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1、自动控制在钢铁生产中的应用目录摘要 3正文4参考文献19摘要钢铁行业自动化技术经过多年的研究和发展，水平得到显著提高，有的已经领先国内，有的已经达到了国际先进水平，特别是有的已经具有了自主知识产权并形成了产品在行业内推广应用，自动化在各个钢铁领域中得到推广：1.基础自动化已经普及。.生产过程控制自动化有了提高。.车间管理级或生产制造执行系统受到关注。自动化有着一下现状：(1)烧结系统自动化；（2)炼铁系统自动化；（3)炼钢系统自动化；（4)连铸系统自动化；(5)轧钢系统自动化；关键词：炼铁 炼钢，连铸 轧钢自动化技术第一章 绪论钢铁行业自动化技术经过多年的研究和发展，水平得到显著提高，有的已经
2、领先国内，有的已经达到了国际先进水平，特别是有的已经具有了自主知识产权并形成了产品在行业内推广应用。 钢铁工业是经济的命脉，在国民的生活中起着举足轻重的作用。睡着经济的发展，自动化在钢铁工业中的应用在逐渐增多。钢铁行业自动化技术经过多年的研究和发展，水平得到显著提高，有的已经领先国内，有的已经达到了国际先进水平，特别是有的已经具有了自主知识产权并形成了产品在行业内推广应用，这些技术成果获得了国家级、省部级的大奖。之所以有这样的结果，一是在经济全球化、市场国际化的大环境下，企业认识到自动化技术在企业发展中的重要作用，不采用新技术搞自动化，就难于提高生产效率和产品质量，就难于在激烈的国际国内的市场
3、竞争中占有一席之地；二是企业看到了自动化所产生的实实在在的效果，为企业带来的巨大效益；三是企业在基建和技改项目上重视上自动化项目，肯于投资。进入20世纪90年代，在信息技术和控制技术的迅猛发展和广泛应用的推动下，钢铁工业向高精度、连续化、自动化、高效化快速发展，使钢铁生产工艺、产品和技术装备呈现出如下特点：1.流程短、投资少、能耗低、效益高、适应性强和环境污染少的新技术、新工艺被不断应用；2.提高产品的外形尺寸精度、改进表面形貌和改善内部质量的技术受到重视；3.生产技术装备向大型化、现代化、连续化迈进。信息技术、控制技术使检测和执行设备取代了传统的人工操作，工艺参数的检测方法和检测仪表得到了高
4、速发展；在现代钢铁生产过程控制中，计算机技术的应用已深入各个领域，传统的计电仪功能划分不再明显；仿真技术在钢铁工业中日益广泛应用，不仅用于控制系统的培训和新工艺、新控制方法的研究，而且易于模拟生产设备调试，指导生产和参与生产；人工智能技术已经广泛应用，包括模糊控制、专家系统和神经元网络在各个工序的应用已取得可喜成果和经济效益；可视化技术和监控系统为无人化工厂提供了条件。根据有关资料，“七五”末，大中型设备实现自动化的比重约为总生产能力的30%，其中过程自动化为13.3%，基础自动化为16.7%。按炼铁、炼钢和轧钢三项主要工艺设备统计，装备了基础自动化设备和其他自动化检测装置的大中型高炉，占炼铁
5、总能力的41%。配备了过程计算机的大型转炉占炼钢总能力的16.3%，而实现基础自动化的大中型转炉占炼钢总能力的7.9%，大型主力轧机实现了过程自动化的占全国成品材轧制能力的17%。上述配备了过程计算机生产设备是技术发达国家20世纪7080年代初的水平。“八五期间，新建和改扩建的冶金大型工艺设备都已程度不同的装备了过程计算机系统，各主要工序普遍提高了自动化的水平。如：炼铁工序中，装备了过程计算机的大型高炉生产能力占炼铁总能力的比重达到19%；炼钢工序中，实现了过程自动化的炼钢能力占总能力的比重达到37%；连铸自动化的比重也有了显著提高；全国成品材轧制能力中过程自动化的比重达到20%。 钢铁企业在
6、“十五”期间内新上或改造的自动化工程中，基础自动化级已经普及。在重要的生产工艺过程的控制自动化系统得到了企业领导决策层的高度重视，在新建和技术改造项目建设的同时，加大投资力度，采用配套引进国外技术和装备或选择与国内科研部门联合技术攻关相结合的道路，大大提高了生产过程的控制能力，提高了过程控制自动化的水平。第三级的生产制造执行系统，作为近年国内外重要的生产管理控制技术以其所产生的关键作用，已经被许多企业所接受。在一些新建的生产流程线上，积极与国内外合作伙伴共同研发或购买软件平台，加速建设。这一级系统的陆续投产运行，将会对钢铁企业产销一体、管控衔接、信息畅通的信息化起到至关重要的作用。新建设的自动
7、化系统，瞄准了国内外先进技术，力争达到国际先进水平。1.基础自动化已经普及在钢铁企业的烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等主要生产工序和流程中基本上普及了基础自动化。基础自动化(一般称为设备控制级)是生产过程自动化中最底层、最基础的部分，由各种电子、液压、气动控制装置组成，承担各种生产工艺参数的计量检测和设备控制。基础自动化级普遍采用各种可编程控制器(PLC)、集散控制系统(DCS)和成套工业控制机。它们对设备级的控制发挥重要作用。目前的应用基本上可以达到94%以上。生产工艺控制愈复杂，基础自动化的程度就愈高，高炉系统甚至接近100%，连铸、轧钢达到99%。2.生产过程控制自动化有了提高过程计算控制
8、系统即生产过程自动化是提高产品质量、保证生产过程优化控制的重要的环节，般由过程控制计算机系统完成，包括生产过程控制系统、工艺控制数学模型和人工智能等技术的应用。近年来，生产过程控制自动化有了一定的发展，较“七五”、“八五”期间有很大增加。大量数学模型和人工智能技术，如模糊控制、专家系统和神经元网络等在这一级广泛应用。高炉炉况预报模型、软熔带推断模型、炉料下降仿真模型、冷轧设定模型等等，还有高炉冶炼专家系统、基于模糊控制的电弧炉电极提升系统、采用神经元网络的连铸漏钢预报系统、均热炉模糊控制系统、钢板冷却智能化控制系统等在各个工序的应用，已经取得重大成果和经济效益，目前正在向多种技术的混合系统发展
9、。由于引进或改造了一批能够生产高附加值产品的冷热轧系统及配套的自动化控制系统，使得轧钢系统的过程控制自动化程度提高幅度最大。由于受优化数学模型的开发及引进的模型的消化吸收滞后的制约，生产过程自动化仍有较大的发展空间。在“十五”期间乃至今后一些年里，在新建和改造的大中型设备上应配置过程控制计算机系统。3.车间管理级或生产制造执行系统受到关注车间管理级或生产制造执行系统(UES)近年来得到钢铁企业的普遍关注，已经有部分企业在新建或改造生产线的同时，引进国内外先进技术开发生产制造执行系统，这些系统在一两年内将陆续投入运行。生产制造执行系统主要由区域管理计算机系统完成在线作业计划和生产调度管理、质量跟
10、踪控制等许多功能。这一级系统在企业信息化架构中的位置和重要作用是不可或缺的，只有实现它们，才能使控制系统和管理信息系统实现无缝对接和系统集成，生产实际数据和生产指令才能顺畅的上传和下达，实现信息不落地传输。为了实现企业信息化，今后应进一步认识它的重要性并努力发展之。根据图4我们可以看出，这一级的应用才刚刚起步，应用的水平还较低，许多地方仅仅是在车间或厂内建设了计算机局域网络和少量的生产报表处理，大量的生产实际数据通过人工输入。第二章 炼钢系统自动化 本章系统介绍炼钢系统工艺过程中的自动化情况。2.1烧结系统自动化烧结系统自动化包括对烧结的原料储存、配料，混合烧结和冷却等几个部分的计量检测、自动
11、控制和管理。2.1.1 烧结系统基本设计及控制思想烧结基础自动化系统的配置按电气仪表一体化考虑，具有方便、快捷和友好的人机界面。一、系统设计原则1.满足烧结的各种工艺控制要求；2.实现新一代电仪一体化、数据通讯网络及人机操作接口一体化；3.操作监视集中化，采用HMI操作站，人机界面一体化；主要工艺如原料混合及上料系统、烧结、冷却系统等设备均采用PLC进行控制，HMI进行操作；4.具有高稳定性、高可靠性及可操作性，便于设计、维护和扩展；二、系统设计方案 根据上述设计原则，本烧结的电仪自动化控制系统按工艺分区分组结构的思想进行配置，利用数据网络通讯技术，不仅完成本烧结工艺系统内各级之间的数据通讯任
12、务，而且还可完成与将来增加的上位过程控制管理计算机的数据通讯任务，使之将来成为钢铁厂提高生产管理水平的一个重要组成部分。并预留与二期工程的接口。 根据烧结的生产条件，烧结基础自动化系统采用SIEMENS公司的S7-300PLC系统对工艺过程进行控制和监视。控制系统划分根据烧结工艺流程及自动化控制的特点，将全车间划分为4个控制子系统。原料混合及布料系统；l烧结、冷却系统；l机头电除尘系统；l机尾电除尘系统；l原料混合及布料系统、烧结、冷却系统采用PLC控制，用接点信号与混料及布料系统PLC联络以实现配料、混料、布料三个系统间的生产联络控制。其余2个系统采用常规电气控制。 2.高炉炼铁的控制一般是
13、在高炉里连续进行的。高炉又叫鼓风炉，这是因为要把热空气吹入炉中使原料不断加热而得名的。这些原料是铁矿石、石灰石及焦炭。因为碳比铁的性质活泼，所以它能从铁矿石中把氧夺走，而把金属铁留下。炼铁的工艺流程中自动化程度越来越高，多种控制系统应用在炼铁过程中.2.2炼铁系统自动化炼铁系统自动化是指在高炉本体、热风炉等主要工艺部位的自动化控制系统。炼铁系统自动化主要是改善操作、稳定炉况、提高质量、增加产量、降低能耗、延长炉体寿命。在高炉炼铁系统中，重点钢铁企业300m3以上的高炉总容积为159228立方米，并且全部配置了基础自动化系统，自动化的比重达到100%。过程控制系统的自动化比重已经超过50%以上，
14、部分高炉上配置了国内外先进的高炉冶炼专家系统等。 高炉自动化成套技术和系统包括: 1.高炉自动化控制系统 2.高炉检测仪表 3.各类继电器柜和操作台 * 高炉自动控制系统* 高炉控制模型* 可提供的高炉特殊检测仪表和控制装置 下面以宝钢高炉作为工程实例进行分析 宝钢高炉高炉自动控制系统* 高炉自动控制系统可由设备控制级、过程控制级、工厂管理级和区域级构成。* 设备控制级主要对上料、配料、无料钟炉顶、热风炉等设备进行控制。* 过程控制级主要包括模型计算、过程数据处理、设备诊断、一代炉龄数据库、生产报 表和工艺参数管理等。* 工厂管理级负责炼铁厂的生产管理，并与原料、焦化、烧结等计算机进行数据通讯
15、。* 区域级计算机负责铁区的生产协调，并与公司管理计算机进行数据通讯。高炉控制模型-炉热指数模型-GO-STOP模型-软熔融带推断模型-无料钟炉顶布料模型-热风炉燃烧设定模型-炉底侵蚀模型-高炉操作预测模型-高炉冶炼专家系统可提供的高炉特殊检测仪表和控制装置-高炉炉身静压检测吹扫装置-高炉风口破损检测及报警装置-高炉风口流量检测-高炉砌体烧损检测-高炉冷却壁水温检测系统-喷吹煤粉单支管流量检测装置-智能料线测量仪-无料钟炉顶溜槽转角及倾角检测-透气性检测装置-热图象仪窗口系统2.3炼钢系统自动化 炼钢系统的自动化可以改善操作、延长炉龄，是提高钢产量、保证钢水质量、缩短冶炼时间、降低能源消耗、提
16、高一次拉碳命中率的重要手段。炼钢自动化包括转炉自动化和电炉自动化计算机控制范围从铁水预处理开始，经转炉吹炼、炉外精炼直至将钢水送到连铸机为止。该系统具有以下特点:(1)优化全生产线生产过程,提高综合效益;(2)控制优良过程的再现性,为整个生产过程实现均一高质量和稳定高效益提供手段;(3)满足多段炼钢、全量铁水预处理、少渣吹炼和全连铸等新工艺及产品方案系列钢种生产的需要;(4)提高产量、产品合格率和金属收得率以及节能降耗并延长设备寿命;(5)为实现多成分、多目标、降低综合成本提供手段;(6)在生产控制计算机协调下,最大限度地实现计划作业,减少工序等待,使从铁水预处理到连铸全线生产稳定和高效地进行
17、;(7)改善劳动条件,节省人力,提高劳动生产率;(8)提供近期和历史数据,以提高质量分析、技术分析和生产管理水平。其主要功能有:生产管理及跟踪,实况和数据采集,设定控制,主原料计算,废钢、生铁配比及称重管理,副原料管理,吹炼模式管理,转炉吹炼终点控制,合金和冷却剂管理与转炉出钢控制,再吹管理,与连铸、化验室等计算机的通信,引风机速度设定,打印各种报表,转炉作业时间管理,炉次跟踪、品质判定,设备状态管理,成品出厂管理等。 2.4连铸系统自动化连铸自动化系统能够改善铸坯质量、提高产量、增加金属收得率和提高连铸比，应用人工智能控制的方法，加强对连铸质量的预报和控制。在连铸系统中，重点钢铁企业的连铸机
18、总的年生产能力为13195万吨，而已经配置有基础自动化设备的生产能力达13117万吨，所占的比重是99.41%。以此类推，过程控制自动化是54.31%，生产制造执行系统为15.37%。连铸，产品质量，自动化产品质量是连铸生产的最重要的方面，自动化是获得最高产品质量的一个重要因素。先进的质量控制功能的采用使得所安装的设备的能力得以充分利用。此外，产品质量控制之外的其他重要的自动化问题也须予以认识。网络和系统性能方面的巨大发展为全球通讯提供了新的可能性，并且随着这些发展也实现了客户支持和服务的新方式。连铸工艺的数学模型 连铸是炼钢生产的最复杂的工艺。近年来，人们付出了许多的努力采用数学模型来描述该
19、工艺，同时以数字来模拟此工艺的不同方面。这一努力在许多方面取得了卓有成效的结果。快速增长的计算机能力允许人们在过程计算机上实现越来越复杂的数学模型，这些模型的结果就能够用于在线过程控制和优化。基于结晶器内部新增加了传感器而获得的测量值可以得到新的固态化过程的在线信息，这样就可以使用新的模型。 连铸自动化系统已高度发展，并逐渐走向集成化。产品质量是开发先进的质量控制系统的重要方面，今天的质量控制技术能让钢铁企业充分挖掘设备的潜能。自20世纪80年代初以来，奥钢联就致力于连铸自动化技术的研究开发，工艺控制系统开发所取得的突皮性进展，工艺模型的应用以及处理工艺和产品质量信息的先进方法的采用，极大地提
20、高了连铸产品的质量。这是秘更高效，更具竞争力的生产迈出的重大一步。 2.5轧钢系统自动化随着轧钢生产向大型化、高速化、精密化、连续化方向发展，轧钢生产对自动化装备的要求比其他生产工序高，自动化系统和自动化装备的水平对最终产品的质量影响也最大。因此，轧钢系统中采用的自动化设备和系统比较多，各级自动化控制程度也比较高，是现代钢铁工业自动化技术应用最集中的地方。其中12家大型钢铁企业更加重视轧钢生产工序中自动化技术的应用，相关数据普遍高于重点企业的平均数。由于自动化控制技术的发展，薄板坯连铸连轧计算机控制系统的控制范围扩大，产品厚度越来越薄，对板形控制、自由轧制以及层流冷却等特殊要求，加强第三级生产
21、控制级以协调炼钢、连铸和热轧的生产，保证100%的板坯热装热送。提高了产品的外形尺寸精度和改进表面形貌，以及改善了板带内部质量。在热冷轧宽带钢的轧制工艺、轧机形式和控制技术等方面也采用了一系列新技术、新工艺和新设备，生产率大大提高。基于钢铁工业自动化在企业信息化中的重要地位和作用，为了使各级系统的指令或数据能够顺畅地传递，达到各级系统的无缝对接，形成一个整体，发挥最大的综合效益。因此，在各级自动化系统的设计和实施过程中，要充分考虑与上下级系统的信息传递接口。例如在本级系统的建设中，尽可能收集并保存将来上级系统所需要的各种现场生产过程信息，待条件成熟建设上级系统时，就可以顺利地将这些信息传递上去
22、。在各重点钢铁企业内都设有自动化专业技术管理部门和实施队伍。尽管每个企业的机构设置不同，有的在自动化部(所)、有的在计控部、技术中心，还有的在设备部门，但它们对自动化项目的建设管理和自动化技术的推广应用发挥了重要的作用。如今在钢铁行业信息化的进程中，已经涌现出一批既懂自动化技术、又懂管理和生产工艺流程的信息化复合型人才进入企业的决策层。随着企业信息化建设的深入和自动化信息化技术的发展，企业要全面健康、协调、可持续的发展，就要加快推广应用国内外先进、适用的冶金自动化技术和信息技术，走新型工业化道路。在今后若干年里，随着企业的工艺流程控制、装备的不断更新改造，以及提高产品质量和生产精细管理的需要，
23、钢铁企业必将投入建设更多的信息化、自动化应用项目。在信息化的大潮中，广大自动化专业职能管理部门和自动化工程技术人员艰苦努力、坚持技术不断创新，肩负着光荣而艰巨的信息化建设的重要任务。自动化和信息化技术促进高档轧钢产品生产能力的提升。我国近年来新建和投产了一大批轧钢生产线(包括热轧、冷轧、中板、厚板、涂镀生产线等)，这些生产线都配备了先进的自动化和计算机控制系统，使我国轧钢装备的整体水平得到了很大的提升，使轧钢行业信息化和自动化的应用水平得到提升，这也使我国生产高档轧钢产品的能力得到了很大的提升。自动化和信息化技术使得先进企业轧钢工序的能源消耗指标得到改善。轧钢工序是钢铁材料生产能源消耗的主要工
24、序之一，在轧钢加工费用中，能源消耗占65%-70%。从轧钢生产主要工艺流程看，坯料加热、热轧、冷轧和热处理是主要的能耗环节。坯料加热节能技术主要有铸坯(锭)热送热装、加热炉结构优化、燃烧控制、烟气余热回收利用和加热炉计算机控制等。热轧工序节能技术主要有快速轧制、无头和半无头轧制、一火成材、热轧工艺润滑、轧制工艺优化、减少轧制间隙时间和提高轧机传动效率等。3结论综上所述，普及基础自动化，大力发展生产过程自动化，重视生产控制系统生产制造执行系统的建设，加快企业管理信息化的建设进程，早日实现我国钢铁行业企业信息化、管控一体化的目标仍是“十五”期间乃至以后若干年内的重要目标和艰巨任务。需要加强国产化工
25、作的组织协调，特别是加强跨企业的协调推进的长效工作机制，使产、学、研单位发挥各自的优势，团结协作，在钢铁行业的核心技术和关键软件方面立足国内。中国钢铁工业的发展历程表明，单纯依靠引进装备，以市场换技术，买不来也换不来属于企业自身的能力。必须努力提升原始创新、集成创新、引进消化吸收再创新能力，实现企业成长由设备驱动向技术驱动的转变选择一批具有行业技术制高点，能带动行业和技术全面提高的建设项目作为行业技术示范项目，组织力量研制核心技术和关键软件，实现钢铁自动化和计算机控制系统的国产化。本论文主要研究了以下几个内容： （1）烧结系统自动化（2）炼铁系统自动化（3）炼钢系统自动化 （4）连铸系统自动化
26、（5）轧钢系统自动化 参考文献1冯捷 张红文主编.炼钢基础知识.北京：冶金工业出版社M，2002：225233.2高泽平编.炼钢工艺学.北京：冶金工业出版社M，2006.8：111180.3刘玠.中国转炉炼钢技术的进步.钢铁J.2005,（2）: 2224.4刘玠.复吹转炉强化冶炼工艺研究.钢铁J，2004：39.5冯捷 贾艳主编.转炉炼钢实训.北京：冶金工业出版社M，2004.8：915/8992.6王雅贞 李承祚等编著.转炉炼钢问答.北京：冶金工业出版社M，2003：7544-7546.7云正宽.冶金工程设计（工艺设计）冶金工业出版社M,20078王明海 炼铁原理与工艺 冶金工业出版社M
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