基于ORACLE的炼钢厂能耗综合优化系统数据库模型的建立

李 杨

辽宁广播电视大学（110034）

基于最佳工艺温度的炼钢—转炉流程能耗综合优化系统的数据库主要包括：静态表，生产实绩表，生产状态表和综合信息表4种数据表。其中，根据生产指示标准建立静态表；根据生产工序流程，分别对计划指示环节，转炉环节，精炼环节，连铸环节等生产环节，建立生产实绩表和生产状态表；综合信息表则是提取各工序的相同的数据信息，进行重新存储，便于子系统使用。

1 静态表的设计

静态表以钢种为主键，主要包括标准成分信息，内控成分信息，推荐工艺路径，各工序标准时间，以及标志性时间点的温度等要求。主要用于在生产计划下达以后，对整个生产过程进行指示。以ML08AL为例，进行说明。

(1)生产组织路线模式

铁水、废钢组织—铁水预处理—转炉冶炼—出钢、氩站—精炼—钢水软吹—连铸浇注—铸坯管理—辊道热送。

(2)转炉生产周期控制

40±2 min，开吹时间控制在连铸开浇0—5 min，当组第四炉转炉炉前应在钢水上回转台后方可冶炼，避免连铸开机失败造成精炼炉钢水积压过多的被动局面。

(3)转炉钢水温度控制

出钢温度≥1640 ℃，并根据出钢口、包况、生产节奏等酌情调整，确保氩后温度≥1570 ℃。

(4)转炉钢水成份控制

控制出钢 C：0.05—0.07%、P≤0.015% ；精炼前成份控制在 C ≤0.07%、Si ≤0.02%、Mn：0.25—0.33%、P≤0.018%的范围内。

(5)精炼周期控制

精炼周期≥35 min，软吹时间≥15 min；第一次开机炉次可适当延长精炼周期和软吹时间，确保钢水温度的均匀稳定。

(6)精炼钢水出站时间控制

连铸浇注10—15 min时出站软吹，确保待浇时间3—10 min。现场调度应控制好开机炉次钢水的出站时间，避免出现精炼钢水长时间等待连铸的现象。

(7)精炼钢水软吹后温度控制

开机1615—1620℃、第二包1600—1605℃、第三包1595—1600℃、连浇1595±5℃。现场调度应根据连铸浇注情况调整温度，确保连浇时过热度控制在15—40℃。

(8)正常情况，连铸接受开机钢水后，应迅速组织开机（要求在8 min内开浇）；特殊情况，调度长可根据钢水温度及转炉、精炼生产节奏控制开浇时间（不得超过15 min）。

根据以上钢种的指示信息，本系统建立钢种信息表。

2 生产实绩表和生产状态表的设计

钢铁企业的生产是一个非常复杂的制造过程，其生产工艺流程长、环节多、工艺复杂、物料处理量大。从工艺流程上看，钢铁企业属于典型的混合型的生产类型制造企业，在炼钢和连铸环节以钢水的化学成分为约束条件，属于典型的流程型生产方式，强调时间上和操作上的连续性，在开坯、轧制等加工环节，又逐渐转为类似于机加工行业的离散型生产方式。

因此，信息平台根据三钢的工艺流程如图1所示，建立生产实绩表和生产状态表。

三钢的生产流程分成：生产计划环节、铁水预处理环节、转炉环节、氩站环节、精炼环节和连铸环节6部分。下面以生产计划环节和转炉环节为例说明此部分数据库建立方案。

由于转炉炼钢系统非常复杂，包括了转炉本体、氧枪系统、氧气系统、底吹气体系统、散装料及铁合金控制系统、温度和重量检测系统，以及化验室数据等，那么多的数据，如果是使用自底向上的策略容易抓不住模型的核心，所以在此使用自顶向下的设计策略。

图1 三钢生产流程图

从整个转炉炼钢系统来看，可以把转炉本体数据、氧枪数据、氧气系统数据、底吹气体数据等转炉检测数据全部抽象为一个转炉冶炼过程的属性，那么就把这些与转炉系统相关的系统抽象为一个“转炉”实体。把转炉相关的实时数据抽象为“转炉”实体的一个属性，即实时数据；把转炉相关的离线数据抽象为“转炉”实体的一个属性，即离线数据。把所有的转炉炼钢的各种原料抽象出来，得到“原料”实体。原料的属性包括原料名、原料成分等。除了“转炉”和“原料”实体以外，转炉炼钢系统还包括操作人员实体，以及冶炼的结果，即钢水实体。钢水实体包括钢水温度以及其各种化学成分含量等。在转炉炼钢系统中，二级炉号是确定一个转炉冶炼过程的唯一“身份”标识，所以选择二级炉号作为“转炉”实体的标识符（用下划线表示）。因此可以将整个转炉炼钢系统抽象出四个实体，实体及实体属性简化定义如下：

(1)转炉（二级炉号，炉座，炉龄，实时数据，离线数据）

(2)原料（原料编号，原料名，成分）

(3)钢水（钢水温度，C含量，Si含量，Mn含量，S含量，P含量）

(4)操作人员（员工编号，姓名，工种，性别，工龄）

这4个实体之间有如下的联系。

(1)一个转炉炼钢过程可以加入多个原料实体，而一个原料实体只能加入到一个转炉炼钢过程中，所以转炉与原料的联系是一对多；

(2)一个转炉炼钢过程只能冶炼出一个钢水实体，而一个钢水实体也只对应一个转炉炼钢过程，所以转炉与钢水的联系是一对一；

(3)一个转炉炼钢过程要有多个操作人员炼钢，而一个操作人员在某一时刻只能工作与一个转炉炼钢过程，所以转炉与操作人员的联系是一对多。因此得到简化实体-联系图，如图2所示。

图2 转炉数据库E-R图

根据以上分析，建立转炉生产实绩表。其它部分数据模型的设计和转炉炼钢部分相似。

3 实时数据库与历史数据库的通信

历史数据由实时数据得来，同时，历史数据又影响实时数据，所以，在这一步，需要分析清楚他们的关系，并实现他们之间的通信，做到不需人工干预，实时保持数据库的完备。对此，提出如下数据库关系模型，如图3所示。

实时数据与历史数据通过SQL保持通信，在数据交换的过程中加入任务管理和访问控制。

4 综合信息表的建立

综合信息表主要是提取各工序的相同的数据信息，进行重新存储，便于各子系统的使用。主要包括：钢包实绩信息表，主辅料使用实绩表，钢水成分信息表和异常统计表等。

下面以主辅料使用实绩表为例进行说明，在三钢整个生产流程中，在预处理环节，转炉环节，氩站环节和精炼环节需要有新物料的加入，那么将这四个生产实绩环节中的物料使用信息进行提取，存入到主辅料信息表中。

图3 数据库关系模型

5 结论

根据三钢的实际需求，分别根据生产指示标准建立静态表；根据生产工序流程，分别对计划指示环节，转炉环节，精炼环节，连铸环节等生产环节，建立生产实绩表和生产状态表；提取各工序的相同的数据信息，建立综合信息表。实现了系统数据库的建立，为整个信息平台的实现打下良好基础。

[1]赵丽宁,李一凡等.数字海洋空间数据库的构建.大连海事大学学报,2002.10(1).

[2]杨丽霞.基于ORACLE数据融合的一卡通系统的实现.天津工业大学,2006.

[3]王小亮.MES特钢企业物料管理系统的研究及优化.大大连理工大学,2007.