發布時間：2022-04-04 08:20:42
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇冶金技術論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1．鋼結構在冶金廠房建筑中的應用優勢
1.1鋼結構制作簡單方便，施工周期短
鋼結構在施工的過程中使用的材料比較簡單，同時加工的方法沒有非常大的難度，同時很多的流程都可以借助機械來完成，所以鋼結構通常是在專業化的金屬結構廠就已經生產出比較精確的構件，之后直接將其應用在施工當中，在構件拼裝的過程中還可以在工地使用非常簡單的普通螺栓和高強度螺栓進行連接，如果條件允許也可以使用施工現場的便利條件將其設置成大單元，之后再完成吊裝施工，這樣就可以很好的提高施工的效率，縮短施工的周期。這種結構對已經完成建設的鋼建筑也有著非常好的改建和加固效果，在施工的過程中如果出現了非常嚴重的以外情況，可以根據工程建設的實際需要來對整個工程進行拆除，在拆除的過程中不需要很長的時間，同時經濟損失也比較小，這些性能都是混凝土建筑結構所不具備的。
1．2鋼結構符合可持續發展政策
鋼結構建筑是一項綠色環保建筑產業，相對于鋼筋混凝土結構、磚混結構而言，鋼結構對資源、能源的利用相對合理，對環境的破壞相對較少，是解決環境問題的一個有效突破口。鋼材作為一種高強、高效能的材料，不但具有很高的再循環價值，而且材料的邊角料也可回收利用。據統計，與其他類型的同等規模建筑物相比，鋼結構建筑在建造過程中有害氣體的排放量降低35％左右。此外，鋼結構具有工廠化生產、現場施工周期短的優點，能夠最大限度地減少施工過程對周圍環境的影響，同時砂石、土和水泥等散料也很少使用，能夠從根本上避免塵土飛揚、環境污染、廢物堆積以及噪聲污染等問題。鋼結構作為一種新型體系可以帶動其他節能環保材料的推廣使用，鋼結構體系具有十分可觀的靈活性，各種輕質高強墻體材料都可以應用到鋼結構中，推動實現墻體材料的改革和成套應用。
1．3結構自重輕
抗震能力強根據比較，對于同一種建筑造型，一棟六層鋼結構住宅重量僅相當于一棟四層磚混結構住宅的重量。建筑總重量小，地震力效應較小，延性良好，對應的抗震性能十分優越，多次震后資料對比都說明了這一點。
2.工業廠房大跨度鋼結構的安裝施工
2.1大跨度鋼結構施工安裝的總流程
因為施工條件的限制，在施工的過程中不能采用四跨同時施工的方式，所以也就只能選擇按照先后的順序進行施工，施工程序的選擇對整個結構的質量和形式都有著非常重大的影響，如果施工的過程中采用的是從兩個邊跨逐漸向中間施工，就很有可能因為之前施工中出現的偏差而使得結構自身產生非常大的應力，如果在施工中選擇從中間跨向兩邊跨施工，就可以很好的避免上述的問題。
2.2鋼柱吊裝
因為鋼柱整體的剛度正好和整個結構的形狀呈現出對稱的狀態，所以對吊點的選擇沒有非常大的限制、鋼柱單件的重量最大為13噸，在施工的過程中也應該選擇50噸的汽車吊，卡環吊也應該選擇性能較好的吊車，在計算之后發現其可以很好的滿足施工的標準和要求，在進行吊裝施工之前首先應該對柱底螺栓的位置進行嚴格的檢查，看其是否出現了移位的現象，如果出現了偏位，一定要對其進行及時的校正，同時還要對螺母的絲扣進行有效的保護，防止其出現嚴重的損壞現象，在螺栓的調整和校對全部結束之后才能進行吊裝施工。將鋼柱柱腳的中線對準測量放線的軸線，如誤差過大則用千斤頂將柱腳軸線誤差調校至規范要求范圍內，滿足設計要求。用墊鐵將鋼柱標高調校至設計要求范圍內，使鋼柱只能水平方向位移，不能上下移動。將標高、柱底軸線調校好的鋼柱利用四個準備好的手動葫蘆調校垂直，將調校好的鋼柱與預埋件焊接固定，即鋼柱的校正工作完成。
2．3臨時支撐的安裝
臨時支撐標準節橫截面尺寸為：2mx2m，高度為：2m；非標準節橫截面尺寸為2mx2m，高度為：1m；立柱采用qbl40x6鋼管，斜腹桿和橫桿采用合適的鋼管，鋼材材質均為Q345B。非標準節頂部設有可調節高度的裝置，通過標準節和非標準節的組合可隨意調整臨時支撐的整體高度，使得臨時支撐可靈活應用于任意高度的支撐。臨時支撐的位置布置根據主桁架的具體施工方案而定，在桁架斷點處設置臨時支撐作為臨時支撐點。臨時支撐采用鋼筋混凝土獨立基礎，在臨時支撐四周設置1．5m高防撞護欄，并用彩鋼板進行維護，在頂部搭設操作平臺。
2．4桁架安裝
桁架的安裝采用分段吊裝高空拼裝方法，主要安裝流程為：鋼柱的安裝_臨時支撐的安裝_桁架吊裝及高空拼裝_檁條及屋面板的安裝_臨時支撐拆除。具體每一跨或者每一榀桁架的安裝方法會根據具體的施工條件來確定。
3.結語
和傳統的混凝土結構的建筑相比，鋼結構建筑可以更好的實現工廠化的生產，同時在施工的過程中也可以對施工的質量進行更加嚴格和細致的控制，但是在施工中還需要不斷的加強對這種結構和技術的研究，只有這樣才能更好的推動鋼結構施工的質量，使其在冶金工業廠房建設中發揮更大的積極作用，促進建筑行業發展的同時，也為冶金廠房的正常使用奠定了良好的基礎。
作者：李游 仲磊 單位：鑫誠建設監理咨詢有限公司黑龍江分公司
1、電氣自動化元件在冶金行業的應用
電氣自動化元件在冶金行業的應用非常廣泛，常見的一些自動化元件例如：繼電器：一種輸入回路和輸出回路的電子控制裝置，其運作方式是通過控制電流，從而在電路中達到一個轉換電路、控制電流等作用，是常見的電路安全裝置。高壓隔離開關：自動化系統中穩定性較高的一種安全保護裝置，保證電路使用過程中操作人員的人身安全，隔離高壓電源對人身和設備可能存在的安全隱患。高壓熔斷器：當電路電流超過負載或者超出規定值的一段時間后，高壓熔斷器會自動融化從而分離電流，斷開電源，有效保證電路及人身安全。傳感器：感知外界的信息并將其轉化為可用信號的一種檢測裝置，被廣泛應用于各個生產加工環節。傳感器由敏感原件和轉換組件兩部分構成，常見的傳感器有壓力傳感器（將壓力變化轉變為電流或電壓的傳感器）、溫度傳感器（能感受溫度變化并將其轉換為可輸出信號的傳感器）、流量傳感器（可以感受流體流量并將其轉換為輸出信號的傳感器）。
2、PLC技術在冶金行業的應用
PLC作為電氣自動化技術現已在冶金行業中得以廣泛運用。其本身是一種數字運算操作的電子裝置，在工業生產環境的各個角落都可以得到有效利用。PLC技術的工作原理是通過可編程儲存器來執行各種邏輯順序運算，正確的完成指令，在工業生產中，PLC技術可以通過數字模擬輸入輸出的進給量與操作量，從而控制各類機械的生產過程。目前，PLC技術也被廣泛應用與冶金行業，以此保障高溫高電壓的工作環境下，設備和操作人員的安全。其常見的實際應用，例如：物料管理系統中，PLC技術可以控制不同倉庫的物料管理，并且實現有效控制。對物料進行編碼儲存管理，高效的運算能力可以保證大型倉庫的物流管理實現可調節、高效運作的模式。同時可以連接各倉庫系統中的通訊網絡，保證良好的通訊網絡構建。在冶金生產中，常見的生產原料和生產單位稱重、同時將所得數據進行有效整理，這都是現如今PLC技術實際應用中可以輕松完成的，其在很大程度上提高了控制系統的自動化程度，為冶金行業的生產提供了有力保障。冶金生產中最難以解決的廢料、廢水處理問題，現如今也已經采用PLC技術代替原有的處理系統。首先，原有處理系統是利用離子交換樹脂，從而將廢水吸收。但這種做法對于使用時效不長的樹脂原料耗損巨大，缺點明顯。如今所采用的PLC自動化控制系統，可以通過高效的控制，讓樹脂還原處理系統與離子交換系統同時運行，即保證了廢水的有效清除，又能保證工作的可循環性和穩定性，極大的提高了工作效率。
3、電氣自動化技術在冶金行業中未來的發展方向
3.1提高自動化控制程度
隨著工業發展的不斷進步，市場對于生產要求的不斷提高，高效穩定的工業化生產才能更好的滿足市場的需要。在冶金行業中，自動化控制系統已經越來越符合工業生產的要求，其綜合性、有效性實現了冶金過程中的快速判斷和快速處理，保障了工作質量，同時提高產量、減少原材料消耗、減少廢棄物污染以及保障設備和人員的安全。因此，提高電氣自動化的控制程度已經成為在眾多企業的競爭中脫穎而出的重要因素。
3.2提高自主集成數字化的控制水平
通過對整套控制系統進行實時監控，從而提高控制的有效性和安全性，并且實現對冶金過程的準確把握，避免出現操作失誤。對于自主集成的數字化控制系統，要做到實時監控有效把握，不斷提高數據探索技術的應用水平。
3.3提高自動化服務的水平
自動化系統在冶金生產中的發展方向，就是要通過優化與升級，在服務水平上做到精確穩定，減少故障與誤差，提高服務標準，在今后的電氣自動化發展中向著智能化、信息化以及微型化的發展方向不斷前進，實現自動化系統的更高效利用。
4、結語
綜上所述，冶金行業生產多在環境惡劣的條件下進行，其制作工藝流程繁多并且要求精確，對生產的產品質量要求很高，因此對先進技術的應用就顯得尤為重要。電氣自動化技術在冶金生產的過程中具有非常重要的地位和作用，其本身就代表著先進的生產力，只有更好的將電氣自動化技術與冶金行業的生產相結合，才能提高行業競爭力，為社會創造出更大的價值。
作者：唐琦 陳汝強
一、教師在課堂中的作用
學生完成任務之后，教師要進行糾正說明以及總結評價，從而保證學生所講內容的正確性以及完整性，進一步深化教學內容。除了專業問題外，每位學生要發表學習過程中的一些感受，其他學生要進行提問，使學生們都參與到課堂中來，提高學生們的學習興趣。在學好專業知識的基礎上，培養學生們的創新意識及科學素養。最后由教師進行總結與評價，評價內容包括學生在此次任務完成中的表現，對目標知識掌握的程度以及解決問題的能力和創新思維的能力等。
二、立體式教學法的應用
立體式教學法旨在保障知識傳授的基礎上，強化思維能力的訓練。經過對三屆選修冶金工程新工藝及新技術課程的研究生進行的對比實驗教學，選取72名無顯著差異的研究生作為研究對象，對立體式教學法進行了探索與研究。
1．對于拓展視野的幫助
研究生的學習需要以開闊的眼界來觀察與研究專業領域內的熱點問題。研究生不能沉浸在周圍的小環境下，需要放眼世界，從更大的角度去審視問題、分析和處理問題。結果表明，絕大多數學生認為立體式教學法有助于拓展學生的視野，但仍有8%的學生認為該教學法無助于拓展學生視野。究其原因，主要有以下四點：（1）教師所設置的任務所包含知識面還不夠廣泛，具有一定的局限性；（2）學生在完成任務的過程中查找資料的途徑比較局限，文獻查閱能力有待提高；（3）教師應當收集一些學生收集能力范圍之外的有用信息教授學生，從而起到引領作用；（4）各個學生在講述自己所準備的材料過程中，因為個人表達能力等方面因素的差異，導致信息傳遞不暢。
2．思維創新能力的培養
有23%的學生認為，該課堂教學法對于其思維創新能力的培養非常有效，44%的學生認為該方法是有效的，完全認同的學生數量相對較少，同時，也有5%的學生認為該教學法對于其思維創新能力的培養沒有效果。這主要是因為：（1）受大綱對于課程內容規定的限制，課程內容涉及面仍顯較窄。因此，應該進一步加強授課內容的改進，強調交叉融合。（2）交流不足，學生們還沒有完全適應該教學法，課堂上稍顯怯懦，同時，教師由于長期受到傳統教學思維的影響，在這種新型教學的課堂上，并沒有完全消除“填鴨式”教學法的影響，教師往往在點評過程中，進行了某些灌輸，對學生們的思考有些束縛。在立體式教學過程中，可適當邀請某些冶金領域知名教授前來參與課堂教學活動，與學生們開展對話與交流，鍛煉學生的膽量，同時，也可以從自身實際出發，啟迪學生們的思維，引導學生去發現問題。
3．對于提高科研能力的幫助
良好的科研能力是研究生所必須具備的基本功，這包括資料收集與處理的能力、科研創新能力、發現問題及解決問題的能力、邏輯思維與口頭表達的能力等。研究發現，僅有20%的學生認為該教學法對于提高自身科研能力具有很大的幫助，這說明，就培養學生科研素養而言，該教學法仍需適當改進，以進一步提高學生的認可度。同時仍有3%的學生認為該教學法對于提高其科研能力沒有幫助。究其原因，主要是：（1）學生的學習主動性有待提高。這需要教師融理論教學于實際之中，讓學生明白所學專業知識的用途以及運用的方式，從而激發學生的學習熱情。（2）在教學過程中，科研方法方面的內容應進一步增強，也就是增加方法論方面的內容，教授學生科學思考及科學研究的方法，從而幫助學生提高科研能力。
4．知識收獲方面
對研究生而言，重在能力及方法的學習，但是作為課堂教學，知識的傳授也必不可少，只是與本科生相比，所獲得的知識應更加前沿，更加接近實際。通過調查發現，有20%的學生認為，通過該教學法，其所獲取的知識量一般，更有5%的學生認為，并沒有通過該教學法獲取更為豐富的前沿知識。鑒于此，在應用這種方法開展教學時，應著重注意：（1）注重價值引導，強調知識的作用，誘發學生獲取新知的欲望；（2）注意研究生教育過程中存在的“重科研、輕教學”的問題，處理好之間的關系，重視課堂教學，使學生的課堂學習與科學研究有機結合，實現課程學習為科研服務，在科研活動中又獲取新知的良性循環。
三、結束語
基于冶金新工藝及新技術課程的立體式教學法，激發了學生主動接受最新前沿知識、科研動態及思維方法的興趣，新工藝及新技術對于挖掘學生的創新潛能，培養學生的科學精神，調動學生的主動意識以及提高學生的創新素質具有良好的效果。同時，調查結果也可以看出，立體式教學法仍有進一步提升的空間。
作者：李林波 武姣娜 方釗 單位：西安建筑科技大學冶金工程學院
一、冶金工業遺產所承載的技術史價值：以鐵橋峽為例
以焦炭煉鐵開始的近代冶金業的技術創新在工業革命時期對人類文明影響巨大，因此在工業遺產保護領域受到普遍重視。如英國于20世紀80年代末啟動了歷史遺跡保護項目,鋼鐵工業歷史遺跡作為其重要部分，形成了398個影像資料和70個文件的檔案記錄。[4]在英國所有與冶金工業有關的遺址中，最重要的當然是位于伯明翰西北50公里的泰爾福德（Telford)地區的鐵橋峽。近代冶金工業遺產對工業文明帶來的巨大影響，其根本上是鋼鐵冶煉新技術及其大規模普及所帶來的，從這一意義上，我們認為冶金工業遺產的技術史價值可以從四個方面來概括：一是優秀技術的發明或引進；二是新舊技術體系的交替；三是冶金產品如鋼鐵及其重要景觀的形成；四是新技術及其生產系統對社會和文化的影響。而鐵橋峽遺址具備了上述四種技術史價值的全部要素，圍繞這些要素，相應的工業遺產保護和開發實踐得以展開：第一，焦炭煉鐵技術的發明和使用，是鐵橋峽成為工業革命主要發源地的根本原因，也是其作為工業遺產的優秀價值所在。鐵橋峽之所以成為工業革命的主要發源地，是因為1709年亞伯拉罕.達比（AbrahamDarby,1676-1717)在此成功地用焦炭煉出生鐵，這一技術創新使煉鐵業擺脫了對木材的依賴而獲得充分的發展空間，也拉動了煤礦業的進一步繁榮。以鋼鐵為原料的動力機械、工程建筑和鐵路交通因此得以大規模發展，人類開始進入“鋼鐵時代”。[5]基于焦炭煉鐵在技術史上的意義，鐵橋峽成為了英國工業遺產保護的首要對象之一，1959年，達比的焦炭煉鐵高爐也因此成為首個被挖掘和保護的對象，其最初的目的是紀念Coalbrookdale公司成立250周年。直到1968年鐵橋峽博物館基金（theIronbridgeGorgeMuseumTrust）創立，負責對方圓6平方英里的鐵橋峽地區的工業遺產進行保護和研究，鐵橋峽工業遺產的保護和開發由此全面展開。第二，焦炭煉鐵試驗成功后，鐵橋峽地區經歷了近半個世紀的新舊技術系統交替的時期，這直接體現在高爐動力系統的變革上，這是焦炭煉鐵系統得以最終確立并使這一地區成為工業革命搖籃的又一因素，也成為鐵橋峽工業遺產保護和展示的主要內容之一。達比的高爐最初是靠上下水池的落差形成動力來鼓風的，為解決干旱的夏天上水池枯水的問題，最初是通過修建馬車軌道來輸送水，1742年，紐可門蒸汽機代替了馬車，用于水的提升，高爐鼓風的動力仍然來自水輪機。直到1776年，直接將博爾登-瓦特蒸汽機用于鼓風的方法得以成功研制，蒸汽機才在高爐煉鐵中取代了水力鼓風[5]。在鐵橋峽，達比二世修建的上下水池間的運水軌道被保存下來，成為體現新舊動力系統交替過程的主要景觀。科爾布魯克代爾鐵博物館（CoalbrookdaleMuseumofIron)用文字、圖片和模型，完整地展示了該地區新舊高爐技術系統的變遷過程，達到了更清晰地再現工業革命是如何發生的效果。第三，1779年修建的鐵橋，作為世界上第一座用生鐵建造的橋，是工業革命時期新煉鐵技術所帶來的鋼鐵新產品和新景觀，構成了鐵橋峽技術史價值的另一重要內容，這是煉鐵新技術實現產業化的直接產物。而人們如何首次用生鐵來建造這樣一座大橋，本身就是另一項很重要的技術創新。針對高爐和鐵橋，聯合國教科文組織為鐵橋峽作為世界文化遺產作出了以下兩點評價：1）科爾布魯克代爾高爐使亞伯拉罕?達比一世在1709年發明焦炭煉鐵的歷史得以永存。鐵橋作為第一座生鐵構建的大橋，同樣是體現人類創造天才的杰作。2）科爾布魯克代爾高爐和鐵橋在技術和建筑發展歷史上有著重要的影響。可見，正是因其在技術發展史上的意義，鐵橋和達比的高爐成為鐵橋峽工業遺產的優秀價值所在。此外，鐵橋本身的建造技術的復原也成為了工業遺產的重要研究內容。1997年，瑞典畫家伊萊亞斯?馬丁1779年的一幅水粉畫在斯德哥爾摩曝光，這幅畫描繪了鐵橋建造的方法。隨后，大衛（DavidDeHaan）等人進行了詳細的考古學、歷史學和圖片的研究，為了驗證畫中描繪的方法的可行性，2001年在鐵橋峽地區的比利斯特山露天博物館的運河上，一座按1：2的比例的鐵橋使用18世紀的材料和技術建造起來，這一成果成為了展示鐵橋建造技術的景觀之一。第四，新技術引發的工業化導致運輸、生活方式和城鎮景觀的改變，是鐵橋峽地區在整體上作為工業遺產的價值體現，正如聯合國教科文組織對鐵橋峽價值評價的第3條稱：“鐵橋峽提供了近代工業地區發展的一個極具魅力的縮影。采礦區、運輸業、生產企業、工人住所以及交通網絡被很好地保留下來，形成了一個非常協調的整體，具有顯著的潛在教育價值。”如果說煉鐵爐和鐵橋承載著技術本身的歷史，那么因冶金業的興盛而形成的工業社會，則屬于“外史”范疇。對這一層面的歷史價值進行挖掘，可以為工業遺產的保護和開發提供更廣闊空間。鐵橋峽現有的10個博物館中，BlistsHill維多利亞城鎮（BlistsHillVictorianTown）是游客參觀人次最多的景觀，19世紀后半葉的維多利亞時代被認為是英國工業革命的峰端，通過BlistsHill維多利亞城鎮的重建，鐵橋峽地區還原了19世紀經過工業革命后的英國人的生活狀況，這個露天景觀包括維多利亞時期普通工人的住房、銀行、公立學校、藥店、食品店、糖果店、鑄鐵廠、蠟燭廠、印刷廠，以及火車站和鐵路等。這些展示也使鐵橋峽地區作為工業遺產景區，更具觀賞性和吸引力。
二、中國近代冶金工業遺產的技術史價值特征
中國是世界上發明和使用生鐵最早的國家，然而土法煉鐵技術是與傳統的農業社會相適應的，并未導致工業社會的誕生。近代西式鋼鐵技術在中國的興起始于19世紀80年代。相對于西方工業化國家而言，中國近代冶金技術與工業化歷史有其自身的特點，使中國近代冶金工業遺產的技術史價值具有一些不可忽視的特殊性：第一，中國近代冶金技術史是一段單向的技術轉移過程，且這一時期的技術引進并未帶來中國鋼鐵工業的發達，這是中國近代冶金工業遺產技術史價值首要的特殊性。1885年至1936年，先后有貴州青溪鐵廠、漢冶萍公司等鋼鐵企業在中國創辦（見表1），主要設備和技術全部來自英、德、美、比利時等國，其中漢冶萍公司是唯一的煤鐵一體化企業，其煉鐵和煉鋼設備的產能超過中國鋼鐵企業總產能的2/3，1926年隨著漢冶萍公司冶煉設備全部停產，中國近代冶金工業化走向了谷底，中國所需的鋼材回到了完全依賴進口的狀況。[6]雖然中國近代冶金工業最終走向衰敗，但這一時期的冶金工業遺產有著不容忽視的技術史價值。首先，漢冶萍公司等企業的遺存作為中國冶金工業近代化的起點，見證了中國最初的技術近代化的努力，無論其成敗以否，意義均非常巨大。其次，客觀還原這段艱難而曲折的技術引進史應成為中國早期冶金工業遺產挖掘和保護的主旨所在，對中國來說，這段充滿挫折的記憶或許更值得珍視，這是中國近代冶金工業遺產與英美等國的不同所在。第二，在大規模引進西方技術的同時，近代中國廣大的鄉村仍然長期存在一個土法冶煉系統，為人們日常耕作和生活提供材料。中國早在春秋以前就發明了生鐵冶煉，幾千年來，鐵是支撐中國傳統農業經濟系統的主要技術要素之一。明清時期，山西因坩堝煉鐵的發展和豐富的鐵礦資源，逐漸成為鐵的最大產地，（圖3）這一狀況一直持續到19世紀末20世紀初。相對于歐洲，中國近代新舊冶煉技術的交替顯得更為艱難和特殊。在對中國近代冶金工業遺存進行挖掘和保護時，我們不能將目光僅僅鎖定在新式冶金工業遺存，還應該重視逐漸消亡的近代土法冶煉遺存的價值。正如下塔吉爾憲章所說：“許多舊的或廢棄的生產工藝中人類的技藝，是極為重要的資源，一旦失傳無可替代。應當被詳細記錄并傳給后代。”而目前中國對在工業化進程中逐漸消失的傳統冶煉遺存的關注遠遠不夠。第三，近代新冶煉技術和工業發展所帶來的社會變遷，是這段并不成功的工業化進程給中國社會和文化帶來的最大影響，是中國近代冶金工業遺產技術史價值另一重要內涵，值得工業遺產價值保護中深入的挖掘和展示。近代隨著漢陽鐵廠等現代工業的興起，以農民和鄉紳兩大社會階層為基礎的傳統社會關系逐漸改變。首先，部分農民從鄉村手工業者轉變成了新式產業的工人。其次，鄉紳階層也發生明顯轉變。以漢冶萍公司為例，地方鄉紳參與到大冶鐵礦和萍鄉煤礦的開發中。此外，為培養技術人員，士紳的后代被公司選派出國攻讀采礦冶金等專業，成為中國第一批本土鋼鐵工程師。[6]從工業遺產的角度來說，中國目前保留下來的近代冶金設備、廠礦建筑等實物留存已經非常罕見，但我們在現存的企業檔案文獻中可以挖掘出一批反映技術與社會變遷極具價值的遺產。例如我們在英國謝菲爾德大學找到的漢冶萍公司送培英國的留學生的檔案。借助對相關文獻的挖掘和整理，可以使中國冶金工業遺產的內涵更豐富，也更具講述歷史和教育后人的功能。
作者：方一兵 姚大志 單位：中國科學院
1我國有色冶金工業自動化發展現狀
從國外引進的先進的自動化系統和設備后,我們將其進行消化和創新,改造出了與我國實際冶金生產相適應的設備,已經具備了較高的水平。不過從國際角度出發,我國自動化技術產品的生產還有很大的提升空間。我國自動化技術不具備自主的知識產權,主要還是以進口為主,而這些系統來自于不同的國家,甚至有一部分是國外已經淘汰的系統,阻礙了平臺集合。此外,自然環境的污染和能源結構的破壞,要求生產必須要提高效率和降低消耗,一些老舊的設備應該淘汰。
2自動化技術在有色冶金工業中的應用
2.1現場總線技術
現場總線控制技術簡稱FCS,至今已經發展了30多年,在其發展過程中,已經在國際上擁有60多個不同生產廠家生產的總線產品。現場總線控制技術具有自身的特征,其擁有多種不同系統的無縫集成、控制設備和企業高層聯系等,能夠使系統開發和不同系統之間可以功能自治,也可以相互操作,并且能夠進行系統結構分數,因此,其在有色冶金工業中得到了廣泛的應用。
2.2管理信息系統在工業中的應用
企業的管理是企業的整體發展的重要部分,企業如果配備了一個良好的管理模式,那么就可以有效的提高企業的市場競爭力,推動企業的快速發展。企業信息化系統的自動控制是在冶金工業中,將冶金一系列程序的所有信息進行集成,從而通過實施管理、技術、生產的控制的信息集成,進行及時采集生產過程中所產生的數據。對有色冶金質量管理、實時監測和故障診斷進行智能管理,能夠有效的降低生產成本,利用信息化管理能夠達到能源管理和動態管理智能管理的目的,從而為企業的發展提供創新的基礎。
3以太網在有色冶金自動化技術中的應用
3.1以太網的特點
隨著有色冶金企業的持續擴大和發展,加大了有色冶金領域的競爭力。企業要想提升競爭力,就必須要改造落后的設備，引進新設備。不斷更新的新技術,造成新技術與舊技術不能實現在控制系統上的高度集成。以太網是自動化的控制網絡,其能夠有效的解決此問題。以太網具有較高的數據傳輸速度,并且可以提供足夠的帶寬需求,存在時間相對較長,在設置、診斷等方面的具有較高的應用價值。以太網有相同的通信協議,其能夠允許不同的通信協議在同一個總線上運行,為企業提供了一個公共網絡平臺基礎。
3.2以太網在有色冶金自動化技術中的應用
在有色冶金工業生產過程中,通過以太網能夠將不同類型的網絡化的儀器儀表與工業計算機相連,并且在相同的總線上運行,從而對所有的系統進行控制。以太網在有色冶金自動化技術中的應用,減少了對原材料的銅礦石進行成分分析的步驟,這些分析大部分都能夠利用網絡化實現,檢測結果直接傳達到相關部門,同時還可以將這些數據結果進行共享,企業的成員及客戶都可以通過網絡進行查找所需數據。如圖1,在現場利用以太網網絡進行通訊,將可編程邏輯控制器作為主站,其余設備為副站,對所有獨立系統的穩定性起到重要的保障作用。
4結語
隨著經濟的快速發展,有色金屬的需求也越來越大,將自動化技術應用在有色冶金工業中,一方面能夠有效的提升生產效率、產品質量,一方面還能夠減少工作人員實際操作的危險,是有色冶金工業發展的必然趨勢。不過我國引進自動化技術相對較晚,技術水平與國際相比還存在較大的不足,因此,我國有色冶金企業應該大力培養科研人員,投入資金,不斷研發自動化技術,從而提高我國有色冶金工業自動化水平,推動有色冶金企業的發展。
作者：李其凡 單位：首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司
1鋼鐵冶金行業對自動化技術的需求
鋼鐵冶金行業對自動化技術的需求比較大，主要是在科學技術發展的帶動下，體現出了自動化技術的優勢。鋼鐵冶金行業的生產規模越來越大，涉及到的工藝和技術呈現復雜化的發展趨勢，需要利用自動化技術，支持鋼鐵冶金行業的發展，分析鋼鐵行業對自動化技術的需求，如下：自動化技術的邏輯控制需求，其在鋼鐵冶金行業中發揮準確的控制作用，提供機械化、信息化的控制方式，落實自動化技術的控制途徑，保障鋼鐵冶金行業的生產效率。鋼鐵冶金行業利用自動化技術實現智能控制，輔助智能化的編程，充分應用自動化的技術與系統，為鋼鐵冶金行業提供可靠的技術支持，確保鋼鐵冶金的效率與效益，有利于鋼鐵冶金行業的綜合化發展，通過自動化技術優化了鋼鐵冶金行業的生產環境，保障多學科的融合化發展，滿足鋼鐵冶金行業對自動化技術的實踐需求。
2自動化技術在鋼鐵冶金行業中的未來發展
自動化技術在鋼鐵冶金行業中起到重要的作用，一方面提高鋼鐵冶金的自動化水平，另一方面改進鋼鐵冶金的生產工藝，體現技術型的控制優勢。自動化技術成為鋼鐵冶金行業的重點，表現出良好的發展趨勢，分析自動化技術的未來發展。
2.1自動化控制的高效性發展鋼鐵冶金行業的自動化技術，其對控制性能的要求比較高，需要具備高效性的特點，由此才能適應鋼鐵冶金行業的發展。現代鋼鐵冶金行業中引進了智能化、數字化的技術，增加了自動化控制的負擔，所以針對自動化技術提出高效性的發展要求，促使其在未來發展中達到高效的規范標準，適應鋼鐵冶金行業的發展需求，最大程度地提高自動化的控制效率。高效性是鋼鐵冶金行業自動化技術的基礎發展，輔助鋼鐵冶金行業改進生產工藝，保障自動化生產的效率。
2.2自動化技術的一體化發展一體化的自動化技術具有集成的特點，其在鋼鐵冶金行業中涉及到電子、電氣等多項技術，推進自動化技術一體化的融合性發展。一體化的自動化技術解決了傳統技術在鋼鐵冶金行業中出現的應用問題，落實一體化的操作途徑。例如：鋼鐵冶金行業自動化技術中的EIC，聯合了儀表、電氣等技術，明確劃分鋼鐵冶金行業中的生產工藝，充分利用邏輯控制的方式，避免出現邏輯上的問題，EIC還能在自動化技術一體化的基礎上，引進運行軟件的應用，提高EIC軟件控制的能力，按照鋼鐵冶金行業的需求，推進EIC的一體化發展，表明自動化技術一體化的應用價值。
2.3低成本發展趨勢低成本是指自動化技術的資源控制，在保障自動化技術準確應用的基礎上，降低鋼鐵冶金行業的資源投入，還要提高自動化技術的運行效益。自動化技術低成本的發展趨勢，需要采用模塊化的發展方式，優化鋼鐵冶金行業的資源配置，而且低成本是現代工業的一種趨勢，其在鋼鐵冶金自動化方面體現出了積極性。例如：冶金行業中的自動化技術，利用IPC模塊，結合CIMS、STD，限制資源投入的規模，有目的的控制成本的投入，打破冶金行業資源高消耗的方式，自動化技術的低成本發展，更有利于自動化技術的應用，展示自動化技術低成本的優勢。低成本已經成為自動化技術在鋼鐵冶金中的一項趨勢，滿足鋼鐵冶金行業的未來需求，體現自動化技術低成本的實踐性。
3結語
自動化技術改善了鋼鐵冶金行業的發展，促使其在未來具備良好的發展趨勢。鋼鐵冶金行業的自動化發展，提高了對自動化技術的應用力度，也是自動化技術未來發展的因素。自動化技術提升了鋼鐵冶金行業的發展水平，完善鋼鐵冶金制造的環境，體現了自動化技術的應用價值和優勢，緩解了鋼鐵冶金行業的發展壓力。
作者：萬延林單位：江蘇省鑌鑫鋼鐵集團
隨著中國工業技術、經濟的轉型，鋼鐵企業的淘汰與重組，鋼鐵企業的冶煉技術越來越精準，鋼鐵企業的高端設備越來越多，電氣自動化水平越來越高。雖然冶金行業電氣自動化水平得到了提高，但仍然不能滿足工業技術發展的要求，不能滿足鋼鐵企業生產效率的要求。只有改進和優化冶金電氣自動化技術，才能提高鋼鐵企業的生產產量，提高經濟效率，加快冶金行業的快速發展。
1、冶金電氣自動化技術的特點
我國鋼鐵企業自動化水平還不夠高，普及不夠，大部分鋼鐵企業存在生產技術內容太廣，生產工藝太復雜和電氣自動化依賴太強等特點。
1.1冶金生產技術涉及內容太廣
鋼鐵企業冶煉環節多，涉及內容非常廣泛，生產過程中涉及物理變化和化學變化，生產過程中突變因素多，冶煉過程涉及的技術非常復雜，生產過程中要控制好生產原材料，監控物理變化參數和環境的化學參數。電氣自動化控制系統應該能控制或跟蹤生產過程的全過程，電氣自動化控制系統涉及內容非常廣泛，只有這樣的控制系統才能保證生產過程的安全性，提高冶煉產品的產量，提高鋼鐵企業的經濟效益。
1.2冶金生產工藝太復雜
冶金生產工藝復雜，實際生產過程中工藝流程比較全，冶金電氣自動化控制系統要覆蓋全生產過程，實現軟件與硬件的配合，優化生產過程。冶金電氣自動化系統呈現技術難度高，雖然技術人員具有非常專業的知識，掌握專業技巧，這樣才能真正做到提高生產效益。
1.3冶金自動化高依賴電氣技術
隨著我國鋼鐵聯合企業的生產能力的擴大，大部分小鋼鐵企業重新組合，形成更具競爭優勢的聯合企業。這些企業大量引進全自動化生產線，電氣自動化水平不斷提高，幾乎涵蓋了冶金全過程，冶金自動化高依賴電氣技術，通過電氣技術完成信號采集、信號轉換和結果運算等操作，實現鋼鐵企業的全自動化。
2、冶金電氣自動化技術應用現狀
冶金電氣自動化系統是利用智能控制技術、計算機網絡技術、神經網絡技術、監控技術等控制和管理冶金企業生產過程中的各環節。就鋼鐵企業來說，通過冶金電氣自動化控制系統控制軋鋼、高爐、轉爐，鑄造等技術環節，解決冶金過程中高溫，高熱等問題，為鋼鐵企業生產解決了許多實際困難。許多大型鋼鐵企業設計或改造了許多電氣自動化控制系統，這些系統都能實實現人工智能操作，自動化操縱體系是單位操縱體系的主要構成，普遍運用在單位制造管制的每個環節，其中最重要的運用是智能化操縱技術%智能化技術中的專家體系，模糊操縱，神經網絡等技術被運用到鋼鐵行業的軋鋼體系、高爐、轉爐、連鑄車間、軋鋼調節體系等，版型在線監測、冷熱軋薄板、維修保養監控等功能。通過中央計算機系統控制各個子系統，實現子模塊與子模塊之間的轉換。冶金電氣自動化控制系統使用現場總線技術，數據交換傳送技術，電腦合成技術等，推動冶金過程的標準化，程序化；通過人工智能技術，使用機器人手臂特自動化設備提高冶金企業的生產力，讓鋼鐵企業取得長足的發展，提高市場競爭力。
3、冶金電氣自動化技術應用前景
我國許多大型鋼鐵聯合企業通過引進電氣自動化技術，整合行業信息化水平，通過自動化控制系統提高生產控制精度，提高產品質量，進一步壓縮生產成本，降低資源消耗。這些電氣自動化控制系統增加了冶金生產過程的穩定性、可靠性和安全性。從這些電氣自動化控制系統可以總結出我國冶金電氣自動化技術的應用前景，包括低成本自動化、行業信息化、智能控制、冶煉過程控制和綜合一體化控制等方面。
3.1低成本自動化
所謂低成本自動化是利用高精尖技術，通過自動化技術科學合理投資，減少投資成本，降低投資風險。許多中小型鋼鐵企業通過使用微型計算機作服務器，精準的實現對全過程、全流通實現電氣自動化控制，為企業實現了低成本自動化，也解決了中小型企業的約束。
3.2行業信息化
所謂鋼鐵行業信息化就通過計算機系統，實現信息資源共享，實現企業信息化管理的標準化和系統化。大部分鋼鐵企業通過電氣自動化控制系統采集生產過程中的原始數據，利用信息化技術手段分析和研究這些原始數據，使用科學管理決策分析軟件，挖掘潛在數據，為企業的發展提供科學合理的數據支持。
3.3智能控制
雖然電氣自動化控制系統廣泛應用自適應、優化、模型預測等控制策略，但仍然不能滿足技術的要求，因為傳統的PID控制理論是適應數學模型復雜且變化大的特點，而智能控制對總控制程序具有良好的適應性，尤其是對于復雜程度較高的綜合控制系統，能分級控制智能設備，有著很大的發展空間。
3.4冶煉過程控制
電氣自動化控制系統可以對產品質量監督、環保監控及物流跟蹤等多個方而實施全過程監控。電氣自動化控制系統采用新型傳感器、數據融合處理等高精尖技術對原材料質量、鋼水純度、熔渣成分、溫度、固廢監控等環節進行全程控制，提高鋼鐵企業的效益。
3.5綜合一體化控制
電氣自動化綜合一體化控制系統是未來的發展方向，這種系統打破了傳統的計算機、儀表、電氣在控制設備方面的專業界限與分工，實現了邏輯控制對模擬量進行控制的難題，極大地提高了系統的實用性與操作性。簡化了程序，降低了成本，電氣自動化綜合一體化控制系統系統將是鋼鐵行業電氣自動化發展的重要方向。
4、結語
冶金電氣自動化系統是使用計算機網絡技術，人工智能技術和自動化技術實現的控制系統，優化與改進冶金電氣自動化控制技術，可以提高冶金行業的生產效率利用自動化控制技術，可以保證生產流程更加規范，還可以保證我國冶金行業更好的發展電氣自動化控制是冶金行業發展的主流趨勢，對冶金企業的發展力向有著引導作用。鋼鐵企業要積極主動引進或改造自動化控制系統，提高鋼鐵企業的市場競爭力，增加鋼鐵企業冶煉產量，提高企業的經濟效益，促進可持續發展。
作者:辛婭玲 單位:新鋼公司自動化部
摘要：馬鋼設計院有限責任公司是一家以冶金工程技術服務為主體的公司，2001年開始進行信息化管理工作建設，本文是幾年來的這方面工作概略描述和一些感想。關鍵詞：設計管理信息化一、概況馬鋼設計研究院有限責任公司成立于2002年，注冊資本2050萬，是由馬鋼股份公司、馬鋼國際貿易公司和本院的自然人共同出資組成的有限責任公司，持有國家冶金、建筑、和環境工程甲級設計資質、工程監理和工程造價甲級資質，從事工程設計、工程咨詢、工程監理和工程總承包服務，設置冶金、軋鋼、機械、電氣與自動化、能源與環境保護和規劃6個專業設計研究所，職能管理部門8個，全院職工260多人，其中高級職稱的技術人員占職工總數的50%以上，2005年營業收入1.96億。馬鋼設計院綜合管理信息系統是以工程設計項目管理為優秀，由市場經營、（設計）項目管理、檔案管理、人力資源管理、系統管理、客戶關系管理、綜合辦公管理等模塊組成。二、MIS系統建設過程1、調研（1）建設的時機的考慮盡管行業協會在“十五”就提出設計企業信息化建設綱要，但是具體何時進行設計院綜合管理信息系統的建設，還是要認真地考量，其中CAD應用普及程度,硬件設施特別是網絡硬件的建設程度對建設時機還是有影響的。（2）建設方式的考慮當前，設計院MIS系統的建設方式主要有以下幾種方式：a）完全自主開發。很多大院，信息人才眾多，技術實力雄厚，往往采用這種方式。采用該方式有利于對系統的全面掌握，用戶的需求比較容易采集，對外界的技術依賴程度低，維護方便。b）咨詢合作開發。尋找一個對信息技術和企業的管理技術均比較了解的專業咨詢公司，由他來代表企業進行系統的建設管理，并負責對企業的培訓和系統開發企業的過程管理。3）完全委托，自我管理。這是我院采用的建設方式，這是我們根據我院的實際情況全面衡量后采取的策略。4）平臺引進，二次開發。就是從外部引入一個相對成功的基本成熟的平臺，自已略加二次開發后加以應用，一般這樣的基礎平臺的價格比較昂貴，而且對這個平臺的完全消化也不是短時間內就能實現的，此外對某個具體的企業來講，平臺軟件的功能可能有多余。（3）體系平臺的考慮在已經建成使用的和在建的管理信息系統中，多采用C/S體系結構，但是考慮到技術的發展的趨勢，以及未來系統維護的方便性，我們認為最好采用B/S結構，隨著·NET技術的日益成熟和普及，堅定了我們的信心。（4）行業現狀的調研在建設部和協會的“十五”信息化工作指導方針的指引下，國內勘察設計行業MIS系統建設紛紛開始起步，與國外公司相比起步相對較晚，但是一批院還是取得了相當的成果，在我們了解到的設計院中不少院在信息化建設方面各有特色、各有建樹。此外，我們還對與我們有業務接觸的國外工程公司的信息化工作進行了解，其中主要有德國的SMS、比利時的CMI等，西方發達國家企業今天信息化的現狀應該就是我們努力追趕的方向，人家能做到的，我們也應該能做到。對中國的設計企業來講，與國外發達國家的工程公司相比，我們的主要差距在管理以及管理的信息化，技術上的差距不是主要的，這是我們研究分析國內、外的設計類企業后所得到的一個感受。2、理清思路，統一認識，確立目標理清思路，統一認識，確立目標是我們進行MIS系統建設的過程中首先要解決的問題。企業對MIS系統建設出于被動，思路不清楚，目標不明確，是很難取得成功的，實施過程中就會帶有很大的盲目性。我們在決定實施信息化建設首先明確的是：1）建設的目的：實施流程再造，提高主業工作效率；細化管理，以進一步提高管理水平和企業的競爭力；2）建設的目標（可測量）：實現CAD電子文件有效存檔，實現項目管理信息化的突破；在設計類企業中搞信息化建設，首先從設計“項目管理”抓起，而不是先從通常的OA及人力資源管理起步，我們有自己的想法，即我們的做法是“先難后易”，而傳統的做法多是“總體規劃、分步實施、先易后難”。而這種做法最大風險是：容易做的、可有可無的模塊先做出來了，而最難做的部分也是企業最優秀、最需要的的部分，最后卻做不出來，信息化工作只得幾上幾下。最優秀的業務管理問題一直沒能解決，這也是許多MIS建設失敗的模式，我們決定反其道而行，就是要避開這樣的怪圈。3、認真做好需求分析在院領導思想統一的前提下，院最高領導層對管理信息系統親自過問、親自管，同時適時結合BPR，這對軟件企業更快、更好地了解企業的業務流程是非常有利的，金慧公司在與我們的交流過程中，幾易其稿、在討論交流的過程中，雙方逐步達成了共識，把目標和思路都理清楚了。經過重新改進后的流程與ISO9001貫標文件進行有機的協調，使業務流程文件化。必須要說明的是：1）用戶的需求也不是一下子就能完全說明清楚的，即使說明清楚的流程也有變更的可能；2）只有用戶自己最清楚自己需要什么，只望軟件開發單位拿出來一個企業的流程方案是不可想象的，這樣做的結果很可能就是系統的失敗。我院的領導層和管理層在用戶需求階段投入大量的時間與軟件開發公司共同研究用戶需求和流程方案為我院MIS的成功打下了良好的基礎。4、全院參與明確管理責任管理信息系統的建設需要全體人員的參與，這就好比一個集體性質的體育項目，任何一個人的不投入都有可能影響最后的結果；當然MIS建設首先是一個“一把手”工作，企業的最高領導必須親自認真過問；我們還專門指定分管領導配合協調MIS建設工作；強調全員的參與，主要表現在對全體人員的培訓和考核；通過多種會議溝通和網絡宣傳的方式營造氛圍，說明MIS建設的意義和過程，以求得全院上下的共識；5、分步推進最終走向集成應用在系統正式使用之前，進行1個多月的過渡期（05年8月10—05年9月15日），在這期間，鼓勵大家使用系統，但是過渡期滿后，全院的項目管理只在一條路上進行，不搞旁路，就是必須從系統內組織項目管理和發圖，從項目任務的下達、項目的策劃、圖紙的設校審到圖文出版，沒有其它的路可走。這樣一方面促進大家對系統的快速掌握，二來促進軟件公司對系統進行全面的完善，三確保了CAD的圖紙的完全存檔。加上系統提供的電子自動簽名技術，使困困擾設計單位多年的CAD電子文件有效歸檔問題在我院得到初步的解決。三、MIS系統建設現狀1、經營計劃管理經營計劃管理主要是為經營計劃管理部門提供一個項目信息、生產計劃、臺帳、合同信息、收費、客戶信息管理的工作平臺；具體業務功能包括：項目臺帳管理、生產任務下達（合同評審、領導審批、項目下達）、月度計劃管理、項目計劃檢查（可依項目、時間、部門、專業、個人等進行完成情況和在手項目情況的檢查）、項目收費管理、客戶信息管理、查詢統計等。項目任務的下達，將啟動項目管理眾多的流程，而項目信息又為財務收費和內部分配提供原始信息。2、項目管理項目管理子系統是整個系統的優秀部分，也是開發與實施難度最大的一個部分。它為經營、項目管理及專業設計生產部門提供了一個協同作業的機制，包括設計項目的進度計劃管理、生產過程人力資源管理、ISO質量管理、產品過程管理等，完全貫徹ISO9001質量管理體系的思想。主要內容有：項目策劃管理（WBS與OBS分解）、項目設計輸入與要求的下達、協作計劃的管理（制訂、執行結果的檢查等）、專業協作資料互提管理（版本化管理）、設計成果上傳，三級校審核與專業會簽、電子簽名、ISO表單自動管理、圖文出版、電子文件歸檔、生產過程中間環節的實時檢查等。3、人力資源管理人力資源系統作為整個系統的重要組成部分，是其他業務系統的基礎模塊，為其他系統的應用提供人力資源支撐，其它業務系統有關人員的信息都構建在這個系統之上，所以該模塊的設計和規劃需要考慮其他業務系統的需要，所有業務系統的人、崗位和組織信息都來自該模塊，項目管理等其他業務模塊也需要將有關結果性的數據傳回給人力資源系統，比如員工業績等。4、圖檔管理從項目管理系統中輸出的產品（CAD文件等），自動進入圖檔管理系統，該系統具有檔案管理、科技檔案在線查閱（按權限與密級）、檔案下載（按權限與密級）、復用與再利用等功能，與傳統的檔案系統相比，其具有查閱快捷，再用方便的特點，直達個人桌面的應用，為管理部門及內部用戶提供非常便捷的平臺。5、綜合辦公管理及其他目前我院的MIS還設有以下一些功能模塊，如通常的辦公信息、網站管理、權限管理、個人工作平臺（任務管理，郵件管理，工作報警，個人設置，個人查詢）管理、企業論壇等；由于這些系統多不影響優秀業務流程（項目管理）的運行，還有待進一步開發完善，畢競系統的完善和優化是沒有止境的。四、存在的問題1、現有系統功能有待進一步完善。管理信息系統的功能，一方面是工作協同平臺，也應該是一個信息和知識快速獲取的平臺，以便實施有效的管理和調度，更進一步應為實施有效的決策提供支持（DSS），為快速提高工作速度和工作質量提供方便（KB），目前系統在快速提供信息方面還有進一步優化和改進的空間；企業管理最難的是人的管理，而人員管理中最難的是對人的評價。我院MIS運行的結果目前還沒有完全進入人力資源管理系統，同時業績考評模型也處在探索階段。如何依托信息系統提取的數據實施有效、科學的考評，是我們系統完善的一個方向。目前系統的三級校審采用兩條腿走路——硬拷貝與電子文件同時進行，由于計算機屏幕較小，審閱圖紙要完全基于網絡進行較為困難，硬拷貝提供查閱的方便，而MIS系統則保證工作過程的真實和評審意見、技術版本的管理有序。這個問題要完全指望MIS本身來解決，困難較大，但是基于計算機網絡環境下的工程設計審批作業如何有效的實施將是一個有意義的課題。此外,用戶界面的友好性和操作的方便性方面還有較大的改進空間；2、人員對MIS系統的適應性有待進一步提高。對工程設計企業來講，人員的工作方式從傳統的面對面的交流，轉向大多基于網絡的交流，是一個較大的變革，如何適應這個變化對每個人都至關重要，此外還要碰到傳統模式下不曾有的問題，如人員外出如何辦？異地辦公的身份確認等。3、系統的安全性需要加強。隨著信息系統應用的深入，安全問題也更加突出。系統的安全包括網絡平臺本身的安全和數據的安全，這一方面要加強人員的安全意識教育，建立嚴格的保密管理制度，防范竊密和泄密，保護知識產權不受侵犯，此外還要在軟、硬件系統的建設上進一步加強安全機制。4、更多的產品要管理到目前為止，我們僅對工程設計管理進行了討論，有關工程監理和工程總承包的管理尚沒有開始，而工程總承包工作將是設計型企業未來發展的一個重點領域。五、結語企業信息化建設對具體一個企業來講，可能是一項前所未有的事業，遇到的困難自然也是前所未有，也許這就是為什么企業信息化工作失敗案例多于成功案例的原因。在我國，勘察設計企業的信息化工作最近才剛剛興起，勘察設計協會“十一五”信息化工作指導思想為我們的工作指明努力的方向，就企業自身而言，信息化工作絕對是一個“一把手”工程，如果沒有領導層思想的高度一致，沒有明確的目標,并以目標驅動的方式進行強力推進，要取得實效的確比較困難的。此外，企業的信息化工作是一個開創性的工作，要求企業與軟件技術的提供者（軟件公司）密切合作，充分溝通，用雙贏的心態進行合作，單純地指望單方完成這項工作基本是不可能的，一個合格的軟件來自雙方的努力，同樣一個合格軟件的成功的應用也依賴雙方的合作，這一點是管理類軟件不同于其他軟件的特點，畢竟是“管理”信息系統，而實施“管理”的主要方面在企業而不在軟件公司。應用無止境，信息化工作的建設也是一個動態的過程，只有開始沒有結束，我們將繼續努力搞好我院的信息化建設工作，與設計同行業一道，為我們共同事業的而努力。
[摘要]冶金職業院校模擬電子技術課程內容抽象，概念多、公式多、分析方法多，冶金職業院校學生掌握有難度。以任務驅動的方式展開教學，利用“工學結合、教學做一體化”教學、多媒體課件、電子產品組裝與調試訓練和網絡課程等教學手段，使模擬電子技術課程生動直觀，具有趣味性、職業性、實踐性，有利于提高學生學習興趣和學生綜合職業能力的培養。
[關鍵詞]模擬；電子；組裝；調試；網絡課程
1前言
冶金職業院校模擬電子技術課程在傳統教學形式下，老師在教室里授課，一塊黑板一支粉筆，課件無動畫、教具陳舊老化，不能直觀展現抽象的模擬電子知識中的微觀現象，學生難以掌握電子知識與技能。通過教學改革，在教學過程中實施“工學結合、教學做一體化”教學方法，以任務驅動的方式展開教學，在授課過程中運用多媒體課件、電子虛擬軟件、電子產品組裝與調試訓練和網絡課程等教學手段，使模擬電子技術課程生動直觀，實踐性強，激發了學生的學習興趣和學習動機，學生通過學習使得模擬電子課程知識、技能和職業能力均獲得很大提高，100%學生獲得職業資格技能證書，學生就業率高，就業質量好。在課程建設中，首先確定模擬電子課程的知識點和技能點，確定教學目標，以任務驅動方式實施教學，在教學過程中按照資訊計劃決策實施檢查評價教學反饋等七個環節進行，激發學生的學習動機，促使學生積極參與，培養學生綜合職業能力。由于科學的制定教學目標，使教學目標充分發揮其導向、激勵和評價的功能，培養出懂知識、會操作、職業素質高的技能型人才。
2確定課程的知識點和技能點
2.1知識點
電子元件識別與檢測、電子元件作用原理、單管放大、帶有負反饋放大電路、兩級放大、射極輸出器、功率放大器、振蕩電路、直流穩壓電源等。
2.2技能點
電子元件識別與檢測方法、單管放大安裝與調2017年第5期試、帶有負反饋放大電路安裝與調試、兩級放大電路安裝與調試、射極輸出器安裝與調試、功率放大器安裝與調試、振蕩電路安裝與調試、直流穩壓電源安裝與調試。根據課程的知識點與技能點的要求，選擇典型的電子產品———調幅收音機，其電子電路涵蓋于知識點與技能點的要求。課程任務確定為：電子電路的組裝與調試，通過電子產品的組裝與調試使學生掌握模擬電子課程中的知識與技能。
3確定學習目標
（1）通過對超外差式調幅收音機的安裝，掌握電子元件識別與檢測、電子元件作用原理、單管放大、帶有負反饋放大電路、兩級放大、射極輸出器、功率放大器、振蕩電路、直流穩壓電源等工作過程。更加熟練掌握電子產品整機安裝的工藝。（2）通過收音機的調試，掌握單管放大電路調試、帶有負反饋放大電路的調試、兩級放大電路的調試、射極輸出器的調試、功率放大器的調試、振蕩電路安裝與調試、直流穩壓電源的調試。深刻理解電子產品調試的目的與要求。（3）通過對超外差式調幅收音機的安裝、調試，提高對電子產品故障判別與檢修的能力。為今后從事電子專業方面的工作奠定基礎。（4）以超外差式調幅收音機的組裝與調試為任務驅動，能夠使讀者學會超外差式調幅收音機的組裝調試技術，掌握在超外差式調幅收音機調試過程中中頻調試、頻率范圍調試、統調、收音機質量檢測及故障檢查與排除的技能點，通過對超外差式調幅收音機的組裝調試鞏固儀器儀表的使用、PCB板元件組裝步驟、整機安裝等的技能點。（5）培養學生團隊合作、愛護工具儀器儀表、愛崗敬業、一絲不茍的工作態度。
4以任務驅動式教學方法
指導學生從基本放大電路入手分別學習電子元件作用———單管放大———帶有負反饋放大電路———兩級放大———射極輸出器———功率放大器，引導學生由淺入深、由易到難漸進式學習，完成每個教學內容。以任務驅動的方式，采用“教學做一體化”教學方法，工學結合，提高學生學習興趣。下達任務單：調幅收音機電子電路分析，以試聽收音機節目臺數、音質開始，把學生帶入學習的情境中。收音機電路圖如圖1所示，其中的VT4就是低頻放大器，VT5、VT6兩個三極管組成了共集電極放大電路，又稱射極輸出器。這兩個射極輸出器對稱連接，形成互補對稱功率放大器。電路中元件作用是：由T1及C'1a組成的調諧電路感應出廣播電臺的調幅信號，通過選頻F1信號輸入到VT1三極管的基極。本振信號選頻F2進入VT1三極管發射極，由VT1三極管進行變頻，在VT1集電極輸出回路通過T3選取465KHz中頻信號（就是F2與F1的差頻信號）。中頻信號分別經VT2第一級中頻放大器和VT3第二級中頻放大器中頻放大后，進入檢波器（由C5、R6、Rp、C11的元件組成）檢波后經過VT4低頻放大器放大，再由VT5、VT6兩只三極管與變壓器耦合，組成功率放大器進行功率放大，最后推動揚聲器輸出悅耳動聽的聲音。T3、T4為中周（中頻變壓器），既是放大器的交流負載又是中頻選頻器，該機的靈敏度、選擇性等指標靠中頻放大器保證。T5、T6為音頻變壓器，起交流負載及阻抗匹配的作用。通過為學生進行實物分析，提高他們的學習興趣。
5能力培養分析
5.1教學實施過程共分六個環節
5.1.1資訊環節教師要分析學生是否掌握了超外差式收音機的基本工作原理及實際應用。教師要通過展示、操作已安裝好的實際電子產品，介紹超外差式收音機的安裝與實際應用，說明本學習情境的學習任務。以案例教學法把學生帶入情境之中。教師組織學生分組，布置學習任務并講解任務要求。5.1.2計劃環節根據對工作任務的分析及領會，制定工作計劃，確定小組成員分工，明確階段成果及檢查的項目。在完成“任務相關資訊”部分學習后，在自己現有的知識與技能的基礎上，根據學習情境的要求，制定組裝一臺調幅收音機需要在元器件選擇元器件檢測PCB板組裝整機安裝調試故障檢查與排除工作任務完成時限工作所需工具設備等方面開展工作的計劃并填寫“計劃單”進行工作任務分配。在制定計劃過程中可以制定數個計劃。學生在教師指導下制定工作計劃。學生可以集思廣益，各抒己見制定多種工作計劃5.1.3決策環節學生在教師指導下，在多個計劃安排中，分析討論出實施可操作性、工作條件的安全性強的方案，確定為實施方案。在確定實施方案后，按照PCB板安裝、產品整機安裝、產品調試、質量檢測等工序填寫工作“決策單”。5.1.4實施環節教師用案例教學法對已安裝好的收音機進行講解，分析電路原理、安裝與調試方法，電路元器件的選擇與檢測；按實驗演示法授課，介紹收音機的組裝工藝，學生進行收音機的組裝訓練，教師以教學做一體化教學模式介紹收音機的調試方法，學生進行收音機的調試訓練。學生在教師指導下完成元器件、材料、工具等清單填寫，進行收音機的組裝訓練，最后進行收音機調試訓練。5.1.5檢查環節電子產品組裝完畢，要對成果先進行小組自查，然后小組之間互查，最后教師檢查，提出整改意見。通過檢查環節檢查學生自主學習能力，從而培養學生嚴肅認真的工作態度和責任感。5.1.6評價環節對成果的評價以小組自評、小組之間互評、教師點評的方式進行，并給出本學習情境的學習成績，從中培養學生的判斷能力、檢查能力、評價能力。學生先進行分組匯報，小組互評，最后教師來總結評價結果。5.1.7反饋環節學生專業能力、方法能力、社會能力是否得到提高，在教學反饋中能夠得到驗證。例如在教學反饋中讓學生針對以下問題進行反饋：比較任務驅動式教學方法與傳統教學哪種更適合你；通過學習常用電子元器件的識別、檢測與代換訓練，你是否掌握本學習情境的知技點；是否學會收音機的組裝、收音機的調試訓練效果等，從而了解學生學習情況。通過教學反饋，使教師了解學生對本學習情境工作任務的掌握情況，為教師提高教學水平，進行教學改革提供依據。
5.2職業能力培養分析
5.2.1在常用電子元件識別與檢測訓練中培養職業能力教學過程中要進行電阻、電容、電感、變壓器、二極管、三極管檢測。重點培養常用電子元器件識別能力，萬用表使用能力，二極管、三極管工作原理分析能力，電容、電感、變壓器工作原理與檢測能力。5.2.2在電路板安裝訓練過程中培養職業能力要進行電容器的整形、安裝與焊接，三極管的整形、安裝與焊接，電阻器、二極管的整形、安裝與焊接，振蕩線圈與中周的安裝與焊接。重點培養學生的電子元件整形能力、對元器件引線或引腳進行鍍錫處理能力、元件焊接能力。元器件安裝質量及順序會直接影響整機的質量與功率，合理的焊接安裝需要認真思考和具備實踐經驗。5.2.3在電子產品調試與檢查訓練中培養職業能力要防止變壓器原邊與副邊之間短路，測量變壓器原邊與副邊之間的電阻。檢查輸出、輸入變壓器原、副級，檢查VT5，VT6的電流放大倍數（放大系數）相差應不大于20％，檢查印制板的銅箔線條是否完好，有無斷線及短路，調試電路是否正常運行，從而培養學生嚴肅認真的工作態度、看圖接線能力、按照操作規程工作的能力、電子產品檢測、調試與排故維修能力以及電子產品評價能力。
6建設網絡課程
（1）提供“教、學、做”一體化的網絡課程資源。如：教案、演示課件、技能訓練指導、重點難點指導、習題、參考資料、案例庫/專題講座庫/素材資源庫、演示/虛擬/仿真實際操作訓練、授課錄像及其他輔助學習的資源，表現形式多樣化。（2）學習過程體現師生交互、人機交互的特點，在課程網站中，學生能在線完成練習、作業和綜合測驗，客觀題能實現自動批改；儀器操作訓練、考核能實現人機交互及時給予成績并有統計顯示交互內容。（3）網站中有專門的疑難解答板塊、交流論壇、文字聊天室、在線答疑、能使更多的學生、電子愛好者、工程技術人員參與，學生的提問能得到及時的回答，網絡更新頻率高。
7應用多媒體教學課件、仿真軟件等技術手段
制作各種教學課件，利用動畫、視頻、照片等描述電子運動微觀現象，使抽象知識形象化，利于學生對知識的理解。利用EWB、proteus等仿真軟件展現電路運行過程，使學生直觀看到電路動作結果，節省大量教學資源，事半功倍，教學效果非常好。此外，帶領學生在企業進行實踐教學，如在學習SMT表面安裝技術時，老師先利用多媒體動畫模擬講授，以真實的工作內容與虛擬工作內容相結合，實現先虛擬后真實，提高學生職業能力。在教學內容呈現方式中體現了數字化、媒體化，傳輸方式網絡化。在教案中有配音、有動畫，有虛擬操作訓練，充分體現了信息化教學特點。在網絡課程中圖、文、音、視、動畫等多媒體形式靈活運用，有利于促進學生自主學習和主動學習，提高學習興趣，使學生在快樂中學習。
8創新與實用
在模擬電子課程中引入電子產品組裝與調試，讓學生在學習中工作，并在工作中學習，讓學生學以致用，增強學生的學習興趣，提高學生的動手能力，培養學生的分析問題、解決問題的能力和創新能力。本課程是教學做一體化教學，在網絡中真正實現人機交互動手操作，以鼠標代替學習者的手，進行儀器儀表使用、焊接技術訓練、電子產品組裝、電子產品調試等項目的實施，立意新穎，構思獨特，設計巧妙。適用于實際教學，有推廣性。
9教學效果
通過教學改革，在模擬電子課程中引用“工學結合、教學做一體化”教學和方法，以任務驅動的教學方式，以電子產品為載體，讓學生在設定的學習情境中“做中學、學中做”激發了學生學習興趣，教學成績得到提高。我校應用電子技術專業的學生在勞動部舉辦的無線電調試工職業技能鑒定考核中獲得優異成績證明教學效果得到有效提升。經過本課程學習的學生不僅參加職業技能考核100%順利通過，而且還有15名學生在參加各級電子技能大賽時獲獎。學生在學習過程中專業能力、方法能力、社會能力等職業能力得到提高。
10結論
在冶金職業院校模擬電子課程中引用“工學結合、教學做一體化”教學和方法，以真實的工作內容與虛擬工作內容相結合，在網絡中真正實現人機交互動手操作，學生的工作態度、動手能力、分析問題和解決問題的能力得到明顯提高，教學效果得到有效提升。
作者：丁峰 單位：天津冶金職業技術學院
1PLC的選型
PLC選型方式靈活，根據控制對象和控制任務的不同，我們可以選擇不同型號的PLC及其模板類型和數量。首先我們根據具體的控制任務決定出需要采集和控制的點數，即DI/DO點數和AI/AO點數，然后像搭積木一樣搭出所需PLC的模板配置及其模板的數量。一般來說：點數在100點以下，選用S7-200系列；點數在1000點以下，選用S7-300系列；點數在1000點以上，選用S7-400系列；模板的數量等于點數除以單個模板的通道數。因此唐鋼冷軋廠———鍍鋅生產線所采用的PLC就是S7-400系列。
2西門子PLC的連接方式
西門子PLC的連接方式主要有以下2種：（1）下位連接，即PLC與遠程單元的連接，就是主站與從站單元的連接。西門子PLC可以通過PROFIBUS-DP通訊方式與ET200系列遠程站構成分布式自動化系統，方便的實現現場級自動化。PROFIBUS-DP通訊數據傳輸率最大為12Mbit/s，從I/O傳送信號到PLC控制器只需短至毫秒級的時間，確保了從單元層到現場層的集成通信。這種連接使現場只有一根總線，徹底避免了多電纜硬線連接容易造成的故障，簡化了施工與維護。（2）同位連接，即PLC與PLC之間的連接主要是多臺PLC主站之間連接。多臺PLC通過通訊模板連接在一起，在S7網絡組態中指定2臺PLC的伙伴關系，就產生共同的ID號，用來識別網絡上構成伙伴通信關系的2臺PLC，再通過S7的標準功能FC5（AG-SEND）和（AG-RECV）編程定義數據的發送與接收。如果采用的通訊模板是PROFIBUS網卡，構成伙伴通信關系的2臺PLC采用FDL協議；如果采用的通訊模板是工業以太網網卡，構成伙伴通信關系的兩臺PLC采用ISO協議。
3INTOUCH操作站
上位監控軟件INTOUCH是西門子公司推出組態軟件平臺，它可用于自動化領域中所有的操作員控制和監控任務。INTOUCH使用方便功能強大，使用INTOUCH組態軟件可開發出較強的組合畫面。以下是INTOUCH組態軟件所具備的一些功能：（1）顯示功能：用圖形實時地顯示生產線上各個設備的運行情況，動態顯示生產工藝流程；動態顯示模擬量信號、開關量信號、各種累計信號的數值，通過按鈕、開關、信號燈、顏色、百分比、填充等手段實時生動地表達出來。（2）數據管理：能夠建立和產生數據庫，操作信息庫，故障信息庫。（3）數據處理：在INTOUCH的曲線跟蹤功能中，它既可以顯示實時數據，也可查詢歷史數據。（4）報警功能：當某一模擬量（如溫度，壓力，流量等）超出給定范圍或某一開關量（如電機啟停，閥門開關等）發生變位時，根據不同的需要發出不同等級的報警。（5）報表功能：即時報表，日報表，月報表，年報表。（6）安全功能：按不同的操作級別分別加密，不同級別的操作員操作權限不同。（7）打印功能：可以實現報表和圖形的打印，以及各種報警的實時打印。（8）INTOUCH操作站硬件基礎是工控機和工業網卡，軟件構成為WIN98/NT/2000系統。
4西門子工業通訊網絡
（1）工業以太網ETHERNET：工業以太網是基于國際標準的網絡，專為工業應用而優化設計。工業以太網技術上與1EEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP通訊協議。工業以太網是基于1EEE802.3的強大的區域和單元網絡。（2）現場總線PROFIBUS網：現場總線是指將現場設備與工業過程控制單元、現場操作站等互連而成的計算機網絡，具有全數字化、分散、雙向傳輸和多分支的特點，是工業控制網絡向現場發展的產物。PROFIBUS主要由PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-DP三部分組成。其中PROFIBUS-DP是一種高速（傳輸速率9.6kbps～12Mbps）、經濟的設備級網絡，主要用于現場控制器與分散I/O之間的通訊，可滿足交直流調速系統快速相應的時間要求；PROFIBUS-PA用IECII58-2標準，傳輸速率為31.25kbps，提供本質安全特性，適用于安全性要求較高以及由總線供電的場合；PROFIBUS-FMS主要解決車間級通信問題，完成中等傳輸速度的循環或者非循環數據交換任務。唐鋼———鍍鋅車間采用的就是PROFIBUS-DP通訊。
5結語
由西門子可編程控制器和INTOUCH操作站構成的監控系統解決了整個系統實時集中控制和各種數據的在線管理問題，實現了對控制目標的直接數字化控制，大大提高了控制過程的技術水平。西門子PLC技術在唐鋼一期鍍鋅生產線的自動控制系統的應用實踐證明該系統具有良好的穩定性，可操作性，完全達到設計的控制要求。
1歷史回顧
自動化硬件技術仍然以國外產品為主的局面尚未被打破，但是自動化技術應用軟件的發展開始取得了實質性突破。以冶金工業為例，一些優秀控制軟件技術已經打破國外封鎖，自主開發出了一批具有世界領先水平的優秀控制軟件。如自動化煉鋼技術、高爐專家系統、冶金企業能源管理系統等，其優秀算法、主要解法、控制思想、知識法則等，都是由我國技術人員自主創新研制成功。事實證明，在自動化優秀技術方面，單靠引進是不成功的，也是模仿不來的，只有自主創新，才是最正確的道路。大型自動化系統的集成與創新，要以自主技術與產品為優秀，雖然還沒有取得實質性進展，但已經取得了階段性成果，如自動化煉鋼技術的成功開發并應用于生產實際，就是最好的案例。在實現系統開環控制、系統仿真、局部閉環控制等方面，特別是隨著總線技術、嵌入式技術等方面的推廣應用，取得的成績是比較明顯的。自動化技術在冶金生產流程中已經成為生產工藝中重要的組成部分。同時自動化技術的應用在冶金工業生產工藝文件編制、工藝流程優化、操作手冊的制定等各個方面發揮的作用越來越大。
2存在的問題
我國自動化系統的發展在經歷了PLC(ProgrammableLogicController，可編程控制器)、DCS(DistributedControlSystem，分散性控制器)、FCS(FieldbusControlSystem，現場總線控制系統)、PAC(ProgrammableAutomationController，開放式自動化)等幾個階段后，現在已經開始進入大規模采用數學模型、實現智能控制的新時期。我國自動化信息技術的應用，雖然取得了階段性成果，但和國際領先水平相比，還存在一定距離。要實現真正意義上的兩化融合，還有許多路要走。
（1）我國自動化硬件技術市場，目前國外的產品與技術依然占主要地位，縮小這一差距，還要靠我國硬件生產廠家的努力。
（2）目前許多自動化控制系統還處于開環控制，在局部環節實現了閉環控制，這從客觀上影響了自動化系統效果的發揮。
（3）以自主創新的產品與技術為優秀實現自動化系統的集成與創新還有許多工作要做，如與自動化控制系統相關的儀表、傳動等專業的技術水平，也有可能影響到自動化系統的集成與創新工作。
（4）自動化系統的優秀技術，有許多還被國外廠商壟斷或封鎖。
（5）作為自動化產業而言，有些方面比較“浮”，商業色彩濃厚，炒作內容較多，這是一個社會問題。應當鼓勵和提倡踏踏實實做事情，認認真真做學問。自動化行業的規模雖然已基本形成，但要做大做強，使之成為我國的支柱產業，還有許多工作要做。
3我國冶金工業自動化技術發展的預測與分析
制造業自動化技術的發展在很大程度上受到制造業本身特點的制約，行業特點比較明顯，冶金自動化技術的發展，離不開冶金工業的發展，我國“兩化融合”政策的推出，為今后我國自動化技術的發展與應用在理論層面指明了方向，在操作層面，要求也更加具體、明確。對于冶金自動化技術的發展，目前完全可以定位于高端優秀自動化技術與產品的創新與應用。
3.1物聯網技術在冶金企業中的應用
物聯網是指人們通過各類傳感器實現物與物、物與人、人與人之間按需的信息獲取、傳遞、儲存、認知、分析和使用。
3.1.1物聯網技術在工業領域中的應用
工業是物聯網應用的重要領域。具有環境感知能力的各類終端、基于泛在技術的計算模式、移動通信等不斷融入到工業生產的各個環節，可大幅提高制造效率，改善產品質量，降低產品成本和資源消耗，將傳統工業提升到智能工業的新階段。從當前技術發展和應用前景來看，物聯網在工業領域的應用主要集中在以下幾個方面。
（1）供應鏈管理物聯網應用于企業原材料采購、庫存、銷售等領域，通過完善和優化供應鏈管理體系，提高了供應鏈效率，降低了成本。
（2）冶金生產過程工藝優化物聯網技術的應用提高了生產線過程檢測、實時參數采集、生產設備監控、材料消耗監測的能力和水平。生產過程的智能監控、智能控制、智能診斷、智能決策、智能維護水平不斷提高。鋼鐵企業應用各種傳感器和通信網絡，在生產過程中實現對加工產品的寬度、厚度、溫度的實時監控，從而提高了產品質量，優化了生產流程。
（3）產品設備監控管理各種傳感技術與制造技術融合，實現了對產品設備操作使用記錄、設備故障診斷的遠程監控。通過傳感器和網絡對設備進行在線監測和實時監控，并提供設備維護和故障診斷的解決方案。
（4）環保監測及能源管理物聯網與環保設備的融合實現了對工業生產過程中產生的各種污染源及污染治理各環節關鍵指標的實時監控。在重點排污企業排污口安裝無線傳感設備，不僅可以實時監測企業排污數據，而且可以遠程關閉排污口，防止突發性環境污染事故的發生。
（5）工業安全生產管理把感應器嵌入和裝備到礦山設備、油氣管道、礦工設備中，可以感知危險環境中工作人員、設備機器、周邊環境等方面的安全狀態信息，將現有分散、獨立、單一的網絡監管平臺提升為系統、開放、多元的綜合網絡監管平臺，實現實時感知、準確辨識、快捷響應、有效控制。
3.1.2冶金工業領域物聯網應用的關鍵技術
從整體上來看，物聯網還處于起步階段。物聯網在冶金工業領域的大規模應用還面臨一些關鍵技術問題，概括起來主要有兩個問題。
（1）進行關鍵特殊傳感器的研制生產工業用傳感器。工業用傳感器是一種檢測裝置，能夠測量或感知特定物體的狀態和變化，并轉化為可傳輸、可處理、可存儲的電子信號或其他形式信息。工業用傳感器是實現工業自動檢測和自動控制的首要環節。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，并使產品達到最好的質量。可以說，沒有眾多質優價廉的工業傳感器，就沒有現代化工業生產體系。
（2）進行工廠傳感網的布局和建設工業無線網絡技術。工業無線網絡是一種由大量隨機分布的、具有實時感知和自組織能力的傳感器節點組成的網狀(Mesh)網絡，綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，具有低耗自組、泛在協同、異構互連的特點。工業無線網絡技術是繼現場總線之后工業控制系統領域的又一熱點技術，是降低工業測控系統成本、提高工業測控系統應用范圍的革命性技術，也是未來幾年工業自動化產品新的增長點，已經引起許多國家學術界和工業界的高度重視。
3.2過程控制數學模型的開發與應用要實現新突破
數學模型是冶金自動化中的優秀技術。“牽牛要牽牛鼻子”，如果掌握了數學模型的這項技術，就掌握了自動化的主動權、話語權。優秀技術是買不來的。要生產國家急需的鋼鐵產品，就要有相應的高端自動化技術來做支撐，國外廠商出于自身利益，不會轉讓這類高端自動化技術與產品，他們所能轉讓的技術都是有條件限制的技術或已經過時的產品與技術。開展高端冶金自動化領域數學模型的自主創新條件基本成熟。市場需求非常廣闊，我國的冶金自動化水平已經發展到了一定的水平，一支技術創新的團隊已經基本形成，而且許多冶金企業都有著豐富的實踐經驗，這些都為開展二級數學模型的自主創新創造了極為有利的條件。數學模型是控制對象的表征，是對象可執行的表述，正是由于它與信息技術、自動控制技術、工藝能力的有效結合，發揮了重要的指揮與優化作用，所以數學模型才被稱之為自動化與信息化的優秀技術。建立高可用性、高精度的數學模型是我國鋼鐵工業開發和生產出滿足國民經濟發展需要的鋼材品種；提高產品質量、節約能源、降低成本，從而實現可持續發展，提升優秀競爭力的技術基礎。審視整個鋼鐵工業自動化信息化的發展趨勢，過程控制數學模型是鋼鐵工業自動化信息化最直接最有效的領域，也是最優秀的技術，沒有或者不掌握這種技術，鋼鐵工業的自動化信息化就難免流于形式，難以收到理想的效果。過程控制數學模型在國內鋼鐵行業的應用與發展，目前還剛剛起步，方興未艾，隨著需求的發展，未來的數學模型還有著極大的發展空間。從現在起，形成社會的關注，這對數學模型的未來發展，會起到一定的積極作用。打破數學模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，模型應用從低級向高級逐步發展，不斷積累技術，不斷培養人才，踏下心來，抓上幾個項目，就一定能搞出名堂來，收到明顯的經濟效益與社會效益。發展以數學模型為優秀的自動化技術，是落實“科技創造未來”的具體體現，也是我國鋼鐵工業實現新的騰飛的助推器。在過程控制數學模型的研發與應用上，要實現重點突破，開發出有中國特色的數學模型產品與技術，走出一條“研制一批，儲備一批，生產一批”以科研促生產、以生產出產品、以產品保應用的新的可持續發展之路來。
3.3以國產化創新型產品與技術為優秀的自動化系統的集成與創新
經過幾年的努力，我國制造業自動化領域已經擁有了一批自主開發創新的產品與技術。這為今后自動化、信息化技術的發展奠定了堅實的基礎。但這僅僅是開始，堅冰雖然打破，但水下仍然潛藏著巨大的冰塊，所以發展以國產化的創新型產品與技術為優秀的自動化系統的集成與創新今后還有許多工作要做。
3.3.1博弈要有實力
要在國際自動化領域取得話語權，就要靠實力。以前，依靠市場換取技術，只是一種低層次的對外開放，而且依靠錢是買不來優秀技術的。如果我國在一定程度上掌握了自己的自動化、信息化優秀技術，就可以由低層次的對外開放方式上升到較高層次的對外開放與交流。形成你中有我，我中有你的態勢，達到優勢互補、互利共贏的良性局面。我國在引進先進技術與產品的同時也可以對外輸出自己的產品與技術，同時還可以開展聯合研發等科技活動。
3.3.2新型自動化系統的集成與創新要實現全過程的集成與創新
目前，我國冶金工業自動化系統的建設，許多都處于開環控制或局部閉環控制階段。而要實現真正意義的自動化系統的集成與創新就要在全過程方面實現真正的閉環。當然，這還要涉及到有關執行機構、檢測單元等方面的支持與配合。其優秀是國產化的技術與產品，并廣泛采用國內外其他先進技術做支持，以保證整套系統的品質與質量。如果仍然還是停留在實現局部閉環控制上，就不能真正稱之為系統的集成與創新。對于全過程的認識，我國著名自動化專家柴天佑院士曾經有過一段精彩的論述：“采用自動化技術，以計算機和網絡技術為手段，將生產過程的生產工藝、設備運行技術和生產過程管理技術進行集成，實現生產過程的控制、運行、管理的優化集成，從而實現管理的扁平化和與產品質量、成本、消耗相關的綜合生產指標的優化。”以國產化創新型產品與技術為優秀的自動化系統的集成與創新是在控制系統、控制工程設計和組態軟件、工業通信網絡、制造管理和執行軟件等多方面的基礎上，通過集成與優化，實現真正意義上的生產管控一體化和生產過程控制智能化。
3.4能源管控一體化建設是下一階段冶金自動化工作的重點
冶金工業是耗能大戶，能耗將制約冶金工業的發展，我國冶金工業也正面臨著由粗放型向精細化轉型。以耗能來核定產能，或許將成為可能。所以整個冶金工業的節能降耗、低碳減排工作十分繁重，利用自動化技術來實現降低能耗，是冶金工業節能減排、實現綠色工廠的重要手段之一。冶金企業能源管控一體化建設，如果只停留在數據采集階段，那么意義不大。這也是目前已經普遍實現的事實。針對冶金工業能源管控的特點，一是耗能大戶，二是在冶金生產過程中，又伴生出大量的可燃性氣體，如焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣等。所以能源管控的工作重心是能源使用管理的優化、二次能源的安全合理使用、多種能源介質統一平臺操作、改變傳統的能源計量方式以及能源安全管理預警等。能源管控中心建設的特點是控制模型和管理模型的融合。這也是能源實現智能化管控的著眼點，建設一套全新的基于熱值流分析的能源管控一體化系統，實現從計劃層、執行層到控制層的一體化；實現多種能源介質協同一體化；單項能源管控一體化，同時引進先進算法，確定科學的解法。
4結語
通過對能源生產管理模型的研究與開發，特別在能源預警模型、能源優化管理與調度模型，多種能源介質統一綜合平衡成本分析與預警模型，以及熱值能耗模型要有新的突破，爭取為我國的能源戰略的發展做出新的貢獻。五年滄桑，十年巨變，曾經的輝煌只是昨日煙云。“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”，在冶金工業自動化領域還有許多工作要做，所以尋找新的創新切入點，根據不同的環境，會有所不同，一家之言不能概全貌，通過大家共同的努力，從不同角度、不同方面尋求新的自動化專業發展的新思路，這也是筆者的初衷，讓我們共同譜寫十二五期間自動化專業發展新篇章！
1固體電解質金屬液無污染脫氧
固體電解質脫氧是指利用氧離子導體滲透膜,把其置于不同氧勢的兩端之間組成閉合回路時,氧離子會從高氧勢的一端向低氧勢的一端流動,脫除高氧勢端的氧,原理示意圖見圖1。固體電解質脫氧的方式有兩種,一種是主動的,依靠化學勢驅動;另一種是被動的,依靠電場力驅動。根據固體電解質兩端驅動氧方式的不同,可分為外加電勢法[2-4]、混合導體法[5-6]和濃差電池短路法[7-9]三種。
1.1外加電勢法
外加電勢法是在固體電解質兩側施加定向外電勢,通過電場力和氧勢差的作用實現脫氧。在不超過固體電解質極限電流的情況下,施加電勢越大,電流越大,脫氧也越快。根據外加電勢極性的不同可分兩種,其等效電路圖分別見圖2的(a)和(b)。圖中(a)是在外加電場作用下,氧離子克服固體電解質兩側氧勢差的阻力,從低氧側遷移到高氧側;而圖中(b)是在外加電場和固體電解質兩側氧勢差的共同作用下,氧離子從高氧側遷移到低氧側。對于外加電勢法,選取的陽極物質多為空氣,脫氧速度的控制至少有兩種可能:在高氧濃度范圍和低外加電勢時是氧離子在固體電解質中的傳遞;在低氧濃度范圍和高外加電勢時是金屬熔體中氧原子向金屬熔體-固體電解質界面的擴散。對于不同體系條件,氧濃度范圍或外加電勢范圍可能不同,在脫氧過程中控速環節可能是變化的。另外,耐火材料的分解及金屬熔體的再氧化對固體電解質脫氧有較大的影響[4]。外加電勢法目前存在兩個問題:一是外加電勢太高或與熔體接觸的固體電解質界面氧濃度很低時會導致固體電解質在電流作用下離解;二是固體電解質的電子導電性在溫度升高或在低氧分壓范圍內時會顯著增大,將明顯降低電流效率。因此,提出了混合導體法脫氧。
1.2混合導體法
混合導體法[5-6]是利用滲透膜同時具有離子電導和電子電導的屬性,在陰、陽極兩側氧勢差的推動下,僅通過滲透膜內部的自由電子在電場作用下形成的短路實現脫氧,相當于電池本身構成一個回路。但是短路電流的存在減弱了阻礙氧離子在滲透膜中遷移的電場。固體電解質一般都有一定的電子導電性[10],理論上可認為都是離子和電子的混合導體,只不過電子導電大小不同而已。相對于外加電勢法,混合導體法的脫氧速率要慢得多。原因在于混合導體法中,氧離子通過電解質的遷移必伴隨著等量而方向相反的電子遷移來維持電中性,而電解質中殘存的電子導電性僅相當于離子導電的一小部分(約1/10),致使脫氧速率較慢。因此有研究者[6]認為,混合導體法脫氧控速環節是電子在電解質中的傳遞。另外,電解質電子電導率隨溫度下降呈指數衰減,不適宜用于低溫熔體中。
1.3濃差電池短路法
針對以上利用固體電解質脫氧方法的不足之處,一種全新的脫氧方法—─濃差電池短路法[7-9]應運而生。該方法操作簡便易行,提高了利用固體電解質功能材料進行脫氧的效率。圖3示出了此脫氧方法的原理。當脫氧體浸入金屬液后,在氧位差的推動下,金屬液中的氧會以離子形態穿過固體電解質半透膜,并與后者內含的脫氧劑結合,從而達到脫氧的目的。由于反應產物不在鋼液內生成,解決了以前脫氧劑所帶來的污染問題。不過,在此脫氧過程中,固體電解質的外表面(與金屬液接觸的界面)會積累正電荷,而內表面(與脫氧劑接觸的界面)則積累負電荷,它們將形成一個電場并阻礙氧離子的繼續遷移。如果不能及時消除這種電荷的積累并破壞形成的電場,脫氧過程就無法繼續進行。高溫電子導電材料的存在解決了這一問題。高溫電子導電材料不但有封堵脫氧體填料口的功能,同時也把固體電解質脫氧劑界面所積累的自由電子傳遞到鋼液-固體電解質界面,使兩個界面所積累的電荷中和,從而保證了脫氧過程繼續進行,直至脫氧反應達到平衡[11]。濃差電池短路脫氧選取的陽極物質是H2、CO等還原性氣體、碳和金屬Al等物質,以提供低氧勢。控速環節多為電路中的總電阻大小和氧在金屬熔體中的擴散。隨氧濃度的不斷降低,控速環節也有變化,可采取相應措施改善脫氧動力學條件。與其它脫氧方法相比,這種無夾雜物的脫氧方法具有許多優點:不產生任何氣體及氧化物夾雜,并且使用簡單方便。隨著固體電解質技術的發展和再生技術的運用,此方法的成本將不斷降低。目前濃差電池短路法的研究重點:新型固體電解質功能材料的開發、脫氧體加入方式的改進以及脫氧體內采用新脫氧劑等。盡管這些方法克服了固體電解質外加電場法某些方面的不足,從氧滲透膜脫氧的實際要求來看,上述的脫氧方法仍嫌復雜,生產成本較高。它們有一個共同的特點,全都依賴固體電解質。為了克服上述問題,考慮到氧化鋯固體電解質在固態時所呈現的氧離子導電性,研究能否用液態的氧離子異體代替固體電解質。
2渣-金屬間外加電場無污染脫氧
熔渣也是一種具有離子導電特性的電解質,它含有氧離子、各類金屬陽離子以及不同的復合離子團。根據固體電解質外加電場法脫氧的原理,如果能夠找到一種氧離子遷移為主體的熔渣,則可用這種熔渣代替固體電解質作為反應的中介,以其作為金屬液中溶解氧向外傳輸的“通道”。在金屬熔體與覆蓋于其上的熔渣之間施加定向直流電場(見圖4),可控制氧離子在熔渣體系中的傳導方向和速度。由于熔渣是以液態的形式存在,更易于離子的遷移,因此從理論上,完全可以實現比固體電解質電解脫氧更理想的脫氧效果[12-13]。根據電化學原理,步驟(2)使金屬-爐渣界面積累正電荷,步驟(4)使爐渣/石墨電極的接觸界面積累負電荷,如果不消除這些積累的電荷,就會形成一個電場,將阻礙氧離子的進一步遷移,最終導致脫氧過程的停止。而反向外加電場的施加,即可消除或者減小這個阻礙電場,使氧離子不斷向渣相遷移,直至到陽極發生反應生成CO氣體,脫離反應體系為止。不難看出,用液態爐渣代替昂貴的固體電解質,克服了采用氧化鋯類固體電解質或相關功能陶瓷造成的成本過高的問題。液態爐渣是金屬熔體最好的保護層,它既可以防止金屬的二次氧化,又可以起到保溫作用。金屬熔體內的氧位、脫氧速度及強度可通過調節外加電勢來控制。從以上分析可以看出,渣-金屬間外加電場脫氧技術具有工業化應用的前景。目前,己在實驗室開展了相關研究,取得了一定的結果。
3結語
利用氧離子傳導電解質材料進行脫氧,反應過程中可將還原劑(或陽極物質)與被脫氧(還原)的物質隔離開,避免了被脫氧物質的污染。渣-金間外加直流電場脫氧的方法避免了對金屬液的污染,而且不受固體電解質的限制,成本比較低廉,因而這是生產潔凈金屬或對金屬含氧量進行調整的好方法。在冶金工業上,它可以作為一種獨立的精煉手段,也適合與后續的連鑄加工設備配合使用,還可應用于其他相關金屬熔體的脫氧過程,因此,渣-金間外加電場脫氧技術具有廣闊的應用前景。但是爐渣畢竟不同于固體電解質,要真正起到和固體電解質相類似的作用,而且能夠應用到實際的冶金生產中,還需要進行大量的理論和實驗工作。
1前言
日本冶金工業軌道衡技術的發展應追溯到日本戰后經濟振興的年代。隨著經濟的發展,使日本冶金工業迅速崛起,成為世界上技術最強的冶金大國之一。改革開放以來,我國冶金行業的特大型鋼鐵生產企業,如寶鋼、首鋼、武鋼、太鋼、鞍鋼、昆鋼、濟鋼等,都先后隨著大項目的引進,進口了代表日本先進技術的Yamato電子稱重技術,其中不乏各種軌道衡技術。下面分別介紹Yamato的幾種軌道衡技術,看日本冶金工業軌道衡技術的發展與應用。
2軌道衡在鋼鐵企業生產流程中的應用
大型冶金鋼鐵企業生產全過程中采礦、選礦、燒結、煉鐵(鐵水罐車或魚雷罐車的鐵水液面計量)、焦化煤塔用寬軌裝煤車計量、煉鋼(寬軌鐵水包車或鋼水包車計量)、軋鋼型材、板材、線材(寬軌車計量)。外進原料如原料煤、礦石、鐵精礦、石灰石、耐火材料、合金料、廢鋼計量、高爐灰,礦碴等副產品出廠的標準軌道衡的計量。
3整體式秤臺結構軌道衡
早期日本冶金行業甚至最近還在使用的稱重軌道衡,除了采用標準軌距、標準車輛外,還有大量的非標車型的深基坑超大型整體式秤臺結構軌道衡。根據車輛參數軌距、軸距、軸數、心盤距、轉向架數,全軸距、鉤舌距的不同,從而采用不同類型的軌道衡。其中軌距從1435-6700mm,軸距從900-2000mm,軸數從2-16軸,心盤距6680-14230mm,轉向架數2-3個,鉤舌距從1210-25800mm,載荷規格從10-800t。其中較為典型的Yamato整體式秤臺結構,大多為厚鋼板箱型焊接大梁,橫向采用X型聯系梁形成整體結構。限位采用拉桿或碰撞式相結合,構成復合式縱、橫向限位裝置。秤臺特點為安裝簡便、秤臺剛度大、適用于稱重頻率大的場合。整體式秤臺基礎一般為深基坑或淺基坑基礎。稱重傳感器采用日本Yamato經典的CC2/CC5系列搖柱式電阻應變式稱重傳感器,該傳感器采用了抽真空充氮全密封焊接結構以及超高度不倒翁結構,使秤臺受沖擊后回復性優于其它任何結構。傳感器規格從10-500t。準確等級符合OIMLR60C級1000-3000分度。該傳感器是當今日本和我國冶金行業在用的傳感器使用壽命最長的優選產品之一。稱重儀表采用日本Yamato在九十年代中期開發的一款多功能超小型的EDI-800型通用工業儀表。該儀表最大的特點是顯示碼可達300000,采樣速度為100次/秒,自我診斷,人機對話,屏幕菜單,各種I/O定值控制,各種通訊接口以及三菱CC-link現場總線聯網技術。
4軌枕式電子軌道衡
日本Yamato在八、九十年代,開發了一種適用于因現場條件所限,秤臺必須橫向分離的軌枕式電子軌道衡。規格從100~800t,秤量方式為靜態。該秤臺最大特點是兩根獨立的稱重大梁,就像兩根長軌枕。承重梁厚度僅為100mm左右,整個秤臺高350mm,承重梁與底座采用特殊密封技術,縱、橫向限位采用了彈簧膜片式,兩個秤臺之間僅有數根力矩桿連接。每個秤臺橫向分別有一個或兩個CC2/CC5傳感器支承。一臺魚雷罐車可配置4-8個秤臺。該裝置特別適用于超長秤臺無法運輸,現場有障礙物使秤臺必須橫向分離的場合。安裝調試也特別方便。該種類型的電子軌道衡已在日本新日制鐵、韓國的項浦鋼鐵、上海寶鋼4000m3煉鋼高爐魚雷罐車計量得到了廣泛的應用。一般冶金行業的大型煉鐵高爐有2個出鐵口,相應有4個魚雷罐車位。現場設置稱重顯示裝置,并將信號送高爐中控室。主要輸出信號為總重(4-20mA/0-F.S)、皮重(4-20mA/0-F.S)、魚雷罐車號(BCD2位);主要輸入信號為凈重(4-20mA/0-F.S)、90%重量值(4-20mA/0-F.S)、100%重量值(4-20mA/0-F.S)、魚雷罐車號(BCD2位)。
5模塊式電子軌道衡
日本Yamato在九十年代又開發了一種適用于寬軌鐵路車輛稱重的模塊式電子軌道衡。規格為100~240t,秤量方式靜態。適用于現場條件所限,不允許長時間施工的線路。整體高度低,大大節約土建成本。特別方便拆卸、維修、調試。每一個模塊為一個單獨的稱量箱,每一個模塊相當于一個稱重單元,從而取消了大型機械構件的秤臺。在不影響線路正常運輸情況下,可利用間隙時間完成安裝調試。其秤臺最大的特點是類似于我國的板式結構。在每根鋼軌下密排著稱重模塊(稱量箱)。現場安裝與維修可很方便地裝、拆稱重模塊。
6車輪測定用電子軌道衡
日本Yamato近年來,為了適應鐵路車輛超偏載檢測的需要,開發了一種適用于鐵路車輛、機車車輛的輪重、軸重進行偏載測定的車輪測定用電子軌道衡。其特點小巧輕便,無須秤臺,可低速動態稱重。此裝置已在日本的鐵路車站、編組站、機車車輛廠、修理廠得到了廣泛的應用。測定范圍0.1～10t/輪,分度值10kg,靜態準確度:±1%,動態準確度:±3%,動態車速小于10km/h。該裝置另一個特點是可附帶現場測力標定裝置。
7不斷軌電子軌道衡
日本在不斷軌軌道衡的研究技術上雖未見大量公開的報導,實際上也與西方各國一樣進行了大量的試驗研究。最近日本Yamato最新推出的不斷軌、具有數字化標定功能的電子軌道衡,足以證明了這一點。該裝置為無秤臺、不斷軌結構,整個機械結構僅有2套剪切式數字傳感器,每套傳感器分別由2個左、右側固定傳感器組成,每個傳感器用高強度螺栓固定在鋼軌腹部。秤量軌支承點長度為600mm,2套傳感器中心距為400mm,儀表有效采樣段為200mm,該裝置最大秤量為100t,分度值為100kg,秤量范圍10-100t,靜態準確度可達1%。目前由于種種因素的制約,其動、靜態計量準確度,還未達到可以作為貿易計量的用途。該裝置為無秤臺、不斷軌結構,整個機械結構僅有2套剪切式數字傳感器,每套傳感器分別由2個左、右側固定傳感器組成,每個傳感器用高強度螺栓固定在鋼軌腹部。秤量軌支承點長度為600mm,2套傳感器中心距為400mm,儀表有效采樣段為200mm,該裝置最大秤量為100t,分度值為100kg,秤量范圍10-100t,靜態準確度可達1%。目前由于種種因素的制約,其動、靜態計量準確度,還未達到可以作為貿易計量的用途。根據材料力學關于受集中載荷的簡支梁的常規彎矩與剪力分析很容易看出:輪重P在400mm稱量段中心位置Xi=0.5×L時,彎矩最大MX=P×L/4,而輪重P在400mm稱量段內剪力卻是恒定的QXi=P×Xi/L,其值與輪重P成正比。從稱量鋼軌截面進行力學分析可知,其中性軸上的剪應力最大為τMax=Q×S(/Jx×b),剪應變γMax=τMax/G,中性軸45°方向主應力σ=τMax,主應變ε=±0.5×γMax。即當列車通過測量區時,車輪重量通過稱重軌下剪力傳感器對剪應力產生的兩個拉壓對應的主應力的測試,將重量轉換成電壓信號,進行放大與A/D轉換,完成車輛的稱重。日本Yamato最新開發的USUI型剪切型鋼軌傳感器的特點是由于具有左、右側兩種傳感器成對設置,稱重段內的載荷不均勻將不影響計量準確度。具有高靈敏度,耐高溫對策。應變片基底及接線采用耐用熱高分子材料,電纜采用硅膠電纜,這樣可使傳感器保存溫度達到150℃,使用溫度達到100℃。不銹鋼彈性體激光焊接密封,電纜接頭采用O型圈密封,可適用于各種惡劣的高溫、粉塵、潮濕的環境。USUI型傳感器可實現現場安裝,拆裝方便。也可根據需要選擇鋼軌單面或雙面安裝。該傳感器另一最大的特點是具有獨特的現場測力標定裝置,供用戶作模擬加載測試。上圖為USUI型傳感器的外觀尺寸圖。該不斷軌軌道衡的控制器為日本Yamato最新款的EDI-910型稱重顯示控制器。采用了ΔΣ型20位高速A/D轉換。該儀表具有獨特的數字化標定功能,可輸入所有傳感器的靈敏度值,對其進行數字化的標定,并開放其零點,量程的標定系數,便于了調整和互換。可對稱量批次,時間、累計值、平均值、稱量范圍、偏差、極限值等數據進行統計存儲,并能存儲出錯記錄和斷電瞬時的數據及自我診斷功能。該儀表具有各種豐富的通訊接口功能,外部參數輸入可分成命令設置和自動設置二種,分時分批設置。可通過串行口與PLC聯網,并支持歐姆龍的Hostlink協議和三菱CC-LINK協議,通過現場總線融入企業的ERP管理系統。
8結束語
總之,各種型式的電子軌道衡是根據不同的生產需要而發展起來的。由于稱量物質的不同、工作環境與工況的不同、車輛型式的不同、用戶需求的不同,因此產生了不同的稱量手段與措施。我們不能籠統地說,不同型式的軌道衡產品的好與壞。從以上介紹日本Yamato不同時期提供給冶金、鐵路系統的不同型式的軌道衡產品,可以從某一側面反映了日本冶金行業軌道衡技術的發展與應用。秤體結構從整體式———軌枕式———模塊式———不斷軌式的發展過程,秤體結構的發展也伴隨著傳感器技術與稱重儀表技術的發展與更新換代。從“用戶至上”的理念出發,不斷軌技術的應用、現場模擬測力標定裝置的應用,以及儀表數字化標定技術、數字化通訊與聯網技術并融入企業的ERP管理系統,都是在用戶不同的需求中發展起來的。日本軌道衡產品技術在冶金行業的發展與應用,同樣值得我國同行的借鑒。
一、高爐熱風爐余熱回收
煉鐵高爐的熱風爐是蓄熱式爐型，在蓄熱過程中排放出的煙氣溫度有時可高達400℃，用這部分煙氣去加熱燃燒所需的助燃空氣，不僅可以節省燃料，更重要的是可提高蓄熱爐的爐頂溫度，從而可使入煉鐵爐的熱風溫度升高，熱風溫度升高可使煉鐵焦比下降，一般情況下，溫度在1000℃以上的熱風每提高100℃，每t鐵所耗焦炭可節約15kg。我國第一臺高爐熱風爐熱管空氣預熱器于1982年在馬鞍山第一煉鐵廠正式投用。使用后效果顯著，燃料煤氣耗量減少了4%，另由于使用熱管空氣預熱器后入爐熱風溫度升高，結果使每t鐵的焦炭耗量減少了10kg，當年即可收回全部投資。
經過近10年的發展，至20世紀90年代，此技術已趨于完善，目前國內許多大型鋼鐵企業都采用了這一技術，最大換熱量已達20000kW，由于容量大，且多為雙預熱(同時預熱空氣和煤氣)，因之都采用分離式的熱管空氣預熱器。圖為某鋼鐵公司高爐熱風爐余熱回收的流程及其參數。從熱風爐排出的煙氣（250℃）通過分離式熱管換熱器的加熱段降至145℃，由煙囪排入大氣。分離式熱管換熱器的冷卻段由兩部分組成，一部分加熱助燃空氣，另一部分則加熱燃料煤氣，這種雙預熱系統使燃料煤氣和助燃空氣同時被加熱到130℃以上入爐燃燒，大大提高了燃燒效率。
運行表明：該爐的熱風溫度比過去不采用此項技術前的熱風溫度提高了42.4℃，這樣使每t鐵的焦炭耗量節約了6.36kg。1993年6月份，該高爐產鐵184787t，共節約焦炭1175t。約合人民幣43萬元/月，同時煤氣的消耗量也有所下降，按熱值計節約8648.3kg/月，約合人民幣10.2萬元/月。
二、燒結機的余熱回收
冶金燒結工序能耗較高，約占鋼鐵冶金總能耗的10%~12%，根據冶金行業對部分燒結廠的熱平衡測定，一般燒結廠的總能耗達250~300GJ/t，燒結熱效率僅50%左右，余熱量很大。如何合理有效地開發和利用燒結礦余熱，一直是國內外燒結工作者所關注的課題。
經過十多年的不斷研制與推廣，從24~300m2的燒結機，回收的余熱可產生0.5~1.6MPa的蒸汽3~20t/h，所產生的蒸汽可直接用于拌料，使給料溫度大大提高，從而提高產率4~5%，并使每噸的動力消耗下降0.5kW?h。經測定計算一臺75m2的燒結機回收此項余熱的經濟效果可達70萬元／年。一般情況下設備投資在8個月可以回收，系統全部投資回收不超過14個月。
1冶金企業廢棄物回收利用模式
1.1清潔生產及其實現
1992年在里約聯合國環境開發大會上,正式承認清潔生產是可持續發展的先決條件.《中國21世紀議程》中也將其列入其中,并制定了相應的法律[1].清潔生產的實現途徑包括清潔材料、清潔工藝和清潔產品,要求在提高生產效率的同時,必須兼顧削減或消除危險物及其他有毒化學品的用量,改善勞動條件,減少對操作者的健康威脅,并能生產出安全的與環境兼容的產品.清潔生產的實施途徑包括:1)材料投入,有用副產品的利用,回收產品的再利用,以及對原材料的就地再利用,特別是在工藝過程中的循環利用;2)生產工藝或制造技術,改善工藝控制,改造原有設備,將原材料消耗量、廢物產生量、能源消耗、健康與安全風險以及生態的損壞減少到最低程度;3)自然資源使用以及空氣、土壤、水體和廢物排放的環境評價;根據環境負荷的相對尺度,確定其對生物多樣性、人體健康、自然資源的影響評價.
1.2冶金企業廢棄物回收利用模式
廢棄物的采集、回收、儲存、運輸、加工處理、利用途徑等各個環節構成了鋼鐵生產廢棄物的回收系統,這個系統中具有輸入、輸出、轉化處理、環境制約等要素.系統輸入就是來源于生產過程的廢棄物.系統輸出則是具有價值的再生資源、加工原料,能夠重新投入鋼鐵生產和其他部門使用的消費品.系統轉換是指將廢棄物變為再生資源的全過程,其中廢棄物的采集回收、撿選分類、加工處理是系統轉換的重要環節,直接關系著作為再生資源的數量、質量和價值.同時,廢棄物的資源管理、計劃管理、信息管理、運作管理也是系統轉換中必不可少的內容.社會的發展,鋼鐵工業水平,科技進步與人員素質,資源能源現狀對回收系統起著環境制約的作用,圖1為鋼鐵企業廢棄物回收利用模式.
2冶金工業中清潔生產技術
2.1建立冶金協同優化體系
冶金協同優化體系,將涉及鋼材制造過程、加工組裝過程、使用過程、廢棄過程、回收利用過程等因果鏈,組成若干區域性的兼顧社會整體節能、降低社會環境負荷、協同優化的冶金生產體系是一種發展趨勢.諸如鋼廠與發電廠的結合,鋼廠與建筑材料廠的結合,甚至某些地區的鋼廠(利用排出的CO、CH4、H2等)與石油加工或某些化工廠的結合,是一種社會的需求.冶金企業還可成為污染處理基地,如高爐噴吹廢塑料是消除“白色污染”的最佳途徑.這樣,在某些特定條件下,有可能形成包括冶金生產企業在內的工業生態鏈,甚至形成工業生態區.
2.2冶金流程及工藝的改進
冶金制造過程正以積極推進最有效技術為基本,不斷使冶金制造流程從間歇—停頓—流程長向緊湊化—準連續化—流程短的方向發展,以使物質收得率最大化、能源效率最佳化和制造流程時間最小化.從鐵礦石+能源—鋼材—制品(工程)—廢棄—再利用的過程看,分析不同類型鋼廠的能源效率和環境負荷顯得尤為重要,如短流程鋼廠的能耗及噸鋼有害氣體排放量都遠低于高爐長流程鋼廠[2].在冗長的鋼鐵冶金過程中,頻繁地加熱和冷卻物料引起了能量消耗增高.從鋼水澆注成鋼錠開始到鍛造、軋制成各種鋼材、型材,經歷了臺車式退火爐、室狀爐、均熱爐、連續加熱爐、步進式加熱爐、輥底式退火爐等多種爐型的反復加熱、冷卻,多次加熱及不同目的退火處理,鋼經歷了漫長多次的熱循環過程,消耗了巨大能源,包括煤氣、重油、電能、天然氣等的消耗.這大量能源的燃燒,消耗了巨大的熱能.研究鋼的熱循環工藝;建設和改造高爐熱風爐、大型燒結冷卻機、軋鋼加熱爐等生產裝置的余熱回收裝置,提高余熱回收率;開展連鑄熱裝熱送等,在不同工序上大面積的進行工藝改革,使加熱工藝、熱處理工藝全面系列化、規范化、科學化,必為冶金企業節能降耗,提高生產率及改進鋼的冶金質量帶來巨大經濟效益和社會效益.在冶金生產過程中實現清潔生產,注意工藝變革,可以將污染消除在過程內.如南非Saldanha鋼鐵廠率先在鋼鐵企業實現了工業化的清潔生產,其工藝引起了全世界同行的關注.它將Corex熔態還原工藝,Midrex直接煉鐵工藝,電爐煉鋼和薄板連鑄集成,將CorexC2000產生的大量剩余氣體經除CO2凈化工序后,用作Midrex直接還原鐵法的還原氣體,由Corex產出的生鐵和Midrex的直接還原鐵再作為電爐煉鋼的原料,時間短,有害元素少,提高煉鋼效率,從而形成了一條完整的綠色鋼鐵生產工藝;根據我國鋼鐵企業的經濟和生產特點,提出的基于多級流化移動床的熔態還原新工藝[3],可以徹底解決污染問題.
2.3冶金過程排放清潔處理
冶金企業從原料、焦化、燒結到煉鐵、煉鋼、連鑄以及軋鋼的生產過程中產生大量含有可利用熱量的廢氣、廢水、廢渣,同時在各工序之間存在著含有可利用能量的中間產品和半成品.
2.3.1再能源化冶金企業排放的廢氣主要包括:燒結廢氣、高爐煤氣、電爐煙氣和軋鋼加熱爐煙氣等,其余熱回收后可用于預熱助燃空氣、預熱煤氣和生產蒸汽.1)燒結廢氣在鋼鐵生產過程中,燒結工序的能耗約占總能耗的10%,僅次于煉鐵工序而位居第二.在燒結工序總能耗中,有近50%的熱能以燒結機煙氣和冷卻機廢氣的顯熱形式排入大氣,既浪費了熱能又污染了環境.采用熱管蒸汽發生器可回收燒結廢氣余熱.2)高爐煤氣高爐煤氣的回收利用比其它廢氣的回收利用意義更為重大,因為這涉及到冶金企業的氣體燃料平衡、減少燒油等重要的能源問題,所以應是廢氣余熱、余能回收利用的重點之一.對鋼鐵聯合企業來說,目標應當是努力降低高爐煤氣的放散率,增加混合煤氣量,或采用低熱值煤氣燃燒技術將其用于軋鋼加熱爐;對獨立鐵廠而言,則應盡快建設高爐煤氣電站.3)電爐煙氣電爐煉鋼過程中的廢氣余熱回收技術,有可能使電爐煉鋼節電100kW?h/t(鋼)以上,并提高電爐的生產效率.在電弧爐的熱平衡中,煙氣顯熱一般占電爐熱量的20%.一臺100t電弧爐廢鋼預熱器的綜合效益為:廢鋼平均預熱溫度可達200~250℃;電能消耗減少40~50kWh/t;熔煉時間縮短5~8min;電極消耗下降0.2~0.4kg/t;電爐熱效率達70%(不預熱廢鋼時一般為50%~60%)[4].4)軋鋼加熱爐煙氣可通過以下措施來提高軋鋼加熱爐煙氣回收利用率:采用高保溫性能、高密封性能的輕型地上煙道和高回收率的多行程優化排列的翅片或插入件強化傳熱的金屬換熱器;采用絕熱性能良好的熱回收管路;采用爐頂間隔墻來改善爐內熱交換及降低排煙溫度;采用能在高預熱溫度下以全熱風方式工作的高效燃燒裝置.
2.3.2再資源化以回收廢鋼為原料,在電弧爐內溶化.溶化后的鋼水在鋼包內進行精練,再經過連鑄和軋制成型.最初再生法只能生產低級產品,特別是鋼筋,現在它占鋼鐵市場份量越來越大.目前美國40%以上的鋼是用這種方法煉的.美國環境保護局的測試表明,使用廢鋼代替鐵礦石煉鋼時,總能耗降低近2/3,空氣污染排放物可減少86%.冶金生產中產生許多種排放物,對這些排放物進行適當處理,不僅可防止二次污染,而且可回收作為資源利用.例如:1)廢油回收設備油水分離器做燃料.2)粉塵和污染除塵器和脫水后污泥造球做燒結原料或轉爐原料.3)碎耐火磚回收分選和加工供制造廠做原料.4)廢料回收再生利用.5)礦渣高爐渣重礦渣做道路修道路或做混凝土骨料;高爐渣水淬渣脫水加工做水泥原料或肥料;轉爐渣重礦渣破碎、磁選返回燃結、轉爐做原料或修道路.
2.3.3無害化處理冶金企業的無害化處理比較集中在水處理、煙塵處理以及某些有害刺激性氣體的處理上.冶金企業廢水排放量大.掌握各工序廢水的特點,對整體研究企業節水及廢水治理、以廢治廢大有益處.例如利用不同工序的酸性廢水和堿性廢水調節混合,中和為中性后,不僅可滿足環保上對廢水pH值的要求,而且可消除廢水復用時對管道的腐蝕,提高廢水循環復用的實際可能性.另外,利用有些廢水混合后反應產生沉淀物及產生的沉淀物的吸附性能,降低廢水中懸浮物含量及其它有害物質含量,不僅提高廢水水質,而且可使本不能復用的廢水能夠復用.然而更為根本的問題是:如何少用水、不用水或是水的充分循環利用.作為再能源化和不用水的絕妙結合的例子就是干熄焦(CDQ).北美有的新建焦爐將原來煉焦—化工系統轉為煉焦—發電系統也是值得注意的新動向.煙氣脫硫對于酸雨等大面積區域生態環境以及居民的健康有著直接的影響.目前氮氧化合物(NOx)的防治也應引起人們的重視.
3結語
冶金工業是國民經濟支柱產業,鋼鐵仍然是非常重要的結構材料和迄今為止產量最大的功能材料,在眾多的使用領域內鋼鐵仍屬必選材料,是工、農業、交通運輸業和國防工業的基礎.冶金工業屬于流程制造業,在冶金制造體系中大量的物質/產品流、大量能量轉換過程、多種形式的排放過程和大量的排放/廢棄物都對環境造成不同層次、不同程度上的影響,其污染困惑著這一行業的發展,走清潔生產的道路是冶金工業面向新世紀的重要命題.
環境治理和資源保障：重金屬污染得到有效防控，資源綜合利用水平明顯提高，2015年重點區域重金屬污染物排放量比2007年減少15%。在淘汰落后產能方面，銅冶煉需要淘汰鼓風爐、電爐、反射爐煉銅工藝及設備；鉛冶煉需要淘汰采用燒結鍋、燒結盤、簡易高爐等落后的煉鉛工藝及設備，未配套制酸及尾氣吸收系統的燒結機煉鉛工藝、燒結鼓風爐煉鉛工藝；鋅冶煉需要淘汰采用馬弗爐、馬槽爐、槽罐、小豎罐等進行焙燒，采用簡易冷凝設施進行收塵等落后的煉鋅或生產氧化鋅工藝設備;銻冶煉需要淘汰采用地坑爐、坩堝爐、郝氏爐等落后方式煉銻。
1行業準入條件
行業準入條件從生產規模、工藝裝備、能源消耗、資源綜合利用、環境保護等多個方面對冶煉行業提出了要求，需要嚴格遵守，現有的主要有色重金屬行業準入條件。
2資源情況
我國有色金屬礦產資源特點一是有色礦產資源總量很大，但人均占有資源量卻很低；二是貧礦較多，富礦少，開發利用難度大；三是共生伴生礦床多，單一礦床少；四是分布范圍廣，區域不均衡。
2.1主要有色重金屬的生產及消費表2為2005年以來主要有色重金屬的生產及消費情況。可以看出，主要有色重金屬的產量和消費量基本逐年增加，其中銅、鋅、鎳的消費量大于產量，對進口產品的依賴程度很大。
2.2主要有色金屬資源問題及建議在銅資源方面，未來中國的銅冶煉產能仍將保持快速擴張趨勢，對進口原料依賴程度將繼續加大，在加大國內找礦力度及國際合作項目的同時，各企業應更加重視廢銅資源的回收再利用工作，走綠色經濟發展的道路[1-2]。鉛鋅資源的主要問題包括資源稟賦欠佳、定價話語權缺乏、冶煉原料供應不足，應進一步加大找礦力度，淘汰落后產能和生產工藝，促進企業重組，防止產能過分擴張，保護國內鉛鋅資源。與此同時，不斷開發新技術，加快再生鉛鋅產業的發展[3-4]。我國鎳資源非常缺乏，對國外原料的依賴程度非常高，鎳原料價格的波動或供給發生短缺時，經常會對產業造成嚴重沖擊，因此，確保鎳原料長期而穩定供應是鎳產業發展的重要課題[5]。國錫資源的主要問題在于缺口逐漸拉大、冶煉技術水平較低、存在私挖濫采現象，建議加強政府層面的監管，保護錫資源；不斷開發錫冶煉新技術，增加產品的附加值；促進企業之間的兼并重組，形成大型的生產公司或企業集團，增加市場的競爭力和話語權。我國銻資源的主要問題在于過量和非法開采造成資源浪費、環境污染問題嚴重、流通和出口秩序混亂，走私嚴重。建議加強地質勘查工作，鼓勵商業性勘查；繼續實行保護性開采，規范生產經營秩序；依靠科技進步，調整和優化產品結構；加大企業整合力度，提高集中度；規范出口渠道，整頓出口秩序[6]。
3技術發展現狀
我國有色重金屬冶金產業經過多年的發展，工藝和裝備水平得到顯著提高，表3為2005年以來主要有色重金屬的冶煉綜合能耗。從表中可以看出，銅、鋅、錫冶煉綜合能耗逐年下降，鉛冶煉能耗2007年指標略高于2006年指標，但總體呈下降趨勢，鎳和銻冶煉能耗雖然整體呈下降的趨勢，但下降幅度不大。
3.1銅冶煉銅主要采用火法的方法冶煉，包括閃速熔煉和熔池熔煉。閃速熔煉可分為奧托昆普閃速爐和因科閃速爐。熔池熔煉按包括諾蘭達法、奧斯麥特/艾薩法、白銀法、水口山煉銅法、瓦紐柯夫熔煉法、特尼恩特熔煉法、三菱熔煉法、卡爾多爐熔煉法、旋渦頂吹熔煉法等。閃速熔煉的主要優勢在于產能大、節能環保效果好、自動化控制水平高、爐體壽命長，而熔池熔煉的優勢在于對產能限制小及對原料要求較低。
3.2鉛冶煉鉛幾乎全部采用火法方式生產。目前的熔煉工藝包括燒結焙燒—鼓風爐還原、氧氣底吹熔煉—鼓風爐還原(SKS法)、奧斯麥特/艾薩法、卡爾多法、QSL法、基夫賽特法等。燒結焙燒—鼓風爐還原是傳統的煉鉛方法，優點在于工藝穩定，技術成熟，對原料適應性強，但煙氣SO2濃度低、難于制酸，熱量利用率低，勞動條件差。QSL法改善了衛生條件，簡化了操作，但其煙塵率和渣含鉛較高。SKS法主要優點在于工藝簡單，缺點在于氧槍和爐壽周期短、規模受限、流程長、爐體難以密閉存在低空污染。奧斯麥特/艾薩法主要優點是設備簡單、投資相對較低、原料適應性強，缺點是氧化和還原需在不同的爐子內完成，且氧槍壽命短，需要定期更換。Kaldo法使熔煉、還原和精煉在同一爐內完成，爐體結構緊湊，環保效果好，但該法的階段性作業，不利于SO2的回收利用[7]。Kivcet法的優點是工藝過程連續穩定、設備壽命長、原料適應性強、環保效果好，缺點是電熱還原區相對靜止，影響傳質傳熱速度、電耗較高，且爐型相對復雜，一次投資較高。
3.3鋅冶煉鋅的冶煉方法主要為濕法，包括浸出、凈化和電積三個工序。1)浸出。浸出方式包括氧壓浸出和富氧常壓浸出，二者都可以直接處理硫化鋅精礦，不需要焙燒脫硫制酸工序，沒有大氣污染。只是氧壓浸出在硫的熔點以上進行，壓力較高，反應速度快，但對反應器制作要求高，控制難度大。而常壓富氧浸出反應器在常壓下工作，溫度相對低，設備安全可靠性上有很大優點，但同時由于反應速度慢，同樣處理量下設備要龐大的多[8]。2)凈化。凈化方法主要有鋅粉—銻鹽法，鋅粉-黃藥法、鋅粉—砷鹽法、鋅粉—β萘酚法等。流程一般有一段、二段、三段和四段之分，視溶液雜質含量而定。作業方式有間斷作業和連續作業。連續作業的優點是生產率高，易于實現自動化，但操作控制要求較高。3)電積。目前電積仍以傳統工藝為主，新的電積工藝包括聯合電解法和氣體擴散陽極電積法，但并未得到大規模應用。
3.4鎳冶煉鎳主要采用火法的方式生產，可分為鼓風爐、礦熱電爐、反射爐、閃速爐、轉爐及奧斯麥特爐。鼓風爐熔煉是最早的煉鎳方法之一，現已逐步淘汰[9]。礦熱電爐的優點在于可以有效控制溫度、煙氣量小、金屬回收率高，但電耗大，生產成本往往較高。反射爐結構簡單、對原料和燃料的適應性較強、生產中耗水少、作業率高、適合大規模生產，缺點是燃料消耗量大、熱效率低、煙氣中SO2濃度低、占地面積大、消耗大量耐火材料等。閃速爐的優點在于生產能力大、煙氣量相對小、可減少環境污染、綜合能耗低、容易實現自動化，但相對煙塵率較大，物料準備要求較高。轉爐具有熱效率高、爐體體積小，拆卸容易，更換方便等優點，但具有間歇作業，操作頻繁，煙氣量和煙氣成分呈周期變化等缺點。奧斯麥特爐則采用浸沒噴槍技術，煙氣量小，投資較低，爐體密閉具有環保優勢，缺點是噴槍需要經常更換，單臺設備的生產能力有限。
3.5錫冶煉錫主要采用火法的方法生產，包括反射爐、電爐及奧斯麥特爐。反射爐熔煉是傳統的煉錫方法，對原料、燃料的適應性強，操作簡便，但其生產效率低、熱效率低、燃料消耗大、勞動強度大，有被強化熔煉方法取代的趨勢。電爐熔煉具有爐床能力高、直收率高、熱效率高、渣含錫低等優點，但需要電能豐富的地區采用。奧斯麥特技術是目前世界上最先進的錫強化熔煉技術，具有熔煉效率高、物料適應性強、熱利用率高、環保效果好、自動化程度高、占地面積小、投資等優勢，是取代反射爐等傳統煉錫設備較理想的技術設備。
3.6銻冶煉銻主要采用火法的方法生產，可分為單一硫化礦、氧化礦的處理和復雜銻鉛礦的處理。1)單一硫化礦、氧化礦的處理。主要的處理方法包括揮發焙燒(熔煉)———還原熔煉。還原熔煉主要在反射爐內進行，揮發焙燒設備包括回轉窯、沸騰爐、燒結機、轉窯、鼓風爐、旋渦爐等。目前揮發設備主要采用的是鼓風爐，優點是對原料適應性強、可處理硫化礦和氧化礦、揮發率高、回收率高、銻氧品位高、生產能力大、勞動條件好、SO2可以制酸、污染小。2)復雜銻鉛礦的處理。目前應用于生產的冶煉工藝為火法沸騰爐焙燒脫硫—反射爐還原熔煉—兩次吹煉再還原熔煉[10]。存在的主要問題包括返料多、流程長、銻鉛分離困難。由于生產流程返料多，銻鉛的回收率很低，導致加工費高，企業僅有薄利。低濃度SO2和氧化砷煙氣直接排放污染環境。綜合回收差，銀的回收率僅60%。傳統工藝問題較多，需要開發新的工藝來替代。
4產業技術路線圖及重點研究方向
4.1技術路線圖內容包括工藝研究、優秀裝備研究及工程示范應用。研究成果首先應用于聯盟內部成員單位，并積極向外推廣，從而形成對整個產業的帶動和輻射效果，促進技術的不斷進步。
4.2重點研究方向通過對行業內典型企業、高校和科研院所的調研，在未來幾年重有色行業重點技術需求、研究開發方向。
5結語
本技術路線圖的結合了產業政策、資源情況、市場情況、技術發展現狀以及典型企業的技術需求，提出了未來幾年的技術需求和重點研發方向，可供實施相關創新項目參考。
作者：阮建國 王志剛 單位：中國瑞林工程技術有限公司
