冶金自动化技术现状及其发展趋势探讨

肖本省

(云南锡业股份有限公司锡业分公司，云南 个旧661000)

目前，冶金行业在受我国经济技术快速发展的影响下，其自动化水平不断提升。随着自动化技术的普及应用，推动了我国冶金企业的快速发展，然而在实际生产过程中，自动化技术在冶金企业中的应用依旧存在不足之处，本文将对存在的问题进行分析，并提出相应的改善措施，以供参考。

1 冶金自动化技术现状

随着冶金自动化水平地不断提升，大部分冶金企业均已开展应用自动化技术，在生产过程中制定了相应的工艺流程，并配置了较为先进的单机自动化系统和多功能管控一体化系统。冶金企业中自动化技术的日益普及，对提升企业生产效率、保障产品质量、保护环境以及降低能耗方面都起到了一定的作用。现阶段，大多数冶金企业在基础控制环节以及过程控制环节的处理技术均选用DCS和PLC处理技术，同时根据企业实际生产情况制定了较为完善的企业信息网，为冶金企业的生产经营奠定了坚实的基础。目前，冶金企业中铜冶炼企业的数量较多，铜作为我国早期冶炼的主要金属，对推进我国其他金属(铅、锡、钢等金属)的冶炼有着重要的意义。随着铜冶炼自动化技术的不断成熟，满足了铜冶炼企业的生产需求，且现阶段铜冶炼企业的自动化水平较高，对电子技术的依赖性较强，其生产流程中应重视对自动化技术的合理应用，不断提升铜冶炼的生产效率。此外，因钢所具备的良好性能，被广泛应用于日常生活和工业生产中，有效推进了我国炼钢自动化技术的发展。

2 现阶段冶金自动化技术应用问题

根据现阶段应用较为广泛的自动化系统构架，按功能层次可分为：

(1)过程控制系统：目前冶金企业的基础控制已从传统的常规模拟控制转变为以PLC、DSC、工业控制计算机控制。据相关数据调查显示，计算机控制在冶金工序中的利用率分别为高炉100%、转炉95%、电炉96%、连铸99%、轧机99.7%。且随着新型技术的出现，现场总线技术和工业以太网技术等都已广泛应用于冶金自动化系统中，控制模式也从以往的集中控制转变为分布控制。控制算法方面，回路控制算法为PID，智能控制技术和先进控制技术已逐步应用于电炉电极升降控制、连铸结晶器液位控制、加热炉燃烧控制以及轧机轧制力控制。在检测上，回路控制、安全生产、能源计量等相应的流量、压力、温度以及重量等相关数据的检测都配置了较为完善的检测设备。在软测量技术方面，包括高炉的软溶带形状、位置及炉缸渣铁液位、炼铁铸钢流程中的结晶器钢坯拉漏预报、钢材质量及机械性能预报等都有了一定的成效。冶金自动化系统中的电气传动普遍采用的是具备较高节能效果的交流变频技术。此外，在轧线方面，国产大功率交流传动装置以及直流传动装置的应用均取得了较好的成效。然而，由于冶金流程的复杂性较高，数学模型的适应性较差，使得过程优化的效果欠佳，即便是国外引入的过程控制系统，其效果也并不理想。

(2)生产管理控制系统：据数据调查显示，生产管理控制系统在冶金自动化系统中的利用率分别为高炉6%、转炉23%、电炉26%、连铸21%、轧机42%。在功能方面，信息集成与事务处理的层面较多，决策支持与动态管理控制所具备的效果并不明显。随着冶金企业对制造执行系统(EMS)的逐步重视，于综合应用运筹学技术、专家系统技术以及流程仿真技术等，结合生产线各环节作业，初步实现了全线物流跟踪、质量跟踪控制、成本在线控制以及设备预测维护，并取得了一定的成效，然而如何发挥出其在冶金企业中的最大效果还需不断探究。

(3)企业信息化系统：随着我国现代化信息技术的不断成熟，信息化技术被广泛应用于企业的生产中，多数企业都开展了相应的信息化建设以及规划，构建了具备企业特性的企业信息网，全面提升了企业信息化程度。据相关报告内容表明，我国钢年产量超过500万吨的8家企业均具备信息化项目，钢年产量超过50万吨的58家企业中具备信息化项目的企业有45家，超过一半以上。在功能方面，ERP(企业资源计划)已逐步应用于冶金企业中。此外，SCM、CRM、BRP等概念也逐渐深入冶金企业。企业信息化建设是企业管理发展的必然趋势，无论是观念的转变还是管理机制的改革，都还需花费一段时间，确保充分发挥出其应有的作用。

2.1 冶金系统生产流程资金投入较大

冶金系统生产流程的资金成本投入较高，其生产过程中通常伴有较多的生产残渣，对周边环境也造成了一定的影响。另外，冶金系统生产存在可视性不良的问题，在生产过程中无法准确掌控物料投放量以及温度，无法确保稳定的生产质量。为此，为提高冶金系统生产的连续性和高效性，应合理制定相应的生产计划管控和管理系统，及时准确地了解冶金系统生产过程中各个环节之间存在的运输情况、能源使用情况以及生产时间等，以确保信息的准确性和及时性，从而有效调整相关的生产工艺，制定最佳的生产方案，提高冶金系统生产流程的生产效益，降低生产成本。

炼铁系统(铁、焦、烧)是高炉-转炉过程成本降低以及环境质量提升的难点问题，结合现阶段以及国际炼铁目标来看，依旧存在较大的差距，为实现渣量150-300kg/t、焦比240-300kg/t、喷煤250-300kg/t、风温1250-1300℃以及寿命＞20年，还需不断创新优化自动化技术，包括采用数据融合技术，预测控制技术等先进控制技术，数学模型、专家系统和可视化技术的结合应用以及信息技术结合系统工程技术的应用。

2.2 人工经验控制冶金终点

现阶段，采用人工经验控制冶金终点的冶金企业数量依旧较多，该类技术的应用不利于提升冶金企业的生产效率，也无法保障产品的生产质量，在一定程度上加大了企业的生产成本。而随着市场竞争力的不断加大，市场对冶金企业产品的质量要求也大幅度提高，促使冶金企业的专业化和生产集成化发展，为有效减少产品生产环节，实现生产设备的单机匹配，并减少生产流程和加快生产进度，均需结合计算机系统来科学管理冶金生产流程，继而实现生产信息传递的实时性。

炼钢是钢铁生产的关键步骤，直接影响到企业的生产成本和产品质量。目前我国大部分钢铁厂普遍采用人工经验控制炼钢终点，生产效率与稳定性都较差，使得产品质量不符合生产需求，为改善此类情况，钢铁厂在生产过程中应不断健全动态数学模型，结合炉气分析技术，提升炼钢终点的自动化水平。同时由于炼钢涉及的综合节能工艺技术较多，其需根据不同工艺设定能量/物料综合优化模型，以保障稳定的化学能输入、顶底以及废钢/铁水比例、对电功率曲线进行优化，不断提升冶炼强度和生产效率，全面提升企业生产效益。另外，在铁水预处理与炉外精炼发展过程中需构建化学成分、纯净度、钢水温度全程高精度预报模型，优化控制合金化、造渣和成分调节。此外，还应不断优化高效连铸和近终型连铸技术，对电磁连铸自动化控制技术进行提升，研发优化浇筑技术(如接近凝固温度、高均质、高等轴晶化)以及铸坯质量保障体系，并合理参考新工艺的自动化需求，如薄板坯连铸以及薄带连铸等。

自动化技术的应用是轧钢技术自20世纪以来取得的最大进步，连轧机上采用的计算机自动控制将板带材的尺寸精度提升，包括后期的板型自动控制、中厚板的平面形状自动控制以及自由规程轧制均是基于计算机自动控制技术进行的。为提升轧钢生产流程的紧凑性，实现铸轧一体化生产以及柔性化生产，还应合理结合在线综合检测技术与高响应速度控制技术，提升轧钢生产的精准度、生产效率以及产品质量。同时数学模型结合人工智能，轧钢工艺控制结合管理，不断优化产品生产流程，提高产品质量。此外，还应不断加强控轧控冷技术与超级钢技术的融合，以实现柔性化生产，将同一化学成分的钢坯，经轧机各个工艺流程相关参数控制后，生产出不同级别、不同性能的钢材，提升轧制效率。

2.3 缺乏完善的企业信息化建设

目前，部分冶金企业虽然已基本实现自动控制，但对企业信息化建设的重视度不足，构建的企业信息系统编制体系往往缺乏标准性。同时，部分企业在供应、生产以及营销环节不具备良好的协调性，使得整体流程在实际操作过程中容易出现较多的问题，对运营效率造成了不利影响。此外，部分冶金企业对市场行情、生产成品以及产品质量的相关信息了解不到位，对自身企业发展不具备明确的发展目标，严重影响到了企业的稳定发展。

3 冶金自动化技术发展趋势

3.1 过程管控

现阶段，我国大多数冶金企业自动化都实现了对冶金生产流程的在线监测和管控，后期应加强各类传感器、软测量、数据采集和数据处理技术的应用，不断提高冶金生产流程在线监测和管控质量，实现实时性的产品属性、温度和尺寸等各类指标参数的检测。随着我国对环境质量保护力度的不断加大，未来还应加强对冶金生产过程中产生的废气以及残渣进行监测。

3.2 完善企业信息化水平

冶金企业应加强对自身企业信息化系统的建设，通过完善企业信息化建设来提升企业信息系统编码体系的标准性，实现企业信息集成和协作生产企业信息集成以及监控一体化，继而提升企业监管的实时性。同时，还应统一供应、生产以及营销环节的相关信息，如订货合同、生产技术和生产指令等，确保企业生产的时效性，提升企业的生产效益。

3.3 关注生产过程管控

首先，冶金企业应加强对铁-钢-轧横向数据集成及传递技术的应用，通过该类技术的应用来促进对生产流程管控、生产计划以及生产管理等多方面信息集成的落实，同时还应不断完善企业的数据库信息，通过数据挖掘技术的合理应用，来获取相关的市场数据，为冶金企业自动化生产流程提供准确有效的信息数据依靠。其次，冶金企业还应加强计算机全流程模拟技术的应用。在实际生产过程中，合理运用计算机的模拟技术，以有效提升生产组织和生产流程的高效性，同时也有利于保障新研发产品的质量。最后，冶金企业还应加强冶金生产的智能化水平。

(1)管理生产组织。即采用案例推理和网络规则等技术的应用，合理调整生产计划，提升企业生产自足的柔性以及敏捷性。同时，还应推进企业不同生产环节各类参数自动化计算的实现，并加强落实对生产计划的全程监测。

(2)管理质量。即生产过程中，合理采用重点集成数据挖掘技术、数据统计计算技术和神经网络分级技术，对产品质量进行有效分析和监测，避免产品在生产过程中出现问题，同时还可结合各类故障诊断技术和相关计算模型的应用，建立高效性设备使用情况预报系统，有效避免设备出现故障。

(3)管理成本。通过数据挖掘技术和数据预报技术的应用，建立成本管理、成本监控以及成本预测模型，实现对成本的全面性管理，科学管控生产材料配比，提高能源的有效利用率，实现成本动态核算，有效降低冶金企业的生产成本，全面提升企业的经济效益。

3.4 推动智能化技术

为顺应科技发展趋势，冶金企业应实现对企业或相关行业数据的智能化管理，不断完善相关数据库信息，通过在线分析和数据挖掘方式的应用，及时获取市场行情，了解自身产品的优劣势，合理调整自身企业的生产目标，实现企业管理的智能化，提高企业管理和运营的合理性。

4 结束语

冶金行业自动化技术应用的日益普及和成熟，能有效促进冶金行业的可持续发展。目前冶金企业自动化生产过程中存在的主要问题包括炼铁系统生产流程资金投入较大，采用传统的人工经验控制炼钢终点和缺乏完善的企业信息化建设，针对该类问题，冶金企业应结合自身企业发展的实际情况，在未来发展过程中不断提高企业自动化技术水平的相关建设，加强过程控制，实现对冶金流程的在线监测；通过生产管理控制，合理运用生产信息集成和计算机全流程模拟技术确保生产管控过程信息的及时性与有效性；另外还应加强企业信息化系统的建设，构建标准化的企业信息系统编码体系，构建数据库，实现企业的智能化管理，不断提升企业的现代化水平，保障企业制定正确生产目标的同时，不断提升企业的市场竞争力。