冶金工程設計的發展現狀及展望

吳思遠

摘 要：冶金工程設計對促進冶金工業的可持續發展具有特殊的重要作用。中國已經具備了現代大型鋼鐵廠的流程設計、工藝設計、設備設計以及系統集成能力，創建并應用動態-精準設計體系，建立了現代冶金廠工程設計理念、理論和設計方法，設計建設了具有國際先進水平的新一代可循環鋼鐵廠，在流程高效化、生產集約化、裝備大型化等 方面取得顯著成效。與此同時，冶金關鍵單元技術和工程化集成技術得到重點突破，在關鍵、共性、重大技術領域取 得一系列科技成果，對冶金工程設計的理論與實踐提供了有效支撐。未來中國冶金工程設計應以冶金流程工程學和動態-精準設計理論與方法為核心，構建冶金工程設計創新理念、理論及設計方法的完整體系。

關鍵詞：冶金流程；工程設計；設計理論；設計方法；技術創新

前言：中國冶金工程設計體系在20 世紀50 年代由前蘇聯引入，長期以來基本沿用前蘇聯的設計理論和設計方法。20 世紀80 年代以后，隨著寶鋼工程的設計建設，中國冶金工程設計又相繼引入了日本和歐洲的設計方法，但仍屬傳統的“靜態-分割”設計方法，即靜態的半經驗、半理論的設計方法。進入21 世紀以后，中國著名冶金學家殷瑞鈺院士創立了冶金流程工程學[1]，繼而結合新一代鋼鐵制造流程的系統研究和首鋼京唐鋼鐵廠工程的設計建設，提出了基于動態-精準設計體系的新一代冶金工程設計理論和方法。中國冶金工程設計經歷了近60 年的發展，目前正在形成以冶金流程工程學、冶金流程集成理論與方法、工程哲學[6]等理論為基礎的具有一定國際影響的學科體系。

1、冶金工程設計發展現狀

1.1冶金工程設計總體進展

進入21 世紀以后，在中國冶金工藝技術裝備大型化、現代化的同時，冶金流程工程理論研究也取得重大突破。在冶金制造流程結構優化研究和多項冶金領域關鍵、共性、重大技術研究成果的基礎上，創建了以整個鋼鐵制造全流程中物質流、能量流和信息流實現“動態-有序”、“高效-協同”、“連續-緊湊”運行為核心的冶金流程工程學。冶金流程工程學和冶金流程集成理論與方法已作為現代冶金工程設計學科的重要理論基礎，成為指導和構建冶金廠流程設計、總圖布置、工藝裝備選擇、流程結構優化的核心思想體系。

目前，中國冶金工程設計已經具備了現代大型鋼鐵廠的流程設計、工藝設計、設備設計以及系統集成能力。然而中國鋼鐵工業正在經歷從單純追求數量到主要追求市場競爭力的過程，圍繞工藝流程創新、產品開發、節能降耗、環境保護等領域提出的設計要求越來越高，同時海外市場與國外大型設計公司的競爭日趨激烈，繼續沿用傳統的設計理念、理論和方法難以滿足鋼鐵產業結構調整升級的需求，也難以在國際競爭中占有相對優勢，這就需要從更高、更廣闊的視野以及工程本質的研究上提出新的設計理論，從而提升整個行業的設計水平。

1.2冶金工程設計發展特征

1.2.1冶金工程設計的理論創新

基于冶金流程工程學、工程哲學等理論，冶金工程設計建立了新的工程理念和技術理念。設計是工程的原工程，工程設計是工程建設的靈魂，是對項目建設進行全過程的詳細策劃和表述項目建設意圖的過程，是科學技術轉化為生產力的關鍵環節，是體現技術和經濟雙重科學性的關鍵要素，是實現項目建設目標的決定性環節。

沒有現代化的設計，就沒有現代化的建設。科學合理的工程設計，對加快工程項目的建設速度、提高工程建設質量、節約建設投資、保證項目順利投產并取得較好的經濟效益、社會效益和環境效益具有快定性作用。鋼鐵廠的競爭和創新表象上體現在產品和市場，其根源卻來自于設計理念、設計過程和制造過程，工程設計正在成為市場競爭的始點，設計的競爭和創新關鍵在于工程復雜系統的多目標群優化。

1.2.2工程設計方法的創新

應用動態-精準設計理論、方法和先進設計手段，采用三維動態計算機輔助設計、模擬仿真技術、計劃網絡控制技術和有限元計算分析軟件等現代設計方法，提高工程設計動態-精準設計程度。時間管理對制造流程中多因子“物質流”運行的緊湊-連續性具有決定性的影響，在鋼鐵制造流程中，各工序、裝置運行過程在時間上的協調至關重要。時間在鋼鐵制造流程中的表現形式是以時間點、時間域、時間位、時間序、時間節奏、時間周期等形式表現出來。

解析時間的表現形式，要建立有效的鋼鐵廠信息調控系統。時間在鋼鐵制造流程中具有既是自變量又是目標函數的兩重性，研究鋼鐵制造流程整體運行的本質和運行規律，使鋼鐵制造流程中物質流、能量流、信息流實現協同優化，使其“層流”運行，減少“紊流”運行狀態，從而提高鋼鐵制造流程的運行效率。

2、冶金工程設計發展展望

2.1冶金工程設計發展思路

未來一個時期，提高中國冶金工程設計創新能力的總體戰略思路應當是：以冶金流程工程學和動態-精準設計理論和方法為核心，構建中國冶金工程設計創新理念、理論及設計方法的完整體系。重視頂層設計和需求引導，結合中國新建或改建的鋼鐵廠工程建設項目，以實施冶金工程設計創新理念、理論及設計方法工程化技術集成創新為載體，結合鋼鐵制造過程的動態運行，完善新一代鋼鐵制造流程，全面提升中國冶金工程設計創新能力，以此帶動中國鋼鐵制造流程實現全面轉型，轉變中國鋼鐵行業經濟發展增長方式，提高中國鋼鐵企業的市場競爭力和可持續發展能力。

2.2冶金工程設計發展目標

今后一個時期，應著力建立和完善現代鋼鐵廠的“3 個功能”，現代鋼鐵廠的設計目標不應局限于單一的鋼鐵制造功能，更應具有多重目標的屬性，即：滿足市場需求，提高企業核心競爭力和可持續發展能力，建設資源節約型、環境友好型鋼鐵廠，大力發展循環經濟，實現與社會和生態環境的和諧發展。

建立新一代鋼鐵廠工程設計建設的基本目標是：建立高效率、低成本、穩定生產潔凈鋼的生產體系；高效率、低排放的能源轉換體系和余熱余能回收利用系統以及大宗社會廢棄物的處理-消納-再資源化系統。

3、結論

冶金工程設計是將冶金科學技術轉化為生產力的關鍵環節，是體現技術和經濟雙重科學性的關鍵要素，是實現冶金工程建設目標的決定性環節，直接影響鋼鐵制造流程的競爭力和可持續發展，具有特殊的重要性。

參考文獻

[ 1 ] 殷瑞鈺.冶金流程工程學（第2 版）[M].北京：冶金工業出版社，2009.

[ 2 ] 殷瑞鈺，汪應洛，李伯聰.工程演化論[M].北京：高等教育出版社，2011.

[ 3 ] 殷瑞鈺.高效率、低成本潔凈鋼“制造平臺”集成技術及其運行[J].鋼鐵，2012，47（1）：1.

[ 4 ]殷瑞鈺.關于新一代鋼鐵制造流程的命題[J].上海金屬，2006，28（4）：1.

[ 5 ] 殷瑞鈺.冶金流程集成理論與方法[M].北京：冶金工業出版社，2013.

[ 6 ] 殷瑞鈺，汪應洛，李伯聰.工程哲學[M].北京：高等教育出版社，2007.

（作者單位：遼寧科技學院）