一、鋼鐵工業(yè)

鋼鐵工業(yè)指從事鐵、錳、鉻及其合金的金屬礦的采掘、洗選、燒結(jié)、冶煉并加工成材的工業(yè)。又稱黑色金屬工業(yè)，是冶金工業(yè)的一部分。鋼鐵工業(yè)屬于資金、勞動力密集型工業(yè)，也屬于基礎(chǔ)工業(yè)，它是為國民經(jīng)濟各部門提供原材料的重要工業(yè)部門。

隨著科技的進步，鋼鐵材料向高、精、輕、薄耐用方向發(fā)展。隨著一些非金屬材料和新型化學材料的廣泛使用，主要產(chǎn)鋼國家從70年代后，鋼產(chǎn)量有所下降，而發(fā)展中國家的產(chǎn)量不斷增長。

二、鋼鐵聯(lián)合企業(yè)

鋼鐵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程是在煉鐵爐內(nèi)把鐵礦石煉成生鐵,用生鐵水煉成鋼,再鑄成鋼錠或連鑄坯,經(jīng)軋鋼等方法加工成各種用途的鋼材。擁有上述全過程生產(chǎn)設(shè)備的企業(yè)就是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。以下簡稱聯(lián)合企業(yè)。目前,世界上90%以上的生鐵和70%以上的鋼是聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)的。

2.1 鋼鐵聯(lián)合企業(yè)組成

鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的組成,因具體條件而異�？拷�礦山的企業(yè)可與 礦山合成一個單位;煉焦設(shè)施一般設(shè)在聯(lián)合企業(yè)內(nèi),但也可單獨經(jīng)營;熱電、耐火材料、備件制造,可設(shè)在聯(lián)合企業(yè)內(nèi)部,也可單獨設(shè)置,向聯(lián)合企業(yè)提供產(chǎn)品和服務(wù)。聯(lián)合企業(yè)一般由以下幾個部分組成:原料處理選礦廠一般與礦山構(gòu)成一個采選聯(lián)合企業(yè)。粉礦經(jīng)球團或燒結(jié)造塊。球團廠可在礦山,也可在鋼鐵廠內(nèi)。燒結(jié)廠一般均設(shè)在鋼鐵廠內(nèi)。鋼鐵廠內(nèi)都設(shè)原料場,貯存鐵礦、鋼鐵冶煉輔料和焦煤、燃料,并將原料分級、混勻。近年,普遍重視精料問題,原料處理已是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的重要組成部分。煉鐵目前世界上95以上的生鐵是用高爐冶煉的。

2.1.1 煉鋼

60年代以前,在聯(lián)合企業(yè)中一直是以平爐煉鋼為主,50年代氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼興起,逐漸取代了平爐。最大的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐容量 達400噸。新建的大型轉(zhuǎn)爐車間年產(chǎn)能力達500～700萬噸鋼。這兩種車間均以高 爐鐵水為主要原料,廢鋼供應(yīng)較多以及有直接還原鐵作原料的聯(lián)合企業(yè)也采用電弧爐煉鋼 。

2.1.2 軋鋼

過去,鋼錠首先經(jīng)初軋機軋成鋼坯,再經(jīng)大、中、小型軋鋼機組軋制成各種鋼材。初軋機的能力決定了聯(lián)合企業(yè)的規(guī)模。大型板坯初軋機的年產(chǎn)能力達500萬噸鋼。自70年代起,連續(xù)鑄鋼工藝大規(guī)模發(fā)展后 ,新建的初軋機減少了。現(xiàn)代大型聯(lián)合企業(yè)的主要加工設(shè)備為寬帶鋼軋機。這種軋機發(fā)展很快,產(chǎn)品應(yīng)用范圍廣。世界熱軋寬帶鋼軋機約有230臺,新建的這種軋機每座的年產(chǎn)能力可達400～500萬噸鋼材。為進一步進行寬帶鋼的加工,多數(shù)配有冷軋寬帶鋼軋機。聯(lián)合企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配備其他軋機,這些軋機的共同特點是生產(chǎn)能力大,適于大批量生產(chǎn)。

2.1.3能源

聯(lián)合企業(yè)是大量消耗能源的工業(yè),每噸鋼綜合消耗的能源為0.7～1. 6噸標準煤。鋼鐵廠能源品種為煉焦煤、動力煤、燃料油、天然氣和電能等。聯(lián)合企業(yè)每噸鋼消耗電能400～600千瓦· 時,一般均由地區(qū)電網(wǎng)供電,并可利用企業(yè)的剩余高爐煤氣設(shè)置熱電站作為補充。 熱電站除供電外,還可向鋼鐵廠供熱能。聯(lián)合企業(yè)用氧數(shù)量很大,一般設(shè)有大型制 氧站。每噸鋼消耗的新水量,采用循環(huán)供水方式為5～20米 3 , 采用直流供水時高達200米 3 以上,一般要有專用的水源和給排水設(shè)施。

2.1.4運輸

聯(lián)合企業(yè)的運輸量是巨大的,廠外運輸量約為鋼產(chǎn)量的5～8倍,內(nèi)部 運輸量為鋼產(chǎn)量的12～20倍。沿海的聯(lián)合企業(yè)外部運輸以海運為主,內(nèi)地的以鐵 路和內(nèi)河航運為主。廠內(nèi)運輸,原、燃料以帶式運輸為主;鐵水、鋼錠和坯材以鐵 路運輸為主;也有相當數(shù)量的公路運輸。 此外,聯(lián)合企業(yè)中一般設(shè)有工廠管理機 構(gòu)、研究機構(gòu)、檢驗機構(gòu)、維修設(shè)施和環(huán)境保護設(shè)施等。

2.2 鋼鐵聯(lián)合企業(yè)特點　

聯(lián)合企業(yè)的大規(guī)模生產(chǎn)的一個重要條件,就是把大量鐵水能直接變成鋼。目前,獨立的煉鐵廠已經(jīng)為數(shù)不多,有的煉鐵廠雖距鋼廠較遠(如20～ 200公里),也設(shè)法把鐵水運到鋼廠來煉鋼;獨立的鋼廠除以廢鋼為原料的電爐鋼廠 外,大多已并入聯(lián)合企業(yè)。生產(chǎn)的集中化使企業(yè)的設(shè)備逐步大型化、連續(xù)化。

2.2.1 能源利用　

聯(lián)合企業(yè)的優(yōu)越性,突出地表現(xiàn)在能源利用方面。高爐鐵水在1 300 ℃時,理論上含物理熱每噸為27萬千卡,聯(lián)合企業(yè)中的轉(zhuǎn)爐煉鋼,就是利用這部分熱能和各組分的氧化生成熱來進行的。 在聯(lián)合企業(yè)中,煉鋼所生產(chǎn)的鋼錠一般以 高溫狀態(tài)進入初軋車間的均熱爐中,這樣既可節(jié)省熱能,又可縮短均熱時間,提高均熱爐的生產(chǎn)能力。以平均入爐溫度為800℃計,每噸熱錠比冷錠可多帶入22萬千 卡的熱量。采用連續(xù)鑄錠的企業(yè),也在采取將熱坯裝入加熱爐的工藝,以節(jié)省能源 。高爐冶煉過程產(chǎn)生大量的高爐煤氣。除40～50用于高 爐熱風爐外,其余可作他用。煉焦爐產(chǎn)生焦爐煤氣自用只約需一半;還可用高爐煤氣把全部焦爐煤氣置換出來供其他用途。此外還有轉(zhuǎn)爐煤氣 。這些二次能源占聯(lián)合企業(yè)總能源消耗的30。這部分能源 ,約一半可用于煉鐵、煉焦,另一半在聯(lián)合企業(yè)中用于煉鋼和軋鋼。

2.2.2 物料周轉(zhuǎn) 　

聯(lián)合企業(yè)各工序所用的原料、材料和燃料,能夠集中供應(yīng),減少中間 周轉(zhuǎn),簡化運輸過程,許多物質(zhì)可以采用連續(xù)運輸方式(如皮帶機、管道等)。生鐵 以鐵水方式就近直接運入煉鋼車間冶煉成鋼。煉鋼所生產(chǎn)的鋼錠及連鑄坯,可以就近直接供給軋鋼車間加工成材。生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢渣、廢水、廢氣和工業(yè) 垃圾,可以就近集中處理和綜合利用�；�于上述運輸上的優(yōu)勢,大量生產(chǎn)鋼鐵的企 業(yè),需要大量物料周轉(zhuǎn),必須采取聯(lián)合企業(yè)的方式。

2.2.3 經(jīng)營管理

聯(lián)合企業(yè)中各工序之間關(guān)系密切,不但在靜態(tài)上需要平衡,而且要從 動態(tài)上加以控制。近年,對鋼材質(zhì)量的要求日益嚴格,各企業(yè)均在強調(diào)全面質(zhì)量管 理和質(zhì)量一貫制。聯(lián)合企業(yè)中裝備、技術(shù)水平較高,合理利用各項物料,容易收到 產(chǎn)品質(zhì)量好、成本低的效果。聯(lián)合企業(yè)過去以生產(chǎn)普通鋼材為主,現(xiàn)已大量生產(chǎn) 優(yōu)質(zhì)鋼,如硅鋼、不銹鋼、高強度鋼。有的國家,半數(shù)以上的特殊鋼是聯(lián)合企業(yè)生 產(chǎn)的。

2.2.4 可行性研究 　

一般說來,聯(lián)合企業(yè)規(guī)模愈大,愈需要有龐大的原料、燃料基地和工 業(yè)水源、外部運輸、能源和城市的支持,需要集中大量技術(shù)力量,在新建或大規(guī)模 擴建聯(lián)合企業(yè)時,對這些條件需作詳盡考慮。 其次,大型聯(lián)合企業(yè)投資巨大,建 設(shè)周期長,能否取得良好的經(jīng)濟效益,除考慮企業(yè)本身組織的合理性外,還應(yīng)考慮 國家或地區(qū)的實際經(jīng)濟情況、發(fā)展遠景以及市場的長期需求。一般開始建設(shè)計劃 時,要先進行市場調(diào)查、綜合研究,在取得初步結(jié)果后,再進行詳盡的可行性研究 。在確認了可行性研究后才進入建設(shè)實施階段。建設(shè)大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè),計劃階 段需要較長時間(一般在5年以上),而施工時間要盡量縮短(一般一個生產(chǎn)系列的 工期為2～3年)。由于生產(chǎn)的集中,聯(lián)合企業(yè)產(chǎn)生大量有害氣體、有毒廢水和工業(yè) 殘渣垃圾,對環(huán)境有嚴重污染,而治理這些污染源和綜合利用廢料需要大量投資。 近年新建的聯(lián)合企業(yè),對環(huán)境保護、綜合利用的投資,占建設(shè)總投資的15～20。而且各國對環(huán)境保護要求日益嚴格,所需投資有上升趨勢。

2.3 中國的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)

中國的鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中國地域廣大,自然資源豐富,在社會主義建設(shè)進程中,鋼鐵聯(lián)合企業(yè)得到迅速發(fā)展。2006年——500WT以上企業(yè)21家：

8家1000萬噸:寶鋼、鞍本、武鋼、首鋼、沙鋼、萊鋼、濟鋼、唐鋼 ;

9家500萬—970萬噸,即馬鋼、華菱鋼鐵、包鋼、邯鋼、攀鋼、安陽鋼鐵、太鋼、酒鋼

比2005年新增4家:廣西柳鋼、遼寧北鋼、唐山國豐鋼鐵、江西新鋼。

中國為了均衡地發(fā)展各地區(qū)的 經(jīng)濟,利用當?shù)剌^分散的資源,適應(yīng)各地區(qū)對鋼材的需要,建設(shè)了一些中型鋼鐵聯(lián)合企業(yè),其規(guī)模大致在100～500萬噸鋼及小型鋼鐵公司,其規(guī)模大致在10～100萬噸鋼。這些企業(yè)經(jīng)過不斷的技術(shù)革新,已為國民經(jīng)濟作出重要貢獻,是中國鋼鐵工業(yè)中不可忽視的力量。

三、鋼鐵行業(yè)產(chǎn)品與生產(chǎn)特點

3.1產(chǎn)品

鋼鐵產(chǎn)品一般是標準化和系列化的產(chǎn)品，對于鋼鐵材料其化學成分、機械性能、材型的規(guī)格尺寸有相應(yīng)的國家標準和行業(yè)標準（原冶金部標準）。鋼鐵工業(yè)主要產(chǎn)品包括各種板材、管材、線材、型材等鋼材，以及生鐵、鐵合金、炭素制品、耐火材料、焦炭等。在鋼鐵工業(yè)中還包括與鋼鐵冶煉加工有關(guān)的輔助材料的生產(chǎn)，標準和非標準鋼鐵設(shè)備、備品、備件的生產(chǎn)等。

3.2生產(chǎn)特點

鋼鐵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程包括采礦、選礦、燒結(jié)、煉鐵、煉鋼、連鑄、軋鋼，及焦化、制氧、制造耐火材料。

鋼鐵企業(yè)的原材料品種少，但最終成品品種規(guī)格多達數(shù)萬種。

在生產(chǎn)過程中，一般都有聯(lián)產(chǎn)品和副產(chǎn)品，如煉焦生產(chǎn)的主要產(chǎn)品為焦炭和煤氣，此外還有多達上百種化學產(chǎn)品；在高爐煉鐵生產(chǎn)中有高爐粗煤氣、高爐煤氣灰和水渣等副產(chǎn)品。鋼鐵企業(yè)除了軋制工序可以有多種選擇，其它一個特定產(chǎn)品的生產(chǎn)、所需的加工能力和工裝設(shè)備是專門設(shè)定的；工藝路線是固定的；生產(chǎn)加工時間短，產(chǎn)品排隊等候加工的隊伍短。

鋼鐵產(chǎn)品成本主要由原材料和燃料動力消耗構(gòu)成，因此生產(chǎn)過程主要專注于物料的數(shù)量、質(zhì)量和工藝參數(shù)的控制；

鋼鐵生產(chǎn)的質(zhì)量控制嚴格，需要對產(chǎn)品的質(zhì)量從半成品到產(chǎn)成品進行跟蹤，對批次管理要求較高。

生產(chǎn)計劃控制比較簡單，一般通過制造單元的日計劃組織計劃任務(wù)的生產(chǎn)。

四、鋼鐵企業(yè)信息化建設(shè)

隨著鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對自動化的控制水平和規(guī)模均提出了越來越高的要求，從而加速了自動化技術(shù)的發(fā)展和進步，而采用新的自動化技術(shù)裝備的企業(yè)，能夠獲得更加顯著的技術(shù)、經(jīng)濟和社會效益，這是一個循環(huán)促進不斷發(fā)展的過程。

鋼鐵工業(yè)自動化系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展，已日趨復雜和完善。參照國際標準化組織ISO對企業(yè)自動化系統(tǒng)模型的建議，鋼鐵企業(yè)自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)按功能劃分可分解為6級，首先，基礎(chǔ)自動化和過程控制，包括生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測與控制裝置驅(qū)動，生產(chǎn)機組設(shè)備控制，生產(chǎn)過程控制。這3級自動化對提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高生產(chǎn)效率，起著最直接的保證作用。上面3級為管理自動化，包括總廠經(jīng)營管理，分廠管理和車間在線作業(yè)管理等。80年代以來，國際上著力發(fā)展綜合自動化。這種綜合自動化是從企業(yè)的全局出發(fā)，通過對生產(chǎn)所需的各種信息，如控制、調(diào)度、管理、經(jīng)營和決策等功能綜合在一起，實現(xiàn)整個企業(yè)的生產(chǎn)和管理層層優(yōu)化和全局優(yōu)化。綜合自動化被認為是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的一種先進科學的組織方法和自動化模式。

人工智能技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。它已被世界鋼鐵工業(yè)列為本世紀末下世紀初的關(guān)鍵技術(shù)，是90年代國際鋼鐵行業(yè)的前沿課題。人工智能技術(shù)應(yīng)用于鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)控制、過程控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個方面，如高爐操作專家系統(tǒng)(ALIS)，電爐和連鑄神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，軋鋼模糊控制系統(tǒng)，煉鋼—連鑄—軋鋼綜合調(diào)度專家系統(tǒng)，冷連軋帶材厚度精度診斷專家系統(tǒng)，產(chǎn)品發(fā)貨配車專家系統(tǒng)等。

鋼鐵CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營、生產(chǎn)管理以及過程控制和基礎(chǔ)自動化連成一體，用以實現(xiàn)從原料進廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個生產(chǎn)過程全局自動化和過程自動化。鋼鐵工業(yè)已基本實現(xiàn)了基礎(chǔ)自動化和過程自動化，但這種“自動化孤島”式的單機自動化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競爭的焦點是多品種小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價廉，準時交貨。為了提高生產(chǎn)率，節(jié)能降耗，減少人員，壓縮庫存，加速資金周轉(zhuǎn)，實現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理整體優(yōu)化，其技術(shù)支持之一就是加強管理，因此必須對現(xiàn)有計算機控制系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)CIMS化。CIMS的建立給鋼鐵企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益，提高了企業(yè)的競爭力。

我國鋼鐵工業(yè)為適應(yīng)市場經(jīng)濟的激烈競爭，將加快發(fā)展自動化技術(shù)，加強基礎(chǔ)自動化和過程自動化，發(fā)展計算機綜合的自動化系統(tǒng)和人工智能技術(shù)，并帶動其他自動化技術(shù)，如新裝備、檢測技術(shù)、設(shè)備診斷等的發(fā)展。

五、鋼鐵企業(yè)CIMS特點

鋼鐵企業(yè)是較為典型的混合型企業(yè)，混合型企業(yè)是指其生產(chǎn)活動中既有流程型特征,又有離散型特征,。在這里,高爐煉鐵或轉(zhuǎn)(電)爐煉鋼、連續(xù)鑄造、熱帶連軋或冷帶連軋等每道工序本身都可以看作是一個連續(xù)生產(chǎn)過程,但在各個工序間的銜接是靠分離的鐵(鋼)水罐、鑄坯、鑄錠、鋼卷等實現(xiàn)的。作為企業(yè)的宏觀運行不僅存在物流平衡和資源(設(shè)備等)平衡問題,而且由于是高溫作業(yè),還存在溫度平衡和時間平衡(列車時刻表)問題。因此,這類企業(yè)實現(xiàn)CIMS時,不僅要解決好每道工序的自動化問題,而且要解決好各工序間的所有平衡問題。

鋼鐵生產(chǎn)的產(chǎn)品一般是規(guī)范化的。根據(jù)用戶的訂貨規(guī)格,只需從已有的工藝檔案中找出其加工工藝方案即可,一般不需要CAD系統(tǒng)。如果各工序自動化系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,產(chǎn)品質(zhì)量可以保證,那在系統(tǒng)功能集成中遇到的最大難題便是如何面向多品種小批量的大量訂貨合同而組織生產(chǎn)。這里包括按鋼種、規(guī)格和交貨期的聚類組批;軋制計劃、連鑄計劃與煉鋼計劃的各種平衡;如何將幾個不同的工序視為一個整體,實現(xiàn)一體化管理,做到前后工序計劃同步化,物流運行準時化;充分運用高溫坯的潛熱,取消或減少再加熱過程,降低能耗,減少燒損,縮短生產(chǎn)周期,增加企業(yè)效益和市場競爭力。

由此可見,工序的過程控制是系統(tǒng)功能集成的基礎(chǔ)與前提。而系統(tǒng)功能集成的技術(shù)難點與關(guān)鍵是如何取代或基本取代人的計劃與調(diào)度功能,這一點已經(jīng)引起世界各國鋼鐵行業(yè)的關(guān)注。鑒于此,可以稱此類CIMS為計劃調(diào)度型CIMS