RH精炼炉

RH精炼炉（精选7篇）

RH精炼炉 篇1

莱钢银山型钢炼钢厂RH (真空环流脱气) 精炼炉, 由西安重型机械研究所设计, 主要设备选型为国内一流产品, 关键设备为进口产品, 设计合理新颖, 使用可靠性高、效果好, 为板坯连铸提供合格的钢水提供了保证。

1 精炼炉设计特点

1.1 主要设备特点

1) 采用分体式真空槽体, 上部槽与下部槽为法兰连接。2) 真空槽热顶盖采用弯头式设计, 并靠向气体冷凝器侧, 可减少槽内温度损失。3) 90°水冷弯头与真空泵系统之间、真空槽与合金溜槽之间采用膨胀节的连接方式, 膨胀节气缸可通过远距离操作控制。4) 采用五级真空泵系统, 真空抽气能力:600 kg/h负载下3.5 min时间内达到133 Pa (1.0 Torr) 的真空度。5) 顶枪、预热枪、大轴承液压设备中的关键阀门、密封件等采用国外产品。6) 上料由垂直皮带机和行走可逆皮带机系统组成, 振动给料机为进口电磁振动型。7) 与3号LF精炼炉公用上料系统上料。8) 主真空阀采用进口机电一体化设备。

1.2 主要工艺部分特点

1) 采用双真空槽作业方式, 提高作业率。2) 采用先进的五级真空泵、抽气能力大, 能耗指标低。3) 采用大环流量和高真空度, 脱氢能力强。4) 采用双工位多功能顶枪吹氧强制脱碳。5) 采用多功能顶枪喷吹煤气加热功能, 同时可以保持高槽温, 防止冷钢形成。6) 由于高槽温和短处理周期, 钢水温降低。7) 采用多功能顶枪供氧与加铝, 可实现钢水化学升温。8) 采用顶枪的提升, 去除真空槽槽壁粘结的冷钢。9) 强合金化能力。10) 带有吹氩喂丝功能。11) 带有双工位预热枪烘烤装置和移动弯管系统。12) 带有双工位真空槽修砌台架和浸渍管更换台车。

1.3 三电系统设计特点

1) 精炼炉本体采用基础级PLC及计算机服务器双冗余控制系统, 形成客户机/服务器模式, 预留厂级计算机接口。2) 所有网络采用集散网络控制, 并带有刻录机功能。3) 采用智能化MCC控制系统。4) 多种传动控制如:采用变频调速、编码器跟踪和电磁振动技术。5) 现场操作网络化, L2级除双机热备份外, 还具有与原系统的L2级设备接口, 如:与整个炼钢L3级、转炉和连铸L2级、物料管理ERP、生产管理MES等通讯联网接口, 形成了MES—ERP—PCS生产管控一体化生产模式。6) 电视监控采用带活动云台和水冷摄像头的工业电视系统。7) 电气、仪表、液压采用一体化控制及多重接口设计。8) 关键点及主要检测点参数除送PLC进行计算机控制外, 同时送监控站HMI画面显示, 人机界面友好直观、方便生产人员操作。9) 主要一次仪表采用数字式及专业进口仪表, 并与智能仪表直接通讯, 以提高系统的控制和检测精度。10) 一次仪表的信号均经过与PLC的接口盘分级隔离处理后, 再进入PLC盘, 同时要保证与引进的机电一体配套仪表接口良好。

1.4 液压和气压部分设计

1) 钢包台车升降系统采用液压控制及驱动。2) 热弯管升降和破渣枪摆动采用分散液压控制及驱动, 用水冷装置直接冷却。3) 所有介质的调节均采用阀站一体化设备进行。4) 所有液压和气动系统均采用阀岛集成一体化技术。

2 精炼炉工艺流程

RH精炼炉主体布置在2号和3号连铸机操作平台之间, 余热锅炉系统布置在连铸过渡跨、主体设备布置在钢水接受跨, 浸责管维修区布置在连铸跨, 其工艺流程如图1所示 (B工位处理过程与A工位相同) 。

3 精炼炉生产规模及产品

生产规模:年处理钢水能力140万t/h。每分钟通过真空室的钢液环流量:99 t/min。处理钢种:桥梁板和汽车大梁钢、压力容器和锅炉用钢、造船和深冲用钢等。代表钢号:16q (Q235q) , A709Gr, 16MnR, SPV315, 20G, 19Mn6, D32, D40, 08A1, 45Mn等70个系列。

4 结语

莱钢型钢RH精炼炉生产线在设计上充分体现了“机—电—仪—液”一体化的特点, 液压等智能集成技术的应用提高了设备的装备水平, 工艺上实现了“转炉—精炼—连铸”的合理匹配。

RH精炼炉系统的自动控制研究 篇2

纵观钢铁发展历程, 钢铁炉外精炼技术已成为炼钢生产过程中的一项重要技术。而现代炼钢的最佳工艺流程包括钢水的预处理、转炉复合吹炼、RH精炼 (炉外精炼) 和连铸。其中RH精炼技术能够显著提高炼钢产量和改善出钢品质, 并且有效降低生产成本, 已逐渐成为炼钢生产工艺中的一种重要手段。

从德国最初使用RH精炼技术以来, 至今全世界已有100余台RH精炼炉。并且西方一些国家炼钢企业已经开始普遍使用RH精炼技术, 而在所有亚洲国家中仅日本就已有40余台RH精炼炉, 并且也开始全部引进RH真空精炼炉[1]。我国从1965年才开始从原西德引进70t的RH精炼真空精炼炉[2], 随后逐渐得到各大钢铁企业的认可。

文章以RH精炼炉系统为研究目标, 分析基于PLC的RH精炼炉控制系统的工作原理及生产需求。设计实现基于PLC的RH精炼炉综合自动化控制系统其系统架构、子系统的基础自动化、子系统的计算机过程控制和PID控制真空槽环流气体等功能模块。最后测试验证并分析了该系统的可行性和有效性。

1 RH精炼炉生产设计分析

1.1 基本工艺概述

RH系统装置是一种二次精炼生产装置, 可以生产优质的钢水, 需在生产装置真空槽内内置耐火材料[3,4,5], 防止高温钢水流过时烧穿真空槽, 如图1所示。真空槽两侧下浸渍管内壁同样附着耐火材料, 用于浸没于钢水中, 真空槽上部安装有一个热弯管, 用于将真空槽炉内抽掉的高温气体排出。

该装置工作原理如下:处理钢水时, 将浸渍管浸入钢水包中, 随后用真空泵持续抽走真空槽内的气体, 用于减小槽内钢水表面的大气压, 造成真空槽装置内外气压差, 从而趋使钢水由浸渍管流入到真空槽内。真空槽下部浸渍管分为上升管和下降管, 前者用于将氩气不断的吹入到真空环流系统中正在处理的钢水, 造成与下降管相比较高的静压差, 使得外界钢水可以不断的由真空槽上升管进入然后在重力作用下从下降管流出, 完成一次钢水的循环流动。

1.2 RH真空槽环流气体控制

真空槽环流气体控制分为脱气处理和非脱气处理两种:前一种通过浸渍管不断送入氩气 (或氮气) 等不活跃气体驱动钢水在真空槽内环形流动;后一种将氮气作为保护气体来使用。对于不同的钢种冶炼种类中的不同生产工艺流程阶段会选用不同的环流气体流量作用于真空槽内。对钢水循环脱气处理时, 真空槽内环流气体的流动平稳度直接决定钢水真空处理后的质量。

真空槽环流系统的设备主要有:氩气、氮气压力检测总管;真空槽环流气体流量总管1、2、3和4氩气、氮气管切断阀;真空槽环流气体流量支管1、2、3和4。

位于真空槽上输送气体 (包括氩气和氮气等) 的环流气体总管会配备1个量程为0~2MPa的气体压力检测变送器, 用于检测气压状况。同时, 在装置上会装有相应气动切割阀做为总开关, 控制不同气体的切换。真空槽中环流气体的实时流量可以由具备单只气体流量调节阀和单只孔板流量检测装置支管来完成。这种支管又分多路支管, 每一路有一个流量检测开关, PLC系统对超出流量限制的支路支管做报警响应。

对钢水进行RH处理时, 系统会根据所需的不同处理过程有选择性的打开氩气或氮气开关来加以利用, 另一方面, 需要实时对各支路支管的环流气体流量进行控制与总的环流气体流量平衡。

2 控制系统设计与实现

2.1 RH系统总体架构

采用两级控制方式是RH控制系统的典型特征, 分为基础自动化控制 (L1) 系统和过程计算机控制 (L2) 系统两部分。一级控制系统主要承担系统的一些基本控制功能, 包括现场电气元件的逻辑顺序控制、现场设备的运转、过程回路控制等;二级系统比较独立, 主要管理和优化RH系统的整个生产过程, 为高级计算机管理信息系统预留接口, 设备之间通过以太网通信。RH网络结构如图2所示。

2.2 L1子系统的设计与实现

考虑系统实际应用需求, 使得布置分散、传输距离远的各设备能够相互通信, 提高系统的抗干扰能力及数据交互稳定性[6,7]。依据设计系统的控制结构 (本地I/O控制和分布式I/O控制) , 对于分布式I/O控制系统, 选用抗干扰性能好的Profi Bus电缆连接, 抑制杂波干扰。系统选用工业级透明冗余控制器, 利用冗余技术和多总线技术实现各模块冗余连接, 提高可靠性和稳定性, 采用PROFIBUS总线连接交流传动系统和控制系统, 实现通讯协议栈之间的数据交换, 保证数据快速准确到达。

按照工业工艺和实际生产要求, 设计控制系统时, 选用2套PLC, 并且在上位机设计2台HMI服务器作为彼此之间的热冗余备用, 避免其中一台出现故障, 导致整个系统的瘫痪, 另外系统中设置了2台PC客户机连接到L2交换机上, 对生产过程控制。工程师站主要完成对L1级系统的软件开发和维护工作, 上位机采用高速以太网与PLC通信。

厂房中设置控制柜, 用于安装电气和仪表设备, 方便引出的信号线连接到系统过程控制单元中的I/O模块。所有电磁阀和电机控制都由PLC继电器输出端或辅助继电器控制。在RH基础自动化控制系统中, 控制系统接入信号主要包括数字信号和模拟信号两种类型, 分别分为输入和输出端口:数字信号输入/输出端、模拟信号输入/输出端。

RH基础级控制系统主要负责对现场设备的实时控制、数据信号采集、信息处理和设备逻辑状态判断等功能。本系统PLC控制软件选用西门子公司Step7 V5.4编程软件完成。PC机监控画面选用VC++6.0或Win CC6.2完成, 实时监测和控制生产过程。

2.3 L2子系统的设计与实现

设计L2级过程自动化系统主要依靠基于PC的标准软件包完成。在对系统进行控制时, 首先设计RH的工艺模型, 使得炼炉与炼炉之间保持均匀的真空通气环境, 提高钢水质量。一般情况下, 服务器与各个客户PC机之间选择以太网通信, 服务器采用RS232串口的方式与控制系统中子传输系统通讯, 而与L1级自动化系统之间的通信则以高速工业以太网的方式为优, 与各个终端之间以OPS方式进行通信。

开发出的软件系统要求操作界面简单, 通过人工简单的点击鼠标即可完成控制设备的目的, 通过选择菜单下拉选项、弹出子窗口的显示及进入信息、各操作界面之间的切换完成自动控制系统中各个子系统的功能。

L2系统模型包括各个子功能模块模型:

对温度的预报:采用预测机制, 依据生产过程中采集的历史钢铁水的温度、含氧量、生产过程中的耗氧量、生产过程中的铝消耗量及其他合金的消耗量等数据预测目前的钢水温度。

对碳的静态推定:采用合适的预测手段, 依据冶钢过程中采集的历史钢水起始数据关系, 预测当前生产钢水中的含碳量。

对碳的动态推定:同上, 也需要根据历史钢水起始含碳量及排放气体的含碳量, 预测当前钢水中的碳的含量。

合金计算函数:需要测试钢水中的成分含量, 然后根据测出的当前值和预期值, 计算所加各类合金成本值达到最低的成分重量。

产品成分检测:根据经验值, 利用最初钢水中各种成分及所需添加的合金量等数据信息, 计算出当前生产钢水中的成分。

3 测试与验证

3.1 测试环境

L1子系统有2套西门子PLC控制站, 2台HMI服务器和2套公用客户PC机且装有Win CC监控软件。1套装有Step7编程软件的工程师站, L1子系统的控制站分为主战与分站, 由PROFIBUS网络方式进行通讯, 而控制站与HMI服务器及HMI服务器与客户PC机之间则以以太网的方式进行通信。

3.2 软件模块测试

(1) 系统软件测试

在测试环境中选用装有Windows XP操作系统的HMI服务器、客户PC机及工程师站, 所有设备配备齐全, 并且装完所需系列软件后, 工作人员对各种实验操作进行相应测试, 检查其工作状态。

(2) CPU冗余切换测试

为达到系统冗余控制的要求, 并且减少系统停机的时间, 需要检查系统正常运行的CPU出现故障时, 系统是否能够切换到另一CPU。

(3) 通讯功能测试

PC上位机与PLC之间通信由上位机监控界面观测设备状态变化及工作情况判断, 通过上位机界面操作控制判断工程师站与PC上位机之间的通讯, 而判断控制系统中主战点与次站点则是由各工作部分指示灯来判断。

(4) 测试模拟信号输入

由信号发生器从输入端送入模拟信号量, 然后利用Step7软件的参数变量监测各输入端的输入信号是否正常, 或通过监测界面中显示的各终端的模拟信号显示值来判断输入模拟信号的正确与否。

(5) 测试模拟信号输出

由手动控制监测界面中开关阀门的开关度, 观察开关阀门的反馈值是否与预先设定的数值相一致, 利用这种方式判断模拟信号的输出和相应的系统控制回路是否正确, 简化了操作。

(6) 测试数字信号输入

人工操作系统现场设备箱上的控制开关或现场设备, 通过观察设备箱上相应的状态指示灯、上位机监控界面中的操作方式及工作状态等信息, 判断整个设备及输入回路的工作状态。

(7) 测试数字信号输出

通过Step7软件控制各输出端口, 并观察相应状态指示灯, 进而由继电器控制现场设备, 判断继电器当前开关状态, 确认设备当前工作状态是否正常, 从而判断数字信号的输出端和现场设备之间的连线是否工作正常。

(8) 测试PLC操作程序

根据流程工艺及对设备的要求, 由操作人员通过现场放置的操作装置或Win CC监测界面完成相应操作, 可以通过Step7编程软件对控制程序进行监控检查判断是否满足控制功能。

3.3 测试结果及分析

对于测试部分, 文章只针对几个重要测试内容的测试结果进行分析。

(1) CPU冗余切换功能

人为为系统某一正常运行的CPU制造故障, 如果系统工作正常且并无信息丢失或报警/冲突信息丢失, 则表明系统已经迅速及时的切换到另一CPU。测试结果表明, 添加冗余的PLC控制系统能够降低系统故障概率, 提高系统可靠性。

(2) 模拟信号输入

选择1#PLC中的11#次站系统中的第一块模拟信号输入端口为例, 分析该模拟信号输入端口测试结果, 假定输入端输入信号为4~20m A的模拟信号。测试结果如表1所示:

测试结果表明, 该设备模板端口模拟信号输入工作情况正常, 现场设备之间连线正确, 系统的工作过程正常。

(3) 真空泵开关状态

真空泵工作在真空模式下, 通过它实现冶金过程中各模式下的真空状态。通过测试确保真空泵正常工作, 操作人员只需从上位机监控界面观测各控制设备阀门工作状态即可, 并与现场人员记录的开关状态对比, 测试结果如表2所示:

测试结果表明, 处于真空状态下的设备阀门工作的状态完全符合工艺生产标准要求。

4 结束语

探讨分析RH精炼炉自动控制系统的工艺流程、工作原理、功能需求、工作流程等。详细分析自动控制系统框架、一级子系统和二级子系统的设计方法及网络结构, 并对部分功能进行测试, 结果表明, RH精炼炉自动控制系统具备高可靠性和实时性。

参考文献

[1]刘建功, 张钊, 刘良田.武钢RH多功能真空精炼技术开发[J].炼钢, 1999.

[2]虞明全.炉外精炼方法在我国炼钢系统中的应用[J].工业加热, 1997 (4) :14-16.

[3]谭燕.北方集中供热系统的控制形式及原理[J].黑龙江科技信息, 2011 (16) :234-234.

[4]王昌才.RH真空环流的过程控制[J].冶金自动化, 2007, 31 (2) :33-36.

[5]雷辉.RH脱碳过程喷溅控制的T艺优化[C]//第十五届全国炼钢学术会议.北京:中国金属学会.2008.

[6]陈家祥.炼钢常用图标数据手册[M], 北京, 冶金工业出版社, 1984.

RH精炼炉 篇3

RH精炼全称为RH真空循环脱气精炼法, 是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。钢包升降装置是RH精炼系统的一个关键设备, 使用液压缸作为动力源, 在精炼过程中负责将钢包顶升, 使钢包内钢水在RH真空槽内循环, 在真空状态下, 脱除钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体, 同时进行碳氧反应等一系列的冶金反应, 达到净化钢水的目的。

1 现状

莱钢型钢炼钢厂共有两座120 t RH精炼炉, 其中1#RH精炼炉A工位钢包升降装置液压缸活塞杆被划伤, 表面存在长约2 m的划痕。经过一段时间运行后, 液压缸密封被磨出凹槽, 导致液压缸漏油。此种情况, 单纯更换密封无法彻底解决漏油问题, 需对液压缸进行整体更换。

钢包升降装置安装在精炼炉冶炼工作位正下方, 基础标高为-6.3 m。钢包升降装置由基础板、液压缸、升降框架、上盖等几部分组成, 液压缸通过上、下球面支承分别与升降框架和基础板连接, 如图1所示。升降装置设备总重为83.65 t, 重量大, 地坑内空间狭窄, 不利于检修工作展开。

1#RH精炼炉建设在转炉钢水接收跨东侧, 与连铸机属同一柱列。如图2所示, A工位西侧为钢水接收跨, 转炉至LF精炼、LF精炼至RH精炼、精炼至连铸机钢水均在此跨内调运, 作业节奏比较紧凑;A工位东侧为连铸机工艺件修复区;南北两侧分别砌筑挡火墙。由于设备现场的工艺限制, 无法使用汽车吊作为起重工具, 完成钢包顶升装置的吊运工作。

1#RH精炼炉区域装备了一台125 t桥式行车, 经过施工技术组研究, 决定使用125 t行车作为起重工具, 同时拆除A工位上部设备, 创造吊装空间, 如图3所示。

1—125 t桥式行车2—下料系统3—顶枪4—真空槽台车5—真空槽6—顶升台车

2 施工前准备

(1) 工器具准备:24″扳手2把, 18″扳手2把, 15″扳手2把, 12″扳手2把, 9 mm内六方扳手2把, 14 mm内六方扳手2把, 16 mm内六方扳手2把, 大锤1把, 手锤1把, 3 t手拉葫芦2个, 5 t手拉葫芦3个, 准36×6 m钢丝绳4根, 准18×6 m钢丝绳4根, 35 t卸扣4个, 10 t卸扣4个, 气割1套, 电焊1套, 安全带4根, 夹板4根。

(2) 备件及材料准备:检修前将1件顶升液压缸及相关配件倒运至现场存放, 160槽钢12 m, HW200×200×9×14型钢1.2 m, 螺栓M24×110 (8.8级) 8套, 螺钉M30×120 (8.8级) 16套。

(3) 检修前准备:检修前先将A顶枪及热弯管拆除, 真空槽台车移至南侧待机位, 钢包顶升装置各部螺栓喷螺栓松动剂。所有工作在检修前一天完成。

3 更换方法

(1) 托盘拆除。在托盘上表面焊接4个吊点, 将托盘升起, 高出地面1.0 m, 并在地坑内将液压缸框架四个支腿用HW200×200×9×14型钢固定住, 防止液压缸漏油下降, 固定后, 使用架板在托盘下部框架筋板上搭设检修平台, 人员站在平台上面, 用2把18″扳手拆除托盘的16个M30×120螺钉 (如果拆不动或丝断, 只能重新攻丝) , 拆除完毕后, 将地坑四个支撑H型钢拆除, 主控室摘检修牌, 将托盘落至地面, 用4根准18×6 m钢丝绳、4个10 t卸扣与托盘吊点连接, 利用行车吊起后放在顶升台车上, 倒运至东侧, 用行车转运至地面。

同步拆除吊顶东侧横梁, 将喷补车开至大梁下部, 挂检修牌。先将横梁上部监控镜头拆除, 在横梁上安装两个3 t手拉葫芦将横梁固定, 人员拴好安全带站在喷补平台上, 将横梁用气割割断, 用手拉葫芦放至台车上, 摘牌后倒运至工作位东侧, 再挂好检修牌。

(2) 液压缸固定。将4根型钢支撑在液压缸升降立筋位置, 焊接固定, 并拆除液压油管、机械限位、甘油润滑装置, 拆除机械限位前要做好标记。

(3) 先将顶升台车开至工作位西侧, 将4个35 t卸扣安装在液压缸框架吊耳上, 用4根准36×6 m钢丝绳挂在125 t桥式行车主钩上, 将框架提升8.7 m, 使框架底部支腿高出顶升台车, 慢慢向东移动顶升台车, 至工作位, 指挥行车将框架缓缓放置在台车钢包放置位, 拆除钢丝绳, 移动顶升台车将框架倒运至工作位东侧。

(4) 拆除液压缸上球面支承球面垫, 用15″扳手拆除液压缸顶部8个M24×110螺栓 (如果拆不动或丝断, 重新攻丝) , 焊接吊点, 使用125 t行车吊走。

(5) 拆除液压缸下球面支承4个顶丝, 并用2根钢丝绳将液压缸缸体和外壳连接。防止吊装时液压缸活塞杆伸出。在液压缸顶部吊耳安装35 t卸扣, 拴挂准36×6 m钢丝绳, 使用125 t行车将液压缸吊起, 使钢丝绳处于受力状态, 拆除液压缸固定框架, 用行车吊起从平台顶部吊走。

(6) 将新液压缸倒运至地坑, 吊装时, 从平台顶部用行车进行吊装, 与下球面支承定位后, 用型钢将液压缸固定。

(7) 上球面支承安装, 安装在液压缸上部法兰位置, 安装8个M24×110螺栓并固定。

(8) 框架安装, 用125 t行车将框架吊起, 将支架4个导向轮安装至滑道, 缓缓降落, 利用3个5 t手拉葫芦调整液压缸垂直度。框架下落0.5 m后, 拆除液压缸固定支架和调整手拉葫芦, 再将框架下落, 使球面垫与球面座结合, 调整复合精度要求后, 安装固定。

(9) 恢复液压油管、机械限位、甘油润滑装置, 对上下球面支承加油润滑。同步恢复东侧横梁, 安装监控镜头并调整。

(10) 调试完毕后, 将托盘吊装到位, 将液压缸升起1.5 m, 安装托盘固定螺栓。

(11) 顶升调试。

(12) 恢复热弯管、顶枪。

4 实施效果

通过此次项目实施, 彻底解决了1#RH精炼炉A工位顶升液压缸油液泄漏故障, 确保了钢水冶炼过程中钢包顶升装置正常作业, 有效保障了生产的顺行及安全。

摘要：在RH精炼炉作业现场不具备使用汽车吊作为起重工具的条件下, 通过拆除顶枪、真空槽等上部设备, 利用桥式行车, 完成了钢包顶升装置液压缸更换工作, 解决了液压缸油液泄漏故障。

RH精炼炉 篇4

随着企业的不断扩大和对产品质量要求的不断提高,莱钢于2006年底新上一座120吨RH精炼炉来对钢水进行净化处理,从而提高钢水的品质,为提高企业竞争力打下基础。RH(即真空循环脱气)系统设备是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管,上部装有热弯管。被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。

钢水处理前,先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽真空时,钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内。(真空槽内大约0.67 mbar时可使钢水上升1.48m高度)。与真空槽连通的两个浸渍管,一个为上升管,一个为下降管。由于上升管不断向钢液吹入氩气,相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差,使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管,如此不断循环反复。在真空状态下,流经真空槽钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体在钢液循环过程中被抽走。同时,进入真空槽内的钢水还进行一系列的冶金反应,比如碳氧反应等如此循环脱气精炼使钢液得到净化。RH工艺流程可用图1所示。

1 系统配置

1.1 网络结构

系统网络包括基础级和管理级网络。基础级包括两台相互冗余的服务器、一台工程站和两台客户端,服务器为双网卡,一个网卡与PLC冗余系统进行数据交换,另一个网卡与客户端进行实时通讯。管理级包括一台服务器和两台客户端,基础级与管理级之间采用OPC通讯技术进行数据的实时交换。既保证了通讯的实时性、可靠性,又保证了系统之间的安全性隔离。网络结构示意图如图2所示。

1.2 硬件配置

管理级主要采用C/S模式,即服务器客户端形式。通过OPC技术和基础级系统完成包括成分传输、计划下达等数据的通讯。服务器采用IBM工业用服务器,性能稳定可靠,最大限度满足生产的需求。

基础级系统由2套西门子系列PLC控制器S7-400H,20套ET200远程站组成,控制器与ET200远程站点之间采用PROFIBUS-DP现场总线方式进行数据传输和通讯。监控系统采用西门子监控软件Win CC进行画面编制,与PLC采用TCP/IP协议进行实时通讯。图3所示为一个控制站的PLC系统硬件配置示意图。

2 系统功能

RH精炼炉设备主要包括几个部分部分:钢包台车系统、测温取样及破渣枪系统、喂丝及吹氩搅拌系统、真空槽台车系统、液压系统、真空槽环流系统、真空排气系统、顶枪系统、预热系统、合金系统以及离线烘烤等系统,由于系统比较多,根据控制要求和最大限度的满足生产需要,将这些设备分别由两套分贝相互冗余的控制站进行控制,具体功能如下。

2.1 1#控制站

1#控制站主要控制的设备以及功能:钢包台车行走以及升降、破渣枪升降、保温剂控制、真空槽控制及真空槽环流等。

2.1.1钢包台车控制

钢包台车的行走由变频器进行驱动,变频器与PLC之间通过PROFIBUS-DP总线进行通讯,控制速度快,精度高。而钢包台车的升降控制是靠液压系统控制来完成的。

2.1.2破渣枪

该设备有双向直接启动电机进行驱动,使得设备在正反两个方向都可运动,2个上限和下限监控破渣枪的行程范围,上极限和下极限保证了设备的使用安全。

2.1.3保温剂控制

保温剂的投入量由PLC程序自动进行设定,需要投入的时候,满足条件自动打开闸板阀,而达到设定值后,闸板阀自动关闭。

2.1.4真空槽控制

真空槽台车走行是由两台变频进行驱动,同钢包台车一样,变频器与P L C之间也是通过PROFIBUS-DP总线进行通讯。

2.1.5真空环流气体

环流气体是在真空脱气过程中,从浸渍管吹入氮气或氩气,驱动钢水的环流。在非脱气处理的时候,氮气或氩气作为保护气体用。氮气、氩气的选择切换应相互连锁。浸渍管环流气体分氮气和氩气两种,针对不同情况选择不同的气体。同时在处理的不同阶段应有不同的流量控制。控制模式分为计算机模式、自动模式和手动模式。正常生产情况下用计算机模式进行环流气体的切换和调节。

2.2 2#控制站

2#控制站用于合金系统、顶枪系统和预热枪系统等设备的控制。

2.2.1合金系统

合金系统控制功能包括:高位料仓料位检测和下料控制,称量料斗重量检测和控制,合金真空料斗压力检测和破真空控制、进料和出料控制,碳真空料斗料位检测和控制,铝真空料斗重量检测和控制,合金投入控制。

2.2.2顶枪、预热枪系统

系统设有两套顶枪和两套预热枪系统,分别完全独立控制。顶枪装置安装在处理工位,真空槽的上部,枪体通过热弯管上的枪孔进入真空槽。顶枪装置具有吹氧脱碳、化学加热和喷吹燃气对真空槽的加热功能。顶枪装置在真空处理的间隔或在处理期间进行加热作业,使槽内耐火材料能保持较高的温度,以减少冷钢的粘附,也可降低处理后钢业的温度损失。

3 技术特色与技术创新点

3.1 高精度的全数字交流传动技术

在该项目中我们采用了西门子70系列变频器,变频器与PLC控制系统之间通过PROFIBUS-DP现场总线网络进行数据传输和通讯,减少了电缆的敷设,并提高了信号传输的速率,使得变频器的控制更加精确可靠。

3.2 高速以太环网通讯技术

控制器之间、控制器与监控站之间、监控站之间、服务器与客户机之间都采用光纤以太环网通讯,环网中的一个节点损坏,不影响整个系统的数据通讯,满足了系统的高可靠性要求,高速的数据传输满足了控制器之间数据交换的要求。

3.3 冗余CPU的使用

采用某公司S7-400H冗余系统,极大降低了由于PLC自身故障引导致影响生产的可能性。

3.4 动画模拟

通过数据库组态、C脚本的开发应用,使得能够在主控室监控画面上显示精炼炉各设备的运行情况,实时模拟现场设备的运行状态,既真实反映了设备当前的工作状况,又给枯燥、单调的工作增添了不少的活力。

3.5 分布式网络的应用

根据现场的实际需求,充分利用了分布式网络的特点和远程站的优点,减少了电缆的敷设,方便了维护和检修,降低了维护的工作量。

3.6 OPC通讯技术的应用

3.6.1 RH精炼与LF精炼系统的通讯

由于RH精炼炉和LF炉共用一套合金加料系统,这样就需要在LF和RH精炼炉之间做通讯,以保证两套设备和系统计能够正常生产又能够互不影响。考虑到数据通讯的可靠性和易操作性,根据现场实际情况,我们采用了OPC通讯技术,在原来的基础上进行了网络和设备改造,并在两套采用WINCC监控系统之间利用OPC通讯方式进行实时数据通讯,使合金加料部分可以在两套系统中应用,确保了LF和RH系统的及时准确加料和正常生产,节约了成本,提高了生产效率。

3.6.2基础级与管理级之间的通讯

在基础级(一级)和管理级(二级)之间也采用了OPC通讯技术,使得数据传输准确快速,极大提高了系统的稳定性,完全具备了免维护功能。

3.7 管控分开

管理网与工控网实现“管控分开”,管理网与莱钢骨干网直接相连进行通讯,通过防火墙与和现场生产网络系统进行实时数据的交换,这样既确保了数据的快速传输,也保证了整个系统的安全,并为下一步实施的远程控制和维护打下了良好的基础。

4 应用效果

RH精炼炉系统经过两年的运行,设备运行安全稳定可靠,确保了生产的顺行,取得了极好的经济效益,为莱钢提升自身实力和行业竞争力打下了坚实的基础。该冗余系统具有一定的扩展功能,在本行业及其他相关行业具有很高的推广价值。

参考文献

RH精炼炉 篇5

近年来,面对竞争日趋激烈的国内国际钢铁市场形势,安钢第二炼轧厂清醒地认识到必须不断开发高附加值的新品种钢材,同时又要努力把成本降低,才能实现效益最大化。

2008年,安钢第二炼轧厂新上1#、2#RH炉项目,同时引进2套新型的质谱炉气分析系统,通过实时分析炉气的CO、CO2、H2、N2、O2、Ar含量和温度,利用“炉气分析+测温”动态控制技术,对R H炉冶炼过程进行控制,取得了良好效果。终点控制水平大为提高,有效降低了生产成本和提高了生产率。

1 RH炉工况

以安钢第二炼轧厂1#R H炉为例,其公称吨位是170t,平均冶炼周期为37min,年出钢量287万t。设备采用双处理位、双顶升、三待机位、真空室交替使用、整体吊换型式,并在待机位进行真空室烘烤、更换操作,以提高作业率。

R H设备的主要用途是脱氢、脱碳、脱氧和微调钢水成分及温度等。将碳含量降到最低值已成为R H设备的主要生产目标。为了能实时掌握动态数据,经过研讨,慎重比较,选用了俄罗斯METTEK公司的EMG-20-1型质谱仪。

2 飞行时间质谱炉气分析系统的原理和组成

飞行时间质谱仪的原理(如图1所示):炉气从采样系统经过净化、冷却、干燥进入离子源,在高真空条件下被高压电子枪轰击使其离子化;带电荷的离子在离子源加速电场区获得动能和初速度,等电荷的离子获得的动能相同,按惯性匀速飞行,不同质荷比的离子在高真空状态下飞行的速度不同,因而经反射器反射后到达检测器的时间不同;据此将各个离子分开并且通过检测同一质荷比的离子流大小,检测出炉气中各种气体成份的含量。

针对安钢第二炼轧厂1#R H工况,要分析的炉气是在各级工艺蒸汽喷射泵后采集的,故其内饱含水蒸气,为此在飞行时间质谱炉气分析系统中有除水、除尘装置。采集的炉气经四级除尘、二级除水后被引入飞行时间质谱仪中,在离子源处经电子枪轰击离子化后,具有相同初始动能的不同质荷比离子在无场区飞行,经反射器反射后按先后顺序到达检测器,根据不同质荷比的离子到达检测器的时间不同,将各个离子分开并且通过检测同一质荷比的离子流大小,确定炉气中各个气体的含量。只有微量的气体进入质谱仪被分析,大多数气体都被排放至现场的炉气主烟道。

飞行时间质谱炉气分析系统主要由取样探头、初级整流柜(B P C)、脉冲加热管线、样气处理柜1(SPC-1)、飞行时间质谱仪(EMG)、样气处理柜2(SPC-2)、控制站(CS)和图表站(GS)等几个部分组成。各个部分之间的连接主要有机械连接和电气连接,使得各个部分成为一个有机的整体。设计时巧妙地应用了工艺存在的压差,将质谱炉气分析系统的一根取样探头斜插在作用主烟道末端,另一根取样探头斜插在四级真空泵前,利用负压抽取R H精炼炉熔炼时产生的反应气和循环气A r。气体经取样探头被引至初级整流柜(BPC),在其内通过一次除尘、一次除水和冷却后,流经脉冲加热管线以防水蒸气在管路中凝结堵塞管道,而后至样气处理柜1(SP C-1),在其内经二次除尘和二次除水后大部分样气排至释放点,即第四级主泵S 4 a之前。通过流量控制阀使得小部分样气被抽汲至飞行时间质谱仪(E M G),再通过样P I D阀使其中极少部分的样气进入质谱仪的质量分析器进行分析,而绝大部分的样气亦被排放至释放点。质谱仪分析得到的样气成分,通过以太网传输至控制站(C S),控制站是整套飞行时间质谱炉气分析系统的控制中心,可以手动或自动控制整套系统的运转;而后由控制站将分析结果并行传输至主控室内的图表站作为终端的冶炼曲线显示,和供现场精炼工艺的动态控制炼钢模型进行实时在线计算以控制冶炼过程中钢液的碳含量和温度变化。同时,作为电控柜的样气处理柜2接收1#RH炉PLC发出的以真空主阀开关为基准的干接点信号(开为熔炼信号、关为不熔炼信号),通过以太网传输至控制站,将其转化为控制站所需要的“Melting”和“Waiting”信号后,由控制站控制系统内各个电子元器件的工作,如电磁阀的开关、状态监控和远程诊断等。

3 质谱仪的安装、校准、维护

质谱炉气分析系统的整套质谱仪对安装要求非常严格,安装完成后,进行了严密的气密性实验,各项指标必须都达标,方可将样气进入E M G进行调试。调试结束后,立即进行校准,根据要求在校准之前,应当清除剩余的零信号、扣除蓄热背景、扣除混和背景,这个过程之后,将会产生比较准确的气体分析结果。为了定量分析所检测的气体,必须用与计算机程序所要求被检气体相同成分的标气对气体分析仪进行校准。在校准时要确定所检气体的相对灵敏度系数和加入气体组元的质峰情况,以及记录系统的零信号和质谱的背景。所得到的分析结果与标气进行对比,如果超差,分析原因,排除干扰,重新校准,直到误差不超差,此次校准完成。为了随时准确分析冶炼数据,规定校准的周期为每月一次。在实际的生产运行中,质谱仪的维护并不复杂。在外方工程技术人员的指导下,结合调试得到的经验制定了一些规章制度,严格按规定对设备进行维护保养。自设备投运以来,运行非常稳定。

4 应用效果

安钢第二炼轧厂2套R H炉质谱炉气分析系统应用以来,对炼钢钢种及质量都有较大提高,命中率均已达目标值。冶炼过程中最关注的是终点碳的控制,特别是冶炼低碳钢和超低碳钢种,由于现场的动态控制炼钢模型还未成功投运,因此可通过炉气分析系统的终端显示图表站显示的冶炼曲线来判定冶炼终点。例如,当炉气中CO和CO2二者的体积含量之和小于0.5%时,在其前后5 s之内停止冶炼,即终点碳含量可达目标终点碳,命中率在8 5%以上。

5 结论

本套系统分析的炉气成分结果通过终端显示图表站实时在线地展示给炉前操作工,指导操作工对本炉次钢的终点碳温进行判定和控制。另外,通过炉气成分的冶炼曲线可以判断本炉次冶炼的钢种和工艺的变化,对提高生产效率和节能减耗具有重大意义。

以上取得的初步成效是在炉气分析动态炼钢模型还未正式投入使用,仅由飞行时间质谱炉气分析系统终端显示冶炼曲线所取得的。炉气分析动态控制炼钢模型是结合炼钢过程的物理化学变化和动力学原理,根据反应过程的物料和热量平衡来计算整个炼钢过程的碳温变化,从而更加直观、可靠地指导炉前炼钢工人操作,更加准确地指导炉前炼钢工人判定冶炼终点,使得终点碳温命中率进一步提高,进而实现R H炉现场的自动化炼钢。

摘要：介绍飞行时间质谱炉气分析系统的原理、组成,以及在安钢第二炼轧厂1#RH中的应用效果。

关键词：飞行时间质谱,炉气分析系统,RH精炼炉,终点碳

参考文献

[1]樊俊飞.宝钢转炉吹炼控制模拟在线专家系统[J].宝钢技术,1996,(4):50-54

[2]胡志刚.炉气分析在转炉动态控制中的应用[J].钢铁研究学报,2002,14(3):68-72

RH精炼系统的过程控制 篇6

关键词：RH,过程控制,网络连接

0 引言

RH真空精炼法是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺。唐钢第一钢轧厂于2006年筹备组建RH真空环流脱气装置并采用双工位系统, 主要功能为自然脱碳和强制脱碳、脱氢及去杂质、温度和成分调节、升温等。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管, 上部装有热弯管, 气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统。由于其具有处理钢水迅速、效果显著及易操作等优点, 现在已经被许多大中型钢铁企业采纳并作为一道必不可少的生产工序。

1 RH精炼系统

1.1 主要设备

RH系统的主要工艺设备包括:钢包运输台车2台 (钢包台车走行设置3个工位, 分别为待机位置、保温剂投入位置、处理位置) 、钢包升降装置2套、液压系统1套、真空槽4套及热弯管4个、真空槽移送台车4台、顶枪装置2套、真空泵系统1套、预加热装置4套、合金输送装置1套、合金料仓20个、合金称量料斗5台、真空料斗2套、保温剂投入设备2套、自动测温取样定氧设备2套、喂丝机2台、吹氩装置2套、风动送样装置1套等。

三电包括设备传动、控制, 能源介质检测、调节控制和过程控制。RH系统设置过程计算机, 用于RH的在线控制和管理, 主要完成基础数据管理、过程数据收集、过程监控、画面及报表处理等功能。

1.2 工艺流程

钢水处理前, 先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽空时, 钢水表面的大气压力迫使钢水朝浸渍管里流动。与真空槽连通的两个浸渍管, 一个为上升管, 一个为下降管。上升管不断向钢液吹入氩气, 相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差, 使钢水进入上升管并通过真空槽流向下降管;在真空状态下, 流经真空槽钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等被抽走;脱了气的钢水再经下降浸渍管流入钢包, 依此不断循环反复。同时, 进入真空槽在低压环境状态下的钢水, 还进行一系列的冶金反应, 如碳氧反应。为满足钢种要求、精确控制钢水成分, RH处理后期还需进行合金化处理。铁合金材料经合金料仓、称量料斗、真空料斗、合金溜槽, 在真空状态下通过真空槽进入钢水, 完成合金化工艺。

2 RH精炼L2系统配置及网络连接

L2系统的硬件结构由服务器、操作站、工程师站、打印机及网络设备组成。服务器采用HP Pro Liant ML570 G3塔式, 操作终端采用HP Compaq Business Desktop DC7100立卧可转换微型立式台式机。软件方面, 服务器采用Oracle 9i for Windows 2k标准版数据库, 中间软件则采用Plature99和Multi Link。

L2系统通过以太网与基础自动化级连接, 实时采集基础自动化的数据并将数据通过以太网传递给三级系统。由于L3系统和L2系统都采用Oracle9i作为后台数据库系统, 所以通信采用DBLINK方式, 并且采用传送方主动方式:L3传送给L2的数据由L3系统将数据直接写入L2系统为L3系统设置的专用通信表中;相应L2系统传给L3的数据也直接写入L3系统为L2设置的通信数据表中。

系统逻辑架构如图1所示。

3 RH过程计算机模型

RH精炼炉过程控制系统主要由5个模型组成:温度预报模型、静态脱碳模型、动态脱碳模型、成分预报模型、合金最小成本模型。温度预报模型是指系统实时监测钢水温度的变化值, 为操作人员提供参考, 可有效降低测温次数, 节省成本。合金最小成本模型是指为满足钢水成分的要求, 控制系统自动计算所需加入合金的最小量, 从而降低生产成本。静态脱碳模型和动态脱碳模型都是为RH冶炼钢水脱碳这一重要环节设计的控制模型, 其中动态脱碳模型是通过分析烟气中CO、CO2、O2等气体含量值和初始钢水碳含量分析值等, 实时预报钢水中的碳含量, 是对静态脱碳模型有效的补充和延伸。

4 过程控制计算机系统功能

4.1 质量标准数据

L3生产管理系统对与炼钢生产相关的质量要求数据和操作标准化数据进行管理和维护, 包括:各个生产阶段 (铁水预处理、转炉、精炼、连铸) 的成分, 冶炼产品的判定成分, 工艺路径, 吹炼、精炼和连铸过程中的温度控制目标值, 冶炼时间, 浇铸板坯的拉速, 二冷却制度等标准数据。当质量标准信息发生新增、修改或删除时, L3生产管理系统要通知RH过程计算机系统进行相应调整。

4.2 炉次计划

系统根据总调度室下发的日生产订单数据和热轧提交的浇次和炉次生产计划, 按质量生产标准和生产设备状况确定具体的生产工艺路线。L3生产管理系统完成炼钢侧的炉次计划后通知RH过程计算机系统。炉次计划的内容包括:炉次号、钢种、连浇号、连浇序号、RH开始时刻和结束时刻、上工序和下工序等信息。如果L3系统因故无法下发炉次计划, 为了不影响RH的正常作业, 可由专人在RH过程计算机系统的炼钢计划画面中进行RH计划的排定, 系统将自动在RH操作实绩中标注计划的来源。接受炉次计划后, 系统自动检查该炉次是否合法, 若不合法则认为计划无效并报警;对有效的炉次计划进行整理, 生成、修正数据库中的各个炉次的炉次计划信息。每一炉次的炉次计划有效期从计划排定开始到精炼处理结束。炉次计划排定后, 一旦RH侧钢包到达, 则这个炉次的炉次计划不可被删除。

4.3 材质信息及钢包称量信息管理

开工时, 由工艺人员通过L2画面输入材质信息到RH计算机系统中, 包括材质代码、名称、单价、堆比重、所含的成分等信息, 可以新增、更改、删除。在精炼结束后, 天车磅将RH精炼后的钢包重量传入L3生产管理系统, RH过程计算机系统可从L3生产管理系统中获得该信息, 并更新RH作业实绩。如果L3系统因故无法下发钢包重量信息, 可由操作人员在RH过程计算机系统画面中人工录入该信息。

4.4 成分分析

RH过程计算机系统从L3生产管理系统中获取转炉、LF炉、连铸以及RH的成分分析信息。

5 RH精炼的过程跟踪控制

L2的过程跟踪控制涵盖从一炉钢水进站一直到冶炼处理结束、钢水出站为止的各个生产过程。在此过程中, L2系统实时采集和处理钢水相关信息, 如钢包到达时间、真空处理用时、测温计化验数据和钢包调走时间等。L2的跟踪操业流程如图2所示。

RH精炼炉 篇7

RH真空脱气法从50年代的脱氢处理发展成为具有脱氧,脱碳,脱硫,脱磷等多项冶金功能的精炼方法。它在改善钢水质量,降低成本上取得显著效果,适合大量生产超纯净钢。

经RH处理的钢水优点明显:合金基本不与炉渣反应,合金直接加入钢水中,收得率高;钢水能快速均匀混合;合金成分可控制在狭窄的范围之内;气体含量低,夹杂物少,钢水纯净度高;还可以用顶枪进行化学升温的温度调整,为连铸机提供流动性好、纯净度高、符合浇铸温度的钢水,以利于连铸生产的多炉连浇。

2 控制系统结构

2.1 硬件

自动化控制系统由德国西门子公司生产的S 7-400H系列冗余PLC、远程I/O站、监控计算机(HMI)组成;通过PROFIBUS网络和工业以太网组成的一个电气、计算机集中控制系统,监控软件采用西门子公司的WINCC软件;中央控制系统包括两套互为冗余的PLC。

控制系统包括:2套西门子PLC控制站,2台HMI服务器,2套三电可共用的操作站。1套L1软件开发和系统维护用的工程师站,2台L1用报警报表和编程维护打印机。1套L2过程控制计算机服务器,2台L2软件开发计算机终端,1台L2报警报表打印机。结构如图1所示表打印机。结构如图1所示:

2.2 软件

控制系统使用可中文操作的软件操作系统,HMI使用中文版的WINCC监控软件。RH钢水真空处理装置控制系统通过L2过程控制计算机网络与炼钢厂计算机系统连接通讯。

2.3 系统工艺

RH(即真空循环脱气)系统设备是一种用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺装备。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。真空槽的下部是两个带耐火衬的浸渍管,上部装有热弯管。被抽气体由热弯管经气体冷却器至真空泵系统排到厂房外。

钢水处理前,先将浸渍管浸入待处理的钢包钢水中。当真空槽抽真空时,钢水表面的大气压力迫使钢水从浸渍管流入真空槽内(真空槽内大约0.67 mbar时可使钢水上升1.48m高度)。与真空槽连通的两个浸渍管,一个为上升管,一个为下降管。由于上升管不断向钢液吹入氩气,相对没有吹氩的下降管产生了一个较高的静压差,使钢水从上升管进入并通过真空槽下部流向下降管,如此不断循环反复。在真空状态下,流经真空槽钢水中的氩气、氢气、一氧化碳等气体在钢液循环过程中被抽走。同时进入真空槽内的钢水进行一系列的冶金反应,比如碳氧反应等;如此循环脱气、精炼使钢液得到净化。

工艺流程的1 2步骤:

(1)钢水即将到达前,先将移动弯管接通准备接受钢水的工位(例如A工位)。关闭主真空阀为真空泵的提前启动作好准备。

(2)盛有钢水的钢包座落于A工位钢包台车上,并启动前级真空泵进行预抽。

(3)钢包台车运行到A工位正下方,将环流气体由氮气切换到氩气。

(4)启动液压顶升机构,将钢包顶升到预定高度,打开主真空阀,钢水即进入真空槽,形成环流。

(5)测温取样及定氧,根据测定结果决定是否进行“先行处理”。先行处理即正规处理以外的预备性处理。如钢水温度过低,可先行化学升温;钢水含氧过高,可先行加AL处理;钢水含碳过低可先行加碳处理等。先行处理后须再次测温取样以确认先行处理的结果。

(6)对钢水进行该钢种所必须进行的处理,(如脱氢处理,深脱碳处理,轻处理,深脱氧处理等)。处理过程中真空度和环流气体流量按各处理模式自动进行变换。

(7)处理结束前再次测温取样,确认处理目的是否已达到。合金微调及最终脱氧。

(8)测温取样后关闭主真空阀,破真空(此时移动弯管可移动至接通B工位处)。

(9)钢包下降,座落到钢包台车,同时将环流气体切换成氮气。

(10)B工位钢包车已开到处理位处,可开始序号4及以后工作。

(11)钢包台车运行到喂丝,加保温剂位,按钢种要求喂丝,加保温剂。

(12)钢包台车开出,用吊车将钢包吊至下工序[1]。

3 P L C控制系统功能和特点

3.1 系统简介

R H精炼炉控制系统,一级采用德国西门子公司Win CC/S7-400H/远程I/O站控制系统,完成生产过程的控制、数据采集、工艺显示、历史数据存储、故障报警及报表打印等功能。二级主要采用C++.N E T、ORACLE等软件编制,主要完成数据存取和数据管理、生产计划编制和冶金动静态模型的应用等。

3.2 系统特点

采用西门子6SE7系列变频器,变频器与PLC控制系统之间通过PROFIBUS-DP现场总线网络进行数据传输和通讯。全数字信号传输,抗干扰能力强。

控制器之间、控制器与监控站之间、监控站之间、服务器与客户机之间都采用光纤以太环网通讯,环网中的一个节点损坏,不影响整个系统的数据通讯,满足了连铸的高可靠性要求,高速的数据传输满足了控制器之间数据交换的要求。

该项目采用西门子S7-400H系列冗余CPU系统,减少了PLC故障停机的危险性。基于标准S7-400模板的S7-400H是一个冗余的PLC,可以明显地减少生产过程的故障停机率,适用于那些需要尽可能减少或避免故障停机的应用场合。例如发电或输、配电、化学工业、采矿、运输等。

容错性是通过二个并行的中央控制器实现的。它们的CPU通过光缆连接并通过冗余的PROFIBUS DP线路对冗余的I/O进行控制。除了故障C P U和PROFIBUS外,I/O自身可以冗余。当发生错误或故障时进行无扰动的切换,即未受影响的热备控制器将在中断点继续执行控制而不丢失任何信息。[2]

3.3 系统模型的作用

3.3.1 RH精炼炉钢液温度实时预测方法

钢液温度实时预测方法能准确的预测RH精炼炉的钢液温度,从而提高了精炼处理结束时的钢水温度命中率,又减少了测温次数。温度预报模型温度预报模型是基于精炼处理的工艺原理,并根据钢液状态、成分信息、测温信息,在处理开始时预报钢液温度随处理时间的变化趋势,随着操作过程的进展,根据合金投入、实际吹氧量信息以及操作人员的设定信息,模型实时预报钢水温度的变化值。操作人员根据温度预报值,可有效地对处理过程进行控制,提高处理末尾温度的命中率,减少测温次数,降低生产成本。钢液在真空处理的过程实际上也是一个吸热和散热的过程,预测钢液在此过程的温度变化,主要是计算吸热和散热的量以及统筹考虑将影响吸热和散热的诸多因素。影响温度的因素包括为保证工艺需要而采取的措施,如脱氧、脱碳、合金化、升温、必要的处理时间和环流量等;此外,真空槽的初始状态、废气带走的热量、真空槽、钢包与钢液的传导和辐射散热和处理前钢液在钢包中的停留时间等也是影响温度的变化的原因。在影响温度变化的诸多因素中,合金的投入及吹氧是关键因素。模型根据合金的用途,把加入的合金分成两类成分调整合金和特殊合金。成分合金的添加主要是满足产品目标成分要求,对已有元素成分进行微调。特殊合金是指为脱氧、升温为目的而添加的合金。用途不一的合金,对温度变化的贡献也不一样,因而在模型中应分别对待[3]。

3.3.2 静态脱碳模型

对需要脱碳的钢种,RH处理初期还能预报为达到目标碳浓度所必需的处理时间和吹氧量等综合信息,对脱碳钢种的生产过程中有一定的指导意义。动态脱碳模型是基于分析碳及处理过程中产生的废气信息,结合自适应控制技术,实时预报钢水碳含量的模型。该模型能大大提高如质谱仪,红外分析仪等废弃分析设备的利用率和实际效果。

3.3.3 合金最小成本模型

合金最小成本模型的目的是根据所处理的钢水成份要求、元素收得率和钢水分析值等信息,计算出一组成本最低的合金组合,即在炼钢过程中,满足除了提供生产要求的合金投入配比外,还要使投入合金总成本最小。模型的核心算法可归结于线性规划问题,算法采用成熟的单纯型法,并加入了整数规划功能,适用于无精确投料称量装置等情况下,投料最小单位可能影响投料精度的情形,并且投料单位可任意确定,从而也解决了整包投料问题。此外,模型考虑了添加的合金料重量对于原钢水重量的影响和合金收得率的问题,提高了模型的计算精度。对模型中要使用到的模型参数,如合金中各元素成分的含量、价格、比热系数、元素分析值、元素收得率等,分别创建相应的数据文件表来保存。模型用到的数据文件有:模型常数表、合金品位表、标准收得率、学习收得率、合金模型输入和元素初始成分等。模型所需的计算参数(模型输入数据)由模型数据预处理系统负责收集、处理并写入模型输入文件[4]。

3.3.4 成份预报模型

根据实际合金投入量,钢水分析值,收得率,结合终点锰预测模型和终点磷含量预测模型预测钢水多种元素的成份、添加合金后合金投入总成本、钢水温降、钢水增重等供参考操作。与合金最小成本模型配合,能使合金模型的实用性大大提高。利用转炉静态脱碳、温度、磷和锰的预报模型,为提高转炉的终点控制命中率、减少补吹的次数、实现直接出钢打下良好的基础。

4 结束语

随着计算机和自动控制水平的提高,RH脱气设备的控制系统正在稳步发展。今后将在提高钢质量,缩短处理时间和降低生产费用及减少熟练技术操作人员的方向而努力。

参考文献

[1]徐增启.炉外精炼[M].北京:冶金工业出版社,1994.

[2]宋少杰.西门子PLC冗余系统在化纤纺织系统中的应用[M].北京:纺织机械杂志编辑部,2008,3.

[3]刘浏.RH精炼钢水温度预报模型[M].北京:钢铁研究学报杂志编辑部,2004,2.