鋼鐵分析檢測與自動化技術(shù)芻議

摘要：本文提出了鋼鐵分析檢測系統(tǒng)自動化的概念，并以實物流過程自動化，分析檢測過程自動化，信息流過程自動化及自動化發(fā)展趨勢，闡述鋼鐵分析檢測實現(xiàn)自動化在科技發(fā)展領(lǐng)域的作用。隨著機(jī)電一體化裝備技術(shù)、新型儀器化技術(shù)、計算機(jī)信息技術(shù)等高科技的迅速發(fā)展，鋼鐵分析檢測技術(shù)與自動化技術(shù)的緊密結(jié)合已顯示出廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：鋼鐵分析檢測；自動化技術(shù)

隨著當(dāng)今鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的大型化、現(xiàn)代化、生產(chǎn)過程越來越高速化、連續(xù)化、自動化，分析檢測系統(tǒng)的配備除滿足分析檢測的準(zhǔn)確性外，還要求具備適時性、快速性。傳統(tǒng)的分析檢測方法，如碳硫分析儀、光譜分析儀等大型精密儀器，逐步淘汰了生產(chǎn)現(xiàn)場，已無法適應(yīng)生產(chǎn)的快節(jié)奏。而是大多數(shù)大型鋼鐵企業(yè)都開始引進(jìn)先進(jìn)的分析檢測儀器，提高自身鋼鐵分析檢測的自動化水平。可見，將分析檢測過程自動化作為系統(tǒng)的觀點考慮并加以現(xiàn)場應(yīng)用，國內(nèi)還遠(yuǎn)不成熟，國際上也正處于不斷探索前進(jìn)的狀況?，F(xiàn)就筆者近年來，在鋼鐵分析檢測自動化實踐中形成的一些不成熟的觀點探討如下。

1 樣品實物流過程自動化

實物流過程是指被分析檢測的對象既試樣的流轉(zhuǎn)過程。一般有以下幾個主要過程：原料進(jìn)廠的樣品采集、制樣和傳送，如礦石、精粉試樣流轉(zhuǎn)；中間產(chǎn)品的樣品采集、制樣和傳送，如燒結(jié)礦、鐵水、鋼水、鋼坯料試樣流轉(zhuǎn)；成品的樣品采集、制樣和傳送，既成品鋼材試樣的流轉(zhuǎn)。

樣品從被采集開始，經(jīng)過加工制成適應(yīng)于某種分析檢測方法的試樣，到最終被送至某類儀器分析檢測，始終是一種實物形態(tài)。一方面，實物本身在流轉(zhuǎn)過程中應(yīng)該一直具有其代表性，才能保證分析檢測數(shù)據(jù)的真實性和準(zhǔn)確性；另一方面，流轉(zhuǎn)過程還應(yīng)該滿足快速性以保證工藝上對分析檢測數(shù)據(jù)的適時性要求。而傳統(tǒng)的“人工取樣，肩挑步送”的實物流過程隨意性大、周期長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝和管理的要求，因此，實物流過程自動化水平的提高是分析檢測系統(tǒng)提高準(zhǔn)確性最基本的要求，也是其提高快速性關(guān)鍵手段。

2 分析檢測過程自動化

2.1 儀器化分析檢測與自動化。分析檢測過程是指具體使用某種分析檢測方法對實物試樣進(jìn)行分析檢測并獲得結(jié)果數(shù)據(jù)的過程。傳統(tǒng)的鋼鐵分析檢測過程，是以手工化學(xué)分析“濕法分析”方法為主的。這種分析方法過程長、強(qiáng)度高、功能單一、穩(wěn)定性差、人為誤差大。要在這種分析方法的基礎(chǔ)上通過裝置改進(jìn)達(dá)到實現(xiàn)自動化目的是很困難的，雖然以往也有不少提高自動化分析程度的裝置如多元素聯(lián)測快速分析儀等面市，但這類儀器仍是基于化學(xué)反應(yīng)的改進(jìn)，不能使鋼鐵分析檢測過程自動化得到根本改觀。

儀器化分析方法在鋼鐵分析檢測中的應(yīng)用，簡化了試樣備制過程，取消了手工分析方法過程中的試樣粉碎、酸溶加熱分解、化學(xué)反應(yīng)、比色分析、人工讀數(shù)等繁雜流程。目前，光電直讀光譜儀已成為鋼樣化學(xué)成分分析的首選儀器，X熒光光譜分析儀則是生鐵和其它礦類樣化學(xué)成分分析的首選儀器。它的應(yīng)用是很成功的。一方面，這類儀器具有選擇性好、靈敏度高、準(zhǔn)確性高的特點，實現(xiàn)了其分析檢測的核心功能；另一方面，這類大型精密儀器的設(shè)計制造從一開始就是本著高精度、高穩(wěn)定、快速化、自動化、多功能整體優(yōu)化原則進(jìn)行的，從分析檢測過程自動化的角度來看，這類儀器集光、機(jī)、電、計算機(jī)等方面的最新技術(shù)于一體，具有相當(dāng)精密的物理與幾何光學(xué)系統(tǒng)，精密機(jī)械系統(tǒng)，電子傳感測量系統(tǒng)，計算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理及人機(jī)界面系統(tǒng)，是一種近乎完美的自動化分析檢測裝置。其多通道、多元素同時分析檢測的快速化特點，多用途可擴(kuò)展的配置方式，以及多功能計算機(jī)軟硬件系統(tǒng)技術(shù)，使分析檢測過程自動化的提高易于實施。

2.2 分析檢測模式與自動化。鋼鐵生產(chǎn)作為一種流程工業(yè)，規(guī)模大、覆蓋面廣、效益高。產(chǎn)品質(zhì)量控制是系統(tǒng)主控目標(biāo)之一，分析檢測過程的模式也必須適應(yīng)這種流程工業(yè)的特點而不同于一般的實驗室分析檢測過程模式。因此，如何在特定的分析檢測模式下提高自動化水平，是值得探討的問題。 目前，國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)在主體生產(chǎn)體系中普遍采用3種分析檢測模式，既離線分析、臨線分析和在線分析模式。3種分析檢測模式各有所長。

離線分析。是一種分析檢測儀器遠(yuǎn)離現(xiàn)場的一種集中分析模式，往往一臺儀器可擔(dān)負(fù)多個工序點產(chǎn)品的分析檢測任務(wù)，可以充分發(fā)揮大型精密儀器的運(yùn)行效率，且儀器遠(yuǎn)離環(huán)境惡劣生產(chǎn)現(xiàn)場能夠保證較高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，主要矛盾是如何提高試樣傳送速度以保證時效性的問題。這種模式下主要通過裝備可靠的遠(yuǎn)程送樣系統(tǒng)和遠(yuǎn)程報數(shù)系統(tǒng)來提高自動化程度。臨線分析。是一種分析檢測儀器緊臨生產(chǎn)現(xiàn)場的專項單點分析模式。要求儀器具備較好的抗干擾、抗震、防塵、抗溫度變化性能。在這種模式下，應(yīng)盡量改善機(jī)房條件如裝備封閉式機(jī)房或集裝箱式機(jī)房，并通過裝備全自動制樣設(shè)備及計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)自動數(shù)據(jù)采集與報數(shù)系統(tǒng)來提高其自動化程度。在線分析。是一種分析檢測儀器的部分元器件或整機(jī)位于生產(chǎn)流程線上，并與被測對象直接或間接接觸的一種連續(xù)單點分析模式。一般稱這類儀器為過程分析儀器。在線分析是實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)動態(tài)控制的必要手段，也是生產(chǎn)過程自動化的理想手段。但由于鋼鐵分析檢測過程中被檢測對象的復(fù)雜性與采樣技術(shù)上的困難性以及高靈敏、高可靠等方面的要求，這種分析模式在鋼鐵主體生產(chǎn)過程中應(yīng)用較少，僅在個別場合使用，如TC氧槍探頭用于鋼水溫度、碳氧成分含量測定、質(zhì)譜儀用于煉鋼爐煙氣成分分析。

3信息流過程自動化

鋼鐵分析檢測的主要目的是傳遞鋼鐵產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量信息，便于指導(dǎo)生產(chǎn)，控制質(zhì)量。這里所指的信息流過程，是指分析檢測得到的結(jié)果數(shù)據(jù)從分析檢測儀器處到達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場需求者處或其它部門的過程。

在鋼鐵生產(chǎn)現(xiàn)場，對鋼鐵冶煉成分信息需求是有很強(qiáng)的時效性的。特別是煉鋼爐前，要求中間冶煉鋼水成分從試樣送出至得到分析檢測的結(jié)果數(shù)據(jù)的周期控制在3min以內(nèi)，煉鐵高爐、燒結(jié)機(jī)爐前對產(chǎn)品成分的實時掌握也有相應(yīng)的周期要求。傳統(tǒng)的報數(shù)是通過電話通告或人工報告單傳送的方式進(jìn)行的，前者容易出差錯，后者滿足不了及時性要求。因此，如何通過遠(yuǎn)程自動報數(shù)的方式提高分析檢測數(shù)據(jù)報出的速度和準(zhǔn)確性，幾乎自然地成了大型鋼鐵企業(yè)要解決的問題。在這一前提下，各種遠(yuǎn)程報數(shù)裝置應(yīng)運(yùn)而生，實際上就是通過采用這種裝置，實現(xiàn)分析檢測數(shù)據(jù)信息流過程的自動化。

3.1 分析檢測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程報數(shù)裝置的發(fā)展概況 。國內(nèi)分析檢測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程報數(shù)裝置的經(jīng)歷了從手動到自動的過程，大體出現(xiàn)了以下幾代傳送方式的產(chǎn)品：手動撥碼數(shù)據(jù)輸出→多芯電纜傳送→現(xiàn)場燈泡或LED發(fā)光二極管顯示；手工書寫報單數(shù)據(jù)→攝像頭成像，同芯電纜圖像信號傳輸→現(xiàn)場電視CRT顯示；儀器串口自動數(shù)據(jù)輸出→雙芯電纜傳輸→現(xiàn)場串行打印機(jī)打印；儀器串口自動數(shù)據(jù)輸出→計算機(jī)串口自動數(shù)據(jù)采集，專線或無線modem傳送→現(xiàn)場計算機(jī)接收，計算機(jī)CRT顯示；儀器聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)輸出→計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線傳輸→網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫接收→現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)工作站CRT顯示。

3.2 分析儀器檢測數(shù)據(jù)的自動采集。近年來，國外引進(jìn)的先進(jìn)大型精密儀器，基本上都具有計算機(jī)RS232串行接口數(shù)據(jù)輸出的功能，有的還具有直接聯(lián)網(wǎng)功能。儀器計算機(jī)數(shù)據(jù)通信軟件接口開始透明化，儀器廠商可為用戶提供或在隨機(jī)技術(shù)資料中寫明相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，用戶通過編制簡單的VB、DEPHI等語言程序即可完成對儀器數(shù)據(jù)的自動采集。

4 鋼鐵分析檢測自動化發(fā)展趨勢

隨著鋼鐵企業(yè)管理現(xiàn)代化、裝備大型化、生產(chǎn)高速化、操作自動化的不斷發(fā)展，鋼鐵分析檢測技術(shù)也在不斷更新，國際上先進(jìn)實驗室管理自動化開始朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，實驗室信息管理系統(tǒng)(LIMS)就是一種集現(xiàn)代化管理方法與計算機(jī)技術(shù)為一體的實驗室管理自動化應(yīng)用技術(shù)。LIMS利用計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)采集、處理、存貯、傳輸?shù)确矫娴膹?qiáng)大功能，實現(xiàn)樣品管理，數(shù)據(jù)管理、資源管理，事務(wù)管理、報表管理等實驗室管理的自動化。在鋼鐵企業(yè)分析檢測系統(tǒng)實驗室實行LIMS，對于優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控體系和實驗室綜合管理，保證分析檢測數(shù)據(jù)的嚴(yán)格管理和控制，適時有效、快速準(zhǔn)確地為生產(chǎn)過程和經(jīng)營管理提供質(zhì)量基礎(chǔ)信息無疑是極為有益的。這也是企業(yè)進(jìn)行實驗室認(rèn)證，提高質(zhì)量控制與管理檔次，面向國際市場的需要。

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作者簡介：宋亞利，1997年9月至2001年6月，通化師范學(xué)院化學(xué)專業(yè)本科學(xué)習(xí)，2001年7月至今在通化鋼鐵集團(tuán)大栗子礦業(yè)有限責(zé)任公司化驗室任分析技術(shù)員工作。