基于ORACLE的煉鋼廠能耗綜合優化系統數據庫模型的建立

李 楊

遼寧廣播電視大學（110034）

基于最佳工藝溫度的煉鋼—轉爐流程能耗綜合優化系統的數據庫主要包括：靜態表，生產實績表，生產狀態表和綜合信息表4種數據表。其中，根據生產指示標準建立靜態表；根據生產工序流程，分別對計劃指示環節，轉爐環節，精煉環節，連鑄環節等生產環節，建立生產實績表和生產狀態表；綜合信息表則是提取各工序的相同的數據信息，進行重新存儲，便于子系統使用。

1 靜態表的設計

靜態表以鋼種為主鍵，主要包括標準成分信息，內控成分信息，推薦工藝路徑，各工序標準時間，以及標志性時間點的溫度等要求。主要用于在生產計劃下達以后，對整個生產過程進行指示。以ML08AL為例，進行說明。

(1)生產組織路線模式

鐵水、廢鋼組織—鐵水預處理—轉爐冶煉—出鋼、氬站—精煉—鋼水軟吹—連鑄澆注—鑄坯管理—輥道熱送。

(2)轉爐生產周期控制

40±2 min，開吹時間控制在連鑄開澆0—5 min，當組第四爐轉爐爐前應在鋼水上回轉臺后方可冶煉，避免連鑄開機失敗造成精煉爐鋼水積壓過多的被動局面。

(3)轉爐鋼水溫度控制

出鋼溫度≥1640 ℃，并根據出鋼口、包況、生產節奏等酌情調整，確保氬后溫度≥1570 ℃。

(4)轉爐鋼水成份控制

控制出鋼 C：0.05—0.07%、P≤0.015% ；精煉前成份控制在 C ≤0.07%、Si ≤0.02%、Mn：0.25—0.33%、P≤0.018%的范圍內。

(5)精煉周期控制

精煉周期≥35 min，軟吹時間≥15 min；第一次開機爐次可適當延長精煉周期和軟吹時間，確保鋼水溫度的均勻穩定。

(6)精煉鋼水出站時間控制

連鑄澆注10—15 min時出站軟吹，確保待澆時間3—10 min。現場調度應控制好開機爐次鋼水的出站時間，避免出現精煉鋼水長時間等待連鑄的現象。

(7)精煉鋼水軟吹后溫度控制

開機1615—1620℃、第二包1600—1605℃、第三包1595—1600℃、連澆1595±5℃。現場調度應根據連鑄澆注情況調整溫度，確保連澆時過熱度控制在15—40℃。

(8)正常情況，連鑄接受開機鋼水后，應迅速組織開機（要求在8 min內開澆）；特殊情況，調度長可根據鋼水溫度及轉爐、精煉生產節奏控制開澆時間（不得超過15 min）。

根據以上鋼種的指示信息，本系統建立鋼種信息表。

2 生產實績表和生產狀態表的設計

鋼鐵企業的生產是一個非常復雜的制造過程，其生產工藝流程長、環節多、工藝復雜、物料處理量大。從工藝流程上看，鋼鐵企業屬于典型的混合型的生產類型制造企業，在煉鋼和連鑄環節以鋼水的化學成分為約束條件，屬于典型的流程型生產方式，強調時間上和操作上的連續性，在開坯、軋制等加工環節，又逐漸轉為類似于機加工行業的離散型生產方式。

因此，信息平臺根據三鋼的工藝流程如圖1所示，建立生產實績表和生產狀態表。

三鋼的生產流程分成：生產計劃環節、鐵水預處理環節、轉爐環節、氬站環節、精煉環節和連鑄環節6部分。下面以生產計劃環節和轉爐環節為例說明此部分數據庫建立方案。

由于轉爐煉鋼系統非常復雜，包括了轉爐本體、氧槍系統、氧氣系統、底吹氣體系統、散裝料及鐵合金控制系統、溫度和重量檢測系統，以及化驗室數據等，那么多的數據，如果是使用自底向上的策略容易抓不住模型的核心，所以在此使用自頂向下的設計策略。

圖1 三鋼生產流程圖

從整個轉爐煉鋼系統來看，可以把轉爐本體數據、氧槍數據、氧氣系統數據、底吹氣體數據等轉爐檢測數據全部抽象為一個轉爐冶煉過程的屬性，那么就把這些與轉爐系統相關的系統抽象為一個“轉爐”實體。把轉爐相關的實時數據抽象為“轉爐”實體的一個屬性，即實時數據；把轉爐相關的離線數據抽象為“轉爐”實體的一個屬性，即離線數據。把所有的轉爐煉鋼的各種原料抽象出來，得到“原料”實體。原料的屬性包括原料名、原料成分等。除了“轉爐”和“原料”實體以外，轉爐煉鋼系統還包括操作人員實體，以及冶煉的結果，即鋼水實體。鋼水實體包括鋼水溫度以及其各種化學成分含量等。在轉爐煉鋼系統中，二級爐號是確定一個轉爐冶煉過程的唯一“身份”標識，所以選擇二級爐號作為“轉爐”實體的標識符（用下劃線表示）。因此可以將整個轉爐煉鋼系統抽象出四個實體，實體及實體屬性簡化定義如下：

(1)轉爐（二級爐號，爐座，爐齡，實時數據，離線數據）

(2)原料（原料編號，原料名，成分）

(3)鋼水（鋼水溫度，C含量，Si含量，Mn含量，S含量，P含量）

(4)操作人員（員工編號，姓名，工種，性別，工齡）

這4個實體之間有如下的聯系。

(1)一個轉爐煉鋼過程可以加入多個原料實體，而一個原料實體只能加入到一個轉爐煉鋼過程中，所以轉爐與原料的聯系是一對多；

(2)一個轉爐煉鋼過程只能冶煉出一個鋼水實體，而一個鋼水實體也只對應一個轉爐煉鋼過程，所以轉爐與鋼水的聯系是一對一；

(3)一個轉爐煉鋼過程要有多個操作人員煉鋼，而一個操作人員在某一時刻只能工作與一個轉爐煉鋼過程，所以轉爐與操作人員的聯系是一對多。因此得到簡化實體-聯系圖，如圖2所示。

圖2 轉爐數據庫E-R圖

根據以上分析，建立轉爐生產實績表。其它部分數據模型的設計和轉爐煉鋼部分相似。

3 實時數據庫與歷史數據庫的通信

歷史數據由實時數據得來，同時，歷史數據又影響實時數據，所以，在這一步，需要分析清楚他們的關系，并實現他們之間的通信，做到不需人工干預，實時保持數據庫的完備。對此，提出如下數據庫關系模型，如圖3所示。

實時數據與歷史數據通過SQL保持通信，在數據交換的過程中加入任務管理和訪問控制。

4 綜合信息表的建立

綜合信息表主要是提取各工序的相同的數據信息，進行重新存儲，便于各子系統的使用。主要包括：鋼包實績信息表，主輔料使用實績表，鋼水成分信息表和異常統計表等。

下面以主輔料使用實績表為例進行說明，在三鋼整個生產流程中，在預處理環節，轉爐環節，氬站環節和精煉環節需要有新物料的加入，那么將這四個生產實績環節中的物料使用信息進行提取，存入到主輔料信息表中。

圖3 數據庫關系模型

5 結論

根據三鋼的實際需求，分別根據生產指示標準建立靜態表；根據生產工序流程，分別對計劃指示環節，轉爐環節，精煉環節，連鑄環節等生產環節，建立生產實績表和生產狀態表；提取各工序的相同的數據信息，建立綜合信息表。實現了系統數據庫的建立，為整個信息平臺的實現打下良好基礎。

[1]趙麗寧,李一凡等.數字海洋空間數據庫的構建.大連海事大學學報,2002.10(1).

[2]楊麗霞.基于ORACLE數據融合的一卡通系統的實現.天津工業大學,2006.

[3]王小亮.MES特鋼企業物料管理系統的研究及優化.大大連理工大學,2007.