RH自動化精煉系統(tǒng)介紹

崔文靜，王 磊，張艷麗

（首鋼京唐鋼鐵有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

1 RH 自動化精煉系統(tǒng)概述

RH 精煉全稱為RH 真空循環(huán)脫氣精煉法。于1959年由德國人發(fā)明，是西德魯爾鋼鐵公司（Ruhrstahl）和赫拉歐斯（Hereaeus）共同設(shè)計開發(fā)的一種鋼液爐外精煉方法。其中，RH 為當(dāng)時德國采用RH 精煉技術(shù)的2 個廠家的第一個字母。

RH 自動化精煉系統(tǒng)是以數(shù)學(xué)模型為核心，建立在RH 精煉爐冶金機理基礎(chǔ)上，采用諸多先進(jìn)算法所開發(fā)的一套冶金生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)。它可以有效提高精煉冶煉技術(shù)、管理及操作水平、自動化水平、提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定鋼水產(chǎn)品質(zhì)量，降低勞動強度。

首鋼京唐鋼鐵有限責(zé)任公司自主開發(fā)的RH 自動化精煉系統(tǒng)，形成集管理、優(yōu)化和控制于一體的自動控制系統(tǒng)，達(dá)到或超過國外主流系統(tǒng)的水平。其功能有：完成爐次從二級接管到結(jié)束整個過程中，鋼水基本信息的跟蹤記錄，鋼水溫度和成分的預(yù)報，達(dá)到目標(biāo)鋼水溫度和成分的真空度、提升氣體、頂槍吹氧、料倉加料等設(shè)定值的控制。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 硬件構(gòu)成

整個系統(tǒng)包括一級和二級系統(tǒng)。其中，一級系統(tǒng)的主要硬件構(gòu)成為西門子PLC；二級系統(tǒng)包含服務(wù)器、操作站和工程師站等。

2.1.1 通信結(jié)構(gòu)

為了保證信息交互的實時與準(zhǔn)確，專門開發(fā)了數(shù)據(jù)采集程序，成功實現(xiàn)了從PLC 直接讀寫數(shù)據(jù)。在服務(wù)器上開辟了數(shù)據(jù)共享內(nèi)存，作為數(shù)據(jù)存儲交互的平臺。

2.1.2 數(shù)據(jù)采集方式

為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)高效、快速、準(zhǔn)確的傳輸，需要搭建RH 過程控制的通信系統(tǒng)，滿足二級服務(wù)器與一級基礎(chǔ)自動化PLC 系統(tǒng)、三級系統(tǒng)、主控室客戶端的通信要求。本系統(tǒng)采用C/S 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過高速以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。其中，硬件采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，軟件使用TCP/IP 協(xié)議及相關(guān)通信軟件OPC Server。

一級與二級的通信采用OPC 模式：一方面，從PLC 讀取數(shù)據(jù)到共享內(nèi)存，再從共享內(nèi)存讀取生產(chǎn)數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫；另一方面，通信程序從二級數(shù)據(jù)庫接收到設(shè)定值下發(fā)命令后，下發(fā)到一級PLC 地址執(zhí)行。

二級與三級之間通過TCP/IP 協(xié)議相互進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問：二級數(shù)據(jù)庫與三級數(shù)據(jù)庫可以相互訪問，進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和寫入；從三級讀取的數(shù)據(jù)包括計劃爐次、鋼樣、渣樣化驗成分等信息；寫入三級的信息包括爐次報表、冶煉狀態(tài)等。

2.2 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

（1）二級服務(wù)器采用惠普的ProLiant DL380 G5 服務(wù)器，軟件采用Windows 2003 Server、Visual C++、Oracle 10g。

（2）冶金工程師站按照在位于每個RH 主控室操作臺上，用于冶金工程師維護(hù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)參數(shù)、計算機工程師維護(hù)計算機設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)；操作員站的客戶端供操作工使用。工業(yè)控制機為Core2 3.0G，2GB RAM，250 GB HD，DVD-RW，雙以太網(wǎng)卡；軟件采用操作系統(tǒng)Winodws XP，SP3 中文專業(yè)版。

3 環(huán)境要求

為保證RH 自動化精煉系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確計算和正常運行，對現(xiàn)場設(shè)備功能精度、通信系統(tǒng)和設(shè)備維護(hù)提出了以下要求。

（1）系統(tǒng)對設(shè)備的要求：①每次熱電偶測溫偏差控制在±3 ℃范圍內(nèi)；②鋼水重量稱量誤差控制在0.3%范圍內(nèi)；③料倉加料重量的誤差控制在5%范圍內(nèi)；④實驗室化驗設(shè)備保證成分精度（包括鋼水成分和渣成分）；⑤提供鋼包熱狀態(tài)的判斷信息（鋼包烘烤溫度或大修、新包等信息）；⑥提供鋼種內(nèi)控成分含量；⑦提供真空模式、脫碳制度等信息；⑧提供鋼水進(jìn)站溫度和成分。

（2）系統(tǒng)對通信系統(tǒng)的要求：①實驗室化驗結(jié)果能夠及時準(zhǔn)確地發(fā)送到三級系統(tǒng)，時間延時控制在1 min 以內(nèi)；②鋼水溫度檢測結(jié)果能夠及時準(zhǔn)確地發(fā)送到一級系統(tǒng)；③三級系統(tǒng)能夠及時準(zhǔn)確地發(fā)送計劃爐次及相關(guān)信息到二級數(shù)據(jù)庫。

（3）系統(tǒng)維護(hù)要求：①一級設(shè)備定期維護(hù)，保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和傳輸正常；②數(shù)據(jù)庫定期維護(hù)，保證數(shù)據(jù)輸入和輸出正常、準(zhǔn)確；③根據(jù)爐況、設(shè)備、原料的變化及時對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行完善和修正。

4 技術(shù)特點

4.1 技術(shù)參數(shù)

RH 自動化精煉控制系統(tǒng)主要功能是，實現(xiàn)從RH 真空開始到RH 真空結(jié)束整個冶煉過程的自動化生產(chǎn)，及時準(zhǔn)確的采集一級生產(chǎn)數(shù)據(jù)，預(yù)報鋼水溫度和成分，根據(jù)目標(biāo)時間、鋼水溫度、鋼水成分需求建立控制模型，實現(xiàn)料倉加料、循環(huán)吹氬、吹氧脫碳等設(shè)定值的自動計算，下發(fā)給一級PLC 執(zhí)行。

針對煉鋼廠的生產(chǎn)現(xiàn)狀，將鋼種劃分為4 種處理模式，RH普通處理模式、RH 輕處理模式、RH 脫氣處理模式、RH 脫碳模式?？刂颇K基于每種處理模式，劃分各冶煉步驟，計算加料、真空時間、吹氧量等控制參數(shù)?？刂颇K與預(yù)報模塊有機結(jié)合，實現(xiàn)RH 精煉處理過程自動化控制。

本系統(tǒng)的主要技術(shù)目標(biāo)：①建立RH 生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫，提供完善的數(shù)據(jù)查詢、報表統(tǒng)計功能；②計算機系統(tǒng)穩(wěn)定運行，系統(tǒng)作業(yè)率99%；③冶煉過程跟蹤及在線預(yù)報，包括鋼水溫度、鋼水成分、碳含量的預(yù)報等；④實現(xiàn)RH 真空系統(tǒng)、循環(huán)吹氬系統(tǒng)、合金加料系統(tǒng)的自動控制；⑤提高企業(yè)生產(chǎn)的自動化水平。

4.2 系統(tǒng)工作原理

RH 處理主要應(yīng)用在脫碳、真空脫氧（輕處理）、脫氫和脫氮上，進(jìn)一步實現(xiàn)對鋼水成分和溫度的精確調(diào)整。

基于與鋼包爐處理的各種相關(guān)的較短處理時間及靈活性等原因，RH 工藝特別適合現(xiàn)代冶煉和連鑄，大規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益較好的超低碳優(yōu)質(zhì)鋼種，如IF 鋼和高硅鋼，是RH 工藝的主要目標(biāo)。因此，RH 工藝脫氮一般全部采用鎮(zhèn)靜鋼，而且硫含量較低，入RH 爐時一般小于20×10-6。

目前，實用化的數(shù)學(xué)模型主要以靜態(tài)預(yù)報為主，基本包括預(yù)報RH 處理過程中鋼水的碳、氧和溫度，進(jìn)行合金化計算。雖然也曾有過采用廢氣定碳模型，但效果不理想。另外，隨著RH 設(shè)備和處理鋼種的不同，模型功能也不盡相同。本系統(tǒng)根據(jù)功能需求，實現(xiàn)從RH 真空開始到RH 真空結(jié)束整個冶煉過程的自動化生產(chǎn)，及時準(zhǔn)確的采集一級生產(chǎn)數(shù)據(jù)，預(yù)報鋼水溫度和成分，根據(jù)目標(biāo)時間、鋼水溫度、鋼水成分需求建立控制模型，實現(xiàn)料倉加料、循環(huán)吹氬、吹氧脫碳等設(shè)定值的自動計算，下發(fā)給一級PLC 執(zhí)行。

4.3 系統(tǒng)（軟件）功能

基于本系統(tǒng)的研發(fā)目標(biāo)和功能需求，煉鋼部RH 自動化精煉系統(tǒng)的主要模塊包括：一級通信系統(tǒng)、三級通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)學(xué)模型、客戶端。通過通信系統(tǒng)實現(xiàn)與L1、L3、化驗室的數(shù)據(jù)通信，完成數(shù)據(jù)跟蹤、采集任務(wù)，存儲到數(shù)據(jù)庫相關(guān)表格內(nèi)。通過建立數(shù)學(xué)模型，實時跟蹤、預(yù)報和控制生產(chǎn)數(shù)據(jù)，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本的目的。

自動化精煉系統(tǒng)的主要特點有：①通過運行工藝模型，規(guī)范化鋼水生產(chǎn)工藝，提高鋼水質(zhì)量；②通過跟蹤生產(chǎn)數(shù)據(jù)、模型計算和報表打印，使生產(chǎn)管理更加透明；③通過用戶操作界面，規(guī)范化操作；④為冶金工程師和操作人員建立冶金數(shù)據(jù)庫；⑤系統(tǒng)操作簡便、可升級更新；⑥定期維護(hù)。