冶金分析是冶金生产不可缺少的重要环节

冶金分析是冶金生产不可缺少的重要环节，是冶金生产最重要的相关技术之一。冶金分析技术不仅按照冶金生产发展的客观要求，不断拓宽自己的领域，而且也以自身的完善与发展，促进着冶金生产水平的提高。本文试图从现代炼钢生产的发展态势中，阐明对冶金分析技术发展的期望与基本要求。一、现代炼钢生产发展的基本态势与特点现代冶金生产以产品结构优化的要求为前提，促进冶金工艺的重新优化组合，并实现装备水平的优化更新，从而形成了广泛的系统优化的态势。这已是世界各国冶金界的首要目标和任务。而整个冶金生产过程中，炼钢生产的整体优化趋势更为突出，它不仅与轧钢生产紧密衔接，促使冶金产品结构优化的加快，而且往前促进炼铁生产和新的炼钢原料生产工艺的优化，使整个行业结构的优化。现代炼钢生产的优化流程以铁水预处理—顶底复合吹炼转炉—炉外精炼—连铸—(热装，热送或直接轧制);新的炼钢原料生产工艺或废钢精料—超高功率电炉—炉外精炼—连铸板坯连铸—直接轧制这两种工艺最具代表性，使整个冻钢生产工艺、装备及产品结构的优化都提高到了一个新的档次和水平上。炼钢生产的这种整体优化态势，有着明显的特征，其主要表现为以下五个方面，即更系统，更连续，更高效，更可控，更优质。这些特征都对冶金分析技术提出了新的更高要求。1.更系统:冶金生产的优化是从各个环节或单项技术发展起来的，但越来越明显地看出，必须从系统工程的角度，实现整体优化才能真正发挥各项先进技术的作用。例如超高功率电炉是大幅度提高电炉生产率的一项先进技术，但如果不配之以相应的炉外精炼设施，它将无法改变三段式冶炼的旧模式，因而不能发挥其优势;先进的连铸生产，不仅离不开炉外精炼，也必须依靠超高功率电炉的高生产率来实现连浇。此外，这种更系统的特点不仅表现在各环节先进工艺和技术同步实现的要求上，更表现在对相关技术的优化与配套齐全的客观要求上。无法设想会存在一个缺乏先进的冶金检测与分析技术的优化炼钢工艺流程。这将在下面详述。2.更连续:炼钢生产整体优化的系统必然是一个连续的生产过程。各个短流程的生产工艺本身就是一个连续的整体，要求有良好的节奏性与衔接性。这种特性使得冶金生产对冶金分析的要求早就不满足于仅仅进行成品分析的程度了，而要求不断提供各种检测分析参数来指导，保证生产工艺的稳定与连续。3.更高效:这一特性集中表现在大型化与高速化两个方面。连铸—连轧工艺使传统的钢水凝固到轧制成材周期以天，甚至以周计算变为以分钟计算，毫无疑问化学分析法的节奏是无法适应的，各种快速的接触，非接触式的先进冶金分析技术发展起来，对冶金生产的高效化起了重要作用。另外冶炼炉的大型化，连铸，轧钢的大型化，不仅是高效化的特征，也同时对冶金分析的代表性提出了新的要求。连续与高效的特性，促使冶金分析由单元向多元，快速的方向不断发展。4.更可控:优化陇炼钢生产过程已必然要求生产过程的可控性大大提高，微电子技术的应用促进冶金生产的高速增长，产品性能的可控程度大大提高。认算机对局部或全部生产过程甚至经营管理过程实现在线控制跳要求，必然要求冶金分析由过去的离线变为在线，井参与控制过程。这种在线及参乌控制的要求使冶金分析技术与装备趁来越与计算机的应用紧密地结合在一起。5.更优质:冶金工艺献优化最终将表现为产品结构与质量纵优化上。现衣一提高了质氢档次普通钢材不仅对成分控制的范围与精度要求越来越高，并且在对〔O〕、〔S〕、夹杂物这三个主要的质量特征指标上也越来越严。各个工艺环节都要求进行分析，控制，以保证最终质量。而超纯钢(例如〔N〕+〔O〕+〔H〕+〔F〕+〔S〕≤100μg/g，甚至≤50μg/g和各种特殊用途钢的生产，则对一冶金分析的分辨率与精确性提出了新的要求。由上可见炼钢生产整体优化的态势及其特性，都对冶金分析提出了新邵要求，它促使冶金分析装备水平的提高，并向多元、快速、连续、可控、准确的方向不断迈进。MES(制造执行系统)是上个世纪80年代出现的一种新型的企业生产管理系统。它以生产过程数学模型为核心，连接实时数据库和非实时的关系数据库，对生产控制层安排生产作业计划，下达生产指令，进而对整个生产过程的物料、质量、设备、成本等内容进行控制。以生产优化运行为核心的MES运用于钢铁企业，主要解决生产计划的一体化编制和处理，生产过程的动态优化调度，生产成本在线跟踪预测与优化控制，生产过程的计量质量动态跟踪以及设备运行状态监控等一系列问题。它在生产过程控制与管理之间实现无缝链接，从而对生产过程实现全过程高度协调的控制和管理。1、MES是一座“桥”，是在ERP与PCS之间的一座桥，起到了承上启下的核心作用。它为管理与过程控制系统之间提供了一个通道，使两者之间有机地构成一个整体，实现信息的无逢链接与共享。2、MES实现了生产工艺全过程的一体化管理，并对全过程进行优化处理。在特殊情况下，可以保证全流程生产的正常进行，所有有价值的数据还可以得到妥善保存。3、成功地消除了“数据断层”这一困绕钢铁企业信息化的老大难问题。MES的核心是集成，通过对企业各种资源的有效集成，将企业的生产和经营集成为一个高效运转，高效自动化的整体。ERP系统可以从MES中获取到生产成本，制造周期以及预计产出时间等实际生产数据;ERP还可以从MES中取得生产定单的实际状态，企业当前的实际生产能力情况，以及企业中生产内容变化的相互约束关系。PCS过程控制可以利用MES对生产的工艺参数进行优化，基础自动化则可以从MES中获取控制数据或操作指令。当然，MES也需要从ERP或PCS中获取到自身需要的数据，这些数据可以保证MES在生产中的正常运行。造成成本上升的主要原因是外购原料、燃料价格的大幅度涨价。其中每吨喷吹煤平均采购费用上涨36.85%，炼焦煤上涨61.63%(6月份同比上涨94.86%)，冶金焦上涨81.8%(6月份同比上涨113.42%)，进口矿上涨53.86%，国产矿上涨95.35%。一、企业生产成本激增，进口合约矿吨矿价格增加220元左右。若采用进口矿冶炼，按1:1.5测算，一吨生铁成本上涨约330元；二、钢材价格高位运行，成本的大幅推高将殷实现有的钢价。虽然钢材市场已于去年下半年开始消化成本暴涨的压力，但因短期供需依然良好，不排除钢价持续上涨，行业整体盈利能力上升。三、行业兼并重组加剧，中小型企业所面临的原材料供应及成本压力与日剧增，形成寻求大企业保障原料供应的趋势；成本是制约短流程发展的关键因素。在短流程炼钢工艺中,成本构成包括原料成本、能源成本以及生产管理成本等。未来竞争的胜利者将是那些所有拥有的技术能够控制成本的厂家,因此任何降低成本的技术均能促进短流程的发展。1)减少原料成本的技术:如加强对废钢的分类、加工和管理。2)降低能源消耗的技术:展开电炉供电技术优化的研究,加强炉气物理热和化学热的回收,如采用电炉热装海绵铁以及废钢预热技术以及连续上料装置的实现。据报道德国奥蒙德输送技术有限公司(Aumundfordertechnik公司)开发出一种新的直接还原铁输送系统,可以将热直接还原铁密封输送,该技术的应用可使电能消耗降最多20%;另外,在缺电地区,可发展EOF(EnergyOptimizingFurnace)的短流程炼钢工艺。3)控制生产成本的技术:操作过程的连续化和自动化,缩短热停工时间,以及围绕缩短电炉冶炼周期的新技术和新装备的研发,从而起到强化电炉冶炼,降低能耗提高劳动生产率,以使吨钢能耗、耐材和电极等辅助材料消耗及劳动成本大幅度降低。电炉短流程就是有利于循环经济和环境保护的生产流程,据统计在满足国民经济需求的钢产量一定时,生产1t电炉钢比生产1t转炉钢可以多循环利用废钢500～600kg,少消耗铁矿石1.3t,降低可比能耗265kg标煤,减少二氧化碳排放112613kg。生产1t转炉钢约排放二氧化碳1.8t,生产1t电炉钢约排放0.6t,为转炉钢的1/3。从节能环保、实现电炉短流程可持续发展角度,需研究大量关键技术,如控制电弧炉冶炼中二恶英产生和排放的技术;以提高能源与资源利用率为目标的多种能源与多种炉料的匹配与优化技术;以降低冷却水能耗与水耗为目标的气化冷却技术;以改善氧气利用率和降低排放为目标的加压与密封技术;基于先进连续检测、成分与温度预报模型和智能化控制技术的计算机集成制造技术;实现将材料制造、能源生产和废物处理等功能相结合的综合管理和控制技术等,让短流程成为清洁生产、能量和资源循环利用的典范。