冶金工业自动化概论1

1、 冶金工业自动化冶金工业自动化( (冶金控制学冶金控制学) ) 概概 论论 教学内容概述： 冶金工艺流程：采矿、选矿过程工艺流程。 钢铁工业工艺流程。包括铁区、钢区和轧区的生产工艺流程。 冶金工业自动化系统的体系结构： 冶金工业自动化的进展及系统结构。包括 从简单的检测发展成三级结构的计算机集成制造系统（ CIMS ）和网络集成制 造系统（ WIMS ）。 冶金工业自动化内容（基础自动化、过程自动化和管理自动化）、特点 （ EIC 一体化等）与结构分析（基础自动化、过程自动化和管理自动化系统的 多种结构形式）。 采选过程检测仪表： 采矿装设的主要检测仪表。 选矿装设的主要检测仪表。 采选过程检

2、测仪表特点，主要是要适应采矿和选矿生产的特点。 炼铁过程检测仪表： 铁区(包括原料场、炼焦、烧结、球团、高炉炼铁)装设 的主要检测仪表。 原料场、炼焦、烧结、高炉炼铁所使用的主要特殊检测仪表原理及动作分析。 炼钢过程检测仪表：铁水预处理、转炉或电弧炉、炉外精炼和连续铸钢装设的 检测仪表及其原理与动作分析。 教学内容概述： 采选自动控制系统：采选自动控制内容。包括采矿的露天矿、井下、提升 系统、矿山固定设备自动控制和选矿的破碎、磨矿、选别、脱水自动控制等。 采选主要的自动控制系统分析。包括采矿的牙轮钻机、钻车、矿山电机 车运输、提升系统、充填系统自动控制和选矿的破碎机负荷、球磨机给矿和 给水、分

3、级机溢流浓度、螺旋选矿机矿浆给入量及浓度、浮选机矿浆液位和 药剂添加、矿浆pH值、浓缩机自动控制（磁选，介绍选矿工艺流程）。 炼钢自动控制系统： 铁水预处理（三脱）、转炉（氧枪升降及旋转、配料 系统、炉体倾动、顶底枪供气系统和除尘水冷系统）或电弧炉（实物图片）、 炉外精炼、连续铸锭自动控制的内容。 炼钢区的主要自动控制分析。包括：铁水预处理的高炉炉前脱硅、喷吹 法铁水单脱硫等自动控制，转炉的供氧、副枪、底吹、炉口微差压、副原料 输送和投料等自动控制，电弧 炉的氧燃助熔、吹氧和氧枪、炉压、电极升降、 排烟与除尘等自动控制，炉外精炼的KIP喷粉脱硫、CAS、LFV钢包炉、RH 装置、AOD炉的自动

4、控制，连续铸锭的中间包钢水和结晶器钢水液位、二次 冷却水、铸坯定长切割等自动控制。 炼钢过程自动化：铁水预处理、转炉、电弧炉、炉外精炼及连续铸钢过程 自动化主要功能。 炼钢过程各工序过程自动化中数学模型及人工智能的应用。 炼钢过程典型数学模型。 1冶金工业的性质和特点 冶金工业是生产各种金属原材料的工业。有以下特点： 种类繁多，工艺各别。通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属主要 是指钢铁，它也包括铁、锰、铬及其合金。除此以外，有80多种金属都叫有色金属。有 色金属一般分成五大类：即轻有色金属 ；重有色金属 ；贵金属 ；半金属 ；稀有金属 。 金属不同，提炼工艺也不同。 规模较大，过

5、程复杂。冶金企业大都由一系列工厂组成，规模大。特别是钢铁工业， 是联合企业型式，包括采矿、选矿、精矿烧结或制成球团（炼焦及焦炭作用），制成适 合于高炉所需块度的原料，经高炉炼成生铁，再由转炉或电炉炼成钢，铸成锭以后，经 各式轧机轧成板材（工艺提示）、管材、型材和线材等，生产过程十分复杂，设备极其 不同。 条件恶劣，性质各异。冶金生产条件恶劣，其性质差别相当大，有些过程进行较慢， 如高炉生产过程， 有些过程进行很快，如轧钢过程， 有些过程是高温的，例如炼铁、 炼钢其温度超过1600C；有些过程是有腐蚀性的，如湿法冶金过程；而有些过程则粉尘 极大，如烧结、氧化铝生产等。（高炉煤气回收、干熄焦） 2

6、冶金生产工艺流程 (1)钢铁生产工艺流程 由矿石到钢材的生产主要可分为两个流程：烧结球团和焦化高炉转炉 轧机流程；直接还原或熔融还原电炉轧机流程。前者被称为长流程(是目前 的主流程)，后者则被称为短流程。两者都是由一系列分厂或车间组成的钢铁总厂，前 者一般分为原料场，烧结、球团、焦化(或炼焦、化工)、炼铁、炼钢(含铁水预处理、 转炉、炉外精炼、连续铸钢)和各类轧钢(钢管、热轧带钢、冷轧板带、线棒材、型钢、 轨梁、中厚板等)等 分厂；此外还有一些辅助分厂，如动力部(包括发电、供电、煤气、氧气、给水等分 厂)。选矿厂一般在矿山附近(一般与采矿合为矿山公司)，只有矿山较近时才设在钢铁 厂内。后者没有

7、烧结、球团、焦化分厂。 (2)有色金属生产工艺流程 有色金属生产一般是冶炼和加工分别设厂(如贵溪铜冶炼厂、洛阳铜加工厂等)，但 也是分别由很多分厂组成的联合企业，如铝加工厂，包括熔炼分厂、铝板分厂、铝管 分厂、铝箔分厂和动力分厂等。 3冶金工业的规律 尽管金属种类很多，其提炼、成材的工艺各异，但大多由下列4部分组成：采 矿、选矿、冶炼和加工，无论黑色或有色金属生产，其采矿、选矿过程都很类似，钢 铁轧制和铝、铜轧制虽各有其特点，但轧制设备都大致相同。即使各种金属冶炼过程 十分不同，但不外乎是火法冶金、湿法冶金或粉末冶金。 因此只要从总体上了解其过程、特性、操作方法和关键所在，就可将它分成许 多单

8、元系统(如温度、流量、压力、物位、成分等控制系统)，抓住其特点、扰动因素 及关联性质就可决定其控制方法。 4冶金工业自动化的发展过程 真正使用自动化技术和装置是在第二次世界大战以后，大致经历了5个阶段(表1)， 今天已从基础自动化发展成多级计算机综合管理控制一体化系统和BPSMESPCS 三级结构的CIMS系统。（ERP、成本核算、能源、质量、库存和销售管理） 5冶金工业自动化的作用 冶金工业自动化不仅是冶金工业现代化的标志和必不可少的环节，而且是冶金 生产操作必须的技术，离开自动化就难以获得良好的技术经济指标，达到高效、高产、 优质和低耗的效果。在定量方面也显示自动化的巨大经济效益，据奥钢联

9、统计，使用 了该公司的先进自动化系统后，仅计算定量的数据，已证实烧结可提高生产率5， 高炉铁水成本降低16，转炉温度偏差减少约40、碳偏差减少约45、重吹率降 低约60、生产率提高约10，二次吹炼降低合金化成本15、缩短处理时间5， 连铸漏钢减少80、最终板材不合格率降低60、热装率提高6、耐酸钢质量检验 不合格率降低75，热轧板带加热炉节能10、宽度公差为3mm、收得率提高 075、厚度公差降至标准值的14、板形波动20um、平直度偏差在30I单位以内、 卷取温度偏差16C等，自动化投资约12年内收回，因此，世界各国冶金工业都大 力采用自动化。 由于冶金自动化是为冶金生产服务的，要构成一个有

10、效的自动化系统，必须熟 悉冶金生产工艺、设备和对象特性，因此现代冶金自动化是一门综合的技术，包括冶 金生产工艺、设备和对象特性、专用仪表和特有的自动化系统、计算机硬件软件技术、 网络与通信技术以及信息技术、自动化装备、控制理论、维护水平、各国的实情等， 这就是“冶金控制学”的概念。 1冶金工业的性质和特点 冶金工业是生产各种金属原材料的工业。有以下特点： 种类繁多，工艺各别。通常把金属分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属主要 是指钢铁，它也包括铁、锰、铬及其合金。除此以外，有80多种金属都叫有色金属。有 色金属一般分成五大类：即轻有色金属 ；重有色金属 ；贵金属 ；半金属 ；稀有金属 。 金属不同，提炼工艺也不同。 规模较大，过程复杂。冶金企业大都由一系列工厂组成，规模大。特别是钢铁工业， 是联合企业型式，包括采矿、选矿、精矿烧结或制成球团（炼焦及焦炭作用），制成适 合于高炉所需块度的原料，经高炉炼成生铁，再由转炉或电炉炼成钢，铸成锭以后，经 各式轧机轧成板材（工艺提示）、管材、型材和线材