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中国钢铁行业数字化碳管理发展探讨

工程科学学报 2024年第2期46卷 209-217页

作者：李涛郦秀萍上官方钦张巍周继程倪冰段志伟滕国翔中国钢研科技集团有限公司钢铁绿色化智能化技术中心北京100081 北京金自天正智能控制股份有限公司北京100070

为了缓解全球气候变暖,应对碳关税等国际贸易形式对中国钢铁行业带来的冲击和影响,助力钢铁行业早日实现“碳达峰+碳中和”的目标.基于中国钢铁行业碳排放现状与钢铁企业碳管理的痛点,本文通过深度融合数字化技术,创新提出了数字化技术... 详细信息

为了缓解全球气候变暖,应对碳关税等国际贸易形式对中国钢铁行业带来的冲击和影响,助力钢铁行业早日实现“碳达峰+碳中和”的目标.基于中国钢铁行业碳排放现状与钢铁企业碳管理的痛点,本文通过深度融合数字化技术,创新提出了数字化技术赋能钢铁行业应用架构,通过分析钢铁行业数字化碳管理的典型案例,讨论了不同阶段数字化碳管理体系建设的侧重点,并针对性地提出了相应的应对策略.本文提出的数字化碳管理的架构应该主要包括四个层次:基础设施层&数据采集层、数据运算层、业务应用层和用户层.数字化碳管理在钢铁行业的应用场景应该主要包括碳核算、碳账户、碳全景、碳结构&碳比对、碳交易、碳报告、碳咨询、能碳协同、低碳指数、供应链产品碳足迹管理,产品实时碳足迹跟踪、数字化碳标签、识别节能潜力和生态设计等.通过研究钢铁行业数字化碳管理的典型应用案例,探讨了数字化碳管理技术应用在钢铁行业的展望,按照钢铁行业是否纳入全国碳交易市场,将中国钢铁行业数字化碳管理体系的建设分为两个阶段,认为政府部门应该发挥在数字化碳管理体系建设过程中的主导作用,在健全数字化碳管理相关标准和法规体系的同时,应该注重数字化碳管理人才的培养,紧密对接企业现有的信息化系统,并提出了“六化一体+多平台”的钢铁行业数字化碳管理的发展趋势,即“一主体+多平台”的低碳产品评价认证体系,和具有标准化、国际化、一体化、安全化、资产化和本土化特点的数字化碳管理体系.将数字化碳管理技术应用到钢铁行业,能够更好地解决钢铁行业碳管理的乱象和企业碳管理的痛点,降低钢铁行业碳管理的门槛,提高钢铁行业碳管理的效率,保障碳数据在传递过程中的安全.

关键词：数字化技术碳管理碳达峰碳中和钢铁行业

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电弧炉炼钢过程中废钢熔化行为研究进展

连铸 2024年第2期 8-13,44页

作者：程挺杨丽仇灏李通刘和平孟华栋中国钢研科技集团有限公司数字化研发中心北京100081 钢铁研究总院有限公司冶金工艺所北京100081 南京钢铁股份有限公司南钢研究院江苏南京210035

废钢熔化特性对于电弧炉炼钢流程至关重要。对电弧炉炼钢过程中废钢熔化行为的研究现状进行了综合评述,从热态模拟试验、冷态模拟试验以及数值模拟研究3个方面论述了废钢几何性质、废钢预热温度、熔池温度、熔池流动性质、废钢及熔池的... 详细信息

废钢熔化特性对于电弧炉炼钢流程至关重要。对电弧炉炼钢过程中废钢熔化行为的研究现状进行了综合评述,从热态模拟试验、冷态模拟试验以及数值模拟研究3个方面论述了废钢几何性质、废钢预热温度、熔池温度、熔池流动性质、废钢及熔池的元素含量、底吹工艺、侧吹工艺以及电弧特性等因素对废钢熔化行为的影响,旨在为电弧炉炼钢过程中的废钢熔化特性研究提供参考和借鉴。

关键词：电弧炉炼钢废钢熔化热态模拟试验冷态模拟试验数值模拟

电弧炉炼钢气体搅拌数值模拟技术发展现状与趋势

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连铸 2024年第1期 1-8,25页

数值模拟已成为解析电弧炉炼钢过程中复杂物理化学现象及其作用机理的有效手段。对电弧炉炼钢气体搅拌数值模拟的研究现状进行了综合评述,从集束射流特性、电弧炉侧吹以及电弧炉底吹三个方面综述了气体搅拌技术对电弧炉炼钢工艺中流动... 详细信息

数值模拟已成为解析电弧炉炼钢过程中复杂物理化学现象及其作用机理的有效手段。对电弧炉炼钢气体搅拌数值模拟的研究现状进行了综合评述,从集束射流特性、电弧炉侧吹以及电弧炉底吹三个方面综述了气体搅拌技术对电弧炉炼钢工艺中流动、传热以及化学反应等行为的影响。分析了影响集束射流喷吹特性的关键因素;讨论了电弧炉侧吹射流搅拌熔池的特征规律;评述了电弧炉底吹工艺下熔池行为的模拟现状。最后,提出了电弧炉炼钢气体搅拌数值模拟技术的未来发展趋势。

关键词：电弧炉炼钢数值模拟集束射流侧吹底吹

基于预训练递归Transformer-Mixer的多维时间序列分类研究

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计算机工程 2024年

作者：邓泽先张云贵张琳中国钢研科技集团有限公司绿色化智能化中心冶金自动化研究设计院有限公司研发中心冶金智能制造系统全国重点实验室

多维时间序列分类在工业、医疗、金融等领域有着广泛应用，在工业产品质量控制、疾病预测、金融风险控制等方面发挥着重要作用。针对多维时间序列时间依赖关系和空间依赖关系同等重要，传统多维时间序列模型只对时间或空间某一维度重点... 详细信息

多维时间序列分类在工业、医疗、金融等领域有着广泛应用，在工业产品质量控制、疾病预测、金融风险控制等方面发挥着重要作用。针对多维时间序列时间依赖关系和空间依赖关系同等重要，传统多维时间序列模型只对时间或空间某一维度重点关注的问题，提出了一种基于预训练递归Transformer-Mixer的多维时间序列分类模型PRTMMTSC。模型基于Transformer-Mixer模块，该模块能充分学习多维时间序列时间和空间关联。为进一步提升分类模型性能，受异常检测模型启发，模型将预训练后的隐层特征和残差特征进行融合，并采用PolyLoss损失函数对模型训练。为减少模型训练参数量，模型中Transformer-Mixer模块采用递归方式构建，使多层可训练参数量仅为单层Transformer-Mixer参数量。在UEA的FD、FM、NATOPS、CR、EC、HB、SRS1、SRS2、AF、UWGL数据集上实验结果表明所提出的模型性能好于WEASEL+MUSE、MLSTM-FCN、TapNet、ShapeNet、ROCKET、MiniRocket、RLPAM、Flowformer、TARNet模型，相较于平均得分第二的TARNet模型和平均排名第二的RLPAM模型分别提升3.03%和4.69%。在UEA及IF钢夹渣缺陷分类的消融实验进一步说明了所提出的预训练方式、Transformer-Mixer模块、残差信息及PolyLoss损失函数的有效性。参数量实验对模型的参数量和性能进行了分析。

关键词：多维时间序列分类 Transformer-Mixer模块机器学习预训练 IF钢夹渣缺陷预报

Mn18Cr18N加压冶炼的氮含量精准控制工艺分析与实验

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特殊钢 2024年第4期45卷 111-116页

作者：林腾昌李龙飞程挺钢铁研究总院有限公司冶金工艺研究所北京100081 中国钢研科技集团有限公司数字化研发中心北京100081

高氮不锈钢中氮含量的精准控制是生产关键控制要素。以Mn18Cr18N高氮钢为研究对象,利用冶金学原理、Factsage热力学软件及热态实验与检测分析等方法,对加压感应熔炼过程钢种成分、温度及氮气压力与氮含量控制的关系进行研究。结果表明,... 详细信息

高氮不锈钢中氮含量的精准控制是生产关键控制要素。以Mn18Cr18N高氮钢为研究对象,利用冶金学原理、Factsage热力学软件及热态实验与检测分析等方法,对加压感应熔炼过程钢种成分、温度及氮气压力与氮含量控制的关系进行研究。结果表明,基于理论数据的“成分-温度-压力”关系方程可信度高,3炉实验的氮气压力理论值、预测值与实际控制值吻合度良好。热态实验验证发现,Mn和Cr含量不变时,依靠提高氮分压可以提高钢锭中N含量,但是w[N]达到约1%时,通过提高氮分压增加氮含量的效果降低。Mn或Cr含量低时,可以通过提高氮分压达到提高氮含量的目的。降低钢中C和Si含量有利于钢中高氮含量的合金化及稳定控制。当需要控制Mn18Cr19N钢中的w[N]≥0.8%时,宜控制加压炉熔炼温度在1500~1550℃,氮气压力在0.225~0.325 MPa。

关键词： Mn18Cr18N 高氮钢加压熔炼热力学氮含量

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转炉炉口微差压预测双驱动模型

钢铁 2024年

作者：包向军陈凯郦秀萍杨筱静刘骁陈光中国钢研科技集团有限公司钢铁绿色智能化中心安徽工业大学能源与环境学院钢铁研究总院有限公司

转炉炉口的微差压调控对提升煤气回收品质具有重要意义。为了合理调控炉口压力，减少吸入空气量，提升回收煤气热值，结合转炉炉内化学反应、历史吹氧数据和神经网络算法，建立了炉气预测模型，模型精度可达96.3%；根据微差压与风机转... 详细信息

转炉炉口的微差压调控对提升煤气回收品质具有重要意义。为了合理调控炉口压力，减少吸入空气量，提升回收煤气热值，结合转炉炉内化学反应、历史吹氧数据和神经网络算法，建立了炉气预测模型，模型精度可达96.3%；根据微差压与风机转速、环缝开度、烟罩高度、烟罩开度以及炉气量之间的关系，建立了炉口微差压平衡模型，并耦合炉气预测模型构成微差压预测双驱动模型。炉气预测模型提供预测炉气量，微差压平衡模型提供微差压平衡关系式，两者结合设定的风机转速、环缝开度、烟罩高度，耦合成为微差压预测双驱动模型。当预测的微差压超过了设定值，对风机转速、环缝开度、烟罩开度、烟罩高度等影响因素进行调节，控制微差压在合理的范围内。通过实际生产数据分析，双驱动模型预测与调控结果与设定的微差压平均值相对误差为2.7%，吹炼期间炉口压力的平均值由13.42 Pa降低到4.88 Pa，平均每炉吸入空气量由原来的40.26 km3减少为14.64 km3。煤气热值(标准态)从7 422 kJ/m3增加到8 812 kJ/m3，提高了18.73%，表明该模型可实现精准预测和调控微差压，改善以往预测方法时间滞后的缺点，为提升转炉煤气热值提供了有效的方法。

关键词：微差压转炉煤气预测与调控双驱动模型转炉炉口

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Q355NE钢特厚板坯凝固过程模拟研究

宽厚板 2024年第1期30卷 1-7页

作者：甄新刚于科哉张攀徐李军日钢营口中板有限公司冶金技术处钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心中国钢研科技集团有限公司数字化研发中心

以(475×2000)mm断面的Q355NE钢特厚板坯为研究对象,通过射钉法和红外测温方法测量凝壳厚度及表面温度,将其作为凝固模型计算结果的验证。使用ProCAST软件进行凝固传热过程模拟,分析了不同拉速、过热度、比水量对铸坯温度场和凝固终点... 详细信息

以(475×2000)mm断面的Q355NE钢特厚板坯为研究对象,通过射钉法和红外测温方法测量凝壳厚度及表面温度,将其作为凝固模型计算结果的验证。使用ProCAST软件进行凝固传热过程模拟,分析了不同拉速、过热度、比水量对铸坯温度场和凝固终点的影响规律。结果表明:与过热度和比水量的影响相比,拉速对其凝固终点、温度场影响较大,拉速每提高0.05 m/min,凝固终点平均后移4.54 m,铸坯完全凝固后的铸坯心部温度升高81℃左右;而比水量每降低10%,铸坯凝固终点后移0.33 m左右;过热度每升高5℃,铸坯凝固终点后移0.38 m左右。

关键词： Q355NE钢特厚板坯数值模拟凝固终点温度场

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基于深度学习的转炉煤气发生量预测模型

钢铁 2024年第1期59卷 67-74页

作者：包向军陈凯郦秀萍杨筱静刘骁陈光安徽工业大学能源与环境学院安徽马鞍山243000 中国钢研科技集团有限公司钢铁绿色智能化中心北京100081 钢铁研究总院有限公司北京100081

转炉煤气发生量预测为转炉炉口微差压调控、转炉煤气回收质量提升和全厂煤气平衡调度提供重要支撑。以某钢厂吹炼过程转炉煤气实际发生量数据为依据,采用深度学习方法,建立了BP神经网络、LSTM长短记忆神经网络和RBFNN径向基函数神经网络... 详细信息

转炉煤气发生量预测为转炉炉口微差压调控、转炉煤气回收质量提升和全厂煤气平衡调度提供重要支撑。以某钢厂吹炼过程转炉煤气实际发生量数据为依据,采用深度学习方法,建立了BP神经网络、LSTM长短记忆神经网络和RBFNN径向基函数神经网络3种转炉煤气发生量的预测模型,对比分析预测步数、输入样本量和隐藏单元数3个参数对预测模型精度和计算效率的影响。研究结果表明,模型的预测精度均随着预测步数的增加而减小,选择30步预测更符合钢厂的实际需求。随着样本输入量的增加,LSTM的精度无明显变化,BP的精度呈降低趋势,RBF的精度先大幅提高后缓慢降低。LSTM的预测效率无明显变化,BP大幅降低,RBF无变化。当3种模型各自在最佳样本输入量和30步预测条件下,随着隐藏单元数的增加,LSTM的精度基本不变,BP先略有升高再缓慢降低,RBF先大幅升高之后保持平稳,后面再大幅降低。LSTM的预测效率小幅降低,BP大幅降低,RBF保持不变。最终,在30步预测的条件下,LSTM、BP、RBF 3种模型的最佳参数条件为,LSTM样本输入量为125,隐藏单元数为135,此时均方根误差ERMS最小为13.38,训练时长为4.7min;BP样本输入量为50,隐藏单元数为60,此时ERMS最小为31.46,训练时长为16.8min;RBF样本输入量为210,隐藏单元数为210,此时ERMS最小为2.07,训练时长为1.2min,与实际数据相比,RBF预测效果最好。采用转炉煤气发生量预测结果调控风机的转速,可以使炉口微差压保持在更稳定的状态,减少吸风量,提高回收煤气热值。

关键词：吹炼过程转炉煤气发生量预测深度学习模型对比分析

MS-G技术调控Nd-Fe-B铸态组织研究

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中国稀土学报 2024年第1期42卷 47-52,I0002页

作者：马斌张鹏杰王继全李青华李炳山孙威矿冶科技集团有限公司北京102600 北矿磁材(阜阳)有限公司安徽阜阳236000

采用熔体快淬+晶体生长(MS-G)技术调控Nd-Fe-B铸态组织,研究了铜辊转速及高温热处理对Nd-Fe-B快淬条带组织结构的影响。铜辊转速25 m·s^(-1)时快淬条带微观晶粒组织均匀,平均晶粒尺寸0.1μm,XRD图谱显示其为Nd_(2)Fe_(14)B相。Nd-Fe-B... 详细信息

采用熔体快淬+晶体生长(MS-G)技术调控Nd-Fe-B铸态组织,研究了铜辊转速及高温热处理对Nd-Fe-B快淬条带组织结构的影响。铜辊转速25 m·s^(-1)时快淬条带微观晶粒组织均匀,平均晶粒尺寸0.1μm,XRD图谱显示其为Nd_(2)Fe_(14)B相。Nd-Fe-B快淬条带经880℃热处理2.0 h晶粒均匀长大,平均尺寸0.86μm;冷却到750℃继续热处理2.0 h晶粒进一步均匀长大,平均尺寸达到1.04μm。温度升高会降低Nd_(2)Fe_(14)B晶粒异常长大临界驱动力Δg_(c),缩短异常长大的孕育期,使异常晶粒提早出现,高温+低温两步热处理通过降温处理来延长晶粒异常长大孕育期,从而促进Nd_(2)Fe_(14)B晶粒在较低温度下继续均匀长大。

关键词：钕铁硼熔体快淬晶体生长两步热处理铸态组织