鋼鐵分析檢測與自動化技術芻議

摘要：本文提出了鋼鐵分析檢測系統自動化的概念，并以實物流過程自動化，分析檢測過程自動化，信息流過程自動化及自動化發展趨勢，闡述鋼鐵分析檢測實現自動化在科技發展領域的作用。隨著機電一體化裝備技術、新型儀器化技術、計算機信息技術等高科技的迅速發展，鋼鐵分析檢測技術與自動化技術的緊密結合已顯示出廣闊的發展前景。

關鍵詞：鋼鐵分析檢測；自動化技術

隨著當今鋼鐵生產企業的大型化、現代化、生產過程越來越高速化、連續化、自動化，分析檢測系統的配備除滿足分析檢測的準確性外，還要求具備適時性、快速性。傳統的分析檢測方法，如碳硫分析儀、光譜分析儀等大型精密儀器，逐步淘汰了生產現場，已無法適應生產的快節奏。而是大多數大型鋼鐵企業都開始引進先進的分析檢測儀器，提高自身鋼鐵分析檢測的自動化水平。可見，將分析檢測過程自動化作為系統的觀點考慮并加以現場應用，國內還遠不成熟，國際上也正處于不斷探索前進的狀況。現就筆者近年來，在鋼鐵分析檢測自動化實踐中形成的一些不成熟的觀點探討如下。

1 樣品實物流過程自動化

實物流過程是指被分析檢測的對象既試樣的流轉過程。一般有以下幾個主要過程：原料進廠的樣品采集、制樣和傳送，如礦石、精粉試樣流轉；中間產品的樣品采集、制樣和傳送，如燒結礦、鐵水、鋼水、鋼坯料試樣流轉；成品的樣品采集、制樣和傳送，既成品鋼材試樣的流轉。

樣品從被采集開始，經過加工制成適應于某種分析檢測方法的試樣，到最終被送至某類儀器分析檢測，始終是一種實物形態。一方面，實物本身在流轉過程中應該一直具有其代表性，才能保證分析檢測數據的真實性和準確性；另一方面，流轉過程還應該滿足快速性以保證工藝上對分析檢測數據的適時性要求。而傳統的“人工取樣，肩挑步送”的實物流過程隨意性大、周期長，遠遠滿足不了現代化生產工藝和管理的要求，因此，實物流過程自動化水平的提高是分析檢測系統提高準確性最基本的要求，也是其提高快速性關鍵手段。

2 分析檢測過程自動化

2.1 儀器化分析檢測與自動化。分析檢測過程是指具體使用某種分析檢測方法對實物試樣進行分析檢測并獲得結果數據的過程。傳統的鋼鐵分析檢測過程，是以手工化學分析“濕法分析”方法為主的。這種分析方法過程長、強度高、功能單一、穩定性差、人為誤差大。要在這種分析方法的基礎上通過裝置改進達到實現自動化目的是很困難的，雖然以往也有不少提高自動化分析程度的裝置如多元素聯測快速分析儀等面市，但這類儀器仍是基于化學反應的改進，不能使鋼鐵分析檢測過程自動化得到根本改觀。

儀器化分析方法在鋼鐵分析檢測中的應用，簡化了試樣備制過程，取消了手工分析方法過程中的試樣粉碎、酸溶加熱分解、化學反應、比色分析、人工讀數等繁雜流程。目前，光電直讀光譜儀已成為鋼樣化學成分分析的首選儀器，X熒光光譜分析儀則是生鐵和其它礦類樣化學成分分析的首選儀器。它的應用是很成功的。一方面，這類儀器具有選擇性好、靈敏度高、準確性高的特點，實現了其分析檢測的核心功能；另一方面，這類大型精密儀器的設計制造從一開始就是本著高精度、高穩定、快速化、自動化、多功能整體優化原則進行的，從分析檢測過程自動化的角度來看，這類儀器集光、機、電、計算機等方面的最新技術于一體，具有相當精密的物理與幾何光學系統，精密機械系統，電子傳感測量系統，計算機控制與數據處理及人機界面系統，是一種近乎完美的自動化分析檢測裝置。其多通道、多元素同時分析檢測的快速化特點，多用途可擴展的配置方式，以及多功能計算機軟硬件系統技術，使分析檢測過程自動化的提高易于實施。

2.2 分析檢測模式與自動化。鋼鐵生產作為一種流程工業，規模大、覆蓋面廣、效益高。產品質量控制是系統主控目標之一，分析檢測過程的模式也必須適應這種流程工業的特點而不同于一般的實驗室分析檢測過程模式。因此，如何在特定的分析檢測模式下提高自動化水平，是值得探討的問題。 目前，國內大型鋼鐵企業在主體生產體系中普遍采用3種分析檢測模式，既離線分析、臨線分析和在線分析模式。3種分析檢測模式各有所長。

離線分析。是一種分析檢測儀器遠離現場的一種集中分析模式，往往一臺儀器可擔負多個工序點產品的分析檢測任務，可以充分發揮大型精密儀器的運行效率，且儀器遠離環境惡劣生產現場能夠保證較高的穩定性和準確性，主要矛盾是如何提高試樣傳送速度以保證時效性的問題。這種模式下主要通過裝備可靠的遠程送樣系統和遠程報數系統來提高自動化程度。臨線分析。是一種分析檢測儀器緊臨生產現場的專項單點分析模式。要求儀器具備較好的抗干擾、抗震、防塵、抗溫度變化性能。在這種模式下，應盡量改善機房條件如裝備封閉式機房或集裝箱式機房，并通過裝備全自動制樣設備及計算機聯網自動數據采集與報數系統來提高其自動化程度。在線分析。是一種分析檢測儀器的部分元器件或整機位于生產流程線上，并與被測對象直接或間接接觸的一種連續單點分析模式。一般稱這類儀器為過程分析儀器。在線分析是實現生產系統動態控制的必要手段，也是生產過程自動化的理想手段。但由于鋼鐵分析檢測過程中被檢測對象的復雜性與采樣技術上的困難性以及高靈敏、高可靠等方面的要求，這種分析模式在鋼鐵主體生產過程中應用較少，僅在個別場合使用，如TC氧槍探頭用于鋼水溫度、碳氧成分含量測定、質譜儀用于煉鋼爐煙氣成分分析。

3信息流過程自動化

鋼鐵分析檢測的主要目的是傳遞鋼鐵產品在生產過程中的質量信息，便于指導生產，控制質量。這里所指的信息流過程，是指分析檢測得到的結果數據從分析檢測儀器處到達生產現場需求者處或其它部門的過程。

在鋼鐵生產現場，對鋼鐵冶煉成分信息需求是有很強的時效性的。特別是煉鋼爐前，要求中間冶煉鋼水成分從試樣送出至得到分析檢測的結果數據的周期控制在3min以內，煉鐵高爐、燒結機爐前對產品成分的實時掌握也有相應的周期要求。傳統的報數是通過電話通告或人工報告單傳送的方式進行的，前者容易出差錯，后者滿足不了及時性要求。因此，如何通過遠程自動報數的方式提高分析檢測數據報出的速度和準確性，幾乎自然地成了大型鋼鐵企業要解決的問題。在這一前提下，各種遠程報數裝置應運而生，實際上就是通過采用這種裝置，實現分析檢測數據信息流過程的自動化。

3.1 分析檢測數據遠程報數裝置的發展概況 。國內分析檢測數據遠程報數裝置的經歷了從手動到自動的過程，大體出現了以下幾代傳送方式的產品：手動撥碼數據輸出→多芯電纜傳送→現場燈泡或LED發光二極管顯示；手工書寫報單數據→攝像頭成像，同芯電纜圖像信號傳輸→現場電視CRT顯示；儀器串口自動數據輸出→雙芯電纜傳輸→現場串行打印機打印；儀器串口自動數據輸出→計算機串口自動數據采集，專線或無線modem傳送→現場計算機接收，計算機CRT顯示；儀器聯網數據輸出→計算機網絡線傳輸→網絡服務器數據庫接收→現場網絡工作站CRT顯示。

3.2 分析儀器檢測數據的自動采集。近年來，國外引進的先進大型精密儀器，基本上都具有計算機RS232串行接口數據輸出的功能，有的還具有直接聯網功能。儀器計算機數據通信軟件接口開始透明化，儀器廠商可為用戶提供或在隨機技術資料中寫明相應的數據輸出通訊協議和數據格式，用戶通過編制簡單的VB、DEPHI等語言程序即可完成對儀器數據的自動采集。

4 鋼鐵分析檢測自動化發展趨勢

隨著鋼鐵企業管理現代化、裝備大型化、生產高速化、操作自動化的不斷發展，鋼鐵分析檢測技術也在不斷更新，國際上先進實驗室管理自動化開始朝網絡化方向發展，實驗室信息管理系統(LIMS)就是一種集現代化管理方法與計算機技術為一體的實驗室管理自動化應用技術。LIMS利用計算機和網絡在數據采集、處理、存貯、傳輸等方面的強大功能，實現樣品管理，數據管理、資源管理，事務管理、報表管理等實驗室管理的自動化。在鋼鐵企業分析檢測系統實驗室實行LIMS，對于優化產品質量監控體系和實驗室綜合管理，保證分析檢測數據的嚴格管理和控制，適時有效、快速準確地為生產過程和經營管理提供質量基礎信息無疑是極為有益的。這也是企業進行實驗室認證，提高質量控制與管理檔次，面向國際市場的需要。

參考文獻

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作者簡介：宋亞利，1997年9月至2001年6月，通化師范學院化學專業本科學習，2001年7月至今在通化鋼鐵集團大栗子礦業有限責任公司化驗室任分析技術員工作。