人防系统项目名称：有冶金炉窑强化供热关键技术及应用推荐单位：云南省 推荐奖种：科技进步奖导电碳油
主要完成人：王华，王冲，刘日新，刘玉强，施哲，孔徳颂，王仕博，杨伟，张博亚，徐建新
主要完成单位：昆明理工大学，云南铜业股份有限公司，北京赛维美高科技有限公司，金川集团股份有限公司
推荐单位意见:
强化供热技术是冶金炉窑节能增效的核心技术，该项目以有金属熔池熔炼炉和有金属工件热处理用加热炉为代表，针对现有的冶金炉窑强化供热一般是采用加大富氧/燃料供
应量的方式，熔池熔炼炉加大富氧供应量存在搅拌过度喷溅冲刷导致炉体寿命短、搅拌不均匀导致炉渣中有价金属含量高和金属直收率低，而加热炉加大燃料供应量存在炉内燃料燃烧不完全、炉温不均匀导致被加热的金属工件过热过烧及产品成材率低等问题，该项目进行了长达24年的持续科技攻关，基于混沌数学和拓扑学，提出了旋流混沌强化方法和最低燃耗供热法则、建立了有冶金炉窑最低燃耗供热理论模型、成功研发了以熔池熔炼炉强化动量传递的富氧旋流混沌搅拌供热技术和加热炉旋流混沌燃烧及强化供热制度调控技术为代表
的有冶金炉窑强化供热关键技术，突破了搅拌过度或不均匀、喷溅冲刷严重、燃烧不完全、加热不均匀的技术瓶颈，实现了冶金炉窑节能增效的显著提高。先后分别推广应用于云铜、金川等有冶炼企业及中信戴卡等113家车轮制造企业，取得了显著的经济社会及环保效益。部分技术和设备已出口到德国、澳大利亚、日本、加拿大、俄罗斯等21个国家，全球累计用户达到1608家。有力推动了我国有金属工业装备的升级发展与技术进步。
符合国家科学技术进步奖申报条件，推荐该项目申报2017年度国家科学技术进步奖二等奖。
项目简介:
有冶金炉窑主要有冶炼炉和加热炉，其中熔池熔炼炉和热处理用加热炉由于供热的复杂性最为典型。强化供热技术是决定冶金炉窑节能增效的关键，现存在以下主要问题：1、搅拌过度或不均匀导致炉渣中有价金属含量高，喷溅冲刷导致炉体寿命短；2、加热炉炉温不均匀导致金属工件过热过烧及产品成材率低。针对此问题，进行了长达24年的持续科技攻关，建立了最低燃耗供热理论模型，研发了基于旋流混沌强化的有冶金炉窑强化供热系列技术和设备，突破了喷溅冲刷严重、加热不均匀的技术瓶颈，实现了节能增效的显著提高，促进了我国有冶金炉窑的技术升级与发展。取得的创新成果如下：
1、建立了有冶金炉窑最低燃耗强化供热理论模型。针对传统的强化供热是用增大热负荷的方式来
实现因而导致能耗高等问题，基于混沌数学和拓扑学提出了旋流混沌强化方法和最低燃耗供热法则，建立了有冶金炉窑最低燃耗强化供热数学模型。并用于指导技术研发，以实现用最小的搅拌动能达到充分搅拌熔池、减小喷溅，氧气与矿中硫的放热反应彻底、实现自热熔炼或用最低的燃料消耗达到均匀加热、提高产品质量。
2、研发了熔池熔炼炉强化动量传递的富氧旋流混沌搅拌供热技术及装备。针对熔体喷溅导致设备寿命短的难题，提出了旋流混沌搅拌方法，开发了富氧浸没式顶吹旋流混沌搅拌强化供热技术、炉膛底部富氧旋流脉动振荡混沌搅拌强化供热技术、富氧侧吹射流泉涌混沌搅拌强化供热技术、全氧超音速旋转射流顶吹混沌搅拌强化供热技术和富氧旋流混沌搅拌效果测控技术。
3、研发了加热炉旋流混沌燃烧及强化供热制度调控技术与装备。针对金属工件加热均匀性难以精准化的难题，提出了旋流混沌燃烧方法，开发了最佳加热制度精准调控技术、火焰旋流混沌燃烧效果测控技术和绝热耐高温并能在高温炉膛内保存记录同时向炉外无线传送数据的智能“黑匣子”温度检测技术及设备。
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该项目获授权专利20项，发表论文84篇，出版专著1部，获中国有金属工业技术发明一等奖和云南省科技进步一等奖；已培养硕士、博士生46人及一批企业专业技术人员。推动了我国有冶金炉窑的科技进步。先后应用于云铜、金川等有冶炼企业及中信戴卡等车轮制造企业，产业化应用表明：实
现了用最小的搅拌动能达到充分搅拌熔池、减小喷溅，炉体寿命提高了42.8%，喷寿命提高了120%，渣中金属含量降低了22.4%，金属直收率提高了0.68%，炉窑产能提高了44.3%、能耗下降了55.7%；实现了用最小的燃料消耗均匀加热，达到金属工件的实际加热温度曲线与理论值的精确匹配，保证了加热质量，铝合金轮毂的热处理温度可精确到1～3℃，成材率提高了8.3%，产能提高了18.3%、能耗降低了15.2%。近三年取得了显著的经济与社会效益。部分技术已出口德国、澳大利亚、日本、加拿大、俄罗斯等21个国家，全球累计用户达1608家。
客观评价:
（一）科技成果评价
2015年7月31日，中国有金属工业协会在北京组织邱定番、张国成、张文海三位院士在内的专家组对项目成果进行了会议评价，形成如下评价结论：
提出了冶金炉窑最低燃耗供热法则，构建了冶金炉窑最低燃耗强化供热理论模型，自主研发了高温智能“黑匣子”温度检测仪及其配套的检测技术，通过加热炉旋流混沌强化供热制度调控技术体系实现了热处理用加热炉的强化供热，降低了燃料消耗和被加热金属工件表面的氧化烧损；构建了气泡旋流混沌搅拌强化供热的数学模型，开发了熔池熔炼炉强化动量传递的富氧旋流混沌搅拌供热技术体系，促进自热反应实现节能并显著延长炉子寿命，提高了金属回收率；独创性地开发了基于贝蒂数、混沌理
论和图像处理方法的熔池熔炼炉富氧旋流混沌搅拌效果测控技术。
该成果技术经济指标先进，整体技术达到国际先进水平。
（二）科技查新
国家一级科技查新咨询单位—云南省科学技术情报研究院针对本成果所做的国内外科技查新报告中与本项目内容相关的查新结论:
1、首次提出了有冶金炉窑最低燃耗供热法则，构建了有冶金炉窑最低燃耗强化供热理论模型，除该项目组发表的论文外国内外均未见其它文献报道。
2、研发的熔池熔炼炉强化动量传递的富氧旋流混沌搅拌供热技术体系，除本项目组发表的论文外国内外均未见其它文献报道；测试网页游戏
中空半自动打胶机3、提出了基于混沌数学和拓扑学计算多相体系混合效果的方法，建立了测度熔池混沌搅拌
气-固-液混合质量数学模型，自主开发了根据熔池搅拌效果测度值采用变频喷吹调控方法在线调节熔炼炉喷操作和富氧气体供给状态参数的熔池熔炼炉旋流混沌强化供热调控系统，从而构建了富氧旋流混沌搅拌混合效果测控技术，除本项目组发表的论文外国内外均未见其它文献报道；
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4、研发的加热炉旋流混沌燃烧及强化供热制度调控技术体系，包括耐高温智能“黑匣子”温度检测仪、最佳加热制度精准调控技术和火焰旋流混沌燃烧效果测控技术，国内外均未见相关的文献报道。
（三）论文评价
1、“Multiphase mixing quantification by computational homology and image analysis（《基于计算同调与图像分析量化多相混合》）”于2011年发表在应用数学领域TOP期刊《Applied Mathematical Modelling》上，被匿名审稿人评价为：
1)“This paper presents a straightforward method for assessing the homogeneity or inhomogeneity of gas agitated reactor mixtures stirred by top lance gas injection. It is of interest to all members of the scientific community involved with studies of the topology of multiphase flows and deserves to be published”
本文展示了一个用于评估顶吹气体混沌搅拌反应器内混合均匀性与非均匀性的简单方法，这对于研究多相流拓扑结构的学术团体的所有成员来讲，必将引起广泛的兴趣与关注。
2) Ferretti G, Montanari G, Solari F, et al. Advanced Design of Industrial Mixers for Fluid Foods Using Computational Fluid Dynamics[J]. International Journal of Food Engineering, 2013, 9(3):309-325.
上述作者及期刊引用该论文关于混合效果论文的原话：This is, for instance, the case of multiphase fluids, where mixing should ensure homogeneity of solid and liquid contents, at the same time keeping the solid fraction as constant as possible . “例如：在多相流体的情况下，混合应当确保固相与液相成分的均匀，同时要尽量保证固相分数恒定”
2、Fan G F, Shan Q, Wang H, et al. Support Vector Regression Model Based on Empirical Mode Decomposition and Auto Regression for Electric Load Forecasting[J]. Energies, 2013, 6(4):1887-1901.
1）Lee C W, Lin B Y. Application of Hybrid Quantum Tabu Search with Support Vector Regression (SVR) for Load Forecasting[J]. Energies, 2016, 9(11).
引用原话：Hong et al. [44-56] developed various SVR-based load forecasting models by hybridizing evolutionary algorithms, chaotic mapping functions and cloud theory with an SVR model, to effectively determine its three parameters to improve the forecasting accuracy.
“通过混合进化算法、混沌映射函数以及云理论与SVR模型发展了多种基于SVR模型的负荷预测模型，这些模型可以有效地确定三个参数来提高预测精度。”目前共有12篇国际期刊作者对该论文关于混沌映射函数负荷预测模型提高预测精度及其应用做出了较高评价。（四）获奖情况
该项目的部分成果“有金属熔池熔炼过程强化与搅拌效果评价关键技术及应用”获2015年度中国有金属工业技术发明一等奖，该成果的第一完成单位昆明理工大学冶金节能减排创新团队于2014年度获得云南省科学技术进步奖一等奖（创新团队奖）。
推广应用情况:
该技术自2012年起先后在云铜公司、金川公司的熔池熔炼炉上应用至今，显著提高了熔炼炉冶炼强度和金属直收率；自2010年起先后在中信戴卡股份公司的12条铝合金轮毂热
处理生产线的加热炉上应用至今，显著减少了金属工件的加热缺陷、提高了加热质量和成材率。近三年（2014.1.1～2016.12.31）产能提高等实现销售额256.139亿元，因降低渣含金属提高金属直收率及提高被加热金属工件的成材率等增收节支实现的新增利润9.257亿元。
应用到中信戴卡轮毂制造、万丰汽轮等铝合金轮毂制造行业龙头企业，在铝合金轮毂热处理及车轮涂装领域应用113家，行业企业覆盖率超过50%。
部分技术及设备还推广应用于宝钢、天津钢管、马钢等钢铁企业，范围覆盖国内超过45% 的大中型钢铁企业。并已成功出口德国、澳大利亚、日本、加拿大、俄罗斯、泰国、埃及、印度、越南、印度尼西亚等21个国家。全球累计用户达到1608家（世界500强企业中有17家、中国制造业100强中有27家）。
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