目前，钢铁企业继续向全流程多层次技术组合的一体化控制方向发展，本文从钢铁材料生产工艺设计，钢铁工艺流程的选择、配置及其优化，钢铁材料组织性能预测与控制，钢铁生产智能制造等方面进行了介绍，以便于钢铁企业更好地满足客户需求，降低生产成本，提高生产效率和能源效率。当前随着自动化技术的发展，钢铁企业对与自动化相关的技术非常感兴趣，这些技术与具体设备组件相关，这包括使用某些过程模型，来实现诸如提高钢厂生产率、成本效益、产品质量和能源效率等目标。
1
更高等级钢材
目前，对用于汽车和能源产业的新型高强度钢管有很大需求，这些钢种中许多都含有昂贵的微合金。总部位于美国宾夕法尼亚州Coraopolis的Tenova公司执行副总裁FrancescoMemoli表示，这可以说是钢铁行业近期最新和最重要的变化，且也导致了专门针对这些新钢种，包括即将进入市场的第三代先进高强度钢（AHSS）的生产和加工设备的最新发展。
与此相关的一个特别重要的被开发的技术领域是支持新的热轧带钢、冷轧带钢和镀锌带钢冷却技术。这包括选择性地冷却钢带的不同部分，目的是改变带钢的微观结构，以获得更高的强度水平和更好的可成形性等性能，而无需向钢中添加昂贵的微合金。这可以通过对钢带的某些部分进行高强度、高压水冷却，以及对钢的其他部分进行强度低的空气冷却来实现。如果能从水冷却中获得与添加微合金相同的结果，那么进行热处理工艺要经济的得多。
这种冷却技术可用于生产汽车用先进高强钢（AHSS钢），抗拉强度为-MPa或以上，和API管材的屈服强度为、甚至磅/平方英寸（psi）。用于生产和加工这些高强度钢种的设备，必须比生产传统钢种的传统设备更加坚固，具有更大的马力，更强的卷取机和更大的轧机机架、剪切机和其他切削工具。
2
无头轧制和连续生产
另一项重大技术推动是无头轧制和连续生产工艺，这种工艺既适用于钢制长材产品，主要得益于微型轧机的出现，也适用于扁平材生产。由于这些超紧凑型生产装置能够提供快速转换,并在不影响质量的情况下控制生产成本，使用微型轧机每年生产20-50万吨这种商品级长材产品，如直条和盘卷钢筋及线材，是一个成功的制造方法。由于消除了两根相邻轧件之间的间隙时间，轧机利用率显著提高，轧机作业率可达90%以上，并大量减少切头、切尾的金属消耗，从而使金属收得率提高3%。
微型轧机不仅具有非常紧凑的占地面积，比传统的小型轧机短近m，而且还允许钢铁企业通过连铸连轧工艺,进行无限的或不间断的生产，从而实现非常快的周转率，每天32炉连续浇铸，在不到两个小时的时间内，从废钢冶炼到钢水浇铸再到轧钢。与传统的在当地市场运营小型轧机且竞争力有限的钢铁企业相比，这可以节省10%-30%的成本，即节省约40-50美元/吨材。
微型轧机概念一直在普及和推广。美国商业金属公司目前正在俄克拉荷马州杜兰特市扩建其第二套微型轧机。此外，美国纽柯公司最近宣布，计划在密苏里州的Sedalia和佛罗里达州的Frostproof建造两套微型轧机。根据最新预测，在未来2-3年内，至少还有两家微型轧机将在美国建成。几家基于电弧炉的长材产品钢铁企业可能会逐步地用感应加热炉取代他们的再加热炉（在轧机的入口处），就像那些在微型轧机中使用的，从而避免了钢铁产品的脱碳。这样做可以在提高生产率和产品质量的同时，持续减排二氧化碳排放量高达80%。
还有一些新技术可以实现无限连续的扁平材生产。典型案例是达涅利公司的DanieliUniversalEndless（DUE）技术，与其优质带钢生产（QSP）立式薄板生产技术相结合。这个新概念的不同之处在于具有“万能”轧制模式的生产能力，因为在一个工厂内，可以进行带卷到带卷的无头轧制模式。与上一代设备相比，该设备是一项重大的技术创新。
达涅利公司第一个DUE设备最近作为新建项目，将在中国建设（位于河北省的冀南钢铁集团与达涅利集团签约，引进其QSP-DUE多功能无头轧制技术），该项技术也可以安装到现有钢厂中。
3
废钢装炉
旨在提高废钢连续装入和废钢预热技术方面也取得了很大进展，特别是随着电炉钢比相对转炉钢比的提高。例如Consteel技术（连续炼钢）现在比年首次开发时，节能量提高了30%-40%。
这是因为最新一代Consteel技术，利用了许多传感器和其他仪器控制炉内燃烧，用于预热废钢和控制废钢进入炉子的速度。
此外，通过将设计软件和自动化的结合，电弧炉中的电弧得到了优化。采用最新一代技术，废钢进入炉子的速度更快，废钢温度更高。升级的Consteel技术电极消耗相比以前也要低得多，而在目前电极价格较高的背景下，这可以为钢铁企业提供更强的竞争优势。
4
数字化发展
钢铁生产过程存在大量人工干预，运行好坏主要依赖于人的技术水平，而数字化、智能化为这个问题提供了全新的解决方案。钢铁工业要建立一个充分利用物联网、大数据、云计算等最新信息技术提供的环境和手段，建立起一体化的管控平台。它与全链条生产线互联互通，构成多层次的系统架构，对钢铁生产过程全流程实现扁平化、一体化的智能管控，实现信息采集、处理、监控和一体化生产调度管理的智能、协调、一体化控制，做到“信息的深度感知、协同精准控制、智能优化决策、自主学习提升”。只有这样，钢铁工业这个典型的流程工业，才会克服过去的孤岛式、单工序的“单打独奏”的解决问题方式，充分利用一体化的智能制造来解决稳定性、均匀性、一致性等方面的问题，提供全流程、一体化的解决方案，做到钢铁生产全过程的一体化控制、钢铁生产各层次的协调优化、大规模定制下产品个性化与定制化以及装备、物流、能源的智能控制与协同优化等，大幅提高了企业的劳动生产率。
在未来几年内，数字化将改变钢铁行业，目前钢厂已经收集了大量数据并且数据量正在不断增加。目前，越来越多的模型和算法被设计用于提高设备利用率。SMS集团公司开发了几种针对特定炼钢工艺的计算机模型。例如，除了众所周知的工艺模型，其新开发的材料特性模型（MPM），允许钢铁企业在轧制生产前可以计算其钢材的力学性能，屈服强度和抗拉强度，伸展率和晶粒尺寸，目的是限制次级产品的生产，并了解他们是否需要重新安排额外的轧制。
这是通过考虑诸如钢厂数据、热轧带钢数据、加热、轧制和冷却条件，以及炉温、卷取温度、道次规程、冷却方法、钢种和化学成分等因素来完成的。特定钢种以及一定化学成分钢种的轧制速度、轧制力、压下量和厚度是需要进一步考虑的因素。该计算基于热力学数据，数值方法，用于求解微分方程和回归公式。然后，一旦公司开始轧制钢材，系统就可以收集实际信息，并将其与所需的预设值进行比较，以进行调整和优化。
该数据模型对钢铁企业开发新的钢种时尤其有用，例如先进的高强度钢或使用大量昂贵的微合金生产高强度钢管。
SMS集团还开发了灵活的分析过程控制模型，旨在限制在连铸中间包中混合两种不同等级钢时，往往生产的“过渡”板坯的数量。当不同等级钢混合生产时，最终的过渡板坯可能不会符合第一种或是第二种钢的要求。
该模型可用于调整两炉钢水的化学成分，以便能够生产出具有不同成分的板坯，这些板坯在两个客户都能接受的范围内。通过使用这种模型，其美国一客户能够将其过渡板坯产量从其生产的约5%减少到约2%，估计这可能相当于为钢铁企业每年节省约万美元。SMS集团还开发了以确保带卷宽度保持在所需范围内，并确保质量符合所有客户要求的模型。可以说，宽度优化模型无需人员干预，可以实时调整以优化产品宽度。此外，该公司还开发了产品质量评估（PQA）工具，用于分析产品质量，记录生产特定带卷所需的所有数据。所有收集的信息都是长期保存的，这样可以确保钢铁企业与客户之间的透明度。
机器人技术是钢铁厂自动化的另一个发展领域，它可以显着降低事故风险并提高整个生产过程的质量，同时，还可以提供非常快速的投资回报。这并不意味着人们将离开钢厂，而是机器人将被用于某些恶劣场所、恶劣的环境，而人将被安置在工厂的更安全区域。当涉及到安全技术时，钢铁企业更愿意投资，因为安全一直是钢铁企业的首要任务。
5
增材制造
另一项技术对钢铁行业来讲可能是一个新兴技术，即增材制造或3D打印。增材制造主要根据3D模型逐层生成金属部件。与传统的制造工艺如车削和铣削等使用整块的金属材料加工成部件不同，这种技术不会造成材料的浪费。该增材制造所需要的原材料是一种含有所需成分，比如特种钢、工具钢、镍基、钛或者钴铬合金等金属粉末，以高能束（激光/电子束/电弧/等离子束等）作为刀具，以计算机三维CAD数据模型为基础，运用离散－堆积的原理，在软件与数控系统的控制下将材料熔化逐层堆积，来制造高性能金属构件的新型制造技术。金属零件的3D打印在过去几年中增长了约60%，金属的3D打印速度比塑料打印增速快得多。但迄今为止，增速最大的不是钢铁，而是钛、镍和钴合金等高价值金属，因为迄今为止的大部分增长来自于医疗、牙科和航空航天工业。
据预测，到年，每年约有t钢材将用于增材制造，这是一个很小的数量。然而，考虑到在过去5年中,其他金属的3D打印已经开始了，且显著高于最初预期，故预测，增材制造中的钢材使用量可能比这些预测量要高出十倍，特别是考虑到汽车和能源行业对某些难加工的复杂几何形状零件的3D打印越来越感兴趣，并且有可能减少废金属生成，降低劳动力成本和减少制造过程的碳足迹。
直到最近，由于担心印刷部分的某些层比其他部分更热而产生应力裂缝，因而据悉只能打印低碳钢。但是，现在有四台或更多激光器同时工作的打印机，由此某些高碳钢和工具钢正在成功打印。这些打印机比以前更好，目前正在进行研究，以提出热应力解决方案。随着对3D打印需求的增加，它们将变得更经济。
在未来，传感器技术可能会有所改进，从而可以进一步改进炼钢工艺。预计在不久的将来，亚马逊、谷歌和优步等软件产业公司将与包括钢铁在内的重工业进行产业融合。这将使钢铁企业能够改进钢铁制造方式，并将利用其他行业已经使用数十年的技术大幅降低生产成本。
本文摘选自本报年36期B09部分内容，若要详细了解更多相关行业和技术信息，请