我国钢铁工业自动化技术应用60年的进展、问题与对策

一、前言
    钢铁工业自动化不仅是现代化的标志，而且是能获得巨大经济效益和高回报的技术。据奥钢联统计，使用了该公司的自动化系统后，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%，热轧加热炉节能10％、轧出板带宽度公差为±3mm、收得率提高0.75％、厚度公差降至标准值的1/4、板形波动＜20μ、平直度偏差在30I单位以内、卷取温度偏差＜l6℃等等，自动化投资约1-2年内收回，因此，世界各国钢铁工业都大力采用自动化技术。
    解放前我国钢铁产量很低。从1890年建设汉阳铁厂算起到1948年半个世纪，钢总产量累计不到200万吨，年产量最多的1943年才92.3万吨，而且主要集中在日伪侵占的东北，自动化作用与需求当然不会太大。解放后特别是改革开放后，钢铁工业飞速发展，1949年钢产量占世界第26位，1957年达535万吨，排世界第8位，1996年达1亿零1百万吨，上升到第1位，现在已超过2亿6千万吨，生产这么多钢铁，如何节约原燃料和人力，提高产品质量等，自动化技术就显得非常必要。
二、我国钢铁工业自动化技术的现状与评价
    我国钢铁工业自动化技术的应用实际上是从解放后开始。经过60年的努力，我国钢铁工业自动化的水平已和西方发达国家的应用水平相差无几，其表现为：①我国如宝钢、鞍钢、武钢等大型钢铁公司等主要机组如高炉、转炉、冷热板带轧机等大都和日本五大钢铁公司、德国蒂森钢铁公司以及英、法、美等相应机组的自动化水平基本无大差别，甚至地方大中型钢铁公司如济钢、邯钢或者民营的沙钢等新建或改建的主要生产机组除管理自动化外与国外也差别不大；都是多级计算机控制系统，采用的装备都是PLC、DCS、先进的检测仪表和电力电子装备；②从统计数字来说，据中国钢铁协会近年来的调查，在基础自动化方面采用PLC、DCS或工业控制机进行控制已较普及，按工序来分，采用这样的计算机控制的采用率分别为高炉100%，转炉95.43 %，电弧炉 95.9%，连铸99.42%，轧钢99.68%；过程自动化方面（包括优化与模型控制或操作指导），计算机配置率分别为高炉57%, 转炉5639%，电弧炉58.56%，连铸60.08%，轧钢75.5%；管理自动化方面，计算机配置率分别为高炉5.97%，转炉23.03%, 电弧炉26.12%，连铸20.64%，轧钢41.68%；③从应用高技术来说，公认的自动化高技术——CIMS和机器人的应用，我国钢铁厂如宝钢、鞍钢、武钢等大型钢铁集团公司等都设有或在建，而且大都以ERP为核心的系统，最新的三级CIMS系统中的MES系统也在主要机组中实现；宝钢等大型钢铁集团公司更设有电子商务系统，正向着与CIMS系统连接成为当代世界上最先进的 WIMS （网络集成制造系统）方向前进；机器人也有应用，如原料的自动取样、转炉副枪的自动更换探头装置，虽然是属于机械手和重演机器人性质，但是西方在钢铁工业使用智能机器人也不多；此外，在钢铁工业自动化先进性标志上，如数学模型和先进控制都有应用，而且许多是世界先进水平的技术，如高炉的多个数模和专家系统、转炉的终点动态控制数模、连铸的质量判断优化切割漏钢预报等数模、冷热板带轧机的轧钢设定和控制数模等；智能控制中的模糊控制、专家系统、神经元网络和模式识别也有许多成功例子；在管理数学模型方面如编制计划专家系统和物流控制模型也得到应用；④先进自动化装备如PLC、DCS、管理控制计算机以及现代检测仪表（包括近年来发展起来的现场总线及工业以太网络）、先进的电力传动及控制装置（包括数字化控制及晶闸管、可关断电力电子器件如GTO、GTR、IGBT等组成的各类交直流调速装置）已和西方发达国家一样用于钢铁工业中，甚至综合了IGBT与GTO的优点的新一代大功率电力电子器件IGCT组成的最新交流调速装置也在宝钢1880mm热轧带钢厂中应用；⑤在自动化工程设计、研究和教育方面，国内设有专门的全国性钢铁设计院，均设有自动化、电气和计算机的科室或专业，大中型钢铁企业亦有类似机构，能进行三电工程（电气、自动化、计算机，国外称为 EIC，国内由于其同属电类，常称为三电）的设计；亦设有专门的全国性冶金自动化研究设计院（包括国家自动化工程试验室），大中型钢铁企业亦有类似机构如宝钢技术中心的自动化研究所和宝信软件公司，能进行复杂的包括基础自动化、过程自动化和管理自动化的研究和设计，并提供整套硬件、软件装置和调试投产服务，也有专门的面向冶金的自动化工程的安装部门；此外，国内设有专门面向冶金的自动化技术的高等院校，如东北大学、北京科技大学等的信息工程学院，每年培养大量三电技术的本科、硕士博士毕业生。
    但还应清醒看到，我国钢铁工业白动化和西方发达国家还有不少差距、问题，需要有克服的对策。因为我国钢铁工业自动化所用的关键设备和技术大都是引进的，硬件如最基本的PLC、DCS和过程控制与管理计算机几乎全部是引进的，电气传动的先进调速装置、电力电子器件除晶闸管外IGCT等都是引进的，晶闸管调速装置虽然是国产化，但其关键的电子调节器也是引进的，而西方发达国家，如日、德、美、英、法、瑞典等主要自动化硬件产品很少使用别国的。参观国内工厂有西门子、施耐德、ABB和日本各电气公司产品展示的感觉。高技术的机组大多为引进或者核心技术是引进的，如高炉数学模型，过去是引进日本的，现在则是从芬兰或奥钢联引进，而且引进多套和重复引进，其他许多数学模型也是引进的。原冶金工业部副部长兼宝钢集团公司董事长和总经理黎明同志曾指出：“中国钢铁工业发展道路是引进、落后、再引进，宝钢花了300亿还如此，因此必须要制作并执行中长远科技规划”，我国钢铁工业自动化事实上也是这样。此外，国内研制的自动化系统和技术大都是消化吸收性质，少数有自己知识产权的数学模型，创新也不多，至少没有如日本川崎制铁的高炉GO-STOP模型那样的能销售到德国、巴西、中国、芬兰等各大钢厂的抢手货，高技术系统如质量直接控制等也没有，更没有像日本NKK 公司的烧结无人化工厂、川崎制铁的板带热连轧无人化工厂，因此必须找出差距，更有必要回顾发展历史、找出原因和认真解决。
三、我国钢铁工业自动化发展的历史回顾
    我国钢铁工业信息化及自动化的进展大致可以分为两个阶段，即自动化起步和发展的第一阶段，和以计算机和多学科高技术为核心现代自动化的第二阶段。每个阶段又分为几个不同时期。
3.1 我国钢铁工业自动化发展的第一阶段
    (l)三年经济恢复时期(1949-1952年)。抗日战争胜利后，我国钢铁主要产地鞍山(也是昔日世界第6大的钢铁厂)，由于战争破坏、战后停工以及外国把较新的机组如3、5-9号高炉、二炼钢，大型及无缝钢管厂设备拆走，产钢已微不足道。1949年全国粗钢产量仅15.8万吨，新中国成立后，大力恢复生产，到1952年粗钢产量已超过历史最高水平，达1349万吨，但自动化还非常薄弱，如炼铁、炼钢、轧钢仅有一些热工管理如测量温度、压力、流量等仪表和德国生产的ASKANIA油压调节器用以调节煤气压力等，在电气传动方面，大都是人工远距离手动控制。值得一提的是鞍钢一初轧日伪时期从德国引进的IGNER直流电机调速控制系统，设计非常独特，初轧机驱动电动机功率为16800马力，使用机组供电，由5000kW交流电动机带动两台输出串接的功率为7600kW的直流发电机和相应的励磁电机，并带一个大飞轮，由于初轧平均功率小于5000kW，达到16800马力峰值只是瞬时的，此时5000kW交流电动机连同因略为速降使飞轮释放的能量以驱动两台7600kW的直流发电机给16800马力电动机供电，仅此而已。1952年底苏联援建的8号高炉系统开工，可以说是我国钢铁工业自动化的开始。8号高炉设有全套自动化监控仪表，热风温度、热风炉燃烧、煤气压力自动控制，热风炉自动换炉，上料自动化（和现在一样，操作员设定上料图表后，由称量车称放料，上料，炉顶装料是全部自动顺序控制）；发电厂的锅炉、透平机驱动的高炉鼓风也是自动控制的，前者包括输出蒸汽调节，锅炉汽包水位调节、燃烧控制等，后者包括可选的定风压或定风量调节等；其烧结（监控仪表、点火炉温度、空燃比控制，台车速度控制等）、炼焦（监控仪表、加热煤气压力控制，自动换向等）也是装备相应的自动化系统；所有自动化仪表和调节器虽然还是模拟式，电气控制是硬线逻辑系统，但也是当时的世界水平。
    (2)第一个五年计划时期(1953-1957年)。国家提出“全国支援鞍钢”等口号，钢铁工业得到大发展。首先是1953年鞍钢三大工程七高炉系统、大型(重轨)轧钢厂、无缝钢管厂投产，接着是一炼钢改造，二炼钢，三炼焦，化工回收，5-6高炉、9高炉、3高炉系统(包括烧结、焦化、发电等等)，薄板等厂相继投产，其后本溪、武钢、包钢等改建或新建钢铁基地也开始建设，抚顺钢厂、北满钢厂等特殊钢生产厂也在改造与投产。这些从苏联引进的机组，其自动化水平与当时的国际先进水平大致相同，如平炉(当时世界主要靠平炉炼钢)都装备全套监控仪表、火焰自动换向、热制度调节等、电弧炉均装有炉顶装料、电极升降控制等，加热炉均热炉均设有炉压控制、温度和燃烧控制等，均热炉还设有炉盖打开自动连锁及控制等。与此同时，大批苏联专家来华指导设计、安装和生产，鞍山钢铁公司成立专门的钢铁设计院(1955年易名冶金工业部黑色冶金设计院)，设计院除原有电力设计科外，1953年成立机器及自动装置设计科，值得一提是自动化设计苏联顾问专家K.K.捷列森哥，的确具有国际主义精神，他热情指导我国技术人员进行自动化工程设计，无保留地及时提供有关设计资料、规程、规范、计算手册和可参考的苏联最新投产类似工程的全部图纸。当时国内还未生产新型自动化仪表及装备，捷列森哥专家认为中国要发展自己的自动化装备工业，不应都到苏联定货，为此，他带领我们跑遍上海各仪表厂，要求只能生产水银温度计的仪表厂生产各类温度传感器，只能生产水表或弹簧压力表的仪表厂生产各类自动化流量、压力和液位测量仪表，有些条件简陋的性质靠近的厂生产各类电子记录仪、PI调节器和执行机械等，要鞍钢设备处在工程中多定一台或从备份中提出一台做为样机，进行测绘仿制，以专家建议方式提交国务院专家办公室、上海市和鞍钢领导（当时规定苏联专家建议必须执行），并亲临制造厂作技术指导，就这样，约在1956年，我们不但能独立设计自动化工程，而且除个别从苏联进口新的装置作为样机仿制外，全部自动化装置均国内生产。
    1955年苏联在马格尼托哥尔斯克市召开钢铁工业自动化会议，会上发表了各工序新控制系统、检测仪表及技术等，捷列森哥专家带回许多研究、应用的报告。并由于设计立足于可靠，不能作试验以免影响生产，这就需要有研究部门，不断提供新的、成熟的技术，捷列森哥专家建议冶金工业部成立新的自动化专业院所，并吸收苏联的经验和改进不足之处，苏联钢铁工业自动化的设计和研究是分立的，由цпA（中央试验室）进行研究及试制，цMп（仪表自动化安装设计院，后易名中央结构设计局即以цпKь）进行工程设计（焦化、采矿的自动化工程则由相应专业设计院的自动化科设计），建议成立统一部门。为此，1956年冶金工业部成立包括研究、设计和试制部门的热工控制研究设计院，并聘请цпA的专家B.H.普里克隆斯基来指导研究。这过程虽然暂短，但也作出一些成绩，如钨钼热电偶测量钢水温度、利用弯头连续测量高炉各风口风量及其分配（国外是只用以测量水和液体流量，我国第一次用以测量高温气体流量，并导出其流量方程和试验得出其流量系数等，50年以后，我国唐山才系列生产测量水和气体弯头流量计）和烧结大口径废气流量、电子秤、高炉热风炉燃烧调节新系统，偏心收缩蝶阀特性研究等，为设计部门提供新技术。与此同时，天津传动所、上海工业自动化研究所、上海电器科学研究所也相继成立，他们也进行了很多钢铁工业自动化的研究工作。从上世纪50年代开始，东北工学院、北京钢铁学院、中南矿冶学院、清华、浙大、西安交大、哈工大等高校相继开设工业企业电气化、仪表及自动控制等系和专业，清华更请来苏联专家（齐斯卡可夫教授及崔可夫教授）开设热力过程自动化及面向钢铁的生产过程自动化课程，并接受各院所企业技术人员旁听，为钢铁工业输送和培养大量人才。国家编制的科学发展规划，其中3908项就是针对钢铁工业自动化，详细规定了炼铁、炼钢、连铸、轧钢的自动化项目、技术指标和完成日期。此外，还由中国科学院会同高校、热工控制研究设计院等人员专门对我国钢铁工业自动化现状进行考察。这些都大大促进了钢铁自动化的进展。
    (3)第二个五年计划到七十年代初(1958-1973年)。上世纪50年代末期，我国在向苏联专家学习及从苏联引进技术、仿制引进设备和苏联156项工程完工生产的基础上，进入了自行设计并用国产设备装备新建或改建的钢铁企业的新阶段，如鞍钢l、2、3、4、9号高炉自动化系统和太钢1150mm初轧主辅传动系统及均热炉自动化系统等，其自动化技术水平已接近当时引进机组的水平。但在1958年冶金部整顿组织机构，宣布刚成立不久的热工控制研究设计院下马，设计部门分散到各钢铁设计院，研究试制部门合并到钢铁研究院变成一个研究室(12室)二级单位，这样自动化专业就很难大发展，虽然仍研制了一些新装备及系统，如测量钢水温度的钨铼热电偶，以代替昂贵铂铑丝，测量连铸结晶器钢水液位的同位素液位计及其控制系统、真空直流电弧炉电极升降控制系统、高炉炉况判断智能系统、芝麻三极晶体管及以后的以芝麻三极晶体管为基础的厚膜工业控制用的高抗干扰数字逻辑组件、太钢六轧罩式退火炉群多点数字巡回检测控制系统等。后来中苏关系恶化，苏联撤回专家和撕毁合同断绝援助。到60年代初，钢铁研究院转向为军工服务，一般钢铁工业自动化研究就停止多年。此时，钢铁自动化设计主要是按旧系统设计，只是随着国内新的自动化装备生产而以新的仪表和装备组成系统，如用单元组合仪表代替老式仪表等。60年代开始西方进一步发展自动化技术，特别是日本钢铁工业大扩张，并以包括计算技术和自动化应用作为其钢铁工业大发展的四大法宝（新工艺和新设备、大型化、临海钢铁厂、计算技术和自动化应用）之一，我国自动化水平与世界水平差距增大，特别是文化大革命期间。但尽管如此，各院所、工厂还是断断续续地发展自动化工作，如电力传动和控制方面，冶金部建筑研究院、天津传动所、西安整流器研究所等自60年代，从研制大功率硅二极管整流器开始，开发晶闸管直流调速，首先是大功率硅二极管整流器的应用（如国产的825V、10000A硅整流器在铝电解厂中应用，取代50年代的水银整流器），接着是功率较小的晶闸管励磁（如鞍钢一初轧2600kW主传动励磁装置），然后是大功率晶闸管供电（如上钢五厂500mm轧机1300kW主传动供电装置及70年代初投产的上钢一厂2300mm中板轧机和1200mm五机架带钢热连轧机，全轧线主辅传动全部用晶闸管直流电机调速，其最大容量为2600kW)；检测仪表和自动控制方面，70年代初，鞍山矿山设计院研制成功电子皮带秤、自动给料机和烧结自动配料系统，并在鞍钢、攀钢和首钢应用，本钢也开发了用工业色谱仪分析高炉煤气成分，武钢和鞍钢先后应用极值控制系统控制高炉热风炉燃烧及拱顶温度，梅山、攀钢等也应用高炉称量料批重量和焦碳水分补正系统，天津传动所先后研制成功高炉磁性逻辑无触点和半导体（先是锗晶体管，以后是硅晶体管）程序控制上料装料系统，并用于鞍钢、攀钢、武钢和梅山等高炉中，1964年在首钢30t转炉使用测温枪，并试验用快速微型热电偶炉外定碳，涟钢也研制成功晶闸管-电磁转差离合器电弧炉电极升降控制系统代替从波兰引进的老旧功率放大机系统；在计算机控制方面也作了许多尝试，首先国家组织首钢、钢铁研究院、冶金建筑研究院、738厂等尝试计算机应用，采用晶体管元件制作了三台K-154型计算机，计划用于首钢炼铁、烧结和小型厂，但由于元件不可靠等很多问题，无法用于工业控制，以失败告终。直至1973年鞍钢冷轧厂使用国产小型控制机，成功地对75座罩式退火炉进行温度控制，效果显著。
    上世纪60年代中至70年代初，设计院、工厂开始谋求向西方引进，如太钢七轧成套设备从德国等多个国家引进，其中如光亮退火炉等使用德国西门子的以磁元件为核心的Teleperm-S系列PID调节器和执行装置等自动化装备，包钢五号球团带式焙烧机从日本成套引进，其自动化系统包括30多套以晶体管调节器为核心的仪表组成料位、温度、流量、压力、称量等自动控制系统，还设有多点数字巡回检测装置进行工艺参数记录、打印和报警，其电气控制系统也使用交流电机电磁转差离合装置或晶闸管直流电机调速装置以及硬件逻辑顺序控制设备；计算机系统也开始引进，如首钢用以转炉分析及终点控制的过程计算机和制氧厂的控制计算机，太钢二炼钢也从奥地利引进成套氧气顶吹转炉，其自动化系统除常规控制采用晶体管等控制仪表外还采用德国西门子的计算机进行冶炼终点静态控制。外国先进技术和我国落后技术的差距，大大增加了我国的危机感，同时也促进了钢铁工业自动化第二次引进高潮。
3.2 我国钢铁工业自动化发展的第二阶段
    (1)1973至1987时期。国际上已进入大规模全线自动化的计算机控制，这一新事物复杂而新颖，国内不仅设计、甚至连应用都成为大问题。首先是面对70年代初从日、德、法引进的武钢一米七工程，它包括从加热炉上料-粗轧-七机架连轧-卷区-运输链全线自动化的两级计算机控制的带钢热连轧厂、带计算机控制五机架冷连轧机的冷轧厂、带森吉尔轧机的硅钢厂和带计算机控制的板坯连铸机，如何正常应用与运转，为此冶金部再次成立自动化研究所（主要由冶金建筑研究院安装所、钢铁研究院12室、冶金仪表厂合并组成）, 并以冶金部研究所为骨干并从各方面调集技术人员组成部自动化工作组，进驻武钢并会同武钢和设计院，实行消化掌握计算机及自动化系统、准备投产。与此同时，为很好消化吸收和利用与开发更多的自动化技术，鞍钢、武钢、攀钢、首钢、马钢、重钢等先后成立自动化研究所，与高等学校、设计院、工厂共同构成钢铁工业白动化研究、设计和应用体系，从而使钢铁工业自动化进一步稳步发展。
    随着我国对自动化作用认识的深化，党的三中全会确定重点转移、改革开放等一系列政策，大大促进了钢铁工业自动化的发展。此时，钢铁工业自动化进展主要是要求高新建或改建厂矿采用成套或部分引进方法，以及跟踪国外自动化进展国内自行开发。前者如80年代初在上海建设新的宝山钢铁厂，包括设计、主要设备供货以及指导投产全面从日本引进，一期工程包括原料场、烧结、高炉、炼钢、焦化、初轧以及备用电厂，全部采用先进的EIC一体化两级自动化系统，基础自动化中的仪侧仪控系统中，除了使用常规模拟式仪表以外还开始使用数字仪表（即后来的DCS)，如在高炉风口检漏、炉皮温度等多点测量的部位使用了三套数字仪表以及初轧的均热炉控制的TDCS2000型数字仪表，基础自动化中的电气控制器系统则采用了可编程序控制器。基础自动化远比过去系统复杂与完善，可控制更多的工艺参数，而称为增强型基础自动化。原料场、烧结、高炉、转炉、焦炉、初轧、φ140mm无缝钢管、能源中心等主要机组均设有过程计算机，进行收集数据、监测、记录、过程管理、通信、设定控制、使用数学模型进行优化控制（如初轧的烧钢预测、高炉热风炉燃烧流量优化设定模型）或操作指导（如高炉的炉热模型），φ140mm无缝钢管自动化程度更高，设有CIMS系统六级划分的五级，即检视（驱动级、设备控制级、过程控制级、生产控制级与无缝钢管厂管理级的全线全厂自动化系统。引进的宝钢及其自动化系统达到当代世界先进水平。并长期成为我国钢铁工业自动化的主要技术来源，冶金部还为此举行由副部长主持的各有关单位参加的消化会议，并指出国家花了许多钱引进，要一家引进万家受益。宝钢的资料包括数学模型说明书（含全部计算公式）、功能规格书甚至软件程序清单等都比较完全，因而大大促进了我国自动化的发展。催生许多成果，如电力传动方面，晶闸管直流调速发展迅速，国产元件组成系统的可靠性已能满足生产需要，形成了风冷和水冷两种结构，可逆无环流切换时间已缩短3-6ms的先进水平。在天津传动所、冶金部自动化研究所等单位共同努力下钢铁工业晶闸管直流调速已可代替进口，大功率系统也相继解决。首先冶金部自动化研究所在重庆西南铝加工厂的冷轧机风冷的晶闸管直流调速装置，最大功率已达4200kw，其后该所虽几经周折，也成功地投产了单机容量达4600kw、操作条件最严酷频繁可逆转动的长城钢厂825mm初轧机水冷式晶闸管直流调速装置，该所还完成一系列晶闸管直流调速装置包括工期要求极短（仅45天）的取代老旧水银整流器的原东德引进的湘钢250线材轧机工程等。1979年攀钢自动化研究所等研制成功800kw 的动态虚功补偿装置，采用晶闸管，响应速度仅8-10ms，达到国外同类产品的指标。在交流调速方面，除了主流的变频调速外，比较成功的有70年代初的包头设计院和冶金部自动化研究所研制的差动调速传动，并从1979-1984年先后在呼和浩特钢铁厂线材轧机、昆明金属材料厂窄带冷连轧机、首钢红冶钢厂和哈尔滨轧钢厂300小型连轧机上投产，冶金部自动化研究所研制的湘钢活套式拉丝机变频调速系统、线绕型电动机交交变频双馈调速装置也在生产中应用；在检测仪表方面，在长沙矿山研究所、长沙矿冶研究院、长沙矿山设计院、马鞍山矿山研究院、北京矿冶研究院、中南矿冶学院、冶金部自动化研究所等共同努力下开发了从采矿到轧钢一系列特殊检侧和仪表，如采矿的炮孔测角测深仪、测震仪、多点边坡位移记录仪等20余种仪表，选矿的矿浆浓度仪、矿浆金属成份仪、磨矿返砂量仪、金属探测器等，烧结的料槽料位仪、混合料透气性及水份仪、各式皮带秤、增厚仪等，炼铁的吹气式静压力侧量仪、砌体烧损仪、风口检漏双管电磁流量计和卡门流量计、氯化锂湿度计、风口流量计等，炼钢的消耗式热电偶、定氧定硅探头、副枪测温定碳及其大显示智能仪表等，连铸的各式结晶器钢水液位、结晶器冷却水热量和热功率测量仪、带峰值铸坯温度单点多点测量仪、铸坯长度测量仪、辊间距测量仪、结晶器锥度测量仪等，轧钢的压磁式（包括环型和实体的）应变电阻式及拉杆式测压仪、各种辊缝仪、测速仪、张力计、活套位置仪、X-射线测厚仪、光电测宽仪、激光测径和测厚仪、光电红外测温仪、炉壁式残氧分析仪等；在自动控制方面也大有进步，如采矿的遥控振动出矿自动控制系统等，选矿方面的给矿量控制、磨矿浓度控制、分级机溢流浓度控制、按音响控制磨矿机装载量系统、药剂添加控制等，炼钢的以厚膜数字逻辑器件为基础的太钢转炉氧枪副枪自动控制系统、副枪测温探头及整套副枪测温探头更换的机械手等，轧钢的由冶金部自动化研究所和钢铁研究院以及太钢共同协作研制的我国第一台宽带轧机全套液压带钢厚度调节装置、中板轧机液压厚度调节装置等。这个时期的技术特点主要是采用模拟技术经数字控制过渡到计算机控制；在计算应用方面，这时期获得许多经验和教训，经过下列几个阶段：①自行制造工业控制计算机进行较大规模的控制，如1974年的上钢一厂钢板车间自动化，其1200mm五机架热连轧机自动化如武钢引进的1700热连轧机那样采用计算机控制并从制造计算机开始，冶金部自动化研究所制造仿美国PDPll计算机，由于器件TTL等不过关而不可靠、无故障运行时间短、抗干扰能力差而无法用于工业控制，只有2300mm中板轧机基础自动化的自动轧钢（包括前后工作辊道、延伸辊道和推床的顺序控制以及压下自动控制）由于采用成品的简易可编程控制器控制而获得成功，其过程自动化采用当时国产的JS-10小型机，自行编制小操作系统及应用软件，由于该机规模小、较可靠且只作数据采集、监控以及较简单的数学模型作为操作指导，应用软件规模有限和实时性要求不高而获得成功。与此同时，上海为转炉炼钢终点控制研制的计算机，包头计算机厂为包钢烧结厂研制的计算机也因可靠性不够、无故障运行时间短、抗干扰能力差而无法用于工业控制，此外，还有当时制造的计算机都是裸机，没有操作系统，而编制操作系统技术复杂很难解决；②经过上述失败经验，且投资限制外汇不易获得，自动化工作者转而使用国内市场可购得廉价的引进单板机自配I/O回路进行单项控制，如冶金部自动化研究所研制的吉林铁合金厂埋弧电炉电极自动压放和功率控制系统、太钢七轧厂八辊可逆冷轧机张力自动控制系统、衢化铝电解节能自动控制系统、首钢自动化研究所研制的300mm小型厂配尺剪切自动控制系统、北京冶金设备自动化研究所研制的北京第三轧钢厂冷轧卷取机张力自动控制系统等，由于引进单板机无论元件和制造都比较可靠，自配接口比较简单，控制系统也规模很小，因而这些系统都获得成功，使用效果显著；③使用引进微机用的各种模板组成系统进行单项控制。由于单板机大都是学习机，并非作工业控制用的，而市场上又可购得系列模板，因此考虑用它代替单板机，如冶金部自动化研究所研制的太钢七轧厂八辊可逆冷轧机准确停车自动控制系统、吉林铁合金厂埋弧电炉上料自动控制系统、重钢五厂板坯加热炉自动控制系统（计算机是由重庆工业自动化仪表研究所采用美国 Motorola公司生产的模板组成）等；④使用引进微机系统、引进或国内组装的PLC、DCS进行更多功能控制，如鞍钢的使用 584PLC的7＃高炉上料自动化系统，首钢的使用美国N-90型DCS的烧结自动化系统，冶金部自动化研究所研制的使用微机系统的广西八一锰矿铁合金埋弧电炉自动控制系统、使用西门子S5-115UPLC的水钢、攀钢及其它多个厂的高炉上料自动化系统等，由于有了可靠和高性能的硬件而为使用先进控制创造条件。此时开始采用现代控制论理论如状态空间理论来进行控制，如浙江大学与重钢研制的重钢五厂板坯加热炉自动控制系统，模糊控制和专家系统也得到应用；⑤开始使用引进或国内组装的 PLC、DCS、过程控制机、网络作为基础自动化和过程自动化的大规模控制系统，如冶金部自动化研究院和钢铁研究院及太钢合作的使用SOLAR小型机的太钢七轧厂八辊可逆冷轧机过程自动化系统、太钢二炼钢使用美国μVAX小型机及西屋公司WDPF的转炉包括过程自动化及基础自动化的两级自动化系统等。
    自动化已进入大规模全线自动化的计算机控制，要建设这样的系统首先遇到是设计问题。但由于技术差距大，基本设计、详细设计包括功能规格书编写、应用软件编制与调试不知如何进行，调试试验室也不具备，因此只得通过下列步骤：①全套引进并派人参加进行设计联络生产学习，如宝钢一期工程等；②派人参加和在外商指导下进行包括程序编制部分调试等工作，如七五建设的攀钢、唐钢、宣钢等几个中型高炉；③国内派人参加并分包（外商付钱）或直接由外商雇用进行软件编程等工作，前者如宝钢二高炉等，后者如宝钢冷热连轧，由西门子公司雇用冶金部自动化研究院人员进行软件编程及以西门子专家名义参加调试；④自行作基本设计而详细设计（施工图除外）硬件软件供货与现场调试与投产均由外商负责，如鞍钢 1700mm半连轧改造等，以后冷热连轧计算机控制系统以及许多大型或新机组大致都是这一方法；⑤完全国内负责包括基本设计、详细设计软件编制非标硬件设计调试与投产等仅从外商购买国内质量不过关的硬件及个别技术，如包括系统软件的计算机硬件系统、个别仪表和数学模型，如重钢五号1200m³高炉自动化工程等，以后大多数自动化工程都是这一方法。
    (2)1988年至现在。1989年我国粗钢产量6158.72万吨，排世界第三，1993年为8868万吨，排世界第二，1996为1亿零1百万吨，上升到世界第1位。这段期间，主要是靠扩建、挖潜和改造（包括1985年9月先后投产的宝钢一期工程，其自动化装备只是70年代末水平，不少计算机还是使用磁心和磁鼓、使用机器语言编程，内存容量不大，如设有复杂数学模型的容量4063m31号高炉的过程计算机仅为80K) ，因此给钢铁工业自动化带来极大的发展。这段期间建设厂矿大都以当代最新技术来装备，特别是引进机组。此时新建和改建机组水平不等，因资金限制，有只设基础自动化，有包括过程自动化，其中宝钢最为先进，二期工程（1991年2月结束）包括二高炉、烧结、焦炉和板带热连轧机等，其中二高炉除使用最新计算机外，还引进8个数学模型，西门子供货的板带热连轧机更包括生产控制级和分厂管理级的五级系统，2030mm板带冷连轧机也是类似系统。其三期工程，包括容量4350m³3号高炉、烧结、焦炉、二炼钢（250吨转炉两个，1450mm板坯连铸两台）、三炼钢（电炉两个，圆方坯连铸）、1580mm板带热连轧机、1550mm和1420mm板带冷连轧、高速线材等，其自动化系统分为两个层次，第一层次为工厂或车间包括基础自动化、过程自动化和管理自动化，第二层次为为公司信息管理层，各工厂的多级自动化系统通过全公司光纤主干网与公司管理计算机相连。其他厂矿的自动化工程大都白行设计只引进不过关装备或先进技术如太钢新建的4063m³高炉及烧结，除计算机系统引进外，还从奥钢联引进高炉专家系统及烧结机速模型等。
    在此期间，主要技术特点是以高新技术为核心，包括：多级管控一体化计算机系统开始大规模应用，管理自动化发展迅速，过程优化数学模型与先进控制、智能控制也得到重视，除了引进外，国内也研制和推广国产系统，如电力传动方面，已进入交流变频调速时代，除了由于国内不生产的新一代可关断的IGBT、IGCT等器件的新型交流变频调速装置以外，以国产的晶闸管组成的交直流变流器基本全部可国内供货，而且以国产的晶闸管组成的交交变频装置容量对轧机已完全可满足，而且技术上有突破。使用进口电力电子器件组成新一代的交流变频调速也已研制成功，如冶金自动化研究设计院在863项目支持下，研制成功7500KW的IGCT变流器，完成了3600KW同步电机的工业试验。并研发电子控制器。自动控制方面，除了使用经典控制理论组成系统外，模糊控制得到更多应用，特别是热工过程的机组如烧结、高炉、加热炉等，专家系统如高炉除了从芬兰和奥钢联引进多套外，国内也分别在首钢、马钢、石钢、济钢、邯钢等研制成功高炉冶炼专家系统；在检测仪表方面，已进入使用新技术，如超声波、激光、微波等，甚至使用人造卫星技术（如宝钢引进的铁水运输动态监测车辆定位），同样，除引进外国内也研制了多种特殊仪表，如高炉微波料面高度计、热轧钢带板形仪等，填补了国内空白。
四、对策与建议
    综上所述，我国钢铁工业自动化的发展最大差距是严重依赖从国外引进，今后任务和对策是：加强消化吸收和跟踪国外先进技术、自主开发和国内生产自动化技术和装备、逐步减少对引进技术的依赖，为此需要首先要解决认识问题，再则着重解决两大问题：
    (l)要解决认识问题。首先是与我国作为大国和如此大的钢铁产量以及自动化需求量严重不相称，据调查，对国外技术依赖程度，日本只6.6%，美国仅为1.6%，韩国也不过22%，而我国则超过50%，虽然当今全球化时代，不要保护主义，也需要从国外引进，但不能依赖程度如此之大；其次，自动化装备更是重大商机，如一台一般配置加热炉仅PLC需30多万元人民币、一台中型高炉(1000m³)200多万元、一台150吨炉200多万元、一条小型棒材生产线100多万元，从芬兰引进高炉专家系统一套，仅软件就超过80万美元；对于大型轧钢工程则更惊人，如攀钢1450带钢热连轧自动化工程，从意大利全套引进1500万美元（其中硬件包括仪表、PLC、网络及过程计算机500万美元、软件及数学模型800万美元、人员费用200万美元），如果国内供货，则只需2000万人民币（其中硬件包括仪表、PLC 、网络及过程计算机从国外引进只需1100万人民币、软件及数学模型 900万人民币）。目前钢铁公司在资金允许时，特别是重大大型机组大都希望引进，主要原因之一是引进装备可靠、事故少，此外，许多国产设备质量不过关，不仅性能有差距，可靠性差，而且价格也不便宜，索赔制度也不完善，影响生产或开工日期，制造商、研究开发部门也有苦衷，面对这多方面原因，需要国家出面才能解决，需要有鼓励政策和实际措施。
    (2)为了解决自动化的基础装备，即包括PLC、DCS、网络、过程计算机、大规模集成电路、电力电子器件等生产，要组织电气集团公司。生产高性能PLC国内也曾试过多种方法，如在大连某制造厂引进西门子S5-115型PLC技术进行生产，但西门子一方面把过时的S5-115型PLC技术出售，一方面又推出更新型的PLC，当然，应用企业就希望使用性能更佳的PLC，而使国产PLC在竞争中失败。国内也曾尝试自行开发，如冶金部自动化研究所曾力图以自己力量开发PLC，但遇到S5系列PLC中有一个1500门阵列的大规模集成电路在经费问题无法自行解决而停止，国家也曾组织DCS和高速网络的攻关，但各研究院所因当时政策是鼓励创收的压力，经费不足，试制的DJK型DCS从性能、价格和性能／价格很难满足钢铁工业要求。在电力传动方面，电力电子器件生产，其中晶闸管已能生产了φ100mm晶闸管，但要研制如IGBT、IGCT等电力电子器件，就需要更多投入，一般单位很难达到。纵观国外大都是电气集团公司的组织形式，如德国西门子、法国阿尔斯通、瑞典ABB、美国GE、日本日立、日本三菱等公司，这些公司都是有产品制造、产品应用工程和精干的研究部门，由前两者创收，然后按利润提一定百分比作为研究部门的研发经费，开发更多新技术、新产品，使公司在激烈市场竞争中立于不败之地，由于这些公司规模大、利润多，因而研发经费，足以支持开发更多的先进产品，反观国内电气自动化公司越来越多，分出来也越来越多，原因是自动化系统或电力传动调速系统，经济效益大，如一个机组的自动化工程仅硬件、应用软件成套供货及调试投产，往往需数百万元，一套传动调速系统也百万至上千万，而自动化工程设计并非难事，设计方法、软件编制、调试等已越来越多人掌握并非难事，电力传动调速系统设计主回路，外购电子控制器和电力电子器件，然后组装、调试等，也已越来越多人掌握，办个组装车间也非难事。但这样一来人力就分散，难以有高水平，基础工作如PLC、数字传动用的电子控制器和电力电子器件却很少人研发和生产。总结国内外经验，只能由国家大力组织象西门子等公司类似的大型的电气集团公司，才足以有此财力和人力解决上述为题。当然除大型电气集团公司外不排除还有一些较小或专业公司和独立的研究院所，德国、日本等均如是。此外，参照国外和国内情况，业务划分、生产范围也有多种选择，德国西门子、瑞典ABB、美国GE、日本日立、日本三菱等公司生产几乎全部的高低压电气装备、PLC、DCS、过程计算机及仪器仪表，而美国GE等公司虽也曾生产过程计算机但很快就放弃了，原因是认为无法超过DEC公司，在我国，已是世界知名的计算机公司了，联想公司生产过程计算机应是轻而易举。
    (3)没有研究开发便没有新技术来源，只能依赖引进，为此应加强研发工作，并需要有适当的组织机构、方式以及相应的政策。美、日、德等发达国家新型自动化和电力装备的研发主要由电气集团公司内部进行（对于最新的、方向性的也和独立的研究院所、高校合作，专业性强的也往往由工厂先研发后转移，如日本测量高炉砌体烧损的TDR法及装置先由住友金属公司开发使用再由横河电机公司生产，测量高炉料面温度装置则由新日铁公司与NEC公司合作开发），而自动控制系统也大致如是，而数学模型因太专业而复杂得多，如德国西门子公司自行开发轧钢数学模型，但冶炼方面的数学模型则是钢铁公司或专业公司开发的，美、日也如此，如宝钢一期工程从日本引进的焦炉的数学模型是由新日铁公司提供、三期工程是由日本关西化学公司提供，酒钢焦炉的加热模型是从德国OTTO公司引进的。在奥地利则奥钢联提供从烧结开始包括炼铁、炼钢、轧钢以至能源的自动化系统、质量系统、全厂管理系统以及数学模型等技术，但自动化装备硬件则是外购而组成系统，法国还有钢铁研究院(IRSID )，比利时也有冶金研究院(CRM)也进行数学模型研究，如高炉的炉热模型就是IRSID发表的，以后日本等也基本参考其思路。参照国外和国内情况，由于国内最近在国资委下已组成钢研集团公司（包括钢铁研究总院和冶金自动化研究设计院、高校协作发展下去，工厂是一支主要力量，日本钢铁公司大都设技术中心，内设钢铁、设备、自动化研究所作为主力，我国宝钢等钢铁公司也大致如是，大都以强大的钢铁生产及巨大的利润为后盾，拨有充足经费，研究所专心研究只考核研究成绩，没有上交利润任务，这是值得参考的。组织形式决定后，还需有一系列政策和要注意的问题，为此建议： ①上级对所属单位考核方法要改进。它是足以影响其方向和发展的，对于冠以研究的单位，应看研究成果，过去我国制定的科学14条虽然时代变化，但其“出成果、出人材是根本任务”，不仅过去起了很大作用，而且今天仍是核心，不过要补充，应加上成果转化率及效益；②国家要提高科研投入。其实国家投入不少，也有专家评审委员会，问题是投入分散、目标（包括形成生产力）与要求以及经费使用尚需改进，最好采用招标制度，看效果而不是仅看单位名气；③高级技术职称和称号（包括两院院士）应主要授予从事该工作的人员，不要终身制，工作调动到其他岗位（如升迁到管理部门等），应只作为经历不再保留，由其他人重新补缺；④要提高技术人员待遇、地位和使用方式，要改变过分重视行政级别的情况。在国外教授地位和待遇高无后顾之忧，教课后就可一头扎进试验室进行研究，因此国外甚至包括无论从大陆或香港到国外的中国人有获得洛贝尔奖的、菲德尔奖或其他最高技术荣誉或奖的，而在国内至今还没有获得洛贝尔奖的；原因之一是我们活动多，其他时间消耗多，人的精力有限，因此很难有惊人创造；⑤研究队伍要稳定，研究目标要有稳定性。以日本富士公司、日立公司对专家系统等人工智能开发工具研究为例，其研究所有一个约十人研究组，研制出的专家系统开发工具，一代一代改进，不断推出新型号新产品，而国内到现在还投有一个国产的类似高性能的商品化产品，而使很多部门不得不高价进口（如某公司以 8万美元购买专家系统开发工具），而国内或者仅由博士生或硕士生作为生产实践或论文进行，或者虽由科研人员进行，但达到某一目标又改作其他专题等等原因而难以获得能与外国同类产品相比。此外，对于高水平的成果与产品还需加大力量。