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1、精品资料推荐我国钢铁工业自动化技术应用60年的进展问题与对策一、前言 钢铁工业自动化不仅是现代化的标志，而且是能获得巨大经济效益和高回报的技术。据奥钢联统计，使用了该公司的自动化系统后，已证实烧结可提高生产率5%，高炉铁水成本降低16%，转炉温度偏差减少约40、碳偏差减少约45、重吹率降低约60、生产率提高约10 %，二次吹炼降低合金化成本巧、缩短处理时间5%，连铸漏钢减少 80、最终板材不合格率降低60、热装率提高6、耐酸钢质量检验不合格率降低75%，热轧加热炉节能10、轧出板带宽度公差为3mm 、收得率提高0.75、厚度公差降至标准值的1/4、板形波动20、平直度偏差在301单位以内、卷取
2、温度偏差l6等等，自动化投资约 1-2年内收回，因此，世界各国钢铁工业都大力采用自动化技术。 解放前我国钢铁产量很低。从1890年建设汉阳铁厂算起到948年半个世纪，钢总产量累计不到200万吨，年产量最多的1943年才92.3万吨，而且主要集中在日伪侵占的东北，自动化作用与需求当然不会太大。解放后特别是改革开放后，钢铁工业飞速发展，1949年钢产量占世界第26位，1957年达535万吨，排世界第8位，1996年达1亿零1百万吨，上升到第1位，现在已超过2亿6千万吨，生产这么多钢铁，如何节约原燃料和人力，提高产品质量等，白动化技术就显得非常必要。二、我国钢铁工业自动化技术的现状与评价 我国钢铁工
3、业自动化技术的应用实际上是从解放后开始。经过60年的努力，我国钢铁工业自动化的水平已和西方发达国家的应用水平相差无几，其表现为：我国如宝钢、鞍钢、武钢等大型钢铁公司等主要机组如高炉、转炉、冷热板带轧机等大都和日本五大钢铁公司、德国蒂森钢铁公司以及英、法、美等相应机组的自动化水平基本无大差别，甚至地方大中型钢铁公司如济钢、邯钢或者民营的沙钢等新建或改建的主要生产机组除管理自动化外与国外也差别不大；都是多级计算机控制系统，采用的装备都是PLC、DCS、先进的检测仪表和电力电子装备； 从统计数字来说，据中国钢铁协会近年来的调查，在基础自动化方面采用PLC、DCS或工业控制机进行控制已较普及，按工序来
4、分，采用这样的计算机控制的采用率分别为高炉100%，转炉9543%，电弧炉95.9%，连铸99.42%，轧钢99.68%；过程自动化方面（包括优化与模型控制或操作指导），计算机配置率分别为高炉57%, 转炉56.39 %，电弧炉58.56%，连铸60.08%，轧钢75.5%；管理自动化方面，计算机配置率分别为高炉5.97%，转炉23.03%, 电弧炉26.12%，连铸20.64 %，轧钢41.68%； 从应用高技术来说，公认的自动化高技术CIMS和机器人的应用，我国钢铁厂如宝钢、鞍钢、武钢等大型钢铁集团公司等都设有或在建，而且大都以ERP为核心的系统，最新的三级 CIMS系统中的MES系统也在
5、主要机组中实现；宝钢等大型钢铁集团公司更设有电子商务系统，正向着与CIMS系统连接成为当代世界上最先进的WIMS（网络集成制造系统）方向前进；机器人也有应用，如原料的自动取样、转炉副枪的自动更换探头装置，虽然是属于机械手和重演机器人性质，但是西方在钢铁工业使用智能机器人也不多；此外，在钢铁工业自动化先进性标志上，如数学模型和先进控制都有应用，而且许多是世界先进水平的技术，如高炉的多个数模和专家系统、转炉的终点动态控制数模、连铸的质量判断优化切割漏钢预报等数模、冷热板带轧机的轧钢设定和控制数模等；智能控制中的模糊控制、专家系统、神经元网络和模式识别也有许多成功例子；在管理数学模型方面如编制计划专
6、家系统和物流控制模型也得到应用； 先进自动化装备如 PLC 、DCS 、管理控制计算机以及现代检测仪表（包括近年来发展起来的现场总线及工业以太网络）、先进的电力传动及控制装置（包括数字化控制及晶闸管、可关断电力电子器件如GTO、GTR、IGBT等组成的各类交直流调速装置）已和西方发达国家一样用于钢铁工业中，甚至综合了IGBT与GTO的优点的新一代大功率电力电子器件 IGCT 组成的最新交流调速装置也在宝钢1880mm热轧带钢厂中应用； 在自动化工程设计、研究和教育方面，国内设有专门的全国性钢铁设计院，均设有自动化、电气和计算机的科室或专业，大中型钢铁企业亦有类似机构，能进行三电工程（电气、自动
7、化、计算机，国外称为EIC，国内由于其同属电类，常称为三电）的设计；亦设有专门的全国性冶金白动化研究设计院（包括国家自动化工程试验室），大中型钢铁企业亦有类似机构如宝钢技术中心的自动化研究所和宝信软件公司，能进行复杂的包括基础自动化、过程自动化和管理自动化的研究和设计，并提供整套硬件、软件装置和调试投产服务，也有专门的面向冶金的自动化工程的安装部门；此外，国内设有专门面向冶金的自动化技术的高等院校，如东北大学、北京科技大学等的信息工程学院，每年培养大量三电技术的本科、硕士博士毕业生。 但还应清醒看到，我国钢铁工业自动化和西方发达国家还有不少差距、问题，需要有克服的对策。因为我国钢铁工业自动化所
8、用的关键设备和技术大都是引进的，硬件如最基本的PLC、DCS和过程控制与管理计算机几乎全部是引进的，电气传动的先进调速装置、电力电子器件除晶闸管外工GCT等都是引进的，晶闸管调速装置虽然是国产化，但其关键的电子调节器也是引进的，而西方发达国家，如日、德、美、英、法、瑞典等主要自动化硬件产品很少使用别国的。参观国内工厂有西门子、施耐德、ABB和日本各电气公司产品展示的感觉。高技术的机组大多为引进或者核心技术是引进的，如高炉数学模型，过去是引进日本的，现在则是从芬兰或奥钢联引进，而且引进多套和重复引进，其他许多数学模型也是引进的。原冶金工业部副部长兼宝钢集团公司董事长和总经理黎明同志曾指出：“中国
9、钢铁工业发展道路是引进、落后、再引进，宝钢花了300亿还如此，因此必须要制作并执行中长远科技规划”，我国钢铁工业自动化事实上也是这样。此外，国内研制的自动化系统和技术大都是消化吸收性质，少数有自己知识产权的数学模型，创新也不多，至少没有如日本川崎制铁的高炉GO-STOP 模型那样的能销售到德国、巴西、中国、芬兰等各大钢厂的抢手货，高技术系统如质量直接控制等也没有，更没有像日本NKK公司的烧结无人化工厂、川崎制铁的板带热连轧无人化工厂，因此必须找出差距，更有必要回顾发展历史、找出原因和认真解决。 三、我国钢铁工业自动化发展的历史回顾 我国钢铁工业信息化及自动化的进展大致可以分为两个阶段，即自动化
10、起步和发展的第一阶段，和以计算机和多学科高技术为核心现代自动化的第二阶段。每个阶段又分为几个不同时期。 1、我国钢铁工业自动化发展的第一阶段 (1) 三年经济恢复时期(1949-1952年)。抗日战争胜利后，我国钢铁主要产地鞍山(也是昔日世界第6大的钢铁厂)，由于战争破坏、战后停工以及外国把较新的机组如3、59号高炉、二炼钢，大型及无缝钢管厂设备拆走，产钢已微不足道。1949 年全国粗钢产量仅15.8万吨，新中国成立后，大力恢复生产，到1952年粗钢产量已超过历史最高水平，达134.9万吨，但自动化还非常薄弱，如炼铁、炼钢、轧钢仅有一些热工管理如测量温度、压力、流量等仪表和德国生产的ASKAN
11、IA油压调节器用以调节煤气压力等，在电气传动方面，大都是人工远距离手动控制。值得一提的是鞍钢一初轧日伪时期从德国引进的IGNER直流电机调速控制系统，设计非常独特，初轧机驱动电动机功率为16800马力，使用机组供电，由5000kw交流电动机带动两台输出串接的功率为 7600kw的直流发电机和相应的励磁电机，并带一个大飞轮，由于初轧平均功率小于5000kw，达到16800马力峰值只是瞬时的，此时5000kw交流电动机连同因略为速降使飞轮释放的能量以驱动两台760OkW的直流发电机给 16800 马力电动机供电，仅此而已。1952年底苏联援建的8号高炉系统开工，可以说是我国钢铁工业自动化的开始。8
12、号高炉设有全套自动化监控仪表，热风温度、热风炉燃烧、煤气压力自动控制，热风炉自动换炉，上料自动化（和现在一样，操作员设定上料图表后，由称量车称放料，上料，炉顶装料是全部自动顺序控制）；发电厂的锅炉、透平机驱动的高炉鼓风也是自动控制的，前者包括输出蒸汽调节，锅炉汽包水位调节、燃烧控制等，后者包括可选的定风压或定风量调节等；其烧结（监控仪表、点火炉温度、空燃比控制，台车速度控制等）、炼焦（监控仪表、加热煤气压力控制，自动换向等）也是装备相应的自动化系统；所有自动化仪表和调节器虽然还是模拟式，电气控制是硬线逻辑系统，但也是当时的世界水平。 (2) 第一个五年计划时期(1953-1957年)。国家提出
13、“全国支援鞍钢”等口号，钢铁工业得到大发展。首先是1953年鞍钢三大工程七高炉系统、大型（重轨）轧钢厂、无缝钢管厂投产，接着是一炼钢改造，二炼钢，三炼焦，化工回收，56高炉、9高炉、3高炉系统（包括烧结、焦化、发电等等），薄板等厂相继投产，其后本溪、武钢、包钢等改建或新建钢铁基地也开始建设，抚顺钢厂、北满钢厂等特殊钢生产厂也在改造与投产。这些从苏联引进的机组，其自动化水平与当时的国际先进水平大致相同，如平炉（当时世界主要靠平炉炼钢）都装备全套监控仪表、火焰自动换向、热制度调节等、电弧炉均装有炉顶装料、电极升降控制等，加热炉均热炉均设有炉压控制、温度和燃烧控制等，均热炉还设有炉盖打开自动连锁及控
14、制等。与此同时，大批苏联专家来华指导设计、安装和生产，鞍山钢铁公司成立专门的钢铁设计院（1955年易名冶金工业部黑色冶金设计院），设计院除原有电力设计科外，1953年成立机器及白动装置设计科，值得一提是自动化设计苏联顾问专家K.K捷列森哥，的确具有国际主义精神，他热情指导我国技术人员进行自动化工程设计，无保留地及时提供有关设计资料、规程、规范、计算手册和可参考的苏联最新投产类似工程的全部图纸。当时国内还未生产新型自动化仪表及装备，捷列森哥专家认为中国要发展自己的自动化装备工业，不应都到苏联定货，为此，他带领我们跑遍上海各仪表厂，要求只能生产水银温度计的仪表厂生产各类温度传感器，只能生产水表或弹
15、簧压力表的仪表厂生产各类自动化流量、压力和液位测量仪表，有些条件简陋的性质靠近的厂生产各类电子记录仪、PI调节器和执行机械等，要鞍钢设备处在工程中多定一台或从备份中提出一台做为样机，进行测绘仿制，以专家建议方式提交国务院专家办公室、上海市和鞍钢领导（当时规定苏联专家建议必须执行），并亲临制造厂作技术指导，就这样，约在1956年，我们不但能独立设计自动化工程，而且除个别从苏联进口新的装置作为样机仿制外，全部自动化装置均国内生产。 1955年苏联在马格尼托哥尔斯克市召开钢铁工业自动化会议，会上发表了各工序新控制系统、检测仪表及技术等，捷列森哥专家带回许多研究、应用的报告。并由于设计立足于可靠，不能
16、作试验以免影响生产，这就需要有研究部门，不断提供新的、成熟的技术，捷列森哥专家建议冶金工业部成立新的自动化专业院所，并吸收苏联的经验和改进不足之处，苏联钢铁工业自动化的设计和研究是分立的，由A（中央试验室）进行研究及试制，M（仪表自动化安装设计院，后易名中央结构设计局即k）进行工程设计（焦化、采矿的自动化工程则由相应专业设计院的自动化科设计），建议成立统一部门。为此，1956年冶金工业部成立包括研究、设计和试制部门的热工控制研究设计院，并聘请A的专家B.H普里克隆斯基来指导研究。这过程虽然暂短，但也作出一些成绩，如钨铂热电偶测量钢水温度、利用弯头连续测量高炉各风口风量及其分配（国外是只用以测量水和液体流量，我国第一次用以测量高温气体流量，并导出其流量方程和试验得出其流量系数等，50年以后，我国唐山才系列生产测量水和气体弯头流量计）
