钢铁制造流程是一个由诸多异质、异构工序/装置通过非线性耦合构成的复杂系统,其整体运行效能不仅取决于单元技术,更取决于单元之间的协同关系。本文系统阐述了“界面”技术的概念体系,将其定义为连接不同制造单元的链接件,涵盖传递、缓冲、协调等功能及其物理载体与调控程序。从系统构成的视角,制造流程可表达为所有工序及其工序功能集、工序之间关系集与流程工序集的协同进化,其中“界面”技术对应着决定系统动力学行为的关键非线性耦合项。在内涵层面,本文从本体论、功能论、结构论与演化论4个维度揭示了“界面”技术的本质特征,它既是打破单元工序孤立的物理链接件,也是决定物质流/能量流在耗散结构中运行路径与耗散程度的集成件,更是推动流程结构从“简捷化”向“层流化”演进的核心驱动力。基于作用对象,将“界面”技术划分为物流运行的时/空界面、物性转换界面以及能量/温度转换界面3大类,涉及物质、能量、信息、时间、空间等函数,并指出其优化核心在于通过连接结构简化、序参量协同及信息高效传递,实现耗散过程合理化,最终达到节能降本、提质增效的目标。研究表明,“界面”技术的提出突破了传统以孤立工序为中心的研究范式,将关注点转向工序间的关系集合,这不仅丰富了耗散结构理论的过程维度,更为构建数字物理融合系统（cyber-physical systems,CPS）、实现制造流程的智能化管控奠定了理论与工程基础。

钢铁制造流程作为一类动态开放系统,流程优化的目标是运行过程耗散最小。随着工序功能集合解析优化已较为深入,单一工序技术优化的潜力有限,工序与装置之间关系集合优化作为流程优化的潜力日益凸显,其核心是工序之间“界面”技术的优化。3大“界面”运行失序,不但会导致铁水、钢水、铸坯的积压,增加能量耗散和库存成本,还会使物质流的温度波动,增加主工序的工艺控制难度,影响产品品质稳定性。针对“界面”技术优化,本文提出系统的分析和研究框架。首先,在静态设计层面,建立支撑物质流运行的网络结构、运输容器、运输载具及相关工序冶金工艺的数学表征。在动态运行层面,建立物质流运行的传搁时间、温度变化、质量变化、微观性质变化及管控能力的数学表征。其次,以钢铁制造流程演化需求为切入点,梳理3大“界面”技术当前阶段面临的主要问题。然后,建立“界面”技术物质流运行优化的约束条件和目标,分析仿真、规则、运筹学等方法的特点,提出简化-规范静态设计和提升动态运行管控能力的优化方向。最后,以首钢京唐、河钢唐钢新区、河钢邯钢新区为实例,梳理围绕“界面”技术优化开展的工业实践和取得的实际效果。

首钢京唐公司基于冶金流程工程学理论,在炼铁-炼钢界面开发了铁水罐多功能化（俗称“一罐到底”）技术,创新性地解决了450 t级标准轨距铁水罐车设计、优化铁水罐结构设计、建立全流程精准计量系统、实施铁水罐全程智能加盖、200 t/300 t铁包共用铁水罐车设计等技术难题,并结合近些年界面运行智能化管控,实现了炼铁-炼钢界面物质流、能量流、信息流协同优化运行的新模式。实践结果表明,通过应用炼铁-炼钢界面创新技术,并结合界面管控、工序协同及铁水罐长寿化等措施,实现了铁水罐精准定位,厂房内精度达到1 mm,厂房外精度达到30 mm。铁水罐寿命逐步提高,200 t铁水罐寿命提高45次,300 t铁水罐寿命提高32次。应用全流程精准称量技术,铁水罐-0.5~0.5 t装准率稳定达到98.5%以上。优化炼铁-炼钢界面管控模型,实现炼钢全流程动态有序、高效协同,在途铁量稳定在2 000~3 000 t,铁水罐周转率不断提高,200 t铁水罐周转次数由4.5次/d提高至7.0次/d,300 t铁水罐周转次数由3.9次/d提高至5.2次/d,铁水过程温降逐步降低,由107 ℃降低至78 ℃,达到历史最好水平。界面高效化运行带来铁水进站温度提高,在脱硫剂消耗大幅下降的情况下,脱硫效率提高,KR（Kambara reactor）结束硫质量分数不超过0.002%的比例稳定达到96%左右。结合钢铁厂的运行实践,指出了炼铁-炼钢界面进一步优化方向,提出了基于超级电容的自驱式铁水运输装备和铁水热量动态调控模型等未来发展新思路,为钢铁企业实现低碳绿色生产提供了重要参考。

基于炼铁-炼钢工序界面衔接技术的现状分析,本研究以京唐钢铁厂一期及二期工程为具体边界条件,系统整合了炼铁工序、炼钢工序及其间的“一罐到底”铁水运输静态运行技术。这一边界条件的设定,使得后续的仿真研究能够高度贴近实际生产场景,从而赋予研究成果更强的实际指导意义和广阔的推广应用前景。秉持工程哲学的系统思维,本研究对炼铁-炼钢工序间的功能耦合与匹配关系进行了深度解构,并对界面衔接中的铁水罐运输模式展开了全面系统的逻辑剖析。通过理论推演,共识别出5种潜在的衔接模式（模式1、模式2、模式3-I、模式3-Ⅱ、模式3-Ⅲ）。经综合比选,最终确定其中2种模式最具典型代表性与研究价值。模式2（理想状态）作为理论最优解,该模式为构建高效、顺畅的铁水输送动态仿真模型提供了理想化的参照基准。模式3-I（生产状态-I）作为贴近复杂现实的生产实践代表,该模式能真实反映多高炉、多转炉条件下铁水平衡调度的动态博弈过程。研究工作的核心在于,通过对上述2种代表性模式的动态仿真技术攻关,为京唐钢铁厂炼铁-炼钢界面的安全、可靠、稳定及高效运行提供了坚实的技术支撑。针对模式2（理想状态）的仿真研究,揭示了在无外部扰动下“一罐到底”工艺的最高效运行逻辑,为评价实际生产运行效率设立了理论标杆。针对模式3-I（生产状态-I）的仿真研究,则成功攻克了多期工程协同下的复杂物流调度难题。研究成果不仅有力保障了京唐二期3号高炉所产铁水以接近100%的比例实现200 t铁水罐的“满罐”运输,从而将铁水温降至最低,同时也验证了在特定条件下,二期3号高炉采用300 t铁水罐向一期炼钢工序跨区域调配铁水的可行性,极大地提升了全厂铁水资源配置的灵活性与应对生产波动的韧性。本研究通过对理想与现实2种典型模式的深度仿真,不仅完善了炼铁-炼钢界面衔接的理论体系,更为京唐钢铁厂多期工程并线生产提供了兼具稳定性与灵活性的动态运行技术方案。

“一罐到底”界面技术对炼铁-炼钢界面物质流运输稳定性提出了更高要求。针对传统静态设计方法难以精准预测并评估设计方案有效性的局限性,本研究以某企业炼铁-炼钢界面设计方案为研究对象,基于冶金流程工程学动态精准设计理论,采用FlexSim仿真软件构建仿真模型,开展仿真验证、瓶颈诊断与优化研究。首先,系统剖析炼铁-炼钢界面的设备运行特性与工艺布局,建立工序设备与模型实体的映射关系,据此构建静态物理模型与动态运行逻辑;进而通过仿真分析明确KR（Kambara reactor）脱硫工序处理能力不足是制约炼铁-炼钢界面运行效率的核心瓶颈,该瓶颈直接导致铁包积压、周转时间延长及高炉出铁受阻等问题。针对该瓶颈,提出缩短KR处理时间、进行差异化脱硫处理、改造双工位3种优化方案,并通过仿真对比其优化效果。结果表明,各优化方案均能有效缓解瓶颈制约,推动炼铁-炼钢界面形成“准等节奏”运行模式,显著提升物质流运输稳定性与系统整体运行效率。本研究成果为该钢厂施工图设计提供了坚实的理论支撑与精准的数据依据,同时对同类工艺布局的钢铁企业生产流程优化具有重要借鉴价值。

炼铁-炼钢界面技术是钢铁制造流程的重要组成部分,其中“一罐到底”模式在钢铁企业中得到越来越广泛的应用。备罐策略是炼铁-炼钢界面技术的重要内容之一,不同备罐策略直接影响铁水罐的运行时间、能量耗散等参数,进而影响炼铁-炼钢区段物质流的运行效率和稳定性。本文以某厂炼铁-炼钢界面为例,借助FlexSim软件建立仿真模型,以铁水罐重罐时间、铁水罐空罐时间、铁水罐周转时间、铁水罐周转率、KR（Kambara reactor）进站温度为评价指标,考察分散备罐和集中备罐在符合生产规定的前提下对生产效率的影响。仿真结果表明,相较于分散备罐,空罐采用集中备罐策略时铁水罐重罐运行时间差异不大,但通过铁水罐空罐资源的统一调配,有效缩短了铁水罐空罐运行时间,进而实现了铁水罐周转率提高、在线铁水罐数量减少和KR进站铁水温度提升。案例企业铁水罐空罐分别采用分散备罐和集中备罐策略时,重罐运行时间分别为107.7 min和106.5 min,空罐运行时间分别为250.1 min和190.7 min,铁水罐周转时间分别为357.8 min和297.2 min,铁水罐周转率分别为4.0次/d和4.8次/d,在线罐数分别为18个和16个,KR进站温度分别为1 370.5 ℃和1 374.7 ℃。

钢水温度是炼钢-连铸区段的关键过程变量,其稳定性直接影响连铸顺行及生产运行质量。现有钢水温度管控方法多侧重单点预测或单工序调控,钢包热状态缺乏有效在线表征,导致模型对炉次差异和运行波动的响应能力有限,同时整体静态预定结果在运行阶段缺乏动态修正与协同执行机制。针对上述问题,本文从冶金流程工程学视角出发,提出了基于钢包热状态在线感知的钢水温度协同管控方法。首先,引入红外热像技术对钢包热状态进行非接触式在线表征,并将其作为重要状态特征融入钢水温度预测模型,以增强模型对炉次差异及工况变化的适应能力。其次,在既有整体静态预定框架下,以连铸开浇温度为流程终点约束,构建基于物理机制约束的运行阶段动态修正方法,实现对精炼终点温度的有界优化调整。进一步形成“预测-预定-运行调控”协同机制,在保证终点约束不变的前提下,提高预定目标在实际运行中的可执行性。工业数据验证结果表明,在-5~5 ℃误差范围内,动态修正方案的命中率由94.06%提高至96.82%,有效提升了温度控制的一致性与稳定性。研究结果为钢水温度控制由经验型调节向面向流程目标的协同管控转变提供了工程实现路径。

炼钢-连铸区段具有多工序串联、多装置并联与物质流准连续运行等特征,其协同运行水平直接影响生产节奏稳定性、资源占用及能耗/碳排放表现。针对现有研究缺乏将层流运行和专线化生产、工序匹配、调度模型可用性与碳排放评价综合分析的问题,本文构建了炼钢-连铸区段运行水平多维度量化评价系统,提出系统层流运行指数与专线化运行指数,建立融合系统产量匹配度、工序作业周期匹配度与加权炉-机匹配度的工序匹配评价模型,构建适配多运行模式、支持多求解策略的调度模型可用性评价方法,并计算炼钢-连铸区段碳排放量,实现运行水平与碳排放水平的关联分析评价。基于目标炼钢厂2019、2024、2025年的4-7月运行数据分析表明,2019年系统层流运行指数均值为0.638,而2024与2025年均提升至1.000,实现了层流运行;系统专线化运行指数由2019年的0.338提升至2024年的0.787和2025年的0.893,分别提升了1.33倍和1.64倍,运行稳定性显著增强。研究结果显示,基于炉-机对应模式优化所得的调度模型可用性指数为0.919,相较于遗传算法、以最小炉次传搁时长为指标的贪婪规则,以及人工调度这3种模型,分别提升了59%、699%和81%。碳排放分析表明,钢包炉精炼（ladle furnace refining,LF）是炼钢-连铸区段的主要排放贡献工序,2024年LF精炼工序碳排放所占比例为45.11%,2025年增加至51.04%,相关性分析表明区段碳排放量与核心运行指标呈显著负相关,皮尔逊系数绝对值均大于0.7,说明当生产过程中出现工序缓冲等待与设备重复烘烤等情况时,意味着流程运行水平下降,其原因是电能与煤气消耗增加导致碳排放增加,说明区段运行优化与低碳减排具有直接的关联效应。本文结果可为炼钢-连铸区段生产组织优化、调度策略选择与碳排评价提供可行的参考方案。

提升连铸-热轧界面效率是实现钢铁工业绿色化转型的重要手段。本文介绍了武钢在冶金流程工程学理论指导下对板带产线连铸-热轧界面的应用。从流程学视角分析了前期存在的问题,包括含铌、钒、钛等微合金化钢热装轧制产生裂纹缺陷影响热装,铸轧不匹配造成库存高、无效交叉物流,余材多、处置慢造成库存周转慢等。研究了含铌、钒、钛等微合金化钢在不同高温条件下的铸坯组织和其断面收缩率,根据实际工艺参数进行拟合,找到了最佳热送入炉温度阈值范围,明确了传搁时间标准,避开了热装裂纹敏感温度区间,为热送热装轧制的质量提供了保障。通过铁钢轧全流程生产组织的“铁水分配、铸坯切断、热坯输送、热坯轧制”4量匹配来减少板坯无效交叉倒运,优化订单分配等原则避免产线同质化竞争,实施产线层流专线化生产提升瓶颈产线品种产能,产销研一体化从源头管控余材产生,开发板坯自动充当系统加快余材处置,利用“五部调度合一”提升板坯物流效率与库存预警处置效能。最终,实现全钢种热送率近100%,铸坯库存周转时间由3 d降低至1 d,余材自动充当率达80%,异钢种余材充当由人工处置的210 min降低至自动处置的小于10 min,1 200 万t规模、18大类500多个钢种热装率达88.1%,平均装炉温度达656 ℃。

连铸生产是钢铁长流程产品制造的关键工序,按连铸机的浇次计划组织生产,产出质量规格满足合同要求的连铸坯,更是流程运行管控、降本增效、节能降碳的核心环节。为此,提出了以连铸浇次计划为核心的流程界面智能调控优化方法,设想通过连铸浇次计划的动态调控,达成对炼铁-炼钢界面、炼钢-连铸界面和连铸-热轧界面铁素物质流运行状态及运行效果的智能管控。该方法基于冶金流程工程学的运行动力学理论,将推拉力计算与系统动力学方法相结合,以连铸浇次计划的关键变量为核心,构建涉及物质流运行的炼铁-炼钢、炼钢-连铸与连铸-热轧界面的系统动力学模型,量化描述多工序界面的物质流动态运行规律。围绕浇次计划的铸坯断面（宽度、厚度）和长度设计、开浇时刻、拉速等重要决策变量的调整策略,以浇次计划的动态优化实现多界面的运行调控,以及工序间生产节奏的匹配和协同优化。前端炼铁-炼钢界面以铁水温度有效利用、高炉出铁节奏与转炉炼钢出钢、连铸浇次出坯节奏协调匹配为目标,适应高炉侧的波动,有效降低炼铁-炼钢界面和炼钢-连铸界面的金属蓄积量,提升流程运行效率。后端连铸-热轧界面以提高热送热装为目标,促进浇次计划的铸坯产出与轧制辊期计划的节奏匹配,减少板坯库存并促进连铸坯热量的充分利用。工业案例的仿真结果显示,通过浇次计划的动态调整,可实现多工序界面物质流运行速率的协同匹配,其中炼铁-炼钢界面和钢铸界面,以及连铸-热轧界面的速率匹配度可分别提升10.62%、9.99%和7.44%。研究为多工序界面的协同优化、生产运行节奏调控提供了手段,有利于促进流程连续化程度的有效提升。

冶金界面技术是钢铁制造流程中相邻工序实现物料、能量与信息高效传递的关键技术,也是智能化钢厂建设的重要物理基础。长期以来,行业更关注单元装置自动化,导致界面环节成为制约流程能效提升与智能化转型的薄弱点。本文基于首钢、宝钢、山钢等企业工程案例,按照铁-钢界面、炼钢界面和轧钢界面的流程顺序,系统分析了轮胎式铁水运输车、无人驾驶机车、自驱动鱼雷罐车、自驱动“一包到底”铁水车、超级电容器驱动炉下钢包车以及超级电容器供电钢卷运输系统等新型装备的技术原理、应用场景与工程效果。研究表明,冶金界面装备正由机械搬运、接触供电和人工操作,向新能源供电、柔性运输、无人驾驶和群控协同方向演进;以超级电容器供电为核心的自行驶装备在钢卷、钢包及铁水运输中已获得工程验证,并在降低能耗、减少安全风险、支撑智能调度等方面表现出明显优势。智能管控系统与远程运维平台进一步提升了界面装备的协同运行与运维保障能力。研究结果可为钢铁流程重构及智能化升级提供参考,助力钢铁流程向低碳化、柔性化、智能化方向演进。

层流式运行、专线化生产是钢铁制造流程动态有序运行重要的切入点。本文探讨了层流式运行基本概念、协同规则与调控过程。首先,讨论了钢铁制造流程层流式运行定路径、定节奏、定温度的工艺要求,从物质流运行、物性转换和能量温度转换等“界面”技术视角,讨论了层流式运行的技术内涵和KPI（key performance indicator）指标。然后,分析了层流式运行调控规则,包括主干规则、总调控策略、优先规则和实施细则等。层流式运行涉及质量、效率、能耗等各种要素,当资源条件和调控水平不能全部满足这些要求时,使用优先规则确定各种要素或指标的优先满足次序,包括质量专线化优先、保多炉连浇、最小化物流交叉路径、多产线综合优化、温度调控规则等。实施细则包括多产线层流综合优化规则、甘特图生成规则、稳定性和抗扰规则等。最后,在单品种、单线层流式运行方案基础上,提出了多品种、多产线层流式运行调控过程,并给出了实施案例。针对不同品种/规格的上、下游工序时间节奏不完全一致问题,确定了3种匹配模式,协同考虑层流式路径的各工序和物流的时间节奏,确定单品种单线层流式运行方案。在此基础上,考虑多产线综合运行的相互影响,确定“推力”-“缓冲”-“拉力”间物流缓冲时间位,通过流程仿真和生成的甘特图验证整体KPI并局部调整迭代,在满足产品交货期前提下,依次选择一对一层流、主从层流和互补层流生产模式。

在中国钢铁工业从规模扩张向质量效益转型的背景下,构建高效、稳定、低耗的制造流程成为行业高质量发展的核心。冶金流程工程学为流程整体优化提供了理论框架,其倡导的“层流式运行”与“专线化生产”模式是提升流程确定性与运行效能的关键路径。本文以某大型钢铁企业炼钢车间实际设计为例,基于冶金流程工程学“三流一态”协同理论,以层流式运行结合优势产品专线化生产进行车间设计,并对常规冶炼工艺下的多钢种混产及含双联工艺等典型场景下的层流、层流+紊流及紊流3种生产组织模式运行效果进行了动态仿真与定量分析。与纯紊流模式相比,层流式生产可显著降低流程运行的不确定性,实现连浇炉数稳定达到计划值,常规冶炼工艺下的多钢种混产、双联工艺混合常规冶炼工艺场景下,钢水温降分别减少4.00、10.28 ℃,天车作业效率分别提高13.4%、8.4%,吨钢成本分别降低2.8、7.2元。常规冶炼工艺下的多钢种混产中层流+紊流混合模式相对于紊流模式钢水温降减少1.83 ℃,天车作业效率提升8.2%,吨钢成本降低1.28元。研究表明,从工程设计源头贯彻层流式理念,优化流程网络结构与物流路径,是减少生产随机性、降低能耗、提升流程稳定性的有效策略。

以冶金流程工程学为指导,首钢京唐公司构建了一期炼钢“2-1-2”与二期炼钢“1-1-2+1”的差异化生产流程体系。在炼铁-炼钢界面,遵循“层流化”管控理念,制定了“1号与2号高炉对一期炼钢厂、3号高炉对二期炼钢厂”的层流管控铁水分配原则。在炼钢工序,形成了以汽车板、镀锡板为代表的高端冷轧产品,以车轮钢、管线钢为代表的热轧带钢,以9Ni钢为代表的中厚板产品及多模式全连续铸轧生产线等多品种的层流式专线化生产模式。本文系统分析了该生产模式的工艺流程现状,并结合订单结构复杂性、周期匹配性差等问题提出了一系列优化措施。在炼铁-炼钢界面,实现物质流层流化、高效协同运行,200 t和300 t铁水罐周转率分别提高至7次/d和5.2次/d,铁水温降降低至78 ℃,达到历史最好水平。机械搅拌法脱硫（Kambara reactor,KR）工序实现脱硫和扒渣自动控制,缩短脱硫周期5 min。在转炉工序,通过提高供氧强度、加大出钢口尺寸、缩短溅渣时间、优化溅渣层烧结时间等优化措施,冶炼周期由41 min降低至35 min。在钢水精炼工序,一期炼钢通过开发真空循环脱气法（Ruhrstahl Heraeus,RH）快速深度真空技术和碳含量精准预测控制模型,超低碳钢RH真空处理时间由29 min降低至20 min;二期炼钢通过优化钢包炉（ladle furnace,LF）精炼法炉软吹时间、建立动态合金加料模型、利用硅铁合金进行钙处理、开发硫负荷分配脱硫技术等措施,精炼工序冶炼周期缩短5 min。在连铸工序,通过优化工艺、提高设备功能精度及提升自动化水平等措施,一期炼钢铸机通钢量达到7.01 t/min,平均浇铸周期降低至43 min;二期炼钢中厚板铸机单流通钢量最大提升到4.7 t/min,薄板坯连铸连轧铸机最高拉速达到6.0 m/min。通过实践应用,实现了生产效率、产品质量的显著提升及能耗与成本的持续降低。一期炼钢层流比例达到了60%以上,最高达到了73.8%;二期炼钢中厚板产线层流化比例达到55%以上,最高达到了59.1%,薄板坯连铸连轧产线层流化比例达到了98%以上。一期与二期炼钢转炉出钢温度分别由1 676 ℃降低至1 649 ℃、1 658 ℃降低至1 619 ℃。工序过程控制水平稳定性提升,铸机-3~3 mm结晶器液位波动合格率（板坯）由47.8%升高至75%以上,O5板板坯命中率提升了20%,中厚板探伤合格率提升至99.7%。层流化运行助力炼钢工序成本逐步降低,一期炼钢、二期炼钢中厚板和薄板坯连铸连轧产线成本较2019年（二期炼钢投产）分别降低了26%、27%和46%。同时,对于订单复杂性增加、铁水温度波动及炉机匹配差等问题,从全流程智能协同、界面精细化管控2个方面提出了下一步优化方向,可为钢铁制造流程实施层流专线化生产机制提供实践参考。

针对钢铁企业普遍存在的“局部工序高效、整体运行效率不高”的问题,基于冶金流程工程学“层流式运行、专线化生产”的理念,本研究聚焦某大型钢厂设备数量增加后引发的炼铁-炼钢界面运行规律复杂性与不确定性,开展了双跨进铁模式下的协同优化研究。本文分析了炼钢区段工艺路径数量激增后对铁素物质流顺行组织带来的挑战,指出了高炉出铁量难以精准控制、双跨进铁方式随机及满包高温铁水条件利用不合理等是制约当前层流高效运行的关键因素。将复杂多变的工艺路径整合为3条专线,并提出3种基于天车任务均衡与空包“不过跨”原则的进铁优化方案。运用仿真工具,对比了不同方案的进铁效率。结果表明,采用加料一跨2部天车供1座KR（Kambara reactor）进铁、3号转炉兑铁,加料二跨天车2部向2座KR进铁、向1号与2号转炉兑铁的方式,不仅可以满足炼钢区段各跨均衡生产需求,且无需厂外机车调配铁包空架子,有利于生产的平稳高效运行。进铁路径优化后,铁包的平均等待时间（进铁位至KR处理位）由84 min降低至59 min,KR铁水进站平均温度由1 377 ℃提升至1 394 ℃。满包高温铁水走真空循环脱气装置（Ruhrstahl-Heraeus,RH）单精炼路径的比例由33.4%提高至47.9%。本研究通过建立工艺路径约束规则、优化跨工序协同运行机制,显著提升了炼铁-炼钢界面运行的确定性与能效水平,为钢铁制造流程层流运行的实施提供了实践案例参考。

钢铁企业对于承接的复杂小订单和大批量订单,在生产组织上存在显著差异。复杂小订单生产将面临异钢种适配难、组炉-组浇-组轧方案复杂、生产路径中随机插单、路径切换频繁、余材充当困难等问题,极易引发运行过程的不确定性,给实现智能制造增加了技术难度。在“层流式运行、专线化生产”视角下,以某厂生产过程为实际应用场景,提出面对碎片化复杂订单的生产优化解决方案,对订单进行优化排产和归类,尽可能规避多路径同时运行过程中的路径交叉,及时消解多路径的时序错位和运行调度上的冲突。采用“层流式运行、专线化生产”规则,合理规划生产模式,提出排产、生产工艺路径划分规则及专线空间布置划分原则,约束复杂小订单条件下的工艺生产过程。优化后各工序间的传搁时间均有缩短,钢包精炼炉（ladle furnace,LF）单精炼工艺路径总传搁时间从54.82 min降低至52.03 min,真空循环脱气精炼炉（Ruhrstahl-Heraeus,RH）单精炼工艺路径、LF+RH双精炼工艺路径总传搁时间分别降低3.47 min、1.84 min,复杂订单的工艺生产路径交叉及随机等待现象减少,流程运行效率升高,减少了运行过程中的能量耗散,更有利于产品质量稳定,为炼钢区段层流运行模式实践提供参考。本文指出钢铁制造流程实施“层流式运行、专线化生产”的保障条件及阻力所在,在持续减量化、绿色低碳、追求产品品牌化的大背景下,各企业应转变经营理念,优化盈利模式,持续提高流程的运行质量及管理水平。

某钢厂长流程炼钢产线在生产超低碳钢时,存在真空循环脱气精炼（Ruhrstahl-Heraeus,RH）周期长、工序界面衔接松散及全流程节奏失配等突出难题,制约着炼钢区段高效层流运行。针对上述痛点,本文基于冶金流程工程学理论,采用“时间-事件”解析法与离散事件仿真技术,系统开展了RH高效冶炼关键技术与工序协同优化的深度研究。在工序技术层面开发了以大流量提升气动态调控、精准真空控制及转炉-RH成分协同优化为核心的快节奏控制技术,有效突破了深脱碳反应的瓶颈、解决了RH精炼周期长的问题;在流程协同层面,利用离散事件仿真技术研究了RH作业周期对连铸多炉连浇的影响,打破传统随机调度模式,建立了层流运行调度规则与物理路径固化机制。通过上述技术的协同应用,超低碳钢脱碳时间由18.2 min缩短至14.0 min,RH平均在站处理周期由34.1 min缩短至27.1 min,全钢种RH处理比例由10.4%提升至33.5%;深冲用热轧钢板及钢带（steel plate,hot-rolled,extra deep drawing quality,SPHE）钢种全流程平均运行时间缩短约50.7 min。此外,转炉出钢温度平均降低26 ℃,RH吹氧脱碳氧耗量平均值降低92.5%,铝耗由0.87 kg/t降低至0.72 kg/t。研究结果为炼钢区段高效层流运行提供理论依据与实践参考。

在全球制造业智能化、绿色化转型背景下,钢铁工业作为关键基础产业,其生产过程的精准控制与效率提升已成为重点研究方向。转炉（basic oxygen furnace,BOF）炼钢作为钢铁生产流程的核心环节,具有多相态耦合、反应速率快、过程检测困难等特点,传统依赖人工经验的操作模式难以满足高品质、高效率、低成本的生产需求。本文系统梳理了转炉炼钢智能控制技术的发展脉络,阐述其从静态控制、动态控制到全自动智能控制的演进过程。智能控制技术通过集成先进感知、智能模型与自动化执行系统,实现对冶炼过程的自适应优化,提升了过程稳定性与终点命中率。然而,当前技术仍面临多源信息融合不充分、模型在原料波动下泛化能力不足、系统集成协同性弱等核心瓶颈。未来研究应聚焦于构建全流程动态感知体系、开发机理与数据深度耦合的智能模型集群,以及实现跨层级的闭环协同优化,从而推动转炉炼钢向全流程、自适应、高可靠性的智能制造方向发展。