)（例如物流有序運行的物流技術(shù)（例如物流運行動態(tài)調(diào)控系統(tǒng)），則體現(xiàn)了動態(tài)運行運行動態(tài)調(diào)控系統(tǒng)），則體現(xiàn)了動態(tài)運行的集成性的集成性“程序程序”，兩者均屬集成性的技，兩者均屬集成性的技術(shù)。因此，可以清楚的看出，鐵水預(yù)處理術(shù)。因此，可以清楚的看出，鐵水預(yù)處理-轉(zhuǎn)爐冶

31、煉轉(zhuǎn)爐冶煉-二次冶金二次冶金-全連鑄等基礎(chǔ)支撐型技全連鑄等基礎(chǔ)支撐型技術(shù)要通過優(yōu)化術(shù)要通過優(yōu)化-簡捷的簡捷的“流程網(wǎng)絡(luò)流程網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)和技術(shù)和動態(tài)動態(tài)-有序運行的物流技術(shù)，將之組合集成有序運行的物流技術(shù)，將之組合集成在一起，構(gòu)成動態(tài)在一起，構(gòu)成動態(tài)-有序、高效率、低成本、有序、高效率、低成本、穩(wěn)定運行的集成性穩(wěn)定運行的集成性“平臺平臺”技術(shù)群。技術(shù)群。 圖圖14 高效率高效率-低成本的潔凈鋼平臺技術(shù)低成本的潔凈鋼平臺技術(shù) ：解析：解析-優(yōu)化的鐵水預(yù)處理技術(shù)；優(yōu)化的鐵水預(yù)處理技術(shù)；：高效：高效-長壽的轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)；長壽的轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)；：快速：快速-協(xié)同的二次冶金技術(shù)；協(xié)同的二次冶金技術(shù)；：高效：高

32、效-恒速的全連鑄技術(shù)；恒速的全連鑄技術(shù)；：優(yōu)化：優(yōu)化-簡捷的簡捷的“流程網(wǎng)絡(luò)流程網(wǎng)絡(luò)”技術(shù)；技術(shù)；：動態(tài)：動態(tài)-有序運行的物流技術(shù)。有序運行的物流技術(shù)。：解析：解析-優(yōu)化的鐵水預(yù)處理技術(shù)；優(yōu)化的鐵水預(yù)處理技術(shù)；：高效：高效-長壽的轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)；長壽的轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)；：快速：快速-協(xié)同的二次冶金技術(shù)；協(xié)同的二次冶金技術(shù)；：高效：高效-恒速的全連鑄技術(shù)恒速的全連鑄技術(shù).圖圖15：解析：解析-優(yōu)化的鐵水預(yù)處理技術(shù)；優(yōu)化的鐵水預(yù)處理技術(shù)；：高效：高效-長壽的轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)；長壽的轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)；：快速：快速-協(xié)同的二次冶金技術(shù)；協(xié)同的二次冶金技術(shù)；：高效：高效-恒速的全連鑄技術(shù)恒速的全連鑄技術(shù).圖圖16 圖

33、圖17 潔凈鋼生產(chǎn)平臺涉及的系統(tǒng)潔凈鋼生產(chǎn)平臺涉及的系統(tǒng)五、循環(huán)經(jīng)濟的有效實施五、循環(huán)經(jīng)濟的有效實施 從從“3R”原則到原則到“五要素（五要素（“5E”）集成）集成” 實施循環(huán)經(jīng)濟應(yīng)該以實施循環(huán)經(jīng)濟應(yīng)該以3R為原則，實現(xiàn)資源、為原則，實現(xiàn)資源、能源的最有效利用，降低環(huán)境負荷，其目的是促能源的最有效利用，降低環(huán)境負荷，其目的是促進經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展。進經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展。所謂所謂“3R”3R”只是原只是原則，不是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟過程中的全部要素。則，不是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟過程中的全部要素。因為因為實施循環(huán)經(jīng)濟是有循環(huán)成本的，有資金流動增值實施循環(huán)經(jīng)濟是有循環(huán)成本的，有資金流動增值內(nèi)涵的。實施循環(huán)經(jīng)

34、濟需要技術(shù)（及技術(shù)開發(fā)）、內(nèi)涵的。實施循環(huán)經(jīng)濟需要技術(shù)（及技術(shù)開發(fā)）、需要投資、還有運行成本；實施循環(huán)經(jīng)濟的主體需要投資、還有運行成本；實施循環(huán)經(jīng)濟的主體是各種不同類型的經(jīng)濟單元（企業(yè)），企業(yè)的存是各種不同類型的經(jīng)濟單元（企業(yè)），企業(yè)的存在離不開資金流動，因此，實施循環(huán)經(jīng)濟也是建在離不開資金流動，因此，實施循環(huán)經(jīng)濟也是建立在資金流動并實現(xiàn)增值基礎(chǔ)上的。立在資金流動并實現(xiàn)增值基礎(chǔ)上的。 實施循環(huán)經(jīng)濟不僅要注意成本、資金要素，實施循環(huán)經(jīng)濟不僅要注意成本、資金要素，而且還必須注意物質(zhì)、能量循環(huán)利用在時間和而且還必須注意物質(zhì)、能量循環(huán)利用在時間和空間配置上的可能性和合理性。在各類循環(huán)過空間配置上的可能

35、性和合理性。在各類循環(huán)過程中，物質(zhì)、能量的有效利用不能脫離時間、程中，物質(zhì)、能量的有效利用不能脫離時間、空間要素，沒有時間、空間概念的循環(huán)過程是空間要素，沒有時間、空間概念的循環(huán)過程是難以想象的。從而可以看出，難以想象的。從而可以看出，實施循環(huán)經(jīng)濟是實施循環(huán)經(jīng)濟是以以“3R”為基本原則，并在一定條件下將物質(zhì)、為基本原則，并在一定條件下將物質(zhì)、能量、時間、空間、資金等能量、時間、空間、資金等“五要素五要素”有效地有效地整合在一起以實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境整合在一起以實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益協(xié)同發(fā)展的經(jīng)濟模式效益協(xié)同發(fā)展的經(jīng)濟模式 （圖（圖14）。一個著名）。一個著名的案例就是丹麥卡倫

36、堡生態(tài)工業(yè)園區(qū)（圖的案例就是丹麥卡倫堡生態(tài)工業(yè)園區(qū)（圖15），），其中不僅包括了物質(zhì)、能量循環(huán)利用，而且體其中不僅包括了物質(zhì)、能量循環(huán)利用，而且體現(xiàn)了較為合理的空間現(xiàn)了較為合理的空間-時間尺度以及資金的增值時間尺度以及資金的增值過程。過程。 圖圖18 從從“3R”出發(fā)到出發(fā)到“五要素五要素”優(yōu)化集成優(yōu)化集成有效地實施循環(huán)經(jīng)濟有效地實施循環(huán)經(jīng)濟 圖圖19 卡倫堡生態(tài)工業(yè)園示意圖卡倫堡生態(tài)工業(yè)園示意圖 在不同條件下，循環(huán)經(jīng)濟的實施有賴于以在不同條件下，循環(huán)經(jīng)濟的實施有賴于以下技術(shù)下技術(shù)-經(jīng)濟因素的協(xié)調(diào)：經(jīng)濟因素的協(xié)調(diào)：1.物質(zhì)物質(zhì)/能源（包括排放物、廢棄物等）循環(huán)鏈能源（包括排放物、廢棄物等）循環(huán)鏈的延伸、擴展及其轉(zhuǎn)換的延伸、擴展及其轉(zhuǎn)換/利用效率的合理性；利用效率的合理性；2.物質(zhì)物質(zhì)/能源循環(huán)通量的大小，必須具有一定的能源循環(huán)通量的大小，必須具有一定的循環(huán)通量，才能具有可行性；循環(huán)通量，才能具有可行性；3.物質(zhì)物質(zhì)/能量在循環(huán)過程中的經(jīng)濟合理性（流動