工业化及生产自动化的水平是衡量国家是否发达的主要标志，即工业生产在国民经济中所占的比重以及工业的机械化、自动化程度。而劳动生产率是衡量工业化水平极为重要的标志之一。为达到较高的劳动生产率需要大量的机械设备。钢铁具有良好的物理和化学性能，生铁坚硬、耐磨、铸造性能好，但生铁脆，不能锻压。钢有较高的机械强度和韧性，耐热、耐腐蚀、耐磨，电磁性能好，容易焊接加工，可满足多方面需要和特殊性能要求。此外，钢铁价格便宜，储量丰富(铁元素的地壳丰度为5.6))，加之冶炼和加工方法简便，效率高，规模大，产量高而成本低，虽然面临其他材料激烈竞争，但由于钢铁工业不断技术进步，而保持多年价格不变，故钢铁是现代工业中应用最广，发展最快的金属材料，也是为制造各种机械设备提供的最基本的材料。钢铁还可以直接为人民的日常生活服务，如为运输业、建筑业及民用品提供基本材料。故在一定意义上说，一个国家钢铁工业的发展状况也反映其国民经济发达的程度。

现代钢铁工业是如图1所示的庞大而复杂的生产过程。从图中可以看出，由矿石到钢材的生产可分为两个流程：高炉-转炉-轧机流程(通常称为长流程)和直接还原或熔融还原-电炉-轧机流程(即短流程)。此外，还有一些其他的组合，例如短流程的电炉改为转炉等流程，但主要是长流程和短流程。目前长流程是主要流程，但因它必须使用块状原料，需要配用质量好的炼焦煤在焦炉内炼成性能好的冶金焦，粉矿和精矿粉要制成烧结矿或球团矿。这两道生产工序不但能耗高，而且生产中产生粉尘、污水和废气等对环境造成污染。直接还原和熔融还原炼铁工艺的特点是，用块煤或气体还原剂代替高炉炼铁工艺所必需的焦炭来还原天然块矿、粉矿、烧结矿或球团矿，具有相当大的适应性，但其生产规模较高炉小，而且很多技术问题还有待解决或完善。故在现阶段高炉炼铁仍占优势。

钢铁生产需要大量原材料，如高炉炼铁需要大量的铁矿石(或铁合金矿等人造富矿)、熔剂(主要是石灰石、白云石，这是由于造渣的需要)、锰矿、燃料(焦炭、煤粉等)，而烧结矿生产又需铁矿粉、熔剂、燃料(焦粉)等，焦炭生产需要炼焦原煤等。又例如转炉炼钢需要铁水、废钢和铁合金等金属料以及石灰、萤石和生白云石等造渣材料，此外还需氧气、铁矿石和氧化铁皮等氧化剂以及富铁矿、烧结矿等冷却剂。由于铁矿石、萤石、白云石、铁矿粉、原煤、铁合金等生产一般不在钢铁厂内，分别属于采矿、选矿、采煤和铁合金等厂矿生产，故其自动化将在另文叙述，本书只叙述原料场、烧结、球团、石灰生产的自动化技术。

根据国内外经验，应用自动化有下列作用：(1)提高产品质量，能使过去难以生产的高质高难度产品有了生产可能；(2)节能降耗；(3)提高劳动生产率；(4)提高收得率；(5)安全运行和提高设备使用寿命；(6)改善劳动条件和省力；(7)为改善操作创造条件；(8)推进科学管理和提高功效；(9)促进科学研究发展；(10)与技术科学结合促进炼铁技术经济优化发展。因此世界各国在冶金原料生产中都是大力采用自动化技术，因为它不仅是衡量国家是否发达的主要标志，而且可获得高质量、高效率、高收得率，同时可节能降耗，从而获得重大的经济效益，特别是冶金原燃料生产，除了本身效益以外，还为后续工序如高炉、转炉带来附加的影响与效益。根据奥钢联的报道，烧结生产采用自动化技术(基础自动化及包括烧结矿成分、焦粉返回料控制，碱度控制，生产率控制等数学模型和专家系统的过程自动化)后可获得下列效益：(1)提高烧结厂生产率5%；(2)烧结工艺稳定，重现性好；(3)大大降低烧结厂和高炉的能耗；(4)优质烧结矿可提高高炉生产率；(5)诊断系统可提高设备作率；(6)改善劳动条件和省力并减少岗位人员；(7)详细记录使整个工艺透明化；(8)投资回收期短(约1.5～2年)。

图 1  钢铁生产流程框图(未包括风、水、气、电)

现代钢铁工业自动化包括、基础自动化、过程自动化、管理自动化、即众所周知的三级结构的CIMS系统(计算机集成制造系统，流程工业称CIPS，国内在钢铁工业有学者称为综合管理控制系统)，三级结构就是把CIMS分为BPS/MES/PCS三级，其中K46BPS(Business-Planning System)级是单纯考虑企业经营管理问题的企业资源规划(ERP)，主要是利用以财务分析决策为核心的整体资源优化技术，MES(Manufacturing Execution System，即制造执行系统)级是考虑生产与管理结合问题的中间层制造执行系统，主要利用以产品质量和工艺要求为指标的先进控制技术和以生产综合指标为目标的生产过程优化运行、优化控制与优化管理技术，PCS(Process Control System)级是单纯考虑生产过程问题的过程控制系统，即过程自动化和基础自动化系统。近年来由于要适应激烈的市场竞争需要、互联网和信息技术的发展，全球化的趋势，钢铁公司的信息化和自动化已从钢铁公司内部到顾客和社会。实行生产-物流-销售-体化，不仅生产部门与公司销售部门联网，且与外界贸易公司，最终用户，汽车、家电、机电制造等工厂)以至税务部门和海关联网甚至和国外的有关部门通信，使信息更广域化和高效化，甚至通过卫星监视船舶到达地点，以向用户报告使之作接受准备。这就要求信息化、自动化系统能适应这些进展。为此，出现如图2所示的WIM(网络集成制造系统)。WIM的功能已远远超出CIMS(计算机集成制造系统)的功能，它是以Web和智能技术为基础，能充分利用互联网的资源，能实现全球化供销链、远程技术支持和远程诊断等，M2-N2是常规控制和智能控制等，M3-N3可进行监控、复杂的优化数学模型和人工智能模型等运算，M4-N4以上是智能信息处理系统，M4-N5服务器将运行生产经营管理软件如ERP、MES等，M5-N5是电子商务，运行其软件的服务器与互联网相连。

图 2  WIM系统结构

冶金原燃料生产的信息化、自动化系统也如钢铁工业自动化系统同样包括：基础自动化、过程自动化、管理自动化，应该是钢铁工业CIMS的一部分，但管理自动化中的BPS级是全钢铁厂的范围，故本书的信息化、自动化系统只叙述到制造执行级为止。