近年钢铁主业智能制造发展综述（中篇）

林安川 杜顺林 向艳霞 朱永华 赵红全 刘林刚 王 萍

（昆钢技术中心）

1 概述

20世纪60年代后期至90年代末，美、英、德、日等国高炉—转炉流程钢铁工业都经历了发展—快速发展—过剩—转型—化解产能等各个时期。进入新世纪以来，中国钢铁工业经过近20年快速发展后进入了转型升级发展时期，面临着化解过剩产能的巨大压力。2016年2月，国务院“关于钢铁行业化解过剩产能实现脱困发展的意见”明确指出，从2016年开始，用5年时间压减粗钢产能1.0～1.5亿t，中远期规划为：至2025年降至6.24亿t，2030年至5.60亿t。即，中国钢铁工业在今后5～10年间要大幅缩减过剩产能。届时，竞争力落后钢厂将逐步被淘汰，低开工率、低负荷生产有可能成为多数钢厂“常态”。钢铁工业从粗放式快速增长到精益生产阶段，有必要对不适用的钢铁传统工艺技术进行改进、完善或开发新的工艺技术。如国外Siemens VAI（西门子-奥钢联）公司、加拿大Dofasco公司等开发出转炉的转炉全自动出钢控制系统，从吹炼结束→出钢指令→转炉倾动至设定角度（防溢渣炉内液面摄像检测）→钢包车运行到位→出钢加入合金→气动挡渣装置挡渣→出钢结束→转炉回位钢包车开出→渣罐车就位→倒渣等全流程步骤均实现计算机系统自动控制。从而率先将转炉炼钢自动化、智能化控制提升到更高阶段。

近年来，伴随着我国计算机控制、信息技术的飞跃发展，国内各钢铁企业围绕炼钢系统生产效率提升和指标改善目标，结合生产实际操作在炼钢大工序铁水预处理、转炉冶炼、精炼、连铸、调度界面优化系统等各个关键环节广泛开展模型化、智能化的炼钢系统相关控制技术和系统的研究、建设及应用。部分先进钢厂已经自主研发、集成了包括转炉模型技术、L2（过程控制）与Ll（自动化）通讯技术、氧气流量自动控制、氧枪枪位自动控制、辅料自动称量和投入、副枪自动测定、底吹流量自动控制、自动停吹控制及钢包智能调度系统、连铸智能化等内容的多项自动炼钢的配套技术并得到成功应用。如，以一键式炼钢为代表的智能炼钢技术，其实现逻辑、控制步骤为：静态模型计算→料批的加入量、氧枪枪位及副枪测量时机确定→冶炼炉次开始→自动下装至L1→吹炼（转炉状态和吹氧量）→触发模型指令（辅料投入、氧枪枪位及氧气流量调整、副枪测量/炉气分析）→到达停吹区间提枪指令（动态模型，停吹判定计算）→本次全自动炼钢结束[1]。总体应用成效趋势为：转炉冶炼控制精度得到提升，尤其是转炉全自动吹炼的实现可有效提高铁元素的收得率、终点控制精度及缩短冶炼周期、降低补吹率和减少各类消耗。本文主要综述内容为我国炼钢系统转炉冶炼、精炼、连铸、钢包运转、调度系统及轧钢智能制造相关技术发展概况。

2 炼钢系统

2.1 铁水预处理系统

转炉炼钢依然是目前国内最主要的工业炼钢方法，稳定而低硫的铁水是提高转炉冶炼效率、促进品种开发及降低炼钢生产成本的前提条件。多数钢厂采用炉外脱硫预处理工艺获取超低硫含量铁水，有效减轻高炉脱硫负担及降低转炉转炉脱硫费用。一键脱硫控制系统因其很好地克服传统铁水预处理系统脱硫效率不稳定的缺点而得到越来越广泛的应用。陈帅等[2]利用KR脱硫过程全智能化控制技术开发了在线动态脱硫控制模型，并运用BP神经网络控制系统连接脱硫各个环节，能够自动采集铁水质量成分、前温等原始数据，并根据大量的数据计算对前期的优质数据自动进行进行训练，形成数据样本。应用后脱硫比达99 %，一次脱硫命中率达99.5 %，吨铁消耗脱硫剂降低20 %，显著提升脱硫效果。

2.2 转炉冶炼系统的特点及其控制系统的发展

转炉冶炼是将高炉铁水进行脱碳升温、去除夹杂得到钢水的复杂高温物理化学反应过程，涉及气、固、液三相的熔化、传热、传质等复杂现象。从转炉自动化控制技术（系统）发展历程看，经历了静态、动态和全自动控制3个阶段。即：基于理论计算模型的静态控制；基于静态控制开发的副枪/炉气分析等动态控制技术；基于自学习、自修正闭环转炉吹炼模型的全过程自动控制。全自动炼钢（一键式炼钢）只需通过一个按钮就能实现从降氧枪、加料、枪位、搅拌、副枪测量、提枪拉碳、终点目标命中等整个转炉冶炼过程的全程自动控制，已成为当今炼钢技术发展方向和钢铁行业领先技术之一[3]。

2.2.1 全自动炼钢技术发展历程

2.2.1.1 转炉静态控制模型的相关研究及进展

基于理论计算的静态控制模型揭示了转炉冶炼的本质，是进行转炉冶炼动态控制的基础。静态模型（Converter Static Blowing Mode）包括热、氧及碱度黏度平衡、合金计算等子模块。模型以达到所要求质量成分为目标，实现入炉物料量、氧气消耗量自动计算并预测终点温度及成分。杨晓龙等[3]以转炉冶炼物料、热平衡为基础，建立了静态控制数学模型，并进一步用Visual Basic开发出控制软件，快速准确计算出转炉冶炼相关参数量，有效指导和优化转炉实际生产冶炼过程。张进忠[4]利用转炉静态、动态数学模型控制系统及分析技术在转炉炼钢过程中完成炉料加入、吹氧量等主要参数的计算，并通过自动化控制系统实现了工艺设备的自动炼钢控制，显著提高了生产的控制精度和劳动生产率。孙江波等[5]在某厂100 t转炉构建了优化配料数学模型，利用Visual Basic及SQL Server数据库开发出模型控制软件系统，对该炉历史实际冶炼过程参数进行优选、更新后进行系统离线运行，效果良好：供氧量、石灰、白云石、矿石等预测值偏差小于300 m3（kg）的炉次分别达到84.8 %、78.3 %、87.0 %、78.3 %。李朝阳等[6]构建了将钢水留渣量、铁水带渣量计入炉料结构的优化配料+静态预测、过程控制、脱氧及合金化+成本计算等模块构成的新型静态控制模型结构，并采用BP神经网络构建终点C-T预测模块，进一步提高静态模型预报命中率及为实现转炉冶炼全过程控制奠定基础；叶瑞海[7]研发了包含废钢加入的优化配料计算模型，实施后废钢自动传输准确率达到95 %以上，转炉C-T双命中率提高了20 %以上。

2.2.1.2 转炉动态控制模型的相关研究及进展

转炉动态控制模型在静态控制模型基础上通过实时监测并实现冶炼需要的氧气量、冷却剂量和冶炼终点碳含量、炉温值的准确判断，从而达到进一步提高生产效率、改善指标目的。转炉副枪、炉气分析吹炼控制的应用是实现动态控制的典型技术。

(1) 转炉副枪系统及工艺模型

转炉副枪系统是实现转炉计算机动态控制最主要的设备，承担着在转炉吹炼过程中连续获得准确钢液温度、碳氧含量及液面高度、成分等信息并将信息传送至主控室的任务并与转炉本体自动化系统可联网运行。加强对转炉副枪炼钢工艺的研究及应用，形成稳定的吹炼和加料（废钢）模式、动态跟踪优化及校正炼钢过程，是提高炼钢生产综合管理水平、节能降耗、增产增效、降低吨钢成本有效手段之一[8]。

副枪工艺模型计算原理是基于熔池钢液内各元素的化学反应、冶炼参数建立的包含原料计算、静态模型和动态计算等转炉全部工艺过程模型。模型过程包括工程师、吹炼模式、及熔剂数据、钢种成份、自学习、转炉主操等十余类画面。其工作流程简述为：数学模型→确定所需渣料、冷却剂、氧气用量→吹炼临终“TSC”测定（测定熔池温度、碳含量并提取钢水试样）→必要调整→吹炼终点→吹炼结束→再次“TSC”测定。殷志辉等[8]开发出计算机模型基础级L1～过程级L2两级控制联网运行的转炉副枪自动化系统，形成了ERP+MES+PCS管控一体化平台，各工序模型运行数据接收、传输准确度高，达到缩短冶炼周期、减少补吹次数、降低渣中铁含量、延长炉衬寿命目的。

(2) 转炉炉气分析吹炼控制技术

副枪动态控制技术使转炉冶炼终点命中率得到显著提高（92～96 %）。但由其工作特点实践中仍存在一些不足：“TSC”测定前并不能反映炉内熔池成分、温度、脱碳速度等状况；炉料（尤其废钢）质量、成分等方面的误差易导致测定结果偏离目标；生产中采取“过吹”去碳保终点温度的手段往往造成钢水w（[O]）、炉渣w（FeO）提高；副枪的应用增加了生产成本；测定时供氧强度的波动以及时间、化验的滞后性增加转炉冶炼周期等。炉气分析吹炼控制技术的出现使其辅助甚至取代副枪动态控制系统进一步降低误差成为可能。目前，国内炉气分析控制系统应用情况为：中小转炉由于不适合安装副枪而采用了炉气分析控制技术；大中型转炉采用炉气分析系统主要是将其计算结果用于与副枪动态控制系统进行比较或作为参考的辅助控制手段。亦即，实践中副枪“TSC”测定主要用于终点温度控制，炉气分析控制系统承担终点w（[C]）控制。部分具备条件的钢厂开始取消副枪的“TSO”测定的尝试，叶飞[9]对奥钢联烟气分析动态炼钢技术进行了较为详细介绍，通过在转炉烟道安装在线气体分析仪进行转炉烟气成分实时分析，对转炉炉内动态变化进行连续动态控制，实现终点碳、温预测及喷溅预警等功能；加拿大Dofasco公司针对转炉炉料带入碳含量误差大、转炉炉口—烟罩间吸入空气等导致炉气分析吹炼控制精度低的原因，通过稳定铁水w（[O]）及在炉气分析控制模型中设置专门模块计算吸入的空气量及其对炉气CO、CO2含量的影响，显著提高了系统控制精度，副枪已完全停用，全部炉次实现终点不取样直接出钢[7]。

(3) 碳含量和钢水温度终点判断的深入研究及新方法应用进展

转炉炼钢冶炼过程终点碳含量、钢水温度的准确预判是过程控制核心操作之一，也是决定钢水质量的关键主因。依据操作者经验、副枪和炉气分析检测及基于炉口光辐射能量变化等方法能够进行作为转炉吹炼末期终点判断和控制，但均存在不足，如操作者对转炉火焰特征进行目测做出的终点判断，必然导致因人员经验水平差异、实际复杂工况条件等因素影响使得炼钢生产的稳定性、准确性难以提升；副枪技术的应用存在难以进行实时连续测量、探头使用寿命不高的不足；炉气成分连续分析检测时恶劣的工作环境造成使用和维护成本较高；基于不同吹炼时期炉口光辐射能量变化的特点进行终点判断易受到现场干扰辐射源对辐射采集仪器的影响，以及转炉炼钢计算机服务器采集的生产数据非线性、多变量、高噪音的特点，均会对操作者在吹炼过程中对转炉终点的实时判断造成影响。部分学者针对上述难点，对在具体转炉生产过程引入粗糙集理论、进行炼钢知识数据预处理、建立基于粗糙集的转炉炼钢知识发现模型以及基于火焰图像的吹炼终点判断等提升炼钢终点温度预测及判断精度的有效方法展开研究及应用，以得到从大量的历史数据中找出实用有效的知识替代人的经验实现实时、精确判断和控制炼钢终点温度的新方法、新手段。

胡燕等[10]分别以转炉炼钢生产的主要影响因素、冶炼终点控制目标作为知识发现的条件属性与决策属性，应用数据清洗、标准化及离散等方式对生产数据进行预处理，建立了基于粗糙集方法的转炉炼钢知识发现模型。对210 t转炉钢水终点温度影响较大因素测试结果分析为氧气消耗量、铁水硅含量、铁矿石质量等。进一步的应用实践表明，基于粗糙集方法的知识发现模型提取出的钢水终点温度知识规则与现场变化规律一致，从而实现转炉炼钢生产知识的自动发现和规则提取。为进一步提升终点判断的准确率，江帆等[11]提出一种基于火焰图像卷积神经网络（Convolution Neural Network）识别建模的转炉吹炼终点判断方法，利用卷积运算提取不同冶炼时期火焰的轮廓、角点、线条等纹理特征并采用平均池化降低特征维数，同时利用卷积神经网络（CNN）自行从样本图像中分层递阶地学习相应特征，最终提取到涵盖转炉冶炼不同阶段的火焰信息。试验结果表明，该方法更有利于进行火焰分类及可视化处理，所建模型可以对冶炼前、中、末期不同状态的火焰图像进行精确区分，识别率分别较采用灰度共生矩阵、灰度差分统计等人工提取特征方法分别提升29.0 %、4.0 %。并且有效减少人工干预以及耗时更少，这更易于满足实际冶炼中对转炉终点判断的高实时性要求。此外，严良涛等[12]建立了基于核独立元回归（KICR）方法的终点温度预测模型，并利用工业现场生产数据进行仿真，在预测精度、跟踪性能等方面得到了优于PCR、PLSR和ICR等预测模型的结果，有效为提升实际生产终点控制精度提供参考，提高生产效益。

2.2.1.3 转炉自动化炼钢控制、模型综合应用研究及进展

自动化炼钢控制包括实现从降氧枪、加料、枪位过程控制、测量、自动提枪拉碳的计算机全程控制。控制系统包括PLC、结晶分析技术等基础自动化系统和使用静态、动态数学模型的二级计算机控制系统两部分。二级计算机控制系统工艺模型完成入炉原料、吹氧量的计算及吹炼过程控制模式的选择和吹炼过程控制优化。一级自动化控制系统根据二级工艺模型的计算设定值和控制模式来具体实现相关工艺设备的控制。

刘建[13]论述了实现计算机自动控制转炉炼钢的软硬件及其基础自动化要求，以及主辅原材料标准及冶炼参数设定等必要条件，并通过完善上述条件相继实现了转炉炼钢全自动控制中的转炉溅渣、吹炼、合金化、双渣冶炼、留渣操作及转炉出钢的自动控制。李卫东等[14]开展了包含提升全自动炼钢率、C-T双命中率的一键炼钢技术的研究与应用。所研发的一键炼钢系统很好地反映了动态控制模型运行的状况，系统投用2个月后转炉全自动炼钢率达到20 %，C-T双命中率也稳步提升至60 %。随着工作的持续优化，各项指标不断攀升。自动炼钢系统不仅要对冶炼全过程进行动态跟踪、计算，并使冶炼过程按照预设方案进行。门志刚[15]认为，实现该目标的工艺过程控制模型的核心是“钢水-炉渣-炉气”热力学模型系统，以此为基利用计算机软件计算功能结合完善的二级网络控制系统建立了动态模型，实时监测冶炼全程钢水、炉渣和温度的变化。在120 t转炉上实现了无烟气监测装置和副枪的自动化炼钢，显著改善技术经济指标：钢铁料、氧气及石灰消耗分别降低2.2 kg/t、2.0 m3/t、2.3 kg/t；转炉脱磷率、终点碳温命中率均>80 %。同时，提高了岗位操作标准化、规范化水平。费鹏等[16]从具体冶炼条件出发，自主开发了包括氧枪、静态、动态和自学习模型（Converter Self-Adaptive Model）等4个子模型的转炉炼钢工艺流程及自动化炼钢模型（ACSAS）。自学习模型（CSAM）通过对历史冶炼数据进行过滤和分析，单独存储自动化控制较好的炉次数据，以此计算出相关控制参数供下一炉次使用。此外，结合提高设备的可靠性、冶炼条件的稳定性、采集基础数据的准确性等技术措施，延长了自动化炼钢系统的稳定运行周期，终点碳、终点温度的命中率分别提高了2.5 %、10.9 %，终点碳温双命中率提高了11.8 %。

2.3 转炉冶炼的工艺、参数及精炼炉模型优化

转炉顶底复吹作为一种高强度长寿命冶炼技术在国内外得到了广泛应用。冯帅等[17]采用冷态模拟方法，研究了某钢厂100 t顶底复吹转炉顶吹和底吹气体流量、枪位、熔池深度等工艺参数对冶炼效果的影响规律，得到了合适的熔池深度、抢位和顶吹流量范围，有效提高了搅拌强度，确保了适当的熔池冲击深度和最小的炉口喷溅量，显著延长炉底寿命。王新华等[18]认为：生产低碳、超低碳钢的钢厂应采取底吹元件“动态维护”等措施，将底搅强度增加至0.1～0.15 m3／（t•min），提高熔池实际搅拌效果；可利用增大底吹搅拌强度，采用“脱磷转炉+脱碳转炉”炼钢工艺进行铁水脱磷预处理，解决脱碳转炉热量不足问题。

转炉在炼钢过程中依靠铁水物理热及铁水组分间化学反应产生热量而将铁水、废钢等原料转化为钢水，转炉下渣的精准有效检测，对提升炼钢效率与质量有积极意义。董新龙等[19]提出一种基于自动化技术的新型机器视觉的转炉下渣检测系统，模拟人工下渣检测行为进行检测，对多达8个钢种的多次检测成功率达到94.74 %，显著提升挡渣效果。精炼炉实现包括合金投入量计算、综合成分预测、合金最小成本及温度实时损失计算等部分模型的自动控制，降低了合金使用总成本和提高钢水成分控制精度[20]。此外，针对LF精炼炉电极控制具有影响因素多、非线性等特点，王喆等[21]采用基于神经元理论的控制方法改进精炼炉电极自动调节系统，显著提高控制系统响应速度，同时减少水冷电缆更换数量和中压短路器的故障率，提升了LF炉的设备运行效率及连续生产能力。

2.4 连铸系统智能化

连铸工序钢包、中间包、连铸区域工艺控制非稳态因素及涉及人工操作工位较多。从连铸工艺出发，连铸物理意义上的智能化应包括上述几个区域的自动化、无人化及物流控制，如，钢包区域：钢包下渣检测自动判断、钢包余钢自动控板、中间包自动吹氩系统及在线连续自动连续测温等技术的实现；中间包区域：中间包自动开浇、连铸自动语音播报、结晶器自动吹氧、结晶器液面异常自动处置等系统；连铸的物流控制：连铸拉速全过程自动控制及连铸混浇模型上线应用；连铸自动浇钢综合技术应用：浇钢工从以前的流旁操作转变为关注铸机状态。其他：加渣机投用率超过90 %，完全代替人工加渣；自动语音播报、异常自动处理系统确保在浇钢现场无人情况下发生异常时的事故自动处置，杜绝生产隐患[22]。

结晶器液位控制对避免漏钢溢钢、防止夹杂卷入铸坯或保护渣不均匀流入产生缺陷及稳定铸坯凝固、降低劳动强度具有决定性作用。江杰等[22]通过完善的串级控制算法、精密的执行机构、精确的液位检测等技术措施，对某厂宽厚板连铸机的结晶器液位控制系统进行优化，包括实际液位与目标液位比较、运算等过程均由基于PLC的闭路控制器完成，确保了整个过程的结晶器钢水液位、铸坯质量及连续浇铸作业的生产稳定，正常状态下液位调节精度可达到±0.2 mm。在连铸生产中，结晶器振动控制决定连铸坯质量及结晶器脱模效果，徐祉娟等[23]介绍了某钢厂2 300 mm双流板坯连铸机的液压振动装置的控制原理、系统架构及其相关控制技术，实践中通过建立振动工艺模型及应用波形生成、位置控制等算法并辅以压力补偿的方式，实现了结晶器运动过程中的平稳高精度正弦和非正弦振动，明显改善了结晶器保护渣的润滑，达到减少铸坯振痕、提高铸坯质量和金属收得率的效果。

二冷配水控制水平是决定连铸铸坯质量、产量的关键技术之一，直接关系到铸坯的热裂纹（表面、中间及角部）、中心偏析等质量缺陷。单一控制配水方式及数据模型不利于连铸机的整体提速和新钢种的开发研究。刘文勇[24]基于实际区域工艺、配水要求分析，建立一种包括区域配水、普通钢种的初次配水、品种钢的二冷配水的模型及准确性校验系统的铸机二冷配水控制数据模型，在某钢厂五机五流的高速生产模式中对所建模型和控制算法进行验证，该模型能够做到配水量的实时动态控制，具有较高的准确性和稳定性。赵明琨等[25]采用动态控制板坯连铸机辊缝使僻板坯有效避免中心偏析。冉莲玉等[26]对二次冷却系统进行了改造，采用CISDI三维模型进行二冷动态控制和CISDI动态轻压下技术，铸坯表面、中间裂纹及中心偏析等质量指标以及头尾坯收得率明显改善，有效地提高了板坯质量。

2.5 钢包应用、管理及炼钢大工序调度系统

2.5.1 钢包及钢包应用、管理

钢包承担着转炉-精炼炉-连铸工序间运输钢水的工作任务并作为进行二次冶金反应的重要容器，其状态与钢水温度、厂内物流控制及生产节奏关系密切。钢包的实时物流信息必将对钢厂系统运行、节能降耗产生重要影响。厂内钢包包括计划排定、台账记录等日常运转信息依靠人工、经验的传统模式，使钢包在运行中存在不能及时掌握装包、砌包等过程相关参数及包本体耐材材质、应用次数等有关信息。尤其是在钢厂冶炼钢种多样、精炼工艺复杂条件下，钢包信息掌握的精确度高低，对钢厂生产影响加剧。近年来，包括钢包定位跟踪、选配模型、钢水温度精确预定等技术在内的信息化钢包管理系统得到了广泛研究及应用，众多学者利用实时跟踪技术对钢包位置、热状态等进行在线监控及建立共享数据库，实现钢包信息在钢厂内的有效传递和钢包的系统化管理，提高生产效率、降低冶炼成本[27]。

朱祥等[28]开发了包括计算机跟踪、行车定位、车载作业在内的钢包智能跟踪管理系统，实现了生产过程钢包全程自动控制和生产数据的全程监视。并通过对钢包相关数据进行分析，提高了对钢包配号、包龄、维修、烘烤、材质应用管理的实时调度和精细化管控水平，解决了钢包信息差错、信息传输延迟、现场管理难等问题。实现钢包安排计划、周转模式优化，显著减少操作工的工作量、降低误差。刘在春等[29]基于包括电子标签、阅读器及应用软件的RFID 射频识别技术设计了钢包跟踪定位系统，实现钢包状态实时监控，钢包物流信息得到及时记录和传输，为钢厂生产管理提供重要数据，稳定了钢厂生产节奏。蔡峻等[30]对钢包周转过程、管理中常见问题进行了研究，开发了包括跟踪、配包和钢水温度补偿等功能模块并配置了相应系统所需的硬、软件支持的钢包一体化管理系统，很好地取代了手工记录钢包数据信息和人工调度的传统方式，实现了数据信息的收集、共享以及按钢包位置、温度及冶炼钢种等信息进行的调度优化，有效提高周转率、降低转炉出钢温度和节约能源。

钢水温度均衡充足与否是现代化高效连续炼钢的关键。钢包周转过程中的钢水温降是钢包热状态的重要影响因素。针对传统实测法尚无法实现对包衬内部进行接触式实时测温特点。陈桂彬等[31]根据钢厂具体烘烤制度和钢包数据，采用有限差分正向求解钢包包衬温度场，利用顺序函数法对包衬温度分布进行数学反演并进行精度修正的方式，即：通过建立非稳态钢包传热数学模型，采用Fluent软件模拟火焰温度场，再以测温电子枪测得的包壳温度为已知条件，对包衬温度分布进行数学反演。实践中通过计算机C 语言编写烘烤过程的温度场实时监控软件对210 t钢包烘烤过程进行智能化模拟追踪，得到修正的包衬温度场随时间的变化图。为钢厂的钢包调度、烘烤制度合理编制提供了一个切实可行的新方法。

2.5.2 炼钢-精炼-连铸生产调度系统

炼钢-精炼-连铸作为炼钢生产的关键环节，其生产调度质量是提升生产效率、设备利用率及降低成本的核心所在，但其具有复杂离散/连续混合型动态系统的生产物流特征使得调度界面优化成为困难。MES系统的出现有效克服过程自动化与管理信息系统之间存在的数字障碍，应用系统仿真技术成为揭示炼钢-精炼-连铸生产物流运行内在规律，克服系统预测与诊断难点，优化生产计划、调度方案的有效手段。段立娜等[32]根据炼钢-精炼-连铸工序生产物流特点，采用面向对象的仿真建模技术建立层次化仿真对象模型，开发了炼钢-精炼-连铸物流仿真系统，克服了以往形式化数学描述调度系统的的不足，在企业信息化系统架构下系统内数据流运行正常，实现炼钢生产方针和调度方案优化。刘青等[33]阐述了高品质钢冶炼-连铸过程的精益制造系统技术架构方法与内容，将冶炼高品质钢转炉终点的精准控制技术、连铸凝固冷却过程的精益控制技术、炼钢-连铸过程工序运行的协调与控制技术、精细生产计划与调度技术和生产调度模型与工序工艺模型的协同，以及诸项技术与MES的接口技术进行综合集成，形成以生产工序工艺控制、流程运行协调控制及生产计划与调度协同优化为支撑的系统技术体系与集成解决方案，取得良好的经济效益与社会效益。

3 轧钢技术发展概况及方向

近年来，我国轧钢技术、钢材品种结构的调整优化取得明显进步，主要包括：棒线材免加热直接轧制和轧制复合技术发展迅速；难加工钢材品种如不锈钢、硅钢等实现连续化生产；双辊薄带连铸技术进入示范生产阶段；ESP生产技术（无头带钢生产线）投产后单线月产突破15万t；新一代TMCP控轧控冷技术投入实践应用；重大装备用钢和重点品种开发不断取得新成果[34]，与此密切关联的是，为轧钢生产新产品开发、技术创新、低成本生产提供坚实支撑的是轧钢装备自动化程度、智能化水平的不断提升。轧钢系统装备技术发展特征为：持续向连续化、自动化、数字化、智能化方向发展，大数据、互联网、新一代信息技术在轧钢智能制造方面取得了实质性进展和应用：宝钢股份冷轧厂2 030 mm新建热镀锌机组全线配置了拆捆、捞渣、取样、贴标签等机器人，实现了全自动无人操作；宝钢1580热轧线“黑灯工厂”、太钢智能化棒材生产线率先实现智能工厂示范。

刘文仲[35]概述了我国轧钢自动化的现状。认为在热连轧、冷连轧、中宽厚板生产领域，从国外著名厂商西门子、西马克、VAI、ABB、达涅利等引进的计算机系统、轧钢数学模型占据主导地位，但同时存在不同企业重复引进，不能有效对轧钢数学模型进行维护和二次开发深度及广度不够，数学模型的调试和参数确定过多依赖个人经验而缺乏理论化、标准化等主要问题，制约了国内对引进数学模型的消化、吸收和创新。经过国内各钢厂、科研机构对国外计算机自动化系统、轧钢数学模型数十年的引进、消化、吸收之后，已经有能力自主设计、集成轧钢自动化系统。其发展过程概括为：从简单到复杂，从L1级到L2级；应用程序实现从局部修改到新功能添加；轧钢数学模型从参数修改优化到模型结构的完善与改进；热连轧计算机自动控制系统在智能化方向取得突破。刘文仲[36]指出，探索实用、好用的工业大数据分析方法（并非完全套用商务大数据的分析方法），是实现轧钢系统智能化的一个方向。目前，我国多数轧钢生产线所用系统软件、数学模型概况为：在原料及生产条件正常条件下能够进行较为准确的设定、预报和计算，满足生产过程控制的需要。但当生产条件出现异常时，模型应用易出现较大偏差，通常必须通过工艺、模型维护人员修改模型的参数、计算条件、计算逻辑等方可保证正常应用。基于此，在轧钢行业完成自动化的基础上强化数据基础的建设、数据的结构和组织，数据采集完整、可靠并具真实性、完整性及良好的对应性（数据与产品、数据与生产过程的时间），实现工艺制度模型化、自动化，模型维护自动化，实现模型自学习的智能化。即把工艺技术、模型维护人员的技术方法融化到软件中，使软件能够模拟专业人员的智能活动，从而提高数学模型的适应性和外延性，不再需要人为干预。这成为在轧钢过程控制中从轧钢软件和数学模型方面实现智能化的一个突破口。

4 结语

由于转炉炼钢过程的复杂性，随着市场竞争压力的加剧、生产节奏的加快和对冶炼终点控制精确度的不断提高的要求，利用先进的信息网络技术、控制技术开发适宜的转炉静态控制和转炉动态控制、全自动控制模型及生产调度等相关系统，以及开展提升碳含量和钢水温度终点判断精度控制的深入研究及新方法应用，对炼钢工序内转炉、连铸机及炼钢-精炼-连铸调度界面等多个生产环节进行全过程智能化控制、管理，达到局部、全部取代完全依靠经验来控制炼钢过程的目的，是系统提升炼钢安全生产、工作效率、提质降耗的重要途径之一。研究及实践证明，智能化炼钢技术具有突出的优越性，转炉能够显著提高生产能力，获得稳定的吹炼操作和提高钢水成分和温度的命中率，缩短冶炼周期，降低钢铁料、辅料消耗和工人劳动强度，从根本上实现标准化操作，获得了良好的应用效果和经济效益。我国轧钢自动化程度从硬件、软件和数学模型的配置方面来说已经处于世界领先水平，智能化发展成为有效利用高水平设备实现轧钢系统高效降本、提质增效等目标的一种有效解决方案。