信息化自动化技术，中国钢铁由“大”变“强”之关键

本刊记者/梁秀璟

中国钢铁工业协会信息与自动化推进中心副主任兼秘书长 蒋慎言

钢铁产业是国民经济的重要支柱产业，是国家的重要原材料工业之一，它涉及面广、产业关联度高、消费拉动大，在经济建设、社会发展、国防建设以及稳定就业等方面发挥着重要作用。同时，钢铁生产又是高耗能、高排放的过程，由于我国钢铁产业长期粗放发展累计的矛盾，以及受目前国际铁矿石价格飙升的严重影响，中国钢铁工业站在了转型调整的风口浪尖。眼下，中国钢铁工业唯有通过兼并重组、节能降耗、淘汰落后产能，提高整个钢铁行业的集中度，减少铁矿石需求的主体，才能扭转生存困境，而信息化和自动化技术便是实现这一目标的有效途径。

回顾新中国钢铁工业的发展历史，信息化和自动化技术在提高产品质量，降低成本，节能降耗等方面起到了巨大的推动作用。同时，我国钢铁企业也在信息化和自动化技术的应用、自主研发方面取得了不小的成绩，针对于此，本刊记者特别采访了中国钢铁工业协会信息与自动化推进中心副主任兼秘书长蒋慎言先生，为广大读者详细讲述中国钢铁工业信息化自动化技术的发展情况。

钢铁信息化自动化技术应用经历了怎样的发展历程？

蒋慎言：我国钢铁工业应用信息化自动化技术的发展历程大致可分成如下几个阶段。

初期 引进，发展缓慢

1949年解放初期，当时我国的粗钢产量占世界第26位，一直到文化大革命前钢铁工业基本上都是沿用当时苏联援助的技术。从重大工程项目来说，当时有苏联援助鞍钢的7号高炉、大型轧钢、无缝钢管三大工程，仪表只是采用苏联的所谓Ⅰ型和Ⅱ型真空管仪表，调速普遍采用电动机发电机组成方式，或者水银整流装置进行控制。

文化大革命期间，尤其是末期，在全国影响比较大的引进项目包括：武钢从日本引进的1700热连轧、太钢引进奥钢联的50吨转炉全套设备及自动控制系统，以及首钢引进日本HOC-510用于30吨转炉的控制。国内钢铁企业也试图用分离元件的国产计算机来控制钢铁工艺过程，当时有TQ-16、DJS-121等。由于受到文化大革命的影响和干扰，虽然工程技术人员做了坚苦卓绝的努力，但不够理想、进展缓慢，大部分只完成了数据巡回检测和显示的功能。

三大 变革 飞速发展

文化大革命结束，随着改革开放的开始，钢铁工业自动化以宝钢为代表，信息化以武钢和鞍钢的联合国的钢铁企业设备管理资助项目为代表，进行了大量的引进、消化、吸收、再造的工作，特别是20世纪90年代以来，我国的钢铁工业以纯氧顶底复吹转炉替代平炉、连铸代替耗能大的模铸和短流程铸机一体化工艺的出现为标志，完成了我国钢铁工业的三次巨大工艺变革。钢铁产能迅速增长，钢铁生产新工艺和新技术不断涌现，到1996年粗钢产量达1亿多吨 ，直到2010年粗钢产量达6.25亿吨，15年稳居世界第一，由一个钢铁弱国变成钢铁大国。同时生产流程向高度集成化和自动化方向发展，经营管理趋向扁平化。我国钢铁工业的这种革命性的变化，为钢铁工业信息化和自动化技术提供了一个巨大的发展空间。

两化 融合 自主创新

在国家大力推进信息化与工业化融合，促进工业由大变强的背景下，钢铁行业的自动化和信息化工作取得了显著成效。据中国钢铁工业信息与自动化推进中心和钢铁协会信息统计部的最新调查研究和评估结果表明：

（1）我国整个钢铁工业的主要工艺流程基本普及了基础自动化L0和L1级，自动化仪表方面各物理量都采用了精度合适的仪表进行测量、采集和调节，使每一个工艺流程基本上做到了工艺数据可测、可查、可控和可记录。并且在钢铁工业特殊要求的高速度、高灵敏和高抗干扰的国产仪表方面有了新的突破，智能化系统的仪表层出不穷，并且普遍达到了稳定运行的目标。

（2）随着信息技术和网络技术的迅速发展，计算机控制，主要是指过程控制L2级，在我国钢铁工业也取得了突出的成绩。各种工艺的数学模型也得到了普遍发展。在模糊控制、神经元网络和专家系统等人工智能现代数学理论也得到了广泛的应用。据统计，我国钢铁工业在过程计算机的采用率上，高炉达100%、转炉达93.43%、连铸达99.4%、轧机达99.68%。这表明了我国钢铁行业的自动化信息技术已经跻身于世界先进行列。

（3）在生产管理L3级和经营管理L4级方面，我国钢铁工业推广和应用的核心技术有生产制造执行系统（MES）和企业资源计划系统（ERP）。可以说这几年来MES和ERP的开发应用已经成为我国钢铁工业的热门话题，有些企业已上线运行，取得了许多成功的经验。

综上所述，到目前为止，我国钢铁工业的信息化与自动化的技术已经到了自主创新方兴未艾的发展阶段，到了“两化融合”需要更深刻、更精细化的阶段。

“十二五”规划对钢铁工业提出了哪些要求？

蒋慎言：“十二五”期间我国的钢铁工业正处在重要的战略调整时期，危机与机遇并存，发展与矛盾同在，因此结构调整与转变发展方式、优化产业布局做好兼并重组工作、加快技术进步和自主创新、节能减排和环境保护、推进信息化自动化与钢铁工业的精细、深度融合，建立稳定的铁矿石供应基础是我国钢铁工业在“十二五”期间的重要战略任务和发展方向。

（1）结构调整与转变发展方式，就是指要下大力气关闭高消耗、低质量、污染环境严重的小矿山、小焦炉、小高炉、小转炉，以及浪费能源、水资源的初级轧钢设备，从而淘汰落后产能。在有条件的地区，将落后产能标准提高到1000立方米以上高炉及炼钢产能。加速推进钢铁工业装备和技术结构的升级，实现由粗放式发展向集约式发展的转变。这种调整和转变是必须的，也是钢铁工业“十二五”期间得以健康发展的核心所在。宝钢就是一个典型的例子。因为宝钢结构发展方式合理、先进。根据中国钢铁协会公布的资料，2010年上半年宝钢实现利润总额达人民币124亿元，占我国钢铁盈利企业实现利润总额的27.67%，而其钢产量只占钢铁协会会员总产量的6.39%。中国如果有10家像宝钢这样的企业，年产量将达3亿吨钢，如果经济技术指标也能如宝钢一样达到国际先进水平，那我国就能实现由钢铁大国向钢铁强国的转变。

（2）优化产业布局，是指在结合控制总量淘汰落后产能的前提下，按照沿海、沿江内陆铁矿石和各种原材料的来源以及产品的输出，科学合理布局，并达到与资源环境相适应的要求，进行城市钢厂搬迁和相应的技术改造。建设新首钢的搬迁和唐山曹妃甸二期建设就是典型的例子。所谓做好兼并重组工作，就是在结合控制总量淘汰落后产能的前提下，在“十二五”期间努力清除影响钢铁企业重组的财税利益分配、资产划拨、债务核定和处置、人员分配等体制性障碍，为推动钢铁企业集团化发展和实现跨地区、跨所有制、跨行业的兼并重组创造良好的环境。例如进一步发挥宝钢、鞍本、武钢等大型钢铁企业集团的带动作用，推动鞍本集团、广东钢铁集团、广西钢铁集团、河北钢铁集团和山东钢铁集团内产供销、人财物统一管理的实质性重组，形成几个产能在5000万吨以上、具有较强国际竞争力的特大型钢铁企业；形成若干个产能在1000~3000万吨级的实质性的大型钢铁企业。

（3）加快技术进步和自主创新，就是要求将这两者与企业自身的搬迁、技术改造等相结合起来，培育企业原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新能力，着力突破制约产生转型升级的关键技术，提高工艺装备水平，提高产品档次和质量。如直接还原铁的冶炼技术、炼钢—精炼—连铸以及直送直轧的短流程技术，超低含硫、磷、氢、氧的高强度、高抗拉、抗腐蚀的冶炼生产技术等。重点发展高速铁路用钢、高强度轿车用钢、高档电力用钢和模具钢、特殊大锻材等关键钢材品种，支持有条件的企业、科研单位开展百万千瓦核电用料原钢板和高压锅炉管、25万千伏以上变压器用高磁感低铁损取向硅钢，提高认证标准，促进钢材实物质量达到国际先进水平。“十二五”期间钢铁企业在搞好技术创新的同时，应深度融合信息技术搞好体制创新，使我国钢铁企业全部拥有一整套完整的现代化企业管理制度，坚持充分利用两个市场、两种资源，成为高速度反应国际、国内市场需求的灵敏企业，使钢铁企业在剧烈的市场竞争中不断壮大。

（4）节能减排和环境保护，是指在“十二五”期间，我国钢铁企业在吨钢综合能耗、吨钢耗用新水量、吨钢烟粉排放量、吨钢二氧化碳排放量应达到和我国所承担的环保压力及国际义务相适应的更新标准，要求二次能源基本实现100%回收利用、冶金渣近100%综合利用、污染物排放浓度和排放总量双达标。在这中间主要是在钢铁企业极力推广高温高压的干熄焦技术，烧结余热利用、烧结烟气脱硫、高炉工艺控制系统技术，高炉炉顶余压发电和干法除尘技术，转炉煤气干法除尘及回收技术，铸轧一体化技术，综合能源管理技术以及各种焦化产品的回收、铁合金、碳素和耐火材料等产品生产的先进节能减排等技术的开发和应用。

（5）建立稳定的铁矿石供应基地，就是在“十二五”期间以利益共享、风险共担为原则，开发国内外两种铁矿资源，竭力保障钢铁产业安全。要加大国内铁矿资源的勘探力度，合理配置与开发国内铁矿资源，增加资源储备。适度开发利用低品位矿和尾矿，加强对共生矿、伴生矿产资源的研究、开发和综合利用，鼓励由国内大型钢铁企业集团牵头，吸收中型钢铁企业入股联合，采取“走出去”的战略，寻求新铁矿石供应来源。目前有些企业已经取得了一定成果，今后应加快有组织、有秩序地自律开展寻求海外铁矿山资源的工作。力争在“十二五”末期，国产矿和海外权益矿用于国内炼铁生产所需总量的比例达2/3以上，使我国钢铁工业发展有一个稳定、可靠的供应基础。同时，也使我国钢铁企业在国际上对铁矿石供应拥有合理的话语权。

信息化自动化技术对钢铁工业实现“十二五”目标有何作用？

蒋慎言：“十二五”规划要求钢铁工业实现淘汰落后产能、节能降耗、绿色生产的目标，这是我国经济发展、实现现代工业化的需要，而自动化技术、信息技术是实现这一目标的方法和手段。在整个经济发展过程中，它们相辅相成，共同发展。

以我一直从事的转炉自动化炼钢这一专业来讲，转炉炼钢是目前我国钢铁行业粗钢生产的主流工艺，也是消耗能源和水资源的主要生产环节之一。随着转炉炼钢工艺的不断发展，我国转炉计算机控制也得到了飞速发展。如今我国转炉炼钢控制已普遍采用了计算机自动控制技术，其中包括上料、下料、倾动、氧耗、低吹、煤气回收、蒸汽回收和除尘八大系统。这八大系统如果离开计算机自动控制技术进行炼钢，在目前来讲是不可能的。炼钢和操作工除了必要的打、堵出钢口和处理必要的紧急事故等体力劳动外，只要在炉前操作室按电钮、看显示屏和动动鼠标就能炼出自己所需要的钢种。在此工艺装备条件下，要进一步做到淘汰落后产能、节能降耗，按业内人士的说法，还需做到“负能炼钢”，即多回收转炉炼钢产生的煤气、蒸汽，缩短冶炼周期，进一步提高一次拉碳、碳温双命中率。“负能炼钢”说来容易，其实不然。它共由上百个阀门（切断阀、调节阀、扇形阀等）和上百道程序进行准时、准确、准量地控制，为了追踪质量事故等还需要及时存储成千上万个数据，描出上百条曲线，完成这些操作，没有自动化技术的配合是很难实现的。

随着新的炼钢工艺的产生以及自动化、信息技术的发展，二者之间的融合日趋紧密。以煤气回收中的重要设备“风机”调速举例，最早是利用电动机带动发电机组来控制，只能作启动停止，既不能安全调速，又浪费电能，同时还增加了设备空转时间。后逐渐采用机械的液力耦合器进行调速控制，至此可以很容易地进行调速。但可调速比例级别很少，不能随工艺需要进行煤气回收，因此煤气回收率很低，大量的煤气只能放空或者点天灯，污染环境。而现在转炉风机都普遍采用中频交流变频技术和网络控制技术进行无级调速，调整速度快。同时，煤气成分分析仪表精度和灵敏度的提高，以及计算机PLC的采用，使转炉煤气回收率得到成倍提高，我们现在已看不到转炉上空有放散转炉煤气和点天灯的现象。

另外值得一提是，过去人工控制时，转炉炼钢一次拉碳，碳温双命中率只有30%，即有70%的冶炼过程需要二次补吹，既浪费了能源又严重地影响了钢的质量。而采用计算机自动控制技术的副枪控制技术后，一次拉碳，碳温双命中率可以提高到95%以上，它的经济效益十分惊人。以上只是概述了钢铁工业中转炉炼钢这一工艺过程，其实从采矿、轧钢，到成品出厂，以至销售都离不开信息技术和自动化技术的支撑。

至于钢铁工业的绿色生产，它是综合考虑环境影响和资源消耗的现代模式。目标是提高钢铁生产过程的铁、碳、水资源的转换利用率，减少废弃物排放及环境污染，从而提高钢铁企业核心竞争力。因此基于环保理念的设计，能够促进和实现钢铁企业节能减排的基础设施和软硬件应用的生产，都属于绿色生产范畴。它包括利用自动化技术推进绿色生产的工艺化改造，利用信息系统加强能源管理，优化物流规划和仓库设置实现企业绿色库存补给，关注节能减排和废弃物处理，将相关流程纳入信息化管理，使企业实现绿色管理等。绿色生产是钢铁企业可持续发展的需要，也是钢铁企业应当承担的社会责任，信息化自动化技术是实现绿色生产的有效工具和强有力保证。

钢铁工业信息化自动化技术国产化方面的表现如何？

蒋慎言：自20世纪90年代以来，我国钢铁工业得到了前所未有的快速发展，由于钢铁行业自身发展的要求和信息技术的迅速进步，使得我国钢铁工业成为较早、较快和较好地应用信息化自动化技术的行业之一。在这个过程中，我国各钢铁企业都培养了一批既懂得钢铁工业工艺流程，又懂得自动化、信息化技术的队伍，成立自动化公司，参与市场竞争。因而，总体来讲，钢铁行业应用信息化自动化技术的国产化程度是比较高的。

国产 化程度较高，但缺少关键技术的自主产权

20世纪七八十年代，我国钢铁工业的信息化自动化的先进技术以引进消化为主，国产化率很低，甚至有重复引进的可能。发展到目前为止，除部分高、精、细，或者我们从来没有做过的系统，国内钢铁企业要建立某一个完整的工艺过程的自动控制系统，通常会采用的模式是，整个系统设计制造调试，应用软件的编程、调试、投产，都由国内自主进行，即达到了国产化率100%。而硬设备，主要是各种插件本身和系统软件大多是购买国外产品或者合作制造。如微软、西门子、ROCKWELL、日立等国际大公司的产品。这在目前看来是一个比较理想的模式，因为系统设计和应用软件的编程在国外费用是最高的，而且也是我们掌握技术的必要过程，这种方式可以降低建设成本。但也从客观上反映出我国在硬件产品的生产、供应以及系统软件知识产权的占有上的软肋。目前这方面比较成功的有宝信、浙大中控、和利时和北京金自天正等信息化、自动化公司，但和国外大型公司依然存在差距。

自主 研发方面取得成绩

近几年来我国钢铁工业在自主研发，具有自主知识产权的信息化、自动化技术方面所取得的成绩也是值得赞誉的。如宝信集团就已经突破了生产制造系统（MES）和企业资源计划系统（ERP）中若干关键技术，形成了适合我国的钢铁行业综合自动化整体解决方案和系统。并以此为核心，巩固了完整的RRP一MES一PCS的系统体系，实现了生产控制自动化与制造管理信息化的紧密融合。并采取商品化的方式，参与到国内外市场的竞争中。最近宝钢又与中国电信集团成功联合，共建钢铁物流平台。该平台依托3G网络建设全国钢铁物流管理系统，提供覆盖全国的高速互联网和呼叫中心平台，支撑宝钢及下层企业拓展业务及信息服务。依据中国电信全球网络，服务宝钢“走出去”，开展全球经营，这是宝钢在实现“两化融合”更深层次的挖掘，具有自主创新精神。

另外，由于冷连轧机成套设备及其自动化控制技术长期被少数几家国外大企业垄断，国内的冷连轧机在过去全部依靠进口。但在“十一五”期间，鞍钢与武汉设计院、一重合作，成功完成了1780冷连轧生产线的建设。这条生产线不仅扎出了0.18毫米的冷轧极品，而且生产出轿车面板这种“冶金艺术品”。该项目又一次打破了国外大公司的技术垄断，开发出大量专利，该项目曾获冶金技术进步特等奖和国家科技进步一等奖。

如何提升钢铁企业的信息化自动化水平？

蒋慎言：这是一个不太好回答的问题，我们国家有超过6亿吨粗钢的钢铁产能，各钢铁企业工艺流程、资源环境、所供应的产品和市场需求、工业信息化自动化的水平、建设的历史过程都不同，差异很大。下面就“有效途径”的共性问题谈谈自己的看法。

（1）要“对症下药”，即要仔细研究阻碍企业经济效益不断增长的瓶颈所在，对照国内外钢铁企业的先进经济技术指标，找出落后点及其成因。如数据来源不正确、不及时，就要加大基础自动化的建设，使每一个数据来源及时正确；如果经济指标不如其他企业，就要强化控制手段加强MES的建设；如果是决策迟缓跟不上市场，那就有建设ERP的需要。这些说来容易，但做起来很困难。因为信息化、自动化对于一个企业来讲是一个庞大的系统工程，要把所有的需求都串起来，然后对症下药，不要盲目攀比，盲目追风。

（2）学习先进经验、参考行业标准，少走弯路。我国钢铁协会的钢铁工业信息与自动化推进中心和信息统计部在不同时期会根据行业中出现的共性和疑难问题，推出很多行业建议和标准，同时还会介绍宝钢、武钢、鞍钢、首钢、济钢、马钢、新兴铸管等信息化、自动化和工业化“两化融合”标杆单位的先进经验。预计2011年底还将发表矿山系统“两化融合”的评估报告。这些建议、标准、先进经验都是提升钢铁企业信息化自动化水平程度的有效途径，可以少走弯路，大家应该珍惜。

（3）提升钢铁企业的信息化自动化技术水平，其最根本的就是提升信息化自动化技术队伍、人才和素质的水平。他们不仅要掌握信息化自动化的专业技术，还要精通钢铁工艺（或被控制对象有关专业知识），既要懂得应用现代数学控制理论，又能够熟练使用计算机控制的软硬件。尤其在搞数学模型的钢铁企业，一定要由这三方面的人才形成钢铁行业数学模型国产化的组织协调机制和协同合作机制。钢铁企业在组建信息化自动化队伍时就应该明确这一点，有意识地朝这方面努力。同时也呼吁工信部等有关政府部门关心它们，给它们更多优惠的政策支持，使它们成为与我国国际地位相适应的像美国通用电气、德国西门子、法国阿尔斯通或日本新日铁一样的国际名牌公司。

（4）要确立大企业主导的产学研合作机制。鼓励自主创新，鼓励大企业积极融入国家的技术创新体系，尤其是应用研究领域，集中力量搞成一批节能减排、结构调整、绿色生产的项目，如建立企业的能源中心（这是当前我国钢铁行业的热门话题）等，以带动整个钢铁行业“两化融合”的提升和经济效益的提升。

钢铁工业的信息化自动化技术应用未来发展的方向是什么？

蒋慎言：我国钢铁工业正面临着国外市场的剧烈竞争和需求，同时，自身落后产能的过剩、节能减排任务的繁重、环境污染的迫切改善及兼并重组落后企业的需要，使得钢铁行业在未来还有很长一段路要走，广大钢铁行业自动化科技人员任重而道远，在应用上需要做好如下几方面的工作：

（1）由于钢铁工艺结构的调整，新的工艺不断出现，结合新的现代数学理论的发展，在原有已投入生产应用数学模型的基础上，开发、研究和优化出更高控制标准的数学模型。

（2）在常规的高炉、炼钢、连铸、热轧和冷轧系统方面，还需继续提高基础及自动化水平。包括研制出更精密、更适合现场恶劣环境、更长寿、更安全的一体化仪表系统。支持新一代基础自动化装备国产化的研究与产业化的建设，必须掌握核心技术，降低基础自动化的装备成本，加快过程自动化系统的工程方法和软件平台的研究，开发创新具有自主知识产权的计算机自动控制的网络系统和适应各种变化工艺条件的过程控制的数学模型，并努力提高其命中率。

（3）一体化流程的研究与数字化技术的应用是我国钢铁工业信息化和自动化技术开发的重点。例如对节能降耗、防止环境污染有重大意义的流程紧凑型的熔融还原炼铁技术、转炉干式除尘炼钢技术和薄带坯连铸技术，国外已经有产业化的成果，我们需要奋起直追，研究开发以熔融还原一高效冶炼一连铸连轧为代表的全新一体化流程，对于钢铁工业发展循环经济和实现可持续发展具有重大意义。

（4）进一步扩充和完善对现有MES和ERP系统的功能。在垂直方向上使得控制和管理很好地做到无缝对接，促进管理升级，实现集团内部单位间协同工作和辅助决策功能，完成集团管理的全面一体化；在水平方向上积极开发广义供应链系统，将企业内部的供应链扩展到企业自身、客户和供应商三者之间，实现供应链中所有合伙人的利益共享，并达到利润最大化。

（5）在钢铁企业重组和兼并的情况下，努力清除影响企业重组的财税利益分配、资产划拨、债务核定和处置等体制性障碍，以较快、无缝地做好与原有信息化系统（包括硬件和软件）的对接，减少原有资源的损失，发挥1+1>2的作用。

（6）为了应对多变的世界经济，适应未来国内外市场剧烈竞争的需要，必须提高从数据信息到开发应用的商务智能系统知识的转化处理能力，实现企业向科学化和知识化迈进。改进企业决策水平，争取有效的生产经营活动，完善各种业务流程，提高各方面的绩效和增强综合竞争能力，快速发展电子商务。电子商务对提高我国钢铁企业未来市场竞争力起到非常重要的关键作用，因此，它的应用将使我国的钢铁企业在市场中赢得主动，获得更大的生存和发展空间。