冶金自動化技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢探討

肖本省

(云南錫業(yè)股份有限公司錫業(yè)分公司，云南 個舊661000)

目前，冶金行業(yè)在受我國經(jīng)濟技術(shù)快速發(fā)展的影響下，其自動化水平不斷提升。隨著自動化技術(shù)的普及應(yīng)用，推動了我國冶金企業(yè)的快速發(fā)展，然而在實際生產(chǎn)過程中，自動化技術(shù)在冶金企業(yè)中的應(yīng)用依舊存在不足之處，本文將對存在的問題進行分析，并提出相應(yīng)的改善措施，以供參考。

1 冶金自動化技術(shù)現(xiàn)狀

隨著冶金自動化水平地不斷提升，大部分冶金企業(yè)均已開展應(yīng)用自動化技術(shù)，在生產(chǎn)過程中制定了相應(yīng)的工藝流程，并配置了較為先進的單機自動化系統(tǒng)和多功能管控一體化系統(tǒng)。冶金企業(yè)中自動化技術(shù)的日益普及，對提升企業(yè)生產(chǎn)效率、保障產(chǎn)品質(zhì)量、保護環(huán)境以及降低能耗方面都起到了一定的作用。現(xiàn)階段，大多數(shù)冶金企業(yè)在基礎(chǔ)控制環(huán)節(jié)以及過程控制環(huán)節(jié)的處理技術(shù)均選用DCS和PLC處理技術(shù)，同時根據(jù)企業(yè)實際生產(chǎn)情況制定了較為完善的企業(yè)信息網(wǎng)，為冶金企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營奠定了堅實的基礎(chǔ)。目前，冶金企業(yè)中銅冶煉企業(yè)的數(shù)量較多，銅作為我國早期冶煉的主要金屬，對推進我國其他金屬(鉛、錫、鋼等金屬)的冶煉有著重要的意義。隨著銅冶煉自動化技術(shù)的不斷成熟，滿足了銅冶煉企業(yè)的生產(chǎn)需求，且現(xiàn)階段銅冶煉企業(yè)的自動化水平較高，對電子技術(shù)的依賴性較強，其生產(chǎn)流程中應(yīng)重視對自動化技術(shù)的合理應(yīng)用，不斷提升銅冶煉的生產(chǎn)效率。此外，因鋼所具備的良好性能，被廣泛應(yīng)用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中，有效推進了我國煉鋼自動化技術(shù)的發(fā)展。

2 現(xiàn)階段冶金自動化技術(shù)應(yīng)用問題

根據(jù)現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的自動化系統(tǒng)構(gòu)架，按功能層次可分為：

(1)過程控制系統(tǒng)：目前冶金企業(yè)的基礎(chǔ)控制已從傳統(tǒng)的常規(guī)模擬控制轉(zhuǎn)變?yōu)橐訮LC、DSC、工業(yè)控制計算機控制。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，計算機控制在冶金工序中的利用率分別為高爐100%、轉(zhuǎn)爐95%、電爐96%、連鑄99%、軋機99.7%。且隨著新型技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)場總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)等都已廣泛應(yīng)用于冶金自動化系統(tǒng)中，控制模式也從以往的集中控制轉(zhuǎn)變?yōu)榉植伎刂??？刂扑惴ǚ矫?，回路控制算法為PID，智能控制技術(shù)和先進控制技術(shù)已逐步應(yīng)用于電爐電極升降控制、連鑄結(jié)晶器液位控制、加熱爐燃燒控制以及軋機軋制力控制。在檢測上，回路控制、安全生產(chǎn)、能源計量等相應(yīng)的流量、壓力、溫度以及重量等相關(guān)數(shù)據(jù)的檢測都配置了較為完善的檢測設(shè)備。在軟測量技術(shù)方面，包括高爐的軟溶帶形狀、位置及爐缸渣鐵液位、煉鐵鑄鋼流程中的結(jié)晶器鋼坯拉漏預(yù)報、鋼材質(zhì)量及機械性能預(yù)報等都有了一定的成效。冶金自動化系統(tǒng)中的電氣傳動普遍采用的是具備較高節(jié)能效果的交流變頻技術(shù)。此外，在軋線方面，國產(chǎn)大功率交流傳動裝置以及直流傳動裝置的應(yīng)用均取得了較好的成效。然而，由于冶金流程的復(fù)雜性較高，數(shù)學(xué)模型的適應(yīng)性較差，使得過程優(yōu)化的效果欠佳，即便是國外引入的過程控制系統(tǒng)，其效果也并不理想。

(2)生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)：據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，生產(chǎn)管理控制系統(tǒng)在冶金自動化系統(tǒng)中的利用率分別為高爐6%、轉(zhuǎn)爐23%、電爐26%、連鑄21%、軋機42%。在功能方面，信息集成與事務(wù)處理的層面較多，決策支持與動態(tài)管理控制所具備的效果并不明顯。隨著冶金企業(yè)對制造執(zhí)行系統(tǒng)(EMS)的逐步重視，于綜合應(yīng)用運籌學(xué)技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)以及流程仿真技術(shù)等，結(jié)合生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)作業(yè)，初步實現(xiàn)了全線物流跟蹤、質(zhì)量跟蹤控制、成本在線控制以及設(shè)備預(yù)測維護，并取得了一定的成效，然而如何發(fā)揮出其在冶金企業(yè)中的最大效果還需不斷探究。

(3)企業(yè)信息化系統(tǒng)：隨著我國現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷成熟，信息化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于企業(yè)的生產(chǎn)中，多數(shù)企業(yè)都開展了相應(yīng)的信息化建設(shè)以及規(guī)劃，構(gòu)建了具備企業(yè)特性的企業(yè)信息網(wǎng)，全面提升了企業(yè)信息化程度。據(jù)相關(guān)報告內(nèi)容表明，我國鋼年產(chǎn)量超過500萬噸的8家企業(yè)均具備信息化項目，鋼年產(chǎn)量超過50萬噸的58家企業(yè)中具備信息化項目的企業(yè)有45家，超過一半以上。在功能方面，ERP(企業(yè)資源計劃)已逐步應(yīng)用于冶金企業(yè)中。此外，SCM、CRM、BRP等概念也逐漸深入冶金企業(yè)。企業(yè)信息化建設(shè)是企業(yè)管理發(fā)展的必然趨勢，無論是觀念的轉(zhuǎn)變還是管理機制的改革，都還需花費一段時間，確保充分發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。

2.1 冶金系統(tǒng)生產(chǎn)流程資金投入較大

冶金系統(tǒng)生產(chǎn)流程的資金成本投入較高，其生產(chǎn)過程中通常伴有較多的生產(chǎn)殘渣，對周邊環(huán)境也造成了一定的影響。另外，冶金系統(tǒng)生產(chǎn)存在可視性不良的問題，在生產(chǎn)過程中無法準確掌控物料投放量以及溫度，無法確保穩(wěn)定的生產(chǎn)質(zhì)量。為此，為提高冶金系統(tǒng)生產(chǎn)的連續(xù)性和高效性，應(yīng)合理制定相應(yīng)的生產(chǎn)計劃管控和管理系統(tǒng)，及時準確地了解冶金系統(tǒng)生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)之間存在的運輸情況、能源使用情況以及生產(chǎn)時間等，以確保信息的準確性和及時性，從而有效調(diào)整相關(guān)的生產(chǎn)工藝，制定最佳的生產(chǎn)方案，提高冶金系統(tǒng)生產(chǎn)流程的生產(chǎn)效益，降低生產(chǎn)成本。

煉鐵系統(tǒng)(鐵、焦、燒)是高爐-轉(zhuǎn)爐過程成本降低以及環(huán)境質(zhì)量提升的難點問題，結(jié)合現(xiàn)階段以及國際煉鐵目標來看，依舊存在較大的差距，為實現(xiàn)渣量150-300kg/t、焦比240-300kg/t、噴煤250-300kg/t、風(fēng)溫1250-1300℃以及壽命＞20年，還需不斷創(chuàng)新優(yōu)化自動化技術(shù)，包括采用數(shù)據(jù)融合技術(shù)，預(yù)測控制技術(shù)等先進控制技術(shù)，數(shù)學(xué)模型、專家系統(tǒng)和可視化技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用以及信息技術(shù)結(jié)合系統(tǒng)工程技術(shù)的應(yīng)用。

2.2 人工經(jīng)驗控制冶金終點

現(xiàn)階段，采用人工經(jīng)驗控制冶金終點的冶金企業(yè)數(shù)量依舊較多，該類技術(shù)的應(yīng)用不利于提升冶金企業(yè)的生產(chǎn)效率，也無法保障產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，在一定程度上加大了企業(yè)的生產(chǎn)成本。而隨著市場競爭力的不斷加大，市場對冶金企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量要求也大幅度提高，促使冶金企業(yè)的專業(yè)化和生產(chǎn)集成化發(fā)展，為有效減少產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的單機匹配，并減少生產(chǎn)流程和加快生產(chǎn)進度，均需結(jié)合計算機系統(tǒng)來科學(xué)管理冶金生產(chǎn)流程，繼而實現(xiàn)生產(chǎn)信息傳遞的實時性。

煉鋼是鋼鐵生產(chǎn)的關(guān)鍵步驟，直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量。目前我國大部分鋼鐵廠普遍采用人工經(jīng)驗控制煉鋼終點，生產(chǎn)效率與穩(wěn)定性都較差，使得產(chǎn)品質(zhì)量不符合生產(chǎn)需求，為改善此類情況，鋼鐵廠在生產(chǎn)過程中應(yīng)不斷健全動態(tài)數(shù)學(xué)模型，結(jié)合爐氣分析技術(shù)，提升煉鋼終點的自動化水平。同時由于煉鋼涉及的綜合節(jié)能工藝技術(shù)較多，其需根據(jù)不同工藝設(shè)定能量/物料綜合優(yōu)化模型，以保障穩(wěn)定的化學(xué)能輸入、頂?shù)滓约皬U鋼/鐵水比例、對電功率曲線進行優(yōu)化，不斷提升冶煉強度和生產(chǎn)效率，全面提升企業(yè)生產(chǎn)效益。另外，在鐵水預(yù)處理與爐外精煉發(fā)展過程中需構(gòu)建化學(xué)成分、純凈度、鋼水溫度全程高精度預(yù)報模型，優(yōu)化控制合金化、造渣和成分調(diào)節(jié)。此外，還應(yīng)不斷優(yōu)化高效連鑄和近終型連鑄技術(shù)，對電磁連鑄自動化控制技術(shù)進行提升，研發(fā)優(yōu)化澆筑技術(shù)(如接近凝固溫度、高均質(zhì)、高等軸晶化)以及鑄坯質(zhì)量保障體系，并合理參考新工藝的自動化需求，如薄板坯連鑄以及薄帶連鑄等。

自動化技術(shù)的應(yīng)用是軋鋼技術(shù)自20世紀以來取得的最大進步，連軋機上采用的計算機自動控制將板帶材的尺寸精度提升，包括后期的板型自動控制、中厚板的平面形狀自動控制以及自由規(guī)程軋制均是基于計算機自動控制技術(shù)進行的。為提升軋鋼生產(chǎn)流程的緊湊性，實現(xiàn)鑄軋一體化生產(chǎn)以及柔性化生產(chǎn)，還應(yīng)合理結(jié)合在線綜合檢測技術(shù)與高響應(yīng)速度控制技術(shù)，提升軋鋼生產(chǎn)的精準度、生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。同時數(shù)學(xué)模型結(jié)合人工智能，軋鋼工藝控制結(jié)合管理，不斷優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量。此外，還應(yīng)不斷加強控軋控冷技術(shù)與超級鋼技術(shù)的融合，以實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，將同一化學(xué)成分的鋼坯，經(jīng)軋機各個工藝流程相關(guān)參數(shù)控制后，生產(chǎn)出不同級別、不同性能的鋼材，提升軋制效率。

2.3 缺乏完善的企業(yè)信息化建設(shè)

目前，部分冶金企業(yè)雖然已基本實現(xiàn)自動控制，但對企業(yè)信息化建設(shè)的重視度不足，構(gòu)建的企業(yè)信息系統(tǒng)編制體系往往缺乏標準性。同時，部分企業(yè)在供應(yīng)、生產(chǎn)以及營銷環(huán)節(jié)不具備良好的協(xié)調(diào)性，使得整體流程在實際操作過程中容易出現(xiàn)較多的問題，對運營效率造成了不利影響。此外，部分冶金企業(yè)對市場行情、生產(chǎn)成品以及產(chǎn)品質(zhì)量的相關(guān)信息了解不到位，對自身企業(yè)發(fā)展不具備明確的發(fā)展目標，嚴重影響到了企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

3 冶金自動化技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 過程管控

現(xiàn)階段，我國大多數(shù)冶金企業(yè)自動化都實現(xiàn)了對冶金生產(chǎn)流程的在線監(jiān)測和管控，后期應(yīng)加強各類傳感器、軟測量、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用，不斷提高冶金生產(chǎn)流程在線監(jiān)測和管控質(zhì)量，實現(xiàn)實時性的產(chǎn)品屬性、溫度和尺寸等各類指標參數(shù)的檢測。隨著我國對環(huán)境質(zhì)量保護力度的不斷加大，未來還應(yīng)加強對冶金生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣以及殘渣進行監(jiān)測。

3.2 完善企業(yè)信息化水平

冶金企業(yè)應(yīng)加強對自身企業(yè)信息化系統(tǒng)的建設(shè)，通過完善企業(yè)信息化建設(shè)來提升企業(yè)信息系統(tǒng)編碼體系的標準性，實現(xiàn)企業(yè)信息集成和協(xié)作生產(chǎn)企業(yè)信息集成以及監(jiān)控一體化，繼而提升企業(yè)監(jiān)管的實時性。同時，還應(yīng)統(tǒng)一供應(yīng)、生產(chǎn)以及營銷環(huán)節(jié)的相關(guān)信息，如訂貨合同、生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)指令等，確保企業(yè)生產(chǎn)的時效性，提升企業(yè)的生產(chǎn)效益。

3.3 關(guān)注生產(chǎn)過程管控

首先，冶金企業(yè)應(yīng)加強對鐵-鋼-軋橫向數(shù)據(jù)集成及傳遞技術(shù)的應(yīng)用，通過該類技術(shù)的應(yīng)用來促進對生產(chǎn)流程管控、生產(chǎn)計劃以及生產(chǎn)管理等多方面信息集成的落實，同時還應(yīng)不斷完善企業(yè)的數(shù)據(jù)庫信息，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的合理應(yīng)用，來獲取相關(guān)的市場數(shù)據(jù)，為冶金企業(yè)自動化生產(chǎn)流程提供準確有效的信息數(shù)據(jù)依靠。其次，冶金企業(yè)還應(yīng)加強計算機全流程模擬技術(shù)的應(yīng)用。在實際生產(chǎn)過程中，合理運用計算機的模擬技術(shù)，以有效提升生產(chǎn)組織和生產(chǎn)流程的高效性，同時也有利于保障新研發(fā)產(chǎn)品的質(zhì)量。最后，冶金企業(yè)還應(yīng)加強冶金生產(chǎn)的智能化水平。

(1)管理生產(chǎn)組織。即采用案例推理和網(wǎng)絡(luò)規(guī)則等技術(shù)的應(yīng)用，合理調(diào)整生產(chǎn)計劃，提升企業(yè)生產(chǎn)自足的柔性以及敏捷性。同時，還應(yīng)推進企業(yè)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)各類參數(shù)自動化計算的實現(xiàn)，并加強落實對生產(chǎn)計劃的全程監(jiān)測。

(2)管理質(zhì)量。即生產(chǎn)過程中，合理采用重點集成數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分級技術(shù)，對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效分析和監(jiān)測，避免產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)問題，同時還可結(jié)合各類故障診斷技術(shù)和相關(guān)計算模型的應(yīng)用，建立高效性設(shè)備使用情況預(yù)報系統(tǒng)，有效避免設(shè)備出現(xiàn)故障。

(3)管理成本。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和數(shù)據(jù)預(yù)報技術(shù)的應(yīng)用，建立成本管理、成本監(jiān)控以及成本預(yù)測模型，實現(xiàn)對成本的全面性管理，科學(xué)管控生產(chǎn)材料配比，提高能源的有效利用率，實現(xiàn)成本動態(tài)核算，有效降低冶金企業(yè)的生產(chǎn)成本，全面提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。

3.4 推動智能化技術(shù)

為順應(yīng)科技發(fā)展趨勢，冶金企業(yè)應(yīng)實現(xiàn)對企業(yè)或相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)的智能化管理，不斷完善相關(guān)數(shù)據(jù)庫信息，通過在線分析和數(shù)據(jù)挖掘方式的應(yīng)用，及時獲取市場行情，了解自身產(chǎn)品的優(yōu)劣勢，合理調(diào)整自身企業(yè)的生產(chǎn)目標，實現(xiàn)企業(yè)管理的智能化，提高企業(yè)管理和運營的合理性。

4 結(jié)束語

冶金行業(yè)自動化技術(shù)應(yīng)用的日益普及和成熟，能有效促進冶金行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前冶金企業(yè)自動化生產(chǎn)過程中存在的主要問題包括煉鐵系統(tǒng)生產(chǎn)流程資金投入較大，采用傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗控制煉鋼終點和缺乏完善的企業(yè)信息化建設(shè)，針對該類問題，冶金企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身企業(yè)發(fā)展的實際情況，在未來發(fā)展過程中不斷提高企業(yè)自動化技術(shù)水平的相關(guān)建設(shè)，加強過程控制，實現(xiàn)對冶金流程的在線監(jiān)測；通過生產(chǎn)管理控制，合理運用生產(chǎn)信息集成和計算機全流程模擬技術(shù)確保生產(chǎn)管控過程信息的及時性與有效性；另外還應(yīng)加強企業(yè)信息化系統(tǒng)的建設(shè)，構(gòu)建標準化的企業(yè)信息系統(tǒng)編碼體系，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)企業(yè)的智能化管理，不斷提升企業(yè)的現(xiàn)代化水平，保障企業(yè)制定正確生產(chǎn)目標的同時，不斷提升企業(yè)的市場競爭力。