时间：2022-04-04 08:20:42
导语：在冶金技术论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了一篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
1．钢结构在冶金厂房建筑中的应用优势
1.1钢结构制作简单方便，施工周期短
钢结构在施工的过程中使用的材料比较简单，同时加工的方法没有非常大的难度，同时很多的流程都可以借助机械来完成，所以钢结构通常是在专业化的金属结构厂就已经生产出比较精确的构件，之后直接将其应用在施工当中，在构件拼装的过程中还可以在工地使用非常简单的普通螺栓和高强度螺栓进行连接，如果条件允许也可以使用施工现场的便利条件将其设置成大单元，之后再完成吊装施工，这样就可以很好的提高施工的效率，缩短施工的周期。这种结构对已经完成建设的钢建筑也有着非常好的改建和加固效果，在施工的过程中如果出现了非常严重的以外情况，可以根据工程建设的实际需要来对整个工程进行拆除，在拆除的过程中不需要很长的时间，同时经济损失也比较小，这些性能都是混凝土建筑结构所不具备的。
1．2钢结构符合可持续发展政策
钢结构建筑是一项绿色环保建筑产业，相对于钢筋混凝土结构、砖混结构而言，钢结构对资源、能源的利用相对合理，对环境的破坏相对较少，是解决环境问题的一个有效突破口。钢材作为一种高强、高效能的材料，不但具有很高的再循环价值，而且材料的边角料也可回收利用。据统计，与其他类型的同等规模建筑物相比，钢结构建筑在建造过程中有害气体的排放量降低35％左右。此外，钢结构具有工厂化生产、现场施工周期短的优点，能够最大限度地减少施工过程对周围环境的影响，同时砂石、土和水泥等散料也很少使用，能够从根本上避免尘土飞扬、环境污染、废物堆积以及噪声污染等问题。钢结构作为一种新型体系可以带动其他节能环保材料的推广使用，钢结构体系具有十分可观的灵活性，各种轻质高强墙体材料都可以应用到钢结构中，推动实现墙体材料的改革和成套应用。
1．3结构自重轻
抗震能力强根据比较，对于同一种建筑造型，一栋六层钢结构住宅重量仅相当于一栋四层砖混结构住宅的重量。建筑总重量小，地震力效应较小，延性良好，对应的抗震性能十分优越，多次震后资料对比都说明了这一点。
2.工业厂房大跨度钢结构的安装施工
2.1大跨度钢结构施工安装的总流程
因为施工条件的限制，在施工的过程中不能采用四跨同时施工的方式，所以也就只能选择按照先后的顺序进行施工，施工程序的选择对整个结构的质量和形式都有着非常重大的影响，如果施工的过程中采用的是从两个边跨逐渐向中间施工，就很有可能因为之前施工中出现的偏差而使得结构自身产生非常大的应力，如果在施工中选择从中间跨向两边跨施工，就可以很好的避免上述的问题。
2.2钢柱吊装
因为钢柱整体的刚度正好和整个结构的形状呈现出对称的状态，所以对吊点的选择没有非常大的限制、钢柱单件的重量最大为13吨，在施工的过程中也应该选择50吨的汽车吊，卡环吊也应该选择性能较好的吊车，在计算之后发现其可以很好的满足施工的标准和要求，在进行吊装施工之前首先应该对柱底螺栓的位置进行严格的检查，看其是否出现了移位的现象，如果出现了偏位，一定要对其进行及时的校正，同时还要对螺母的丝扣进行有效的保护，防止其出现严重的损坏现象，在螺栓的调整和校对全部结束之后才能进行吊装施工。将钢柱柱脚的中线对准测量放线的轴线，如误差过大则用千斤顶将柱脚轴线误差调校至规范要求范围内，满足设计要求。用垫铁将钢柱标高调校至设计要求范围内，使钢柱只能水平方向位移，不能上下移动。将标高、柱底轴线调校好的钢柱利用四个准备好的手动葫芦调校垂直，将调校好的钢柱与预埋件焊接固定，即钢柱的校正工作完成。
2．3临时支撑的安装
临时支撑标准节横截面尺寸为：2mx2m，高度为：2m；非标准节横截面尺寸为2mx2m，高度为：1m；立柱采用qbl40x6钢管，斜腹杆和横杆采用合适的钢管，钢材材质均为Q345B。非标准节顶部设有可调节高度的装置，通过标准节和非标准节的组合可随意调整临时支撑的整体高度，使得临时支撑可灵活应用于任意高度的支撑。临时支撑的位置布置根据主桁架的具体施工方案而定，在桁架断点处设置临时支撑作为临时支撑点。临时支撑采用钢筋混凝土独立基础，在临时支撑四周设置1．5m高防撞护栏，并用彩钢板进行维护，在顶部搭设操作平台。
2．4桁架安装
桁架的安装采用分段吊装高空拼装方法，主要安装流程为：钢柱的安装_临时支撑的安装_桁架吊装及高空拼装_檩条及屋面板的安装_临时支撑拆除。具体每一跨或者每一榀桁架的安装方法会根据具体的施工条件来确定。
3.结语
和传统的混凝土结构的建筑相比，钢结构建筑可以更好的实现工厂化的生产，同时在施工的过程中也可以对施工的质量进行更加严格和细致的控制，但是在施工中还需要不断的加强对这种结构和技术的研究，只有这样才能更好的推动钢结构施工的质量，使其在冶金工业厂房建设中发挥更大的积极作用，促进建筑行业发展的同时，也为冶金厂房的正常使用奠定了良好的基础。
作者：李游 仲磊 单位：鑫诚建设监理咨询有限公司黑龙江分公司
1、电气自动化元件在冶金行业的应用
电气自动化元件在冶金行业的应用非常广泛，常见的一些自动化元件例如：继电器：一种输入回路和输出回路的电子控制装置，其运作方式是通过控制电流，从而在电路中达到一个转换电路、控制电流等作用，是常见的电路安全装置。高压隔离开关：自动化系统中稳定性较高的一种安全保护装置，保证电路使用过程中操作人员的人身安全，隔离高压电源对人身和设备可能存在的安全隐患。高压熔断器：当电路电流超过负载或者超出规定值的一段时间后，高压熔断器会自动融化从而分离电流，断开电源，有效保证电路及人身安全。传感器：感知外界的信息并将其转化为可用信号的一种检测装置，被广泛应用于各个生产加工环节。传感器由敏感原件和转换组件两部分构成，常见的传感器有压力传感器（将压力变化转变为电流或电压的传感器）、温度传感器（能感受温度变化并将其转换为可输出信号的传感器）、流量传感器（可以感受流体流量并将其转换为输出信号的传感器）。
2、PLC技术在冶金行业的应用
PLC作为电气自动化技术现已在冶金行业中得以广泛运用。其本身是一种数字运算操作的电子装置，在工业生产环境的各个角落都可以得到有效利用。PLC技术的工作原理是通过可编程储存器来执行各种逻辑顺序运算，正确的完成指令，在工业生产中，PLC技术可以通过数字模拟输入输出的进给量与操作量，从而控制各类机械的生产过程。目前，PLC技术也被广泛应用与冶金行业，以此保障高温高电压的工作环境下，设备和操作人员的安全。其常见的实际应用，例如：物料管理系统中，PLC技术可以控制不同仓库的物料管理，并且实现有效控制。对物料进行编码储存管理，高效的运算能力可以保证大型仓库的物流管理实现可调节、高效运作的模式。同时可以连接各仓库系统中的通讯网络，保证良好的通讯网络构建。在冶金生产中，常见的生产原料和生产单位称重、同时将所得数据进行有效整理，这都是现如今PLC技术实际应用中可以轻松完成的，其在很大程度上提高了控制系统的自动化程度，为冶金行业的生产提供了有力保障。冶金生产中最难以解决的废料、废水处理问题，现如今也已经采用PLC技术代替原有的处理系统。首先，原有处理系统是利用离子交换树脂，从而将废水吸收。但这种做法对于使用时效不长的树脂原料耗损巨大，缺点明显。如今所采用的PLC自动化控制系统，可以通过高效的控制，让树脂还原处理系统与离子交换系统同时运行，即保证了废水的有效清除，又能保证工作的可循环性和稳定性，极大的提高了工作效率。
3、电气自动化技术在冶金行业中未来的发展方向
3.1提高自动化控制程度
随着工业发展的不断进步，市场对于生产要求的不断提高，高效稳定的工业化生产才能更好的满足市场的需要。在冶金行业中，自动化控制系统已经越来越符合工业生产的要求，其综合性、有效性实现了冶金过程中的快速判断和快速处理，保障了工作质量，同时提高产量、减少原材料消耗、减少废弃物污染以及保障设备和人员的安全。因此，提高电气自动化的控制程度已经成为在众多企业的竞争中脱颖而出的重要因素。
3.2提高自主集成数字化的控制水平
通过对整套控制系统进行实时监控，从而提高控制的有效性和安全性，并且实现对冶金过程的准确把握，避免出现操作失误。对于自主集成的数字化控制系统，要做到实时监控有效把握，不断提高数据探索技术的应用水平。
3.3提高自动化服务的水平
自动化系统在冶金生产中的发展方向，就是要通过优化与升级，在服务水平上做到精确稳定，减少故障与误差，提高服务标准，在今后的电气自动化发展中向着智能化、信息化以及微型化的发展方向不断前进，实现自动化系统的更高效利用。
4、结语
综上所述，冶金行业生产多在环境恶劣的条件下进行，其制作工艺流程繁多并且要求精确，对生产的产品质量要求很高，因此对先进技术的应用就显得尤为重要。电气自动化技术在冶金生产的过程中具有非常重要的地位和作用，其本身就代表着先进的生产力，只有更好的将电气自动化技术与冶金行业的生产相结合，才能提高行业竞争力，为社会创造出更大的价值。
作者：唐琦 陈汝强
一、教师在课堂中的作用
学生完成任务之后，教师要进行纠正说明以及总结评价，从而保证学生所讲内容的正确性以及完整性，进一步深化教学内容。除了专业问题外，每位学生要发表学习过程中的一些感受，其他学生要进行提问，使学生们都参与到课堂中来，提高学生们的学习兴趣。在学好专业知识的基础上，培养学生们的创新意识及科学素养。最后由教师进行总结与评价，评价内容包括学生在此次任务完成中的表现，对目标知识掌握的程度以及解决问题的能力和创新思维的能力等。
二、立体式教学法的应用
立体式教学法旨在保障知识传授的基础上，强化思维能力的训练。经过对三届选修冶金工程新工艺及新技术课程的研究生进行的对比实验教学，选取72名无显著差异的研究生作为研究对象，对立体式教学法进行了探索与研究。
1．对于拓展视野的帮助
研究生的学习需要以开阔的眼界来观察与研究专业领域内的热点问题。研究生不能沉浸在周围的小环境下，需要放眼世界，从更大的角度去审视问题、分析和处理问题。结果表明，绝大多数学生认为立体式教学法有助于拓展学生的视野，但仍有8%的学生认为该教学法无助于拓展学生视野。究其原因，主要有以下四点：（1）教师所设置的任务所包含知识面还不够广泛，具有一定的局限性；（2）学生在完成任务的过程中查找资料的途径比较局限，文献查阅能力有待提高；（3）教师应当收集一些学生收集能力范围之外的有用信息教授学生，从而起到引领作用；（4）各个学生在讲述自己所准备的材料过程中，因为个人表达能力等方面因素的差异，导致信息传递不畅。
2．思维创新能力的培养
有23%的学生认为，该课堂教学法对于其思维创新能力的培养非常有效，44%的学生认为该方法是有效的，完全认同的学生数量相对较少，同时，也有5%的学生认为该教学法对于其思维创新能力的培养没有效果。这主要是因为：（1）受大纲对于课程内容规定的限制，课程内容涉及面仍显较窄。因此，应该进一步加强授课内容的改进，强调交叉融合。（2）交流不足，学生们还没有完全适应该教学法，课堂上稍显怯懦，同时，教师由于长期受到传统教学思维的影响，在这种新型教学的课堂上，并没有完全消除“填鸭式”教学法的影响，教师往往在点评过程中，进行了某些灌输，对学生们的思考有些束缚。在立体式教学过程中，可适当邀请某些冶金领域知名教授前来参与课堂教学活动，与学生们开展对话与交流，锻炼学生的胆量，同时，也可以从自身实际出发，启迪学生们的思维，引导学生去发现问题。
3．对于提高科研能力的帮助
良好的科研能力是研究生所必须具备的基本功，这包括资料收集与处理的能力、科研创新能力、发现问题及解决问题的能力、逻辑思维与口头表达的能力等。研究发现，仅有20%的学生认为该教学法对于提高自身科研能力具有很大的帮助，这说明，就培养学生科研素养而言，该教学法仍需适当改进，以进一步提高学生的认可度。同时仍有3%的学生认为该教学法对于提高其科研能力没有帮助。究其原因，主要是：（1）学生的学习主动性有待提高。这需要教师融理论教学于实际之中，让学生明白所学专业知识的用途以及运用的方式，从而激发学生的学习热情。（2）在教学过程中，科研方法方面的内容应进一步增强，也就是增加方法论方面的内容，教授学生科学思考及科学研究的方法，从而帮助学生提高科研能力。
4．知识收获方面
对研究生而言，重在能力及方法的学习，但是作为课堂教学，知识的传授也必不可少，只是与本科生相比，所获得的知识应更加前沿，更加接近实际。通过调查发现，有20%的学生认为，通过该教学法，其所获取的知识量一般，更有5%的学生认为，并没有通过该教学法获取更为丰富的前沿知识。鉴于此，在应用这种方法开展教学时，应着重注意：（1）注重价值引导，强调知识的作用，诱发学生获取新知的欲望；（2）注意研究生教育过程中存在的“重科研、轻教学”的问题，处理好之间的关系，重视课堂教学，使学生的课堂学习与科学研究有机结合，实现课程学习为科研服务，在科研活动中又获取新知的良性循环。
三、结束语
基于冶金新工艺及新技术课程的立体式教学法，激发了学生主动接受最新前沿知识、科研动态及思维方法的兴趣，新工艺及新技术对于挖掘学生的创新潜能，培养学生的科学精神，调动学生的主动意识以及提高学生的创新素质具有良好的效果。同时，调查结果也可以看出，立体式教学法仍有进一步提升的空间。
作者：李林波 武姣娜 方钊 单位：西安建筑科技大学冶金工程学院
一、冶金工业遗产所承载的技术史价值：以铁桥峡为例
以焦炭炼铁开始的近代冶金业的技术创新在工业革命时期对人类文明影响巨大，因此在工业遗产保护领域受到普遍重视。如英国于20世纪80年代末启动了历史遗迹保护项目,钢铁工业历史遗迹作为其重要部分，形成了398个影像资料和70个文件的档案记录。[4]在英国所有与冶金工业有关的遗址中，最重要的当然是位于伯明翰西北50公里的泰尔福德（Telford)地区的铁桥峡。近代冶金工业遗产对工业文明带来的巨大影响，其根本上是钢铁冶炼新技术及其大规模普及所带来的，从这一意义上，我们认为冶金工业遗产的技术史价值可以从四个方面来概括：一是核心技术的发明或引进；二是新旧技术体系的交替；三是冶金产品如钢铁及其重要景观的形成；四是新技术及其生产系统对社会和文化的影响。而铁桥峡遗址具备了上述四种技术史价值的全部要素，围绕这些要素，相应的工业遗产保护和开发实践得以展开：第一，焦炭炼铁技术的发明和使用，是铁桥峡成为工业革命主要发源地的根本原因，也是其作为工业遗产的核心价值所在。铁桥峡之所以成为工业革命的主要发源地，是因为1709年亚伯拉罕.达比（AbrahamDarby,1676-1717)在此成功地用焦炭炼出生铁，这一技术创新使炼铁业摆脱了对木材的依赖而获得充分的发展空间，也拉动了煤矿业的进一步繁荣。以钢铁为原料的动力机械、工程建筑和铁路交通因此得以大规模发展，人类开始进入“钢铁时代”。[5]基于焦炭炼铁在技术史上的意义，铁桥峡成为了英国工业遗产保护的首要对象之一，1959年，达比的焦炭炼铁高炉也因此成为首个被挖掘和保护的对象，其最初的目的是纪念Coalbrookdale公司成立250周年。直到1968年铁桥峡博物馆基金（theIronbridgeGorgeMuseumTrust）创立，负责对方圆6平方英里的铁桥峡地区的工业遗产进行保护和研究，铁桥峡工业遗产的保护和开发由此全面展开。第二，焦炭炼铁试验成功后，铁桥峡地区经历了近半个世纪的新旧技术系统交替的时期，这直接体现在高炉动力系统的变革上，这是焦炭炼铁系统得以最终确立并使这一地区成为工业革命摇篮的又一因素，也成为铁桥峡工业遗产保护和展示的主要内容之一。达比的高炉最初是靠上下水池的落差形成动力来鼓风的，为解决干旱的夏天上水池枯水的问题，最初是通过修建马车轨道来输送水，1742年，纽可门蒸汽机代替了马车，用于水的提升，高炉鼓风的动力仍然来自水轮机。直到1776年，直接将博尔登-瓦特蒸汽机用于鼓风的方法得以成功研制，蒸汽机才在高炉炼铁中取代了水力鼓风[5]。在铁桥峡，达比二世修建的上下水池间的运水轨道被保存下来，成为体现新旧动力系统交替过程的主要景观。科尔布鲁克代尔铁博物馆（CoalbrookdaleMuseumofIron)用文字、图片和模型，完整地展示了该地区新旧高炉技术系统的变迁过程，达到了更清晰地再现工业革命是如何发生的效果。第三，1779年修建的铁桥，作为世界上第一座用生铁建造的桥，是工业革命时期新炼铁技术所带来的钢铁新产品和新景观，构成了铁桥峡技术史价值的另一重要内容，这是炼铁新技术实现产业化的直接产物。而人们如何首次用生铁来建造这样一座大桥，本身就是另一项很重要的技术创新。针对高炉和铁桥，联合国教科文组织为铁桥峡作为世界文化遗产作出了以下两点评价：1）科尔布鲁克代尔高炉使亚伯拉罕•达比一世在1709年发明焦炭炼铁的历史得以永存。铁桥作为第一座生铁构建的大桥，同样是体现人类创造天才的杰作。2）科尔布鲁克代尔高炉和铁桥在技术和建筑发展历史上有着重要的影响。可见，正是因其在技术发展史上的意义，铁桥和达比的高炉成为铁桥峡工业遗产的核心价值所在。此外，铁桥本身的建造技术的复原也成为了工业遗产的重要研究内容。1997年，瑞典画家伊莱亚斯•马丁1779年的一幅水粉画在斯德哥尔摩曝光，这幅画描绘了铁桥建造的方法。随后，大卫（DavidDeHaan）等人进行了详细的考古学、历史学和图片的研究，为了验证画中描绘的方法的可行性，2001年在铁桥峡地区的比利斯特山露天博物馆的运河上，一座按1：2的比例的铁桥使用18世纪的材料和技术建造起来，这一成果成为了展示铁桥建造技术的景观之一。第四，新技术引发的工业化导致运输、生活方式和城镇景观的改变，是铁桥峡地区在整体上作为工业遗产的价值体现，正如联合国教科文组织对铁桥峡价值评价的第3条称：“铁桥峡提供了近代工业地区发展的一个极具魅力的缩影。采矿区、运输业、生产企业、工人住所以及交通网络被很好地保留下来，形成了一个非常协调的整体，具有显著的潜在教育价值。”如果说炼铁炉和铁桥承载着技术本身的历史，那么因冶金业的兴盛而形成的工业社会，则属于“外史”范畴。对这一层面的历史价值进行挖掘，可以为工业遗产的保护和开发提供更广阔空间。铁桥峡现有的10个博物馆中，BlistsHill维多利亚城镇（BlistsHillVictorianTown）是游客参观人次最多的景观，19世纪后半叶的维多利亚时代被认为是英国工业革命的峰端，通过BlistsHill维多利亚城镇的重建，铁桥峡地区还原了19世纪经过工业革命后的英国人的生活状况，这个露天景观包括维多利亚时期普通工人的住房、银行、公立学校、药店、食品店、糖果店、铸铁厂、蜡烛厂、印刷厂，以及火车站和铁路等。这些展示也使铁桥峡地区作为工业遗产景区，更具观赏性和吸引力。
二、中国近代冶金工业遗产的技术史价值特征
中国是世界上发明和使用生铁最早的国家，然而土法炼铁技术是与传统的农业社会相适应的，并未导致工业社会的诞生。近代西式钢铁技术在中国的兴起始于19世纪80年代。相对于西方工业化国家而言，中国近代冶金技术与工业化历史有其自身的特点，使中国近代冶金工业遗产的技术史价值具有一些不可忽视的特殊性：第一，中国近代冶金技术史是一段单向的技术转移过程，且这一时期的技术引进并未带来中国钢铁工业的发达，这是中国近代冶金工业遗产技术史价值首要的特殊性。1885年至1936年，先后有贵州青溪铁厂、汉冶萍公司等钢铁企业在中国创办（见表1），主要设备和技术全部来自英、德、美、比利时等国，其中汉冶萍公司是唯一的煤铁一体化企业，其炼铁和炼钢设备的产能超过中国钢铁企业总产能的2/3，1926年随着汉冶萍公司冶炼设备全部停产，中国近代冶金工业化走向了谷底，中国所需的钢材回到了完全依赖进口的状况。[6]虽然中国近代冶金工业最终走向衰败，但这一时期的冶金工业遗产有着不容忽视的技术史价值。首先，汉冶萍公司等企业的遗存作为中国冶金工业近代化的起点，见证了中国最初的技术近代化的努力，无论其成败以否，意义均非常巨大。其次，客观还原这段艰难而曲折的技术引进史应成为中国早期冶金工业遗产挖掘和保护的主旨所在，对中国来说，这段充满挫折的记忆或许更值得珍视，这是中国近代冶金工业遗产与英美等国的不同所在。第二，在大规模引进西方技术的同时，近代中国广大的乡村仍然长期存在一个土法冶炼系统，为人们日常耕作和生活提供材料。中国早在春秋以前就发明了生铁冶炼，几千年来，铁是支撑中国传统农业经济系统的主要技术要素之一。明清时期，山西因坩埚炼铁的发展和丰富的铁矿资源，逐渐成为铁的最大产地，（图3）这一状况一直持续到19世纪末20世纪初。相对于欧洲，中国近代新旧冶炼技术的交替显得更为艰难和特殊。在对中国近代冶金工业遗存进行挖掘和保护时，我们不能将目光仅仅锁定在新式冶金工业遗存，还应该重视逐渐消亡的近代土法冶炼遗存的价值。正如下塔吉尔宪章所说：“许多旧的或废弃的生产工艺中人类的技艺，是极为重要的资源，一旦失传无可替代。应当被详细记录并传给后代。”而目前中国对在工业化进程中逐渐消失的传统冶炼遗存的关注远远不够。第三，近代新冶炼技术和工业发展所带来的社会变迁，是这段并不成功的工业化进程给中国社会和文化带来的最大影响，是中国近代冶金工业遗产技术史价值另一重要内涵，值得工业遗产价值保护中深入的挖掘和展示。近代随着汉阳铁厂等现代工业的兴起，以农民和乡绅两大社会阶层为基础的传统社会关系逐渐改变。首先，部分农民从乡村手工业者转变成了新式产业的工人。其次，乡绅阶层也发生明显转变。以汉冶萍公司为例，地方乡绅参与到大冶铁矿和萍乡煤矿的开发中。此外，为培养技术人员，士绅的后代被公司选派出国攻读采矿冶金等专业，成为中国第一批本土钢铁工程师。[6]从工业遗产的角度来说，中国目前保留下来的近代冶金设备、厂矿建筑等实物留存已经非常罕见，但我们在现存的企业档案文献中可以挖掘出一批反映技术与社会变迁极具价值的遗产。例如我们在英国谢菲尔德大学找到的汉冶萍公司送培英国的留学生的档案。借助对相关文献的挖掘和整理，可以使中国冶金工业遗产的内涵更丰富，也更具讲述历史和教育后人的功能。
作者：方一兵 姚大志 单位：中国科学院
1我国有色冶金工业自动化发展现状
从国外引进的先进的自动化系统和设备后,我们将其进行消化和创新,改造出了与我国实际冶金生产相适应的设备,已经具备了较高的水平。不过从国际角度出发,我国自动化技术产品的生产还有很大的提升空间。我国自动化技术不具备自主的知识产权,主要还是以进口为主,而这些系统来自于不同的国家,甚至有一部分是国外已经淘汰的系统,阻碍了平台集合。此外,自然环境的污染和能源结构的破坏,要求生产必须要提高效率和降低消耗,一些老旧的设备应该淘汰。
2自动化技术在有色冶金工业中的应用
2.1现场总线技术
现场总线控制技术简称FCS,至今已经发展了30多年,在其发展过程中,已经在国际上拥有60多个不同生产厂家生产的总线产品。现场总线控制技术具有自身的特征,其拥有多种不同系统的无缝集成、控制设备和企业高层联系等,能够使系统开发和不同系统之间可以功能自治,也可以相互操作,并且能够进行系统结构分数,因此,其在有色冶金工业中得到了广泛的应用。
2.2管理信息系统在工业中的应用
企业的管理是企业的整体发展的重要部分,企业如果配备了一个良好的管理模式,那么就可以有效的提高企业的市场竞争力,推动企业的快速发展。企业信息化系统的自动控制是在冶金工业中,将冶金一系列程序的所有信息进行集成,从而通过实施管理、技术、生产的控制的信息集成,进行及时采集生产过程中所产生的数据。对有色冶金质量管理、实时监测和故障诊断进行智能管理,能够有效的降低生产成本,利用信息化管理能够达到能源管理和动态管理智能管理的目的,从而为企业的发展提供创新的基础。
3以太网在有色冶金自动化技术中的应用
3.1以太网的特点
随着有色冶金企业的持续扩大和发展,加大了有色冶金领域的竞争力。企业要想提升竞争力,就必须要改造落后的设备，引进新设备。不断更新的新技术,造成新技术与旧技术不能实现在控制系统上的高度集成。以太网是自动化的控制网络,其能够有效的解决此问题。以太网具有较高的数据传输速度,并且可以提供足够的带宽需求,存在时间相对较长,在设置、诊断等方面的具有较高的应用价值。以太网有相同的通信协议,其能够允许不同的通信协议在同一个总线上运行,为企业提供了一个公共网络平台基础。
3.2以太网在有色冶金自动化技术中的应用
在有色冶金工业生产过程中,通过以太网能够将不同类型的网络化的仪器仪表与工业计算机相连,并且在相同的总线上运行,从而对所有的系统进行控制。以太网在有色冶金自动化技术中的应用,减少了对原材料的铜矿石进行成分分析的步骤,这些分析大部分都能够利用网络化实现,检测结果直接传达到相关部门,同时还可以将这些数据结果进行共享,企业的成员及客户都可以通过网络进行查找所需数据。如图1,在现场利用以太网网络进行通讯,将可编程逻辑控制器作为主站,其余设备为副站,对所有独立系统的稳定性起到重要的保障作用。
4结语
随着经济的快速发展,有色金属的需求也越来越大,将自动化技术应用在有色冶金工业中,一方面能够有效的提升生产效率、产品质量,一方面还能够减少工作人员实际操作的危险,是有色冶金工业发展的必然趋势。不过我国引进自动化技术相对较晚,技术水平与国际相比还存在较大的不足,因此,我国有色冶金企业应该大力培养科研人员,投入资金,不断研发自动化技术,从而提高我国有色冶金工业自动化水平,推动有色冶金企业的发展。
作者：李其凡 单位：首钢京唐钢铁联合有限责任公司
1钢铁冶金行业对自动化技术的需求
钢铁冶金行业对自动化技术的需求比较大，主要是在科学技术发展的带动下，体现出了自动化技术的优势。钢铁冶金行业的生产规模越来越大，涉及到的工艺和技术呈现复杂化的发展趋势，需要利用自动化技术，支持钢铁冶金行业的发展，分析钢铁行业对自动化技术的需求，如下：自动化技术的逻辑控制需求，其在钢铁冶金行业中发挥准确的控制作用，提供机械化、信息化的控制方式，落实自动化技术的控制途径，保障钢铁冶金行业的生产效率。钢铁冶金行业利用自动化技术实现智能控制，辅助智能化的编程，充分应用自动化的技术与系统，为钢铁冶金行业提供可靠的技术支持，确保钢铁冶金的效率与效益，有利于钢铁冶金行业的综合化发展，通过自动化技术优化了钢铁冶金行业的生产环境，保障多学科的融合化发展，满足钢铁冶金行业对自动化技术的实践需求。
2自动化技术在钢铁冶金行业中的未来发展
自动化技术在钢铁冶金行业中起到重要的作用，一方面提高钢铁冶金的自动化水平，另一方面改进钢铁冶金的生产工艺，体现技术型的控制优势。自动化技术成为钢铁冶金行业的重点，表现出良好的发展趋势，分析自动化技术的未来发展。
2.1自动化控制的高效性发展钢铁冶金行业的自动化技术，其对控制性能的要求比较高，需要具备高效性的特点，由此才能适应钢铁冶金行业的发展。现代钢铁冶金行业中引进了智能化、数字化的技术，增加了自动化控制的负担，所以针对自动化技术提出高效性的发展要求，促使其在未来发展中达到高效的规范标准，适应钢铁冶金行业的发展需求，最大程度地提高自动化的控制效率。高效性是钢铁冶金行业自动化技术的基础发展，辅助钢铁冶金行业改进生产工艺，保障自动化生产的效率。
2.2自动化技术的一体化发展一体化的自动化技术具有集成的特点，其在钢铁冶金行业中涉及到电子、电气等多项技术，推进自动化技术一体化的融合性发展。一体化的自动化技术解决了传统技术在钢铁冶金行业中出现的应用问题，落实一体化的操作途径。例如：钢铁冶金行业自动化技术中的EIC，联合了仪表、电气等技术，明确划分钢铁冶金行业中的生产工艺，充分利用逻辑控制的方式，避免出现逻辑上的问题，EIC还能在自动化技术一体化的基础上，引进运行软件的应用，提高EIC软件控制的能力，按照钢铁冶金行业的需求，推进EIC的一体化发展，表明自动化技术一体化的应用价值。
2.3低成本发展趋势低成本是指自动化技术的资源控制，在保障自动化技术准确应用的基础上，降低钢铁冶金行业的资源投入，还要提高自动化技术的运行效益。自动化技术低成本的发展趋势，需要采用模块化的发展方式，优化钢铁冶金行业的资源配置，而且低成本是现代工业的一种趋势，其在钢铁冶金自动化方面体现出了积极性。例如：冶金行业中的自动化技术，利用IPC模块，结合CIMS、STD，限制资源投入的规模，有目的的控制成本的投入，打破冶金行业资源高消耗的方式，自动化技术的低成本发展，更有利于自动化技术的应用，展示自动化技术低成本的优势。低成本已经成为自动化技术在钢铁冶金中的一项趋势，满足钢铁冶金行业的未来需求，体现自动化技术低成本的实践性。
3结语
自动化技术改善了钢铁冶金行业的发展，促使其在未来具备良好的发展趋势。钢铁冶金行业的自动化发展，提高了对自动化技术的应用力度，也是自动化技术未来发展的因素。自动化技术提升了钢铁冶金行业的发展水平，完善钢铁冶金制造的环境，体现了自动化技术的应用价值和优势，缓解了钢铁冶金行业的发展压力。
作者：万延林单位：江苏省镔鑫钢铁集团
随着中国工业技术、经济的转型，钢铁企业的淘汰与重组，钢铁企业的冶炼技术越来越精准，钢铁企业的高端设备越来越多，电气自动化水平越来越高。虽然冶金行业电气自动化水平得到了提高，但仍然不能满足工业技术发展的要求，不能满足钢铁企业生产效率的要求。只有改进和优化冶金电气自动化技术，才能提高钢铁企业的生产产量，提高经济效率，加快冶金行业的快速发展。
1、冶金电气自动化技术的特点
我国钢铁企业自动化水平还不够高，普及不够，大部分钢铁企业存在生产技术内容太广，生产工艺太复杂和电气自动化依赖太强等特点。
1.1冶金生产技术涉及内容太广
钢铁企业冶炼环节多，涉及内容非常广泛，生产过程中涉及物理变化和化学变化，生产过程中突变因素多，冶炼过程涉及的技术非常复杂，生产过程中要控制好生产原材料，监控物理变化参数和环境的化学参数。电气自动化控制系统应该能控制或跟踪生产过程的全过程，电气自动化控制系统涉及内容非常广泛，只有这样的控制系统才能保证生产过程的安全性，提高冶炼产品的产量，提高钢铁企业的经济效益。
1.2冶金生产工艺太复杂
冶金生产工艺复杂，实际生产过程中工艺流程比较全，冶金电气自动化控制系统要覆盖全生产过程，实现软件与硬件的配合，优化生产过程。冶金电气自动化系统呈现技术难度高，虽然技术人员具有非常专业的知识，掌握专业技巧，这样才能真正做到提高生产效益。
1.3冶金自动化高依赖电气技术
随着我国钢铁联合企业的生产能力的扩大，大部分小钢铁企业重新组合，形成更具竞争优势的联合企业。这些企业大量引进全自动化生产线，电气自动化水平不断提高，几乎涵盖了冶金全过程，冶金自动化高依赖电气技术，通过电气技术完成信号采集、信号转换和结果运算等操作，实现钢铁企业的全自动化。
2、冶金电气自动化技术应用现状
冶金电气自动化系统是利用智能控制技术、计算机网络技术、神经网络技术、监控技术等控制和管理冶金企业生产过程中的各环节。就钢铁企业来说，通过冶金电气自动化控制系统控制轧钢、高炉、转炉，铸造等技术环节，解决冶金过程中高温，高热等问题，为钢铁企业生产解决了许多实际困难。许多大型钢铁企业设计或改造了许多电气自动化控制系统，这些系统都能实实现人工智能操作，自动化操纵体系是单位操纵体系的主要构成，普遍运用在单位制造管制的每个环节，其中最重要的运用是智能化操纵技术%智能化技术中的专家体系，模糊操纵，神经网络等技术被运用到钢铁行业的轧钢体系、高炉、转炉、连铸车间、轧钢调节体系等，版型在线监测、冷热轧薄板、维修保养监控等功能。通过中央计算机系统控制各个子系统，实现子模块与子模块之间的转换。冶金电气自动化控制系统使用现场总线技术，数据交换传送技术，电脑合成技术等，推动冶金过程的标准化，程序化；通过人工智能技术，使用机器人手臂特自动化设备提高冶金企业的生产力，让钢铁企业取得长足的发展，提高市场竞争力。
3、冶金电气自动化技术应用前景
我国许多大型钢铁联合企业通过引进电气自动化技术，整合行业信息化水平，通过自动化控制系统提高生产控制精度，提高产品质量，进一步压缩生产成本，降低资源消耗。这些电气自动化控制系统增加了冶金生产过程的稳定性、可靠性和安全性。从这些电气自动化控制系统可以总结出我国冶金电气自动化技术的应用前景，包括低成本自动化、行业信息化、智能控制、冶炼过程控制和综合一体化控制等方面。
3.1低成本自动化
所谓低成本自动化是利用高精尖技术，通过自动化技术科学合理投资，减少投资成本，降低投资风险。许多中小型钢铁企业通过使用微型计算机作服务器，精准的实现对全过程、全流通实现电气自动化控制，为企业实现了低成本自动化，也解决了中小型企业的约束。
3.2行业信息化
所谓钢铁行业信息化就通过计算机系统，实现信息资源共享，实现企业信息化管理的标准化和系统化。大部分钢铁企业通过电气自动化控制系统采集生产过程中的原始数据，利用信息化技术手段分析和研究这些原始数据，使用科学管理决策分析软件，挖掘潜在数据，为企业的发展提供科学合理的数据支持。
3.3智能控制
虽然电气自动化控制系统广泛应用自适应、优化、模型预测等控制策略，但仍然不能满足技术的要求，因为传统的PID控制理论是适应数学模型复杂且变化大的特点，而智能控制对总控制程序具有良好的适应性，尤其是对于复杂程度较高的综合控制系统，能分级控制智能设备，有着很大的发展空间。
3.4冶炼过程控制
电气自动化控制系统可以对产品质量监督、环保监控及物流跟踪等多个方而实施全过程监控。电气自动化控制系统采用新型传感器、数据融合处理等高精尖技术对原材料质量、钢水纯度、熔渣成分、温度、固废监控等环节进行全程控制，提高钢铁企业的效益。
3.5综合一体化控制
电气自动化综合一体化控制系统是未来的发展方向，这种系统打破了传统的计算机、仪表、电气在控制设备方面的专业界限与分工，实现了逻辑控制对模拟量进行控制的难题，极大地提高了系统的实用性与操作性。简化了程序，降低了成本，电气自动化综合一体化控制系统系统将是钢铁行业电气自动化发展的重要方向。
4、结语
冶金电气自动化系统是使用计算机网络技术，人工智能技术和自动化技术实现的控制系统，优化与改进冶金电气自动化控制技术，可以提高冶金行业的生产效率利用自动化控制技术，可以保证生产流程更加规范，还可以保证我国冶金行业更好的发展电气自动化控制是冶金行业发展的主流趋势，对冶金企业的发展力向有着引导作用。钢铁企业要积极主动引进或改造自动化控制系统，提高钢铁企业的市场竞争力，增加钢铁企业冶炼产量，提高企业的经济效益，促进可持续发展。
作者:辛娅玲 单位:新钢公司自动化部
摘要：马钢设计院有限责任公司是一家以冶金工程技术服务为主体的公司，2001年开始进行信息化管理工作建设，本文是几年来的这方面工作概略描述和一些感想。关键词：设计管理信息化一、概况马钢设计研究院有限责任公司成立于2002年，注册资本2050万，是由马钢股份公司、马钢国际贸易公司和本院的自然人共同出资组成的有限责任公司，持有国家冶金、建筑、和环境工程甲级设计资质、工程监理和工程造价甲级资质，从事工程设计、工程咨询、工程监理和工程总承包服务，设置冶金、轧钢、机械、电气与自动化、能源与环境保护和规划6个专业设计研究所，职能管理部门8个，全院职工260多人，其中高级职称的技术人员占职工总数的50%以上，2005年营业收入1.96亿。马钢设计院综合管理信息系统是以工程设计项目管理为核心，由市场经营、（设计）项目管理、档案管理、人力资源管理、系统管理、客户关系管理、综合办公管理等模块组成。二、MIS系统建设过程1、调研（1）建设的时机的考虑尽管行业协会在“十五”就提出设计企业信息化建设纲要，但是具体何时进行设计院综合管理信息系统的建设，还是要认真地考量，其中CAD应用普及程度,硬件设施特别是网络硬件的建设程度对建设时机还是有影响的。（2）建设方式的考虑当前，设计院MIS系统的建设方式主要有以下几种方式：a）完全自主开发。很多大院，信息人才众多，技术实力雄厚，往往采用这种方式。采用该方式有利于对系统的全面掌握，用户的需求比较容易采集，对外界的技术依赖程度低，维护方便。b）咨询合作开发。寻找一个对信息技术和企业的管理技术均比较了解的专业咨询公司，由他来代表企业进行系统的建设管理，并负责对企业的培训和系统开发企业的过程管理。3）完全委托，自我管理。这是我院采用的建设方式，这是我们根据我院的实际情况全面衡量后采取的策略。4）平台引进，二次开发。就是从外部引入一个相对成功的基本成熟的平台，自已略加二次开发后加以应用，一般这样的基础平台的价格比较昂贵，而且对这个平台的完全消化也不是短时间内就能实现的，此外对某个具体的企业来讲，平台软件的功能可能有多余。（3）体系平台的考虑在已经建成使用的和在建的管理信息系统中，多采用C/S体系结构，但是考虑到技术的发展的趋势，以及未来系统维护的方便性，我们认为最好采用B/S结构，随着·NET技术的日益成熟和普及，坚定了我们的信心。（4）行业现状的调研在建设部和协会的“十五”信息化工作指导方针的指引下，国内勘察设计行业MIS系统建设纷纷开始起步，与国外公司相比起步相对较晚，但是一批院还是取得了相当的成果，在我们了解到的设计院中不少院在信息化建设方面各有特色、各有建树。此外，我们还对与我们有业务接触的国外工程公司的信息化工作进行了解，其中主要有德国的SMS、比利时的CMI等，西方发达国家企业今天信息化的现状应该就是我们努力追赶的方向，人家能做到的，我们也应该能做到。对中国的设计企业来讲，与国外发达国家的工程公司相比，我们的主要差距在管理以及管理的信息化，技术上的差距不是主要的，这是我们研究分析国内、外的设计类企业后所得到的一个感受。2、理清思路，统一认识，确立目标理清思路，统一认识，确立目标是我们进行MIS系统建设的过程中首先要解决的问题。企业对MIS系统建设出于被动，思路不清楚，目标不明确，是很难取得成功的，实施过程中就会带有很大的盲目性。我们在决定实施信息化建设首先明确的是：1）建设的目的：实施流程再造，提高主业工作效率；细化管理，以进一步提高管理水平和企业的竞争力；2）建设的目标（可测量）：实现CAD电子文件有效存档，实现项目管理信息化的突破；在设计类企业中搞信息化建设，首先从设计“项目管理”抓起，而不是先从通常的OA及人力资源管理起步，我们有自己的想法，即我们的做法是“先难后易”，而传统的做法多是“总体规划、分步实施、先易后难”。而这种做法最大风险是：容易做的、可有可无的模块先做出来了，而最难做的部分也是企业最核心、最需要的的部分，最后却做不出来，信息化工作只得几上几下。最核心的业务管理问题一直没能解决，这也是许多MIS建设失败的模式，我们决定反其道而行，就是要避开这样的怪圈。3、认真做好需求分析在院领导思想统一的前提下，院最高领导层对管理信息系统亲自过问、亲自管，同时适时结合BPR，这对软件企业更快、更好地了解企业的业务流程是非常有利的，金慧公司在与我们的交流过程中，几易其稿、在讨论交流的过程中，双方逐步达成了共识，把目标和思路都理清楚了。经过重新改进后的流程与ISO9001贯标文件进行有机的协调，使业务流程文件化。必须要说明的是：1）用户的需求也不是一下子就能完全说明清楚的，即使说明清楚的流程也有变更的可能；2）只有用户自己最清楚自己需要什么，只望软件开发单位拿出来一个企业的流程方案是不可想象的，这样做的结果很可能就是系统的失败。我院的领导层和管理层在用户需求阶段投入大量的时间与软件开发公司共同研究用户需求和流程方案为我院MIS的成功打下了良好的基础。4、全院参与明确管理责任管理信息系统的建设需要全体人员的参与，这就好比一个集体性质的体育项目，任何一个人的不投入都有可能影响最后的结果；当然MIS建设首先是一个“一把手”工作，企业的最高领导必须亲自认真过问；我们还专门指定分管领导配合协调MIS建设工作；强调全员的参与，主要表现在对全体人员的培训和考核；通过多种会议沟通和网络宣传的方式营造氛围，说明MIS建设的意义和过程，以求得全院上下的共识；5、分步推进最终走向集成应用在系统正式使用之前，进行1个多月的过渡期（05年8月10—05年9月15日），在这期间，鼓励大家使用系统，但是过渡期满后，全院的项目管理只在一条路上进行，不搞旁路，就是必须从系统内组织项目管理和发图，从项目任务的下达、项目的策划、图纸的设校审到图文出版，没有其它的路可走。这样一方面促进大家对系统的快速掌握，二来促进软件公司对系统进行全面的完善，三确保了CAD的图纸的完全存档。加上系统提供的电子自动签名技术，使困困扰设计单位多年的CAD电子文件有效归档问题在我院得到初步的解决。三、MIS系统建设现状1、经营计划管理经营计划管理主要是为经营计划管理部门提供一个项目信息、生产计划、台帐、合同信息、收费、客户信息管理的工作平台；具体业务功能包括：项目台帐管理、生产任务下达（合同评审、领导审批、项目下达）、月度计划管理、项目计划检查（可依项目、时间、部门、专业、个人等进行完成情况和在手项目情况的检查）、项目收费管理、客户信息管理、查询统计等。项目任务的下达，将启动项目管理众多的流程，而项目信息又为财务收费和内部分配提供原始信息。2、项目管理项目管理子系统是整个系统的核心部分，也是开发与实施难度最大的一个部分。它为经营、项目管理及专业设计生产部门提供了一个协同作业的机制，包括设计项目的进度计划管理、生产过程人力资源管理、ISO质量管理、产品过程管理等，完全贯彻ISO9001质量管理体系的思想。主要内容有：项目策划管理（WBS与OBS分解）、项目设计输入与要求的下达、协作计划的管理（制订、执行结果的检查等）、专业协作资料互提管理（版本化管理）、设计成果上传，三级校审核与专业会签、电子签名、ISO表单自动管理、图文出版、电子文件归档、生产过程中间环节的实时检查等。3、人力资源管理人力资源系统作为整个系统的重要组成部分，是其他业务系统的基础模块，为其他系统的应用提供人力资源支撑，其它业务系统有关人员的信息都构建在这个系统之上，所以该模块的设计和规划需要考虑其他业务系统的需要，所有业务系统的人、岗位和组织信息都来自该模块，项目管理等其他业务模块也需要将有关结果性的数据传回给人力资源系统，比如员工业绩等。4、图档管理从项目管理系统中输出的产品（CAD文件等），自动进入图档管理系统，该系统具有档案管理、科技档案在线查阅（按权限与密级）、档案下载（按权限与密级）、复用与再利用等功能，与传统的档案系统相比，其具有查阅快捷，再用方便的特点，直达个人桌面的应用，为管理部门及内部用户提供非常便捷的平台。5、综合办公管理及其他目前我院的MIS还设有以下一些功能模块，如通常的办公信息、网站管理、权限管理、个人工作平台（任务管理，邮件管理，工作报警，个人设置，个人查询）管理、企业论坛等；由于这些系统多不影响核心业务流程（项目管理）的运行，还有待进一步开发完善，毕竞系统的完善和优化是没有止境的。四、存在的问题1、现有系统功能有待进一步完善。管理信息系统的功能，一方面是工作协同平台，也应该是一个信息和知识快速获取的平台，以便实施有效的管理和调度，更进一步应为实施有效的决策提供支持（DSS），为快速提高工作速度和工作质量提供方便（KB），目前系统在快速提供信息方面还有进一步优化和改进的空间；企业管理最难的是人的管理，而人员管理中最难的是对人的评价。我院MIS运行的结果目前还没有完全进入人力资源管理系统，同时业绩考评模型也处在探索阶段。如何依托信息系统提取的数据实施有效、科学的考评，是我们系统完善的一个方向。目前系统的三级校审采用两条腿走路——硬拷贝与电子文件同时进行，由于计算机屏幕较小，审阅图纸要完全基于网络进行较为困难，硬拷贝提供查阅的方便，而MIS系统则保证工作过程的真实和评审意见、技术版本的管理有序。这个问题要完全指望MIS本身来解决，困难较大，但是基于计算机网络环境下的工程设计审批作业如何有效的实施将是一个有意义的课题。此外,用户界面的友好性和操作的方便性方面还有较大的改进空间；2、人员对MIS系统的适应性有待进一步提高。对工程设计企业来讲，人员的工作方式从传统的面对面的交流，转向大多基于网络的交流，是一个较大的变革，如何适应这个变化对每个人都至关重要，此外还要碰到传统模式下不曾有的问题，如人员外出如何办？异地办公的身份确认等。3、系统的安全性需要加强。随着信息系统应用的深入，安全问题也更加突出。系统的安全包括网络平台本身的安全和数据的安全，这一方面要加强人员的安全意识教育，建立严格的保密管理制度，防范窃密和泄密，保护知识产权不受侵犯，此外还要在软、硬件系统的建设上进一步加强安全机制。4、更多的产品要管理到目前为止，我们仅对工程设计管理进行了讨论，有关工程监理和工程总承包的管理尚没有开始，而工程总承包工作将是设计型企业未来发展的一个重点领域。五、结语企业信息化建设对具体一个企业来讲，可能是一项前所未有的事业，遇到的困难自然也是前所未有，也许这就是为什么企业信息化工作失败案例多于成功案例的原因。在我国，勘察设计企业的信息化工作最近才刚刚兴起，勘察设计协会“十一五”信息化工作指导思想为我们的工作指明努力的方向，就企业自身而言，信息化工作绝对是一个“一把手”工程，如果没有领导层思想的高度一致，没有明确的目标,并以目标驱动的方式进行强力推进，要取得实效的确比较困难的。此外，企业的信息化工作是一个开创性的工作，要求企业与软件技术的提供者（软件公司）密切合作，充分沟通，用双赢的心态进行合作，单纯地指望单方完成这项工作基本是不可能的，一个合格的软件来自双方的努力，同样一个合格软件的成功的应用也依赖双方的合作，这一点是管理类软件不同于其他软件的特点，毕竟是“管理”信息系统，而实施“管理”的主要方面在企业而不在软件公司。应用无止境，信息化工作的建设也是一个动态的过程，只有开始没有结束，我们将继续努力搞好我院的信息化建设工作，与设计同行业一道，为我们共同事业的而努力。
[摘要]冶金职业院校模拟电子技术课程内容抽象，概念多、公式多、分析方法多，冶金职业院校学生掌握有难度。以任务驱动的方式展开教学，利用“工学结合、教学做一体化”教学、多媒体课件、电子产品组装与调试训练和网络课程等教学手段，使模拟电子技术课程生动直观，具有趣味性、职业性、实践性，有利于提高学生学习兴趣和学生综合职业能力的培养。
[关键词]模拟；电子；组装；调试；网络课程
1前言
冶金职业院校模拟电子技术课程在传统教学形式下，老师在教室里授课，一块黑板一支粉笔，课件无动画、教具陈旧老化，不能直观展现抽象的模拟电子知识中的微观现象，学生难以掌握电子知识与技能。通过教学改革，在教学过程中实施“工学结合、教学做一体化”教学方法，以任务驱动的方式展开教学，在授课过程中运用多媒体课件、电子虚拟软件、电子产品组装与调试训练和网络课程等教学手段，使模拟电子技术课程生动直观，实践性强，激发了学生的学习兴趣和学习动机，学生通过学习使得模拟电子课程知识、技能和职业能力均获得很大提高，100%学生获得职业资格技能证书，学生就业率高，就业质量好。在课程建设中，首先确定模拟电子课程的知识点和技能点，确定教学目标，以任务驱动方式实施教学，在教学过程中按照资讯计划决策实施检查评价教学反馈等七个环节进行，激发学生的学习动机，促使学生积极参与，培养学生综合职业能力。由于科学的制定教学目标，使教学目标充分发挥其导向、激励和评价的功能，培养出懂知识、会操作、职业素质高的技能型人才。
2确定课程的知识点和技能点
2.1知识点
电子元件识别与检测、电子元件作用原理、单管放大、带有负反馈放大电路、两级放大、射极输出器、功率放大器、振荡电路、直流稳压电源等。
2.2技能点
电子元件识别与检测方法、单管放大安装与调2017年第5期试、带有负反馈放大电路安装与调试、两级放大电路安装与调试、射极输出器安装与调试、功率放大器安装与调试、振荡电路安装与调试、直流稳压电源安装与调试。根据课程的知识点与技能点的要求，选择典型的电子产品———调幅收音机，其电子电路涵盖于知识点与技能点的要求。课程任务确定为：电子电路的组装与调试，通过电子产品的组装与调试使学生掌握模拟电子课程中的知识与技能。
3确定学习目标
（1）通过对超外差式调幅收音机的安装，掌握电子元件识别与检测、电子元件作用原理、单管放大、带有负反馈放大电路、两级放大、射极输出器、功率放大器、振荡电路、直流稳压电源等工作过程。更加熟练掌握电子产品整机安装的工艺。（2）通过收音机的调试，掌握单管放大电路调试、带有负反馈放大电路的调试、两级放大电路的调试、射极输出器的调试、功率放大器的调试、振荡电路安装与调试、直流稳压电源的调试。深刻理解电子产品调试的目的与要求。（3）通过对超外差式调幅收音机的安装、调试，提高对电子产品故障判别与检修的能力。为今后从事电子专业方面的工作奠定基础。（4）以超外差式调幅收音机的组装与调试为任务驱动，能够使读者学会超外差式调幅收音机的组装调试技术，掌握在超外差式调幅收音机调试过程中中频调试、频率范围调试、统调、收音机质量检测及故障检查与排除的技能点，通过对超外差式调幅收音机的组装调试巩固仪器仪表的使用、PCB板元件组装步骤、整机安装等的技能点。（5）培养学生团队合作、爱护工具仪器仪表、爱岗敬业、一丝不苟的工作态度。
4以任务驱动式教学方法
指导学生从基本放大电路入手分别学习电子元件作用———单管放大———带有负反馈放大电路———两级放大———射极输出器———功率放大器，引导学生由浅入深、由易到难渐进式学习，完成每个教学内容。以任务驱动的方式，采用“教学做一体化”教学方法，工学结合，提高学生学习兴趣。下达任务单：调幅收音机电子电路分析，以试听收音机节目台数、音质开始，把学生带入学习的情境中。收音机电路图如图1所示，其中的VT4就是低频放大器，VT5、VT6两个三极管组成了共集电极放大电路，又称射极输出器。这两个射极输出器对称连接，形成互补对称功率放大器。电路中元件作用是：由T1及C'1a组成的调谐电路感应出广播电台的调幅信号，通过选频F1信号输入到VT1三极管的基极。本振信号选频F2进入VT1三极管发射极，由VT1三极管进行变频，在VT1集电极输出回路通过T3选取465KHz中频信号（就是F2与F1的差频信号）。中频信号分别经VT2第一级中频放大器和VT3第二级中频放大器中频放大后，进入检波器（由C5、R6、Rp、C11的元件组成）检波后经过VT4低频放大器放大，再由VT5、VT6两只三极管与变压器耦合，组成功率放大器进行功率放大，最后推动扬声器输出悦耳动听的声音。T3、T4为中周（中频变压器），既是放大器的交流负载又是中频选频器，该机的灵敏度、选择性等指标靠中频放大器保证。T5、T6为音频变压器，起交流负载及阻抗匹配的作用。通过为学生进行实物分析，提高他们的学习兴趣。
5能力培养分析
5.1教学实施过程共分六个环节
5.1.1资讯环节教师要分析学生是否掌握了超外差式收音机的基本工作原理及实际应用。教师要通过展示、操作已安装好的实际电子产品，介绍超外差式收音机的安装与实际应用，说明本学习情境的学习任务。以案例教学法把学生带入情境之中。教师组织学生分组，布置学习任务并讲解任务要求。5.1.2计划环节根据对工作任务的分析及领会，制定工作计划，确定小组成员分工，明确阶段成果及检查的项目。在完成“任务相关资讯”部分学习后，在自己现有的知识与技能的基础上，根据学习情境的要求，制定组装一台调幅收音机需要在元器件选择元器件检测PCB板组装整机安装调试故障检查与排除工作任务完成时限工作所需工具设备等方面开展工作的计划并填写“计划单”进行工作任务分配。在制定计划过程中可以制定数个计划。学生在教师指导下制定工作计划。学生可以集思广益，各抒己见制定多种工作计划5.1.3决策环节学生在教师指导下，在多个计划安排中，分析讨论出实施可操作性、工作条件的安全性强的方案，确定为实施方案。在确定实施方案后，按照PCB板安装、产品整机安装、产品调试、质量检测等工序填写工作“决策单”。5.1.4实施环节教师用案例教学法对已安装好的收音机进行讲解，分析电路原理、安装与调试方法，电路元器件的选择与检测；按实验演示法授课，介绍收音机的组装工艺，学生进行收音机的组装训练，教师以教学做一体化教学模式介绍收音机的调试方法，学生进行收音机的调试训练。学生在教师指导下完成元器件、材料、工具等清单填写，进行收音机的组装训练，最后进行收音机调试训练。5.1.5检查环节电子产品组装完毕，要对成果先进行小组自查，然后小组之间互查，最后教师检查，提出整改意见。通过检查环节检查学生自主学习能力，从而培养学生严肃认真的工作态度和责任感。5.1.6评价环节对成果的评价以小组自评、小组之间互评、教师点评的方式进行，并给出本学习情境的学习成绩，从中培养学生的判断能力、检查能力、评价能力。学生先进行分组汇报，小组互评，最后教师来总结评价结果。5.1.7反馈环节学生专业能力、方法能力、社会能力是否得到提高，在教学反馈中能够得到验证。例如在教学反馈中让学生针对以下问题进行反馈：比较任务驱动式教学方法与传统教学哪种更适合你；通过学习常用电子元器件的识别、检测与代换训练，你是否掌握本学习情境的知技点；是否学会收音机的组装、收音机的调试训练效果等，从而了解学生学习情况。通过教学反馈，使教师了解学生对本学习情境工作任务的掌握情况，为教师提高教学水平，进行教学改革提供依据。
5.2职业能力培养分析
5.2.1在常用电子元件识别与检测训练中培养职业能力教学过程中要进行电阻、电容、电感、变压器、二极管、三极管检测。重点培养常用电子元器件识别能力，万用表使用能力，二极管、三极管工作原理分析能力，电容、电感、变压器工作原理与检测能力。5.2.2在电路板安装训练过程中培养职业能力要进行电容器的整形、安装与焊接，三极管的整形、安装与焊接，电阻器、二极管的整形、安装与焊接，振荡线圈与中周的安装与焊接。重点培养学生的电子元件整形能力、对元器件引线或引脚进行镀锡处理能力、元件焊接能力。元器件安装质量及顺序会直接影响整机的质量与功率，合理的焊接安装需要认真思考和具备实践经验。5.2.3在电子产品调试与检查训练中培养职业能力要防止变压器原边与副边之间短路，测量变压器原边与副边之间的电阻。检查输出、输入变压器原、副级，检查VT5，VT6的电流放大倍数（放大系数）相差应不大于20％，检查印制板的铜箔线条是否完好，有无断线及短路，调试电路是否正常运行，从而培养学生严肃认真的工作态度、看图接线能力、按照操作规程工作的能力、电子产品检测、调试与排故维修能力以及电子产品评价能力。
6建设网络课程
（1）提供“教、学、做”一体化的网络课程资源。如：教案、演示课件、技能训练指导、重点难点指导、习题、参考资料、案例库/专题讲座库/素材资源库、演示/虚拟/仿真实际操作训练、授课录像及其他辅助学习的资源，表现形式多样化。（2）学习过程体现师生交互、人机交互的特点，在课程网站中，学生能在线完成练习、作业和综合测验，客观题能实现自动批改；仪器操作训练、考核能实现人机交互及时给予成绩并有统计显示交互内容。（3）网站中有专门的疑难解答板块、交流论坛、文字聊天室、在线答疑、能使更多的学生、电子爱好者、工程技术人员参与，学生的提问能得到及时的回答，网络更新频率高。
7应用多媒体教学课件、仿真软件等技术手段
制作各种教学课件，利用动画、视频、照片等描述电子运动微观现象，使抽象知识形象化，利于学生对知识的理解。利用EWB、proteus等仿真软件展现电路运行过程，使学生直观看到电路动作结果，节省大量教学资源，事半功倍，教学效果非常好。此外，带领学生在企业进行实践教学，如在学习SMT表面安装技术时，老师先利用多媒体动画模拟讲授，以真实的工作内容与虚拟工作内容相结合，实现先虚拟后真实，提高学生职业能力。在教学内容呈现方式中体现了数字化、媒体化，传输方式网络化。在教案中有配音、有动画，有虚拟操作训练，充分体现了信息化教学特点。在网络课程中图、文、音、视、动画等多媒体形式灵活运用，有利于促进学生自主学习和主动学习，提高学习兴趣，使学生在快乐中学习。
8创新与实用
在模拟电子课程中引入电子产品组装与调试，让学生在学习中工作，并在工作中学习，让学生学以致用，增强学生的学习兴趣，提高学生的动手能力，培养学生的分析问题、解决问题的能力和创新能力。本课程是教学做一体化教学，在网络中真正实现人机交互动手操作，以鼠标代替学习者的手，进行仪器仪表使用、焊接技术训练、电子产品组装、电子产品调试等项目的实施，立意新颖，构思独特，设计巧妙。适用于实际教学，有推广性。
9教学效果
通过教学改革，在模拟电子课程中引用“工学结合、教学做一体化”教学和方法，以任务驱动的教学方式，以电子产品为载体，让学生在设定的学习情境中“做中学、学中做”激发了学生学习兴趣，教学成绩得到提高。我校应用电子技术专业的学生在劳动部举办的无线电调试工职业技能鉴定考核中获得优异成绩证明教学效果得到有效提升。经过本课程学习的学生不仅参加职业技能考核100%顺利通过，而且还有15名学生在参加各级电子技能大赛时获奖。学生在学习过程中专业能力、方法能力、社会能力等职业能力得到提高。
10结论
在冶金职业院校模拟电子课程中引用“工学结合、教学做一体化”教学和方法，以真实的工作内容与虚拟工作内容相结合，在网络中真正实现人机交互动手操作，学生的工作态度、动手能力、分析问题和解决问题的能力得到明显提高，教学效果得到有效提升。
作者：丁峰 单位：天津冶金职业技术学院
1PLC的选型
PLC选型方式灵活，根据控制对象和控制任务的不同，我们可以选择不同型号的PLC及其模板类型和数量。首先我们根据具体的控制任务决定出需要采集和控制的点数，即DI/DO点数和AI/AO点数，然后像搭积木一样搭出所需PLC的模板配置及其模板的数量。一般来说：点数在100点以下，选用S7-200系列；点数在1000点以下，选用S7-300系列；点数在1000点以上，选用S7-400系列；模板的数量等于点数除以单个模板的通道数。因此唐钢冷轧厂———镀锌生产线所采用的PLC就是S7-400系列。
2西门子PLC的连接方式
西门子PLC的连接方式主要有以下2种：（1）下位连接，即PLC与远程单元的连接，就是主站与从站单元的连接。西门子PLC可以通过PROFIBUS-DP通讯方式与ET200系列远程站构成分布式自动化系统，方便的实现现场级自动化。PROFIBUS-DP通讯数据传输率最大为12Mbit/s，从I/O传送信号到PLC控制器只需短至毫秒级的时间，确保了从单元层到现场层的集成通信。这种连接使现场只有一根总线，彻底避免了多电缆硬线连接容易造成的故障，简化了施工与维护。（2）同位连接，即PLC与PLC之间的连接主要是多台PLC主站之间连接。多台PLC通过通讯模板连接在一起，在S7网络组态中指定2台PLC的伙伴关系，就产生共同的ID号，用来识别网络上构成伙伴通信关系的2台PLC，再通过S7的标准功能FC5（AG-SEND）和（AG-RECV）编程定义数据的发送与接收。如果采用的通讯模板是PROFIBUS网卡，构成伙伴通信关系的2台PLC采用FDL协议；如果采用的通讯模板是工业以太网网卡，构成伙伴通信关系的两台PLC采用ISO协议。
3INTOUCH操作站
上位监控软件INTOUCH是西门子公司推出组态软件平台，它可用于自动化领域中所有的操作员控制和监控任务。INTOUCH使用方便功能强大，使用INTOUCH组态软件可开发出较强的组合画面。以下是INTOUCH组态软件所具备的一些功能：（1）显示功能：用图形实时地显示生产线上各个设备的运行情况，动态显示生产工艺流程；动态显示模拟量信号、开关量信号、各种累计信号的数值，通过按钮、开关、信号灯、颜色、百分比、填充等手段实时生动地表达出来。（2）数据管理：能够建立和产生数据库，操作信息库，故障信息库。（3）数据处理：在INTOUCH的曲线跟踪功能中，它既可以显示实时数据，也可查询历史数据。（4）报警功能：当某一模拟量（如温度，压力，流量等）超出给定范围或某一开关量（如电机启停，阀门开关等）发生变位时，根据不同的需要发出不同等级的报警。（5）报表功能：即时报表，日报表，月报表，年报表。（6）安全功能：按不同的操作级别分别加密，不同级别的操作员操作权限不同。（7）打印功能：可以实现报表和图形的打印，以及各种报警的实时打印。（8）INTOUCH操作站硬件基础是工控机和工业网卡，软件构成为WIN98/NT/2000系统。
4西门子工业通讯网络
（1）工业以太网ETHERNET：工业以太网是基于国际标准的网络，专为工业应用而优化设计。工业以太网技术上与1EEE802.3/802.3u兼容，使用ISO和TCP/IP通讯协议。工业以太网是基于1EEE802.3的强大的区域和单元网络。（2）现场总线PROFIBUS网：现场总线是指将现场设备与工业过程控制单元、现场操作站等互连而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分支的特点，是工业控制网络向现场发展的产物。PROFIBUS主要由PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-DP三部分组成。其中PROFIBUS-DP是一种高速（传输速率9.6kbps～12Mbps）、经济的设备级网络，主要用于现场控制器与分散I/O之间的通讯，可满足交直流调速系统快速相应的时间要求；PROFIBUS-PA用IECII58-2标准，传输速率为31.25kbps，提供本质安全特性，适用于安全性要求较高以及由总线供电的场合；PROFIBUS-FMS主要解决车间级通信问题，完成中等传输速度的循环或者非循环数据交换任务。唐钢———镀锌车间采用的就是PROFIBUS-DP通讯。
5结语
由西门子可编程控制器和INTOUCH操作站构成的监控系统解决了整个系统实时集中控制和各种数据的在线管理问题，实现了对控制目标的直接数字化控制，大大提高了控制过程的技术水平。西门子PLC技术在唐钢一期镀锌生产线的自动控制系统的应用实践证明该系统具有良好的稳定性，可操作性，完全达到设计的控制要求。
1历史回顾
自动化硬件技术仍然以国外产品为主的局面尚未被打破，但是自动化技术应用软件的发展开始取得了实质性突破。以冶金工业为例，一些核心控制软件技术已经打破国外封锁，自主开发出了一批具有世界领先水平的核心控制软件。如自动化炼钢技术、高炉专家系统、冶金企业能源管理系统等，其核心算法、主要解法、控制思想、知识法则等，都是由我国技术人员自主创新研制成功。事实证明，在自动化核心技术方面，单靠引进是不成功的，也是模仿不来的，只有自主创新，才是最正确的道路。大型自动化系统的集成与创新，要以自主技术与产品为核心，虽然还没有取得实质性进展，但已经取得了阶段性成果，如自动化炼钢技术的成功开发并应用于生产实际，就是最好的案例。在实现系统开环控制、系统仿真、局部闭环控制等方面，特别是随着总线技术、嵌入式技术等方面的推广应用，取得的成绩是比较明显的。自动化技术在冶金生产流程中已经成为生产工艺中重要的组成部分。同时自动化技术的应用在冶金工业生产工艺文件编制、工艺流程优化、操作手册的制定等各个方面发挥的作用越来越大。
2存在的问题
我国自动化系统的发展在经历了PLC(ProgrammableLogicController，可编程控制器)、DCS(DistributedControlSystem，分散性控制器)、FCS(FieldbusControlSystem，现场总线控制系统)、PAC(ProgrammableAutomationController，开放式自动化)等几个阶段后，现在已经开始进入大规模采用数学模型、实现智能控制的新时期。我国自动化信息技术的应用，虽然取得了阶段性成果，但和国际领先水平相比，还存在一定距离。要实现真正意义上的两化融合，还有许多路要走。
（1）我国自动化硬件技术市场，目前国外的产品与技术依然占主要地位，缩小这一差距，还要靠我国硬件生产厂家的努力。
（2）目前许多自动化控制系统还处于开环控制，在局部环节实现了闭环控制，这从客观上影响了自动化系统效果的发挥。
（3）以自主创新的产品与技术为核心实现自动化系统的集成与创新还有许多工作要做，如与自动化控制系统相关的仪表、传动等专业的技术水平，也有可能影响到自动化系统的集成与创新工作。
（4）自动化系统的核心技术，有许多还被国外厂商垄断或封锁。
（5）作为自动化产业而言，有些方面比较“浮”，商业色彩浓厚，炒作内容较多，这是一个社会问题。应当鼓励和提倡踏踏实实做事情，认认真真做学问。自动化行业的规模虽然已基本形成，但要做大做强，使之成为我国的支柱产业，还有许多工作要做。
3我国冶金工业自动化技术发展的预测与分析
制造业自动化技术的发展在很大程度上受到制造业本身特点的制约，行业特点比较明显，冶金自动化技术的发展，离不开冶金工业的发展，我国“两化融合”政策的推出，为今后我国自动化技术的发展与应用在理论层面指明了方向，在操作层面，要求也更加具体、明确。对于冶金自动化技术的发展，目前完全可以定位于高端核心自动化技术与产品的创新与应用。
3.1物联网技术在冶金企业中的应用
物联网是指人们通过各类传感器实现物与物、物与人、人与人之间按需的信息获取、传递、储存、认知、分析和使用。
3.1.1物联网技术在工业领域中的应用
工业是物联网应用的重要领域。具有环境感知能力的各类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，可大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，将传统工业提升到智能工业的新阶段。从当前技术发展和应用前景来看，物联网在工业领域的应用主要集中在以下几个方面。
（1）供应链管理物联网应用于企业原材料采购、库存、销售等领域，通过完善和优化供应链管理体系，提高了供应链效率，降低了成本。
（2）冶金生产过程工艺优化物联网技术的应用提高了生产线过程检测、实时参数采集、生产设备监控、材料消耗监测的能力和水平。生产过程的智能监控、智能控制、智能诊断、智能决策、智能维护水平不断提高。钢铁企业应用各种传感器和通信网络，在生产过程中实现对加工产品的宽度、厚度、温度的实时监控，从而提高了产品质量，优化了生产流程。
（3）产品设备监控管理各种传感技术与制造技术融合，实现了对产品设备操作使用记录、设备故障诊断的远程监控。通过传感器和网络对设备进行在线监测和实时监控，并提供设备维护和故障诊断的解决方案。
（4）环保监测及能源管理物联网与环保设备的融合实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各环节关键指标的实时监控。在重点排污企业排污口安装无线传感设备，不仅可以实时监测企业排污数据，而且可以远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故的发生。
（5）工业安全生产管理把感应器嵌入和装备到矿山设备、油气管道、矿工设备中，可以感知危险环境中工作人员、设备机器、周边环境等方面的安全状态信息，将现有分散、独立、单一的网络监管平台提升为系统、开放、多元的综合网络监管平台，实现实时感知、准确辨识、快捷响应、有效控制。
3.1.2冶金工业领域物联网应用的关键技术
从整体上来看，物联网还处于起步阶段。物联网在冶金工业领域的大规模应用还面临一些关键技术问题，概括起来主要有两个问题。
（1）进行关键特殊传感器的研制生产工业用传感器。工业用传感器是一种检测装置，能够测量或感知特定物体的状态和变化，并转化为可传输、可处理、可存储的电子信号或其他形式信息。工业用传感器是实现工业自动检测和自动控制的首要环节。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。可以说，没有众多质优价廉的工业传感器，就没有现代化工业生产体系。
（2）进行工厂传感网的布局和建设工业无线网络技术。工业无线网络是一种由大量随机分布的、具有实时感知和自组织能力的传感器节点组成的网状(Mesh)网络，综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，具有低耗自组、泛在协同、异构互连的特点。工业无线网络技术是继现场总线之后工业控制系统领域的又一热点技术，是降低工业测控系统成本、提高工业测控系统应用范围的革命性技术，也是未来几年工业自动化产品新的增长点，已经引起许多国家学术界和工业界的高度重视。
3.2过程控制数学模型的开发与应用要实现新突破
数学模型是冶金自动化中的核心技术。“牵牛要牵牛鼻子”，如果掌握了数学模型的这项技术，就掌握了自动化的主动权、话语权。核心技术是买不来的。要生产国家急需的钢铁产品，就要有相应的高端自动化技术来做支撑，国外厂商出于自身利益，不会转让这类高端自动化技术与产品，他们所能转让的技术都是有条件限制的技术或已经过时的产品与技术。开展高端冶金自动化领域数学模型的自主创新条件基本成熟。市场需求非常广阔，我国的冶金自动化水平已经发展到了一定的水平，一支技术创新的团队已经基本形成，而且许多冶金企业都有着丰富的实践经验，这些都为开展二级数学模型的自主创新创造了极为有利的条件。数学模型是控制对象的表征，是对象可执行的表述，正是由于它与信息技术、自动控制技术、工艺能力的有效结合，发挥了重要的指挥与优化作用，所以数学模型才被称之为自动化与信息化的核心技术。建立高可用性、高精度的数学模型是我国钢铁工业开发和生产出满足国民经济发展需要的钢材品种；提高产品质量、节约能源、降低成本，从而实现可持续发展，提升核心竞争力的技术基础。审视整个钢铁工业自动化信息化的发展趋势，过程控制数学模型是钢铁工业自动化信息化最直接最有效的领域，也是最核心的技术，没有或者不掌握这种技术，钢铁工业的自动化信息化就难免流于形式，难以收到理想的效果。过程控制数学模型在国内钢铁行业的应用与发展，目前还刚刚起步，方兴未艾，随着需求的发展，未来的数学模型还有着极大的发展空间。从现在起，形成社会的关注，这对数学模型的未来发展，会起到一定的积极作用。打破数学模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，模型应用从低级向高级逐步发展，不断积累技术，不断培养人才，踏下心来，抓上几个项目，就一定能搞出名堂来，收到明显的经济效益与社会效益。发展以数学模型为核心的自动化技术，是落实“科技创造未来”的具体体现，也是我国钢铁工业实现新的腾飞的助推器。在过程控制数学模型的研发与应用上，要实现重点突破，开发出有中国特色的数学模型产品与技术，走出一条“研制一批，储备一批，生产一批”以科研促生产、以生产出产品、以产品保应用的新的可持续发展之路来。
3.3以国产化创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新
经过几年的努力，我国制造业自动化领域已经拥有了一批自主开发创新的产品与技术。这为今后自动化、信息化技术的发展奠定了坚实的基础。但这仅仅是开始，坚冰虽然打破，但水下仍然潜藏着巨大的冰块，所以发展以国产化的创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新今后还有许多工作要做。
3.3.1博弈要有实力
要在国际自动化领域取得话语权，就要靠实力。以前，依靠市场换取技术，只是一种低层次的对外开放，而且依靠钱是买不来核心技术的。如果我国在一定程度上掌握了自己的自动化、信息化核心技术，就可以由低层次的对外开放方式上升到较高层次的对外开放与交流。形成你中有我，我中有你的态势，达到优势互补、互利共赢的良性局面。我国在引进先进技术与产品的同时也可以对外输出自己的产品与技术，同时还可以开展联合研发等科技活动。
3.3.2新型自动化系统的集成与创新要实现全过程的集成与创新
目前，我国冶金工业自动化系统的建设，许多都处于开环控制或局部闭环控制阶段。而要实现真正意义的自动化系统的集成与创新就要在全过程方面实现真正的闭环。当然，这还要涉及到有关执行机构、检测单元等方面的支持与配合。其核心是国产化的技术与产品，并广泛采用国内外其他先进技术做支持，以保证整套系统的品质与质量。如果仍然还是停留在实现局部闭环控制上，就不能真正称之为系统的集成与创新。对于全过程的认识，我国著名自动化专家柴天佑院士曾经有过一段精彩的论述：“采用自动化技术，以计算机和网络技术为手段，将生产过程的生产工艺、设备运行技术和生产过程管理技术进行集成，实现生产过程的控制、运行、管理的优化集成，从而实现管理的扁平化和与产品质量、成本、消耗相关的综合生产指标的优化。”以国产化创新型产品与技术为核心的自动化系统的集成与创新是在控制系统、控制工程设计和组态软件、工业通信网络、制造管理和执行软件等多方面的基础上，通过集成与优化，实现真正意义上的生产管控一体化和生产过程控制智能化。
3.4能源管控一体化建设是下一阶段冶金自动化工作的重点
冶金工业是耗能大户，能耗将制约冶金工业的发展，我国冶金工业也正面临着由粗放型向精细化转型。以耗能来核定产能，或许将成为可能。所以整个冶金工业的节能降耗、低碳减排工作十分繁重，利用自动化技术来实现降低能耗，是冶金工业节能减排、实现绿色工厂的重要手段之一。冶金企业能源管控一体化建设，如果只停留在数据采集阶段，那么意义不大。这也是目前已经普遍实现的事实。针对冶金工业能源管控的特点，一是耗能大户，二是在冶金生产过程中，又伴生出大量的可燃性气体，如焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气等。所以能源管控的工作重心是能源使用管理的优化、二次能源的安全合理使用、多种能源介质统一平台操作、改变传统的能源计量方式以及能源安全管理预警等。能源管控中心建设的特点是控制模型和管理模型的融合。这也是能源实现智能化管控的着眼点，建设一套全新的基于热值流分析的能源管控一体化系统，实现从计划层、执行层到控制层的一体化；实现多种能源介质协同一体化；单项能源管控一体化，同时引进先进算法，确定科学的解法。
4结语
通过对能源生产管理模型的研究与开发，特别在能源预警模型、能源优化管理与调度模型，多种能源介质统一综合平衡成本分析与预警模型，以及热值能耗模型要有新的突破，争取为我国的能源战略的发展做出新的贡献。五年沧桑，十年巨变，曾经的辉煌只是昨日烟云。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，在冶金工业自动化领域还有许多工作要做，所以寻找新的创新切入点，根据不同的环境，会有所不同，一家之言不能概全貌，通过大家共同的努力，从不同角度、不同方面寻求新的自动化专业发展的新思路，这也是笔者的初衷，让我们共同谱写十二五期间自动化专业发展新篇章！
1固体电解质金属液无污染脱氧
固体电解质脱氧是指利用氧离子导体渗透膜,把其置于不同氧势的两端之间组成闭合回路时,氧离子会从高氧势的一端向低氧势的一端流动,脱除高氧势端的氧,原理示意图见图1。固体电解质脱氧的方式有两种,一种是主动的,依靠化学势驱动;另一种是被动的,依靠电场力驱动。根据固体电解质两端驱动氧方式的不同,可分为外加电势法[2-4]、混合导体法[5-6]和浓差电池短路法[7-9]三种。
1.1外加电势法
外加电势法是在固体电解质两侧施加定向外电势,通过电场力和氧势差的作用实现脱氧。在不超过固体电解质极限电流的情况下,施加电势越大,电流越大,脱氧也越快。根据外加电势极性的不同可分两种,其等效电路图分别见图2的(a)和(b)。图中(a)是在外加电场作用下,氧离子克服固体电解质两侧氧势差的阻力,从低氧侧迁移到高氧侧;而图中(b)是在外加电场和固体电解质两侧氧势差的共同作用下,氧离子从高氧侧迁移到低氧侧。对于外加电势法,选取的阳极物质多为空气,脱氧速度的控制至少有两种可能:在高氧浓度范围和低外加电势时是氧离子在固体电解质中的传递;在低氧浓度范围和高外加电势时是金属熔体中氧原子向金属熔体-固体电解质界面的扩散。对于不同体系条件,氧浓度范围或外加电势范围可能不同,在脱氧过程中控速环节可能是变化的。另外,耐火材料的分解及金属熔体的再氧化对固体电解质脱氧有较大的影响[4]。外加电势法目前存在两个问题:一是外加电势太高或与熔体接触的固体电解质界面氧浓度很低时会导致固体电解质在电流作用下离解;二是固体电解质的电子导电性在温度升高或在低氧分压范围内时会显著增大,将明显降低电流效率。因此,提出了混合导体法脱氧。
1.2混合导体法
混合导体法[5-6]是利用渗透膜同时具有离子电导和电子电导的属性,在阴、阳极两侧氧势差的推动下,仅通过渗透膜内部的自由电子在电场作用下形成的短路实现脱氧,相当于电池本身构成一个回路。但是短路电流的存在减弱了阻碍氧离子在渗透膜中迁移的电场。固体电解质一般都有一定的电子导电性[10],理论上可认为都是离子和电子的混合导体,只不过电子导电大小不同而已。相对于外加电势法,混合导体法的脱氧速率要慢得多。原因在于混合导体法中,氧离子通过电解质的迁移必伴随着等量而方向相反的电子迁移来维持电中性,而电解质中残存的电子导电性仅相当于离子导电的一小部分(约1/10),致使脱氧速率较慢。因此有研究者[6]认为,混合导体法脱氧控速环节是电子在电解质中的传递。另外,电解质电子电导率随温度下降呈指数衰减,不适宜用于低温熔体中。
1.3浓差电池短路法
针对以上利用固体电解质脱氧方法的不足之处,一种全新的脱氧方法—─浓差电池短路法[7-9]应运而生。该方法操作简便易行,提高了利用固体电解质功能材料进行脱氧的效率。图3示出了此脱氧方法的原理。当脱氧体浸入金属液后,在氧位差的推动下,金属液中的氧会以离子形态穿过固体电解质半透膜,并与后者内含的脱氧剂结合,从而达到脱氧的目的。由于反应产物不在钢液内生成,解决了以前脱氧剂所带来的污染问题。不过,在此脱氧过程中,固体电解质的外表面(与金属液接触的界面)会积累正电荷,而内表面(与脱氧剂接触的界面)则积累负电荷,它们将形成一个电场并阻碍氧离子的继续迁移。如果不能及时消除这种电荷的积累并破坏形成的电场,脱氧过程就无法继续进行。高温电子导电材料的存在解决了这一问题。高温电子导电材料不但有封堵脱氧体填料口的功能,同时也把固体电解质脱氧剂界面所积累的自由电子传递到钢液-固体电解质界面,使两个界面所积累的电荷中和,从而保证了脱氧过程继续进行,直至脱氧反应达到平衡[11]。浓差电池短路脱氧选取的阳极物质是H2、CO等还原性气体、碳和金属Al等物质,以提供低氧势。控速环节多为电路中的总电阻大小和氧在金属熔体中的扩散。随氧浓度的不断降低,控速环节也有变化,可采取相应措施改善脱氧动力学条件。与其它脱氧方法相比,这种无夹杂物的脱氧方法具有许多优点:不产生任何气体及氧化物夹杂,并且使用简单方便。随着固体电解质技术的发展和再生技术的运用,此方法的成本将不断降低。目前浓差电池短路法的研究重点:新型固体电解质功能材料的开发、脱氧体加入方式的改进以及脱氧体内采用新脱氧剂等。尽管这些方法克服了固体电解质外加电场法某些方面的不足,从氧渗透膜脱氧的实际要求来看,上述的脱氧方法仍嫌复杂,生产成本较高。它们有一个共同的特点,全都依赖固体电解质。为了克服上述问题,考虑到氧化锆固体电解质在固态时所呈现的氧离子导电性,研究能否用液态的氧离子异体代替固体电解质。
2渣-金属间外加电场无污染脱氧
熔渣也是一种具有离子导电特性的电解质,它含有氧离子、各类金属阳离子以及不同的复合离子团。根据固体电解质外加电场法脱氧的原理,如果能够找到一种氧离子迁移为主体的熔渣,则可用这种熔渣代替固体电解质作为反应的中介,以其作为金属液中溶解氧向外传输的“通道”。在金属熔体与覆盖于其上的熔渣之间施加定向直流电场(见图4),可控制氧离子在熔渣体系中的传导方向和速度。由于熔渣是以液态的形式存在,更易于离子的迁移,因此从理论上,完全可以实现比固体电解质电解脱氧更理想的脱氧效果[12-13]。根据电化学原理,步骤(2)使金属-炉渣界面积累正电荷,步骤(4)使炉渣/石墨电极的接触界面积累负电荷,如果不消除这些积累的电荷,就会形成一个电场,将阻碍氧离子的进一步迁移,最终导致脱氧过程的停止。而反向外加电场的施加,即可消除或者减小这个阻碍电场,使氧离子不断向渣相迁移,直至到阳极发生反应生成CO气体,脱离反应体系为止。不难看出,用液态炉渣代替昂贵的固体电解质,克服了采用氧化锆类固体电解质或相关功能陶瓷造成的成本过高的问题。液态炉渣是金属熔体最好的保护层,它既可以防止金属的二次氧化,又可以起到保温作用。金属熔体内的氧位、脱氧速度及强度可通过调节外加电势来控制。从以上分析可以看出,渣-金属间外加电场脱氧技术具有工业化应用的前景。目前,己在实验室开展了相关研究,取得了一定的结果。
3结语
利用氧离子传导电解质材料进行脱氧,反应过程中可将还原剂(或阳极物质)与被脱氧(还原)的物质隔离开,避免了被脱氧物质的污染。渣-金间外加直流电场脱氧的方法避免了对金属液的污染,而且不受固体电解质的限制,成本比较低廉,因而这是生产洁净金属或对金属含氧量进行调整的好方法。在冶金工业上,它可以作为一种独立的精炼手段,也适合与后续的连铸加工设备配合使用,还可应用于其他相关金属熔体的脱氧过程,因此,渣-金间外加电场脱氧技术具有广阔的应用前景。但是炉渣毕竟不同于固体电解质,要真正起到和固体电解质相类似的作用,而且能够应用到实际的冶金生产中,还需要进行大量的理论和实验工作。
1前言
日本冶金工业轨道衡技术的发展应追溯到日本战后经济振兴的年代。随着经济的发展,使日本冶金工业迅速崛起,成为世界上技术最强的冶金大国之一。改革开放以来,我国冶金行业的特大型钢铁生产企业,如宝钢、首钢、武钢、太钢、鞍钢、昆钢、济钢等,都先后随着大项目的引进,进口了代表日本先进技术的Yamato电子称重技术,其中不乏各种轨道衡技术。下面分别介绍Yamato的几种轨道衡技术,看日本冶金工业轨道衡技术的发展与应用。
2轨道衡在钢铁企业生产流程中的应用
大型冶金钢铁企业生产全过程中采矿、选矿、烧结、炼铁(铁水罐车或鱼雷罐车的铁水液面计量)、焦化煤塔用宽轨装煤车计量、炼钢(宽轨铁水包车或钢水包车计量)、轧钢型材、板材、线材(宽轨车计量)。外进原料如原料煤、矿石、铁精矿、石灰石、耐火材料、合金料、废钢计量、高炉灰,矿碴等副产品出厂的标准轨道衡的计量。
3整体式秤台结构轨道衡
早期日本冶金行业甚至最近还在使用的称重轨道衡,除了采用标准轨距、标准车辆外,还有大量的非标车型的深基坑超大型整体式秤台结构轨道衡。根据车辆参数轨距、轴距、轴数、心盘距、转向架数,全轴距、钩舌距的不同,从而采用不同类型的轨道衡。其中轨距从1435-6700mm,轴距从900-2000mm,轴数从2-16轴,心盘距6680-14230mm,转向架数2-3个,钩舌距从1210-25800mm,载荷规格从10-800t。其中较为典型的Yamato整体式秤台结构,大多为厚钢板箱型焊接大梁,横向采用X型联系梁形成整体结构。限位采用拉杆或碰撞式相结合,构成复合式纵、横向限位装置。秤台特点为安装简便、秤台刚度大、适用于称重频率大的场合。整体式秤台基础一般为深基坑或浅基坑基础。称重传感器采用日本Yamato经典的CC2/CC5系列摇柱式电阻应变式称重传感器,该传感器采用了抽真空充氮全密封焊接结构以及超高度不倒翁结构,使秤台受冲击后回复性优于其它任何结构。传感器规格从10-500t。准确等级符合OIMLR60C级1000-3000分度。该传感器是当今日本和我国冶金行业在用的传感器使用寿命最长的优选产品之一。称重仪表采用日本Yamato在九十年代中期开发的一款多功能超小型的EDI-800型通用工业仪表。该仪表最大的特点是显示码可达300000,采样速度为100次/秒,自我诊断,人机对话,屏幕菜单,各种I/O定值控制,各种通讯接口以及三菱CC-link现场总线联网技术。
4轨枕式电子轨道衡
日本Yamato在八、九十年代,开发了一种适用于因现场条件所限,秤台必须横向分离的轨枕式电子轨道衡。规格从100~800t,秤量方式为静态。该秤台最大特点是两根独立的称重大梁,就像两根长轨枕。承重梁厚度仅为100mm左右,整个秤台高350mm,承重梁与底座采用特殊密封技术,纵、横向限位采用了弹簧膜片式,两个秤台之间仅有数根力矩杆连接。每个秤台横向分别有一个或两个CC2/CC5传感器支承。一台鱼雷罐车可配置4-8个秤台。该装置特别适用于超长秤台无法运输,现场有障碍物使秤台必须横向分离的场合。安装调试也特别方便。该种类型的电子轨道衡已在日本新日制铁、韩国的项浦钢铁、上海宝钢4000m3炼钢高炉鱼雷罐车计量得到了广泛的应用。一般冶金行业的大型炼铁高炉有2个出铁口,相应有4个鱼雷罐车位。现场设置称重显示装置,并将信号送高炉中控室。主要输出信号为总重(4-20mA/0-F.S)、皮重(4-20mA/0-F.S)、鱼雷罐车号(BCD2位);主要输入信号为净重(4-20mA/0-F.S)、90%重量值(4-20mA/0-F.S)、100%重量值(4-20mA/0-F.S)、鱼雷罐车号(BCD2位)。
5模块式电子轨道衡
日本Yamato在九十年代又开发了一种适用于宽轨铁路车辆称重的模块式电子轨道衡。规格为100~240t,秤量方式静态。适用于现场条件所限,不允许长时间施工的线路。整体高度低,大大节约土建成本。特别方便拆卸、维修、调试。每一个模块为一个单独的称量箱,每一个模块相当于一个称重单元,从而取消了大型机械构件的秤台。在不影响线路正常运输情况下,可利用间隙时间完成安装调试。其秤台最大的特点是类似于我国的板式结构。在每根钢轨下密排着称重模块(称量箱)。现场安装与维修可很方便地装、拆称重模块。
6车轮测定用电子轨道衡
日本Yamato近年来,为了适应铁路车辆超偏载检测的需要,开发了一种适用于铁路车辆、机车车辆的轮重、轴重进行偏载测定的车轮测定用电子轨道衡。其特点小巧轻便,无须秤台,可低速动态称重。此装置已在日本的铁路车站、编组站、机车车辆厂、修理厂得到了广泛的应用。测定范围0.1～10t/轮,分度值10kg,静态准确度:±1%,动态准确度:±3%,动态车速小于10km/h。该装置另一个特点是可附带现场测力标定装置。
7不断轨电子轨道衡
日本在不断轨轨道衡的研究技术上虽未见大量公开的报导,实际上也与西方各国一样进行了大量的试验研究。最近日本Yamato最新推出的不断轨、具有数字化标定功能的电子轨道衡,足以证明了这一点。该装置为无秤台、不断轨结构,整个机械结构仅有2套剪切式数字传感器,每套传感器分别由2个左、右侧固定传感器组成,每个传感器用高强度螺栓固定在钢轨腹部。秤量轨支承点长度为600mm,2套传感器中心距为400mm,仪表有效采样段为200mm,该装置最大秤量为100t,分度值为100kg,秤量范围10-100t,静态准确度可达1%。目前由于种种因素的制约,其动、静态计量准确度,还未达到可以作为贸易计量的用途。该装置为无秤台、不断轨结构,整个机械结构仅有2套剪切式数字传感器,每套传感器分别由2个左、右侧固定传感器组成,每个传感器用高强度螺栓固定在钢轨腹部。秤量轨支承点长度为600mm,2套传感器中心距为400mm,仪表有效采样段为200mm,该装置最大秤量为100t,分度值为100kg,秤量范围10-100t,静态准确度可达1%。目前由于种种因素的制约,其动、静态计量准确度,还未达到可以作为贸易计量的用途。根据材料力学关于受集中载荷的简支梁的常规弯矩与剪力分析很容易看出:轮重P在400mm称量段中心位置Xi=0.5×L时,弯矩最大MX=P×L/4,而轮重P在400mm称量段内剪力却是恒定的QXi=P×Xi/L,其值与轮重P成正比。从称量钢轨截面进行力学分析可知,其中性轴上的剪应力最大为τMax=Q×S(/Jx×b),剪应变γMax=τMax/G,中性轴45°方向主应力σ=τMax,主应变ε=±0.5×γMax。即当列车通过测量区时,车轮重量通过称重轨下剪力传感器对剪应力产生的两个拉压对应的主应力的测试,将重量转换成电压信号,进行放大与A/D转换,完成车辆的称重。日本Yamato最新开发的USUI型剪切型钢轨传感器的特点是由于具有左、右侧两种传感器成对设置,称重段内的载荷不均匀将不影响计量准确度。具有高灵敏度,耐高温对策。应变片基底及接线采用耐用热高分子材料,电缆采用硅胶电缆,这样可使传感器保存温度达到150℃,使用温度达到100℃。不锈钢弹性体激光焊接密封,电缆接头采用O型圈密封,可适用于各种恶劣的高温、粉尘、潮湿的环境。USUI型传感器可实现现场安装,拆装方便。也可根据需要选择钢轨单面或双面安装。该传感器另一最大的特点是具有独特的现场测力标定装置,供用户作模拟加载测试。上图为USUI型传感器的外观尺寸图。该不断轨轨道衡的控制器为日本Yamato最新款的EDI-910型称重显示控制器。采用了ΔΣ型20位高速A/D转换。该仪表具有独特的数字化标定功能,可输入所有传感器的灵敏度值,对其进行数字化的标定,并开放其零点,量程的标定系数,便于了调整和互换。可对称量批次,时间、累计值、平均值、称量范围、偏差、极限值等数据进行统计存储,并能存储出错记录和断电瞬时的数据及自我诊断功能。该仪表具有各种丰富的通讯接口功能,外部参数输入可分成命令设置和自动设置二种,分时分批设置。可通过串行口与PLC联网,并支持欧姆龙的Hostlink协议和三菱CC-LINK协议,通过现场总线融入企业的ERP管理系统。
8结束语
总之,各种型式的电子轨道衡是根据不同的生产需要而发展起来的。由于称量物质的不同、工作环境与工况的不同、车辆型式的不同、用户需求的不同,因此产生了不同的称量手段与措施。我们不能笼统地说,不同型式的轨道衡产品的好与坏。从以上介绍日本Yamato不同时期提供给冶金、铁路系统的不同型式的轨道衡产品,可以从某一侧面反映了日本冶金行业轨道衡技术的发展与应用。秤体结构从整体式———轨枕式———模块式———不断轨式的发展过程,秤体结构的发展也伴随着传感器技术与称重仪表技术的发展与更新换代。从“用户至上”的理念出发,不断轨技术的应用、现场模拟测力标定装置的应用,以及仪表数字化标定技术、数字化通讯与联网技术并融入企业的ERP管理系统,都是在用户不同的需求中发展起来的。日本轨道衡产品技术在冶金行业的发展与应用,同样值得我国同行的借鉴。
一、高炉热风炉余热回收
炼铁高炉的热风炉是蓄热式炉型，在蓄热过程中排放出的烟气温度有时可高达400℃，用这部分烟气去加热燃烧所需的助燃空气，不仅可以节省燃料，更重要的是可提高蓄热炉的炉顶温度，从而可使入炼铁炉的热风温度升高，热风温度升高可使炼铁焦比下降，一般情况下，温度在1000℃以上的热风每提高100℃，每t铁所耗焦炭可节约15kg。我国第一台高炉热风炉热管空气预热器于1982年在马鞍山第一炼铁厂正式投用。使用后效果显著，燃料煤气耗量减少了4%，另由于使用热管空气预热器后入炉热风温度升高，结果使每t铁的焦炭耗量减少了10kg，当年即可收回全部投资。
经过近10年的发展，至20世纪90年代，此技术已趋于完善，目前国内许多大型钢铁企业都采用了这一技术，最大换热量已达20000kW，由于容量大，且多为双预热(同时预热空气和煤气)，因之都采用分离式的热管空气预热器。图为某钢铁公司高炉热风炉余热回收的流程及其参数。从热风炉排出的烟气（250℃）通过分离式热管换热器的加热段降至145℃，由烟囱排入大气。分离式热管换热器的冷却段由两部分组成，一部分加热助燃空气，另一部分则加热燃料煤气，这种双预热系统使燃料煤气和助燃空气同时被加热到130℃以上入炉燃烧，大大提高了燃烧效率。
运行表明：该炉的热风温度比过去不采用此项技术前的热风温度提高了42.4℃，这样使每t铁的焦炭耗量节约了6.36kg。1993年6月份，该高炉产铁184787t，共节约焦炭1175t。约合人民币43万元/月，同时煤气的消耗量也有所下降，按热值计节约8648.3kg/月，约合人民币10.2万元/月。
二、烧结机的余热回收
冶金烧结工序能耗较高，约占钢铁冶金总能耗的10%~12%，根据冶金行业对部分烧结厂的热平衡测定，一般烧结厂的总能耗达250~300GJ/t，烧结热效率仅50%左右，余热量很大。如何合理有效地开发和利用烧结矿余热，一直是国内外烧结工作者所关注的课题。
经过十多年的不断研制与推广，从24~300m2的烧结机，回收的余热可产生0.5~1.6MPa的蒸汽3~20t/h，所产生的蒸汽可直接用于拌料，使给料温度大大提高，从而提高产率4~5%，并使每吨的动力消耗下降0.5kW•h。经测定计算一台75m2的烧结机回收此项余热的经济效果可达70万元／年。一般情况下设备投资在8个月可以回收，系统全部投资回收不超过14个月。
1冶金企业废弃物回收利用模式
1.1清洁生产及其实现
1992年在里约联合国环境开发大会上,正式承认清洁生产是可持续发展的先决条件.《中国21世纪议程》中也将其列入其中,并制定了相应的法律[1].清洁生产的实现途径包括清洁材料、清洁工艺和清洁产品,要求在提高生产效率的同时,必须兼顾削减或消除危险物及其他有毒化学品的用量,改善劳动条件,减少对操作者的健康威胁,并能生产出安全的与环境兼容的产品.清洁生产的实施途径包括:1)材料投入,有用副产品的利用,回收产品的再利用,以及对原材料的就地再利用,特别是在工艺过程中的循环利用;2)生产工艺或制造技术,改善工艺控制,改造原有设备,将原材料消耗量、废物产生量、能源消耗、健康与安全风险以及生态的损坏减少到最低程度;3)自然资源使用以及空气、土壤、水体和废物排放的环境评价;根据环境负荷的相对尺度,确定其对生物多样性、人体健康、自然资源的影响评价.
1.2冶金企业废弃物回收利用模式
废弃物的采集、回收、储存、运输、加工处理、利用途径等各个环节构成了钢铁生产废弃物的回收系统,这个系统中具有输入、输出、转化处理、环境制约等要素.系统输入就是来源于生产过程的废弃物.系统输出则是具有价值的再生资源、加工原料,能够重新投入钢铁生产和其他部门使用的消费品.系统转换是指将废弃物变为再生资源的全过程,其中废弃物的采集回收、捡选分类、加工处理是系统转换的重要环节,直接关系着作为再生资源的数量、质量和价值.同时,废弃物的资源管理、计划管理、信息管理、运作管理也是系统转换中必不可少的内容.社会的发展,钢铁工业水平,科技进步与人员素质,资源能源现状对回收系统起着环境制约的作用,图1为钢铁企业废弃物回收利用模式.
2冶金工业中清洁生产技术
2.1建立冶金协同优化体系
冶金协同优化体系,将涉及钢材制造过程、加工组装过程、使用过程、废弃过程、回收利用过程等因果链,组成若干区域性的兼顾社会整体节能、降低社会环境负荷、协同优化的冶金生产体系是一种发展趋势.诸如钢厂与发电厂的结合,钢厂与建筑材料厂的结合,甚至某些地区的钢厂(利用排出的CO、CH4、H2等)与石油加工或某些化工厂的结合,是一种社会的需求.冶金企业还可成为污染处理基地,如高炉喷吹废塑料是消除“白色污染”的最佳途径.这样,在某些特定条件下,有可能形成包括冶金生产企业在内的工业生态链,甚至形成工业生态区.
2.2冶金流程及工艺的改进
冶金制造过程正以积极推进最有效技术为基本,不断使冶金制造流程从间歇—停顿—流程长向紧凑化—准连续化—流程短的方向发展,以使物质收得率最大化、能源效率最佳化和制造流程时间最小化.从铁矿石+能源—钢材—制品(工程)—废弃—再利用的过程看,分析不同类型钢厂的能源效率和环境负荷显得尤为重要,如短流程钢厂的能耗及吨钢有害气体排放量都远低于高炉长流程钢厂[2].在冗长的钢铁冶金过程中,频繁地加热和冷却物料引起了能量消耗增高.从钢水浇注成钢锭开始到锻造、轧制成各种钢材、型材,经历了台车式退火炉、室状炉、均热炉、连续加热炉、步进式加热炉、辊底式退火炉等多种炉型的反复加热、冷却,多次加热及不同目的退火处理,钢经历了漫长多次的热循环过程,消耗了巨大能源,包括煤气、重油、电能、天然气等的消耗.这大量能源的燃烧,消耗了巨大的热能.研究钢的热循环工艺;建设和改造高炉热风炉、大型烧结冷却机、轧钢加热炉等生产装置的余热回收装置,提高余热回收率;开展连铸热装热送等,在不同工序上大面积的进行工艺改革,使加热工艺、热处理工艺全面系列化、规范化、科学化,必为冶金企业节能降耗,提高生产率及改进钢的冶金质量带来巨大经济效益和社会效益.在冶金生产过程中实现清洁生产,注意工艺变革,可以将污染消除在过程内.如南非Saldanha钢铁厂率先在钢铁企业实现了工业化的清洁生产,其工艺引起了全世界同行的关注.它将Corex熔态还原工艺,Midrex直接炼铁工艺,电炉炼钢和薄板连铸集成,将CorexC2000产生的大量剩余气体经除CO2净化工序后,用作Midrex直接还原铁法的还原气体,由Corex产出的生铁和Midrex的直接还原铁再作为电炉炼钢的原料,时间短,有害元素少,提高炼钢效率,从而形成了一条完整的绿色钢铁生产工艺;根据我国钢铁企业的经济和生产特点,提出的基于多级流化移动床的熔态还原新工艺[3],可以彻底解决污染问题.
2.3冶金过程排放清洁处理
冶金企业从原料、焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及轧钢的生产过程中产生大量含有可利用热量的废气、废水、废渣,同时在各工序之间存在着含有可利用能量的中间产品和半成品.
2.3.1再能源化冶金企业排放的废气主要包括:烧结废气、高炉煤气、电炉烟气和轧钢加热炉烟气等,其余热回收后可用于预热助燃空气、预热煤气和生产蒸汽.1)烧结废气在钢铁生产过程中,烧结工序的能耗约占总能耗的10%,仅次于炼铁工序而位居第二.在烧结工序总能耗中,有近50%的热能以烧结机烟气和冷却机废气的显热形式排入大气,既浪费了热能又污染了环境.采用热管蒸汽发生器可回收烧结废气余热.2)高炉煤气高炉煤气的回收利用比其它废气的回收利用意义更为重大,因为这涉及到冶金企业的气体燃料平衡、减少烧油等重要的能源问题,所以应是废气余热、余能回收利用的重点之一.对钢铁联合企业来说,目标应当是努力降低高炉煤气的放散率,增加混合煤气量,或采用低热值煤气燃烧技术将其用于轧钢加热炉;对独立铁厂而言,则应尽快建设高炉煤气电站.3)电炉烟气电炉炼钢过程中的废气余热回收技术,有可能使电炉炼钢节电100kW•h/t(钢)以上,并提高电炉的生产效率.在电弧炉的热平衡中,烟气显热一般占电炉热量的20%.一台100t电弧炉废钢预热器的综合效益为:废钢平均预热温度可达200~250℃;电能消耗减少40~50kWh/t;熔炼时间缩短5~8min;电极消耗下降0.2~0.4kg/t;电炉热效率达70%(不预热废钢时一般为50%~60%)[4].4)轧钢加热炉烟气可通过以下措施来提高轧钢加热炉烟气回收利用率:采用高保温性能、高密封性能的轻型地上烟道和高回收率的多行程优化排列的翅片或插入件强化传热的金属换热器;采用绝热性能良好的热回收管路;采用炉顶间隔墙来改善炉内热交换及降低排烟温度;采用能在高预热温度下以全热风方式工作的高效燃烧装置.
2.3.2再资源化以回收废钢为原料,在电弧炉内溶化.溶化后的钢水在钢包内进行精练,再经过连铸和轧制成型.最初再生法只能生产低级产品,特别是钢筋,现在它占钢铁市场份量越来越大.目前美国40%以上的钢是用这种方法炼的.美国环境保护局的测试表明,使用废钢代替铁矿石炼钢时,总能耗降低近2/3,空气污染排放物可减少86%.冶金生产中产生许多种排放物,对这些排放物进行适当处理,不仅可防止二次污染,而且可回收作为资源利用.例如:1)废油回收设备油水分离器做燃料.2)粉尘和污染除尘器和脱水后污泥造球做烧结原料或转炉原料.3)碎耐火砖回收分选和加工供制造厂做原料.4)废料回收再生利用.5)矿渣高炉渣重矿渣做道路修道路或做混凝土骨料;高炉渣水淬渣脱水加工做水泥原料或肥料;转炉渣重矿渣破碎、磁选返回燃结、转炉做原料或修道路.
2.3.3无害化处理冶金企业的无害化处理比较集中在水处理、烟尘处理以及某些有害刺激性气体的处理上.冶金企业废水排放量大.掌握各工序废水的特点,对整体研究企业节水及废水治理、以废治废大有益处.例如利用不同工序的酸性废水和碱性废水调节混合,中和为中性后,不仅可满足环保上对废水pH值的要求,而且可消除废水复用时对管道的腐蚀,提高废水循环复用的实际可能性.另外,利用有些废水混合后反应产生沉淀物及产生的沉淀物的吸附性能,降低废水中悬浮物含量及其它有害物质含量,不仅提高废水水质,而且可使本不能复用的废水能够复用.然而更为根本的问题是:如何少用水、不用水或是水的充分循环利用.作为再能源化和不用水的绝妙结合的例子就是干熄焦(CDQ).北美有的新建焦炉将原来炼焦—化工系统转为炼焦—发电系统也是值得注意的新动向.烟气脱硫对于酸雨等大面积区域生态环境以及居民的健康有着直接的影响.目前氮氧化合物(NOx)的防治也应引起人们的重视.
3结语
冶金工业是国民经济支柱产业,钢铁仍然是非常重要的结构材料和迄今为止产量最大的功能材料,在众多的使用领域内钢铁仍属必选材料,是工、农业、交通运输业和国防工业的基础.冶金工业属于流程制造业,在冶金制造体系中大量的物质/产品流、大量能量转换过程、多种形式的排放过程和大量的排放/废弃物都对环境造成不同层次、不同程度上的影响,其污染困惑着这一行业的发展,走清洁生产的道路是冶金工业面向新世纪的重要命题.
环境治理和资源保障：重金属污染得到有效防控，资源综合利用水平明显提高，2015年重点区域重金属污染物排放量比2007年减少15%。在淘汰落后产能方面，铜冶炼需要淘汰鼓风炉、电炉、反射炉炼铜工艺及设备；铅冶炼需要淘汰采用烧结锅、烧结盘、简易高炉等落后的炼铅工艺及设备，未配套制酸及尾气吸收系统的烧结机炼铅工艺、烧结鼓风炉炼铅工艺；锌冶炼需要淘汰采用马弗炉、马槽炉、槽罐、小竖罐等进行焙烧，采用简易冷凝设施进行收尘等落后的炼锌或生产氧化锌工艺设备;锑冶炼需要淘汰采用地坑炉、坩埚炉、郝氏炉等落后方式炼锑。
1行业准入条件
行业准入条件从生产规模、工艺装备、能源消耗、资源综合利用、环境保护等多个方面对冶炼行业提出了要求，需要严格遵守，现有的主要有色重金属行业准入条件。
2资源情况
我国有色金属矿产资源特点一是有色矿产资源总量很大，但人均占有资源量却很低；二是贫矿较多，富矿少，开发利用难度大；三是共生伴生矿床多，单一矿床少；四是分布范围广，区域不均衡。
2.1主要有色重金属的生产及消费表2为2005年以来主要有色重金属的生产及消费情况。可以看出，主要有色重金属的产量和消费量基本逐年增加，其中铜、锌、镍的消费量大于产量，对进口产品的依赖程度很大。
2.2主要有色金属资源问题及建议在铜资源方面，未来中国的铜冶炼产能仍将保持快速扩张趋势，对进口原料依赖程度将继续加大，在加大国内找矿力度及国际合作项目的同时，各企业应更加重视废铜资源的回收再利用工作，走绿色经济发展的道路[1-2]。铅锌资源的主要问题包括资源禀赋欠佳、定价话语权缺乏、冶炼原料供应不足，应进一步加大找矿力度，淘汰落后产能和生产工艺，促进企业重组，防止产能过分扩张，保护国内铅锌资源。与此同时，不断开发新技术，加快再生铅锌产业的发展[3-4]。我国镍资源非常缺乏，对国外原料的依赖程度非常高，镍原料价格的波动或供给发生短缺时，经常会对产业造成严重冲击，因此，确保镍原料长期而稳定供应是镍产业发展的重要课题[5]。国锡资源的主要问题在于缺口逐渐拉大、冶炼技术水平较低、存在私挖滥采现象，建议加强政府层面的监管，保护锡资源；不断开发锡冶炼新技术，增加产品的附加值；促进企业之间的兼并重组，形成大型的生产公司或企业集团，增加市场的竞争力和话语权。我国锑资源的主要问题在于过量和非法开采造成资源浪费、环境污染问题严重、流通和出口秩序混乱，走私严重。建议加强地质勘查工作，鼓励商业性勘查；继续实行保护性开采，规范生产经营秩序；依靠科技进步，调整和优化产品结构；加大企业整合力度，提高集中度；规范出口渠道，整顿出口秩序[6]。
3技术发展现状
我国有色重金属冶金产业经过多年的发展，工艺和装备水平得到显著提高，表3为2005年以来主要有色重金属的冶炼综合能耗。从表中可以看出，铜、锌、锡冶炼综合能耗逐年下降，铅冶炼能耗2007年指标略高于2006年指标，但总体呈下降趋势，镍和锑冶炼能耗虽然整体呈下降的趋势，但下降幅度不大。
3.1铜冶炼铜主要采用火法的方法冶炼，包括闪速熔炼和熔池熔炼。闪速熔炼可分为奥托昆普闪速炉和因科闪速炉。熔池熔炼按包括诺兰达法、奥斯麦特/艾萨法、白银法、水口山炼铜法、瓦纽柯夫熔炼法、特尼恩特熔炼法、三菱熔炼法、卡尔多炉熔炼法、旋涡顶吹熔炼法等。闪速熔炼的主要优势在于产能大、节能环保效果好、自动化控制水平高、炉体寿命长，而熔池熔炼的优势在于对产能限制小及对原料要求较低。
3.2铅冶炼铅几乎全部采用火法方式生产。目前的熔炼工艺包括烧结焙烧—鼓风炉还原、氧气底吹熔炼—鼓风炉还原(SKS法)、奥斯麦特/艾萨法、卡尔多法、QSL法、基夫赛特法等。烧结焙烧—鼓风炉还原是传统的炼铅方法，优点在于工艺稳定，技术成熟，对原料适应性强，但烟气SO2浓度低、难于制酸，热量利用率低，劳动条件差。QSL法改善了卫生条件，简化了操作，但其烟尘率和渣含铅较高。SKS法主要优点在于工艺简单，缺点在于氧枪和炉寿周期短、规模受限、流程长、炉体难以密闭存在低空污染。奥斯麦特/艾萨法主要优点是设备简单、投资相对较低、原料适应性强，缺点是氧化和还原需在不同的炉子内完成，且氧枪寿命短，需要定期更换。Kaldo法使熔炼、还原和精炼在同一炉内完成，炉体结构紧凑，环保效果好，但该法的阶段性作业，不利于SO2的回收利用[7]。Kivcet法的优点是工艺过程连续稳定、设备寿命长、原料适应性强、环保效果好，缺点是电热还原区相对静止，影响传质传热速度、电耗较高，且炉型相对复杂，一次投资较高。
3.3锌冶炼锌的冶炼方法主要为湿法，包括浸出、净化和电积三个工序。1)浸出。浸出方式包括氧压浸出和富氧常压浸出，二者都可以直接处理硫化锌精矿，不需要焙烧脱硫制酸工序，没有大气污染。只是氧压浸出在硫的熔点以上进行，压力较高，反应速度快，但对反应器制作要求高，控制难度大。而常压富氧浸出反应器在常压下工作，温度相对低，设备安全可靠性上有很大优点，但同时由于反应速度慢，同样处理量下设备要庞大的多[8]。2)净化。净化方法主要有锌粉—锑盐法，锌粉-黄药法、锌粉—砷盐法、锌粉—β萘酚法等。流程一般有一段、二段、三段和四段之分，视溶液杂质含量而定。作业方式有间断作业和连续作业。连续作业的优点是生产率高，易于实现自动化，但操作控制要求较高。3)电积。目前电积仍以传统工艺为主，新的电积工艺包括联合电解法和气体扩散阳极电积法，但并未得到大规模应用。
3.4镍冶炼镍主要采用火法的方式生产，可分为鼓风炉、矿热电炉、反射炉、闪速炉、转炉及奥斯麦特炉。鼓风炉熔炼是最早的炼镍方法之一，现已逐步淘汰[9]。矿热电炉的优点在于可以有效控制温度、烟气量小、金属回收率高，但电耗大，生产成本往往较高。反射炉结构简单、对原料和燃料的适应性较强、生产中耗水少、作业率高、适合大规模生产，缺点是燃料消耗量大、热效率低、烟气中SO2浓度低、占地面积大、消耗大量耐火材料等。闪速炉的优点在于生产能力大、烟气量相对小、可减少环境污染、综合能耗低、容易实现自动化，但相对烟尘率较大，物料准备要求较高。转炉具有热效率高、炉体体积小，拆卸容易，更换方便等优点，但具有间歇作业，操作频繁，烟气量和烟气成分呈周期变化等缺点。奥斯麦特炉则采用浸没喷枪技术，烟气量小，投资较低，炉体密闭具有环保优势，缺点是喷枪需要经常更换，单台设备的生产能力有限。
3.5锡冶炼锡主要采用火法的方法生产，包括反射炉、电炉及奥斯麦特炉。反射炉熔炼是传统的炼锡方法，对原料、燃料的适应性强，操作简便，但其生产效率低、热效率低、燃料消耗大、劳动强度大，有被强化熔炼方法取代的趋势。电炉熔炼具有炉床能力高、直收率高、热效率高、渣含锡低等优点，但需要电能丰富的地区采用。奥斯麦特技术是目前世界上最先进的锡强化熔炼技术，具有熔炼效率高、物料适应性强、热利用率高、环保效果好、自动化程度高、占地面积小、投资等优势，是取代反射炉等传统炼锡设备较理想的技术设备。
3.6锑冶炼锑主要采用火法的方法生产，可分为单一硫化矿、氧化矿的处理和复杂锑铅矿的处理。1)单一硫化矿、氧化矿的处理。主要的处理方法包括挥发焙烧(熔炼)———还原熔炼。还原熔炼主要在反射炉内进行，挥发焙烧设备包括回转窑、沸腾炉、烧结机、转窑、鼓风炉、旋涡炉等。目前挥发设备主要采用的是鼓风炉，优点是对原料适应性强、可处理硫化矿和氧化矿、挥发率高、回收率高、锑氧品位高、生产能力大、劳动条件好、SO2可以制酸、污染小。2)复杂锑铅矿的处理。目前应用于生产的冶炼工艺为火法沸腾炉焙烧脱硫—反射炉还原熔炼—两次吹炼再还原熔炼[10]。存在的主要问题包括返料多、流程长、锑铅分离困难。由于生产流程返料多，锑铅的回收率很低，导致加工费高，企业仅有薄利。低浓度SO2和氧化砷烟气直接排放污染环境。综合回收差，银的回收率仅60%。传统工艺问题较多，需要开发新的工艺来替代。
4产业技术路线图及重点研究方向
4.1技术路线图内容包括工艺研究、核心装备研究及工程示范应用。研究成果首先应用于联盟内部成员单位，并积极向外推广，从而形成对整个产业的带动和辐射效果，促进技术的不断进步。
4.2重点研究方向通过对行业内典型企业、高校和科研院所的调研，在未来几年重有色行业重点技术需求、研究开发方向。
5结语
本技术路线图的结合了产业政策、资源情况、市场情况、技术发展现状以及典型企业的技术需求，提出了未来几年的技术需求和重点研发方向，可供实施相关创新项目参考。
作者：阮建国 王志刚 单位：中国瑞林工程技术有限公司
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