RH自動化精煉系統介紹

崔文靜，王 磊，張艷麗

（首鋼京唐鋼鐵有限責任公司，河北唐山 063200）

1 RH 自動化精煉系統概述

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

RH 自動化精煉系統是以數學模型為核心，建立在RH 精煉爐冶金機理基礎上，采用諸多先進算法所開發的一套冶金生產管理信息系統。它可以有效提高精煉冶煉技術、管理及操作水平、自動化水平、提高生產效率，穩定鋼水產品質量，降低勞動強度。

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

2 系統構成

2.1 硬件構成

整個系統包括一級和二級系統。其中，一級系統的主要硬件構成為西門子PLC；二級系統包含服務器、操作站和工程師站等。

2.1.1 通信結構

為了保證信息交互的實時與準確，專門開發了數據采集程序，成功實現了從PLC 直接讀寫數據。在服務器上開辟了數據共享內存，作為數據存儲交互的平臺。

2.1.2 數據采集方式

為了實現數據高效、快速、準確的傳輸，需要搭建RH 過程控制的通信系統，滿足二級服務器與一級基礎自動化PLC 系統、三級系統、主控室客戶端的通信要求。本系統采用C/S 網絡結構，通過高速以太網進行數據通信。其中，硬件采用標準的以太網接口，軟件使用TCP/IP 協議及相關通信軟件OPC Server。

一級與二級的通信采用OPC 模式：一方面，從PLC 讀取數據到共享內存，再從共享內存讀取生產數據寫入數據庫；另一方面，通信程序從二級數據庫接收到設定值下發命令后，下發到一級PLC 地址執行。

二級與三級之間通過TCP/IP 協議相互進行數據訪問：二級數據庫與三級數據庫可以相互訪問，進行數據的讀取和寫入；從三級讀取的數據包括計劃爐次、鋼樣、渣樣化驗成分等信息；寫入三級的信息包括爐次報表、冶煉狀態等。

2.2 系統軟件構成

（1）二級服務器采用惠普的ProLiant DL380 G5 服務器，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數據庫系統參數、計算機工程師維護計算機設備和網絡；操作員站的客戶端供操作工使用。工業控制機為Core2 3.0G，2GB RAM，250 GB HD，DVD-RW，雙以太網卡；軟件采用操作系統Winodws XP，SP3 中文專業版。

3 環境要求

為保證RH 自動化精煉系統模型的準確計算和正常運行，對現場設備功能精度、通信系統和設備維護提出了以下要求。

（1）系統對設備的要求：①每次熱電偶測溫偏差控制在±3 ℃范圍內；②鋼水重量稱量誤差控制在0.3%范圍內；③料倉加料重量的誤差控制在5%范圍內；④實驗室化驗設備保證成分精度（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提供鋼水進站溫度和成分。

（2）系統對通信系統的要求：①實驗室化驗結果能夠及時準確地發送到三級系統，時間延時控制在1 min 以內；②鋼水溫度檢測結果能夠及時準確地發送到一級系統；③三級系統能夠及時準確地發送計劃爐次及相關信息到二級數據庫。

（3）系統維護要求：①一級設備定期維護，保證數據采集的準確性和傳輸正常；②數據庫定期維護，保證數據輸入和輸出正常、準確；③根據爐況、設備、原料的變化及時對數據庫進行完善和修正。

4 技術特點

4.1 技術參數

RH 自動化精煉控制系統主要功能是，實現從RH 真空開始到RH 真空結束整個冶煉過程的自動化生產，及時準確的采集一級生產數據，預報鋼水溫度和成分，根據目標時間、鋼水溫度、鋼水成分需求建立控制模型，實現料倉加料、循環吹氬、吹氧脫碳等設定值的自動計算，下發給一級PLC 執行。

針對煉鋼廠的生產現狀，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。控制模塊基于每種處理模式，劃分各冶煉步驟，計算加料、真空時間、吹氧量等控制參數。控制模塊與預報模塊有機結合，實現RH 精煉處理過程自動化控制。

本系統的主要技術目標：①建立RH 生產管理數據庫，提供完善的數據查詢、報表統計功能；②計算機系統穩定運行，系統作業率99%；③冶煉過程跟蹤及在線預報，包括鋼水溫度、鋼水成分、碳含量的預報等；④實現RH 真空系統、循環吹氬系統、合金加料系統的自動控制；⑤提高企業生產的自動化水平。

4.2 系統工作原理

RH 處理主要應用在脫碳、真空脫氧（輕處理）、脫氫和脫氮上，進一步實現對鋼水成分和溫度的精確調整。

基于與鋼包爐處理的各種相關的較短處理時間及靈活性等原因，RH 工藝特別適合現代冶煉和連鑄，大規模生產經濟效益較好的超低碳優質鋼種，如IF 鋼和高硅鋼，是RH 工藝的主要目標。因此，RH 工藝脫氮一般全部采用鎮靜鋼，而且硫含量較低，入RH 爐時一般小于20×10-6。

目前，實用化的數學模型主要以靜態預報為主，基本包括預報RH 處理過程中鋼水的碳、氧和溫度，進行合金化計算。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 設備和處理鋼種的不同，模型功能也不盡相同。本系統根據功能需求，實現從RH 真空開始到RH 真空結束整個冶煉過程的自動化生產，及時準確的采集一級生產數據，預報鋼水溫度和成分，根據目標時間、鋼水溫度、鋼水成分需求建立控制模型，實現料倉加料、循環吹氬、吹氧脫碳等設定值的自動計算，下發給一級PLC 執行。

4.3 系統（軟件）功能

基于本系統的研發目標和功能需求，煉鋼部RH 自動化精煉系統的主要模塊包括：一級通信系統、三級通信系統、數據庫、數學模型、客戶端。通過通信系統實現與L1、L3、化驗室的數據通信，完成數據跟蹤、采集任務，存儲到數據庫相關表格內。通過建立數學模型，實時跟蹤、預報和控制生產數據，達到提高產品質量，降低生產成本的目的。

自動化精煉系統的主要特點有：①通過運行工藝模型，規范化鋼水生產工藝，提高鋼水質量；②通過跟蹤生產數據、模型計算和報表打印，使生產管理更加透明；③通過用戶操作界面，規范化操作；④為冶金工程師和操作人員建立冶金數據庫；⑤系統操作簡便、可升級更新；⑥定期維護。