RH自动化精炼系统介绍

崔文静，王 磊，张艳丽

（首钢京唐钢铁有限责任公司，河北唐山 063200）

1 RH 自动化精炼系统概述

RH 精炼全称为RH 真空循环脱气精炼法。于1959年由德国人发明，是西德鲁尔钢铁公司（Ruhrstahl）和赫拉欧斯（Hereaeus）共同设计开发的一种钢液炉外精炼方法。其中，RH 为当时德国采用RH 精炼技术的2 个厂家的第一个字母。

RH 自动化精炼系统是以数学模型为核心，建立在RH 精炼炉冶金机理基础上，采用诸多先进算法所开发的一套冶金生产管理信息系统。它可以有效提高精炼冶炼技术、管理及操作水平、自动化水平、提高生产效率，稳定钢水产品质量，降低劳动强度。

首钢京唐钢铁有限责任公司自主开发的RH 自动化精炼系统，形成集管理、优化和控制于一体的自动控制系统，达到或超过国外主流系统的水平。其功能有：完成炉次从二级接管到结束整个过程中，钢水基本信息的跟踪记录，钢水温度和成分的预报，达到目标钢水温度和成分的真空度、提升气体、顶枪吹氧、料仓加料等设定值的控制。

2 系统构成

2.1 硬件构成

整个系统包括一级和二级系统。其中，一级系统的主要硬件构成为西门子PLC；二级系统包含服务器、操作站和工程师站等。

2.1.1 通信结构

为了保证信息交互的实时与准确，专门开发了数据采集程序，成功实现了从PLC 直接读写数据。在服务器上开辟了数据共享内存，作为数据存储交互的平台。

2.1.2 数据采集方式

为了实现数据高效、快速、准确的传输，需要搭建RH 过程控制的通信系统，满足二级服务器与一级基础自动化PLC 系统、三级系统、主控室客户端的通信要求。本系统采用C/S 网络结构，通过高速以太网进行数据通信。其中，硬件采用标准的以太网接口，软件使用TCP/IP 协议及相关通信软件OPC Server。

一级与二级的通信采用OPC 模式：一方面，从PLC 读取数据到共享内存，再从共享内存读取生产数据写入数据库；另一方面，通信程序从二级数据库接收到设定值下发命令后，下发到一级PLC 地址执行。

二级与三级之间通过TCP/IP 协议相互进行数据访问：二级数据库与三级数据库可以相互访问，进行数据的读取和写入；从三级读取的数据包括计划炉次、钢样、渣样化验成分等信息；写入三级的信息包括炉次报表、冶炼状态等。

2.2 系统软件构成

（1）二级服务器采用惠普的ProLiant DL380 G5 服务器，软件采用Windows 2003 Server、Visual C++、Oracle 10g。

（2）冶金工程师站按照在位于每个RH 主控室操作台上，用于冶金工程师维护数据库系统参数、计算机工程师维护计算机设备和网络；操作员站的客户端供操作工使用。工业控制机为Core2 3.0G，2GB RAM，250 GB HD，DVD-RW，双以太网卡；软件采用操作系统Winodws XP，SP3 中文专业版。

3 环境要求

为保证RH 自动化精炼系统模型的准确计算和正常运行，对现场设备功能精度、通信系统和设备维护提出了以下要求。

（1）系统对设备的要求：①每次热电偶测温偏差控制在±3 ℃范围内；②钢水重量称量误差控制在0.3%范围内；③料仓加料重量的误差控制在5%范围内；④实验室化验设备保证成分精度（包括钢水成分和渣成分）；⑤提供钢包热状态的判断信息（钢包烘烤温度或大修、新包等信息）；⑥提供钢种内控成分含量；⑦提供真空模式、脱碳制度等信息；⑧提供钢水进站温度和成分。

（2）系统对通信系统的要求：①实验室化验结果能够及时准确地发送到三级系统，时间延时控制在1 min 以内；②钢水温度检测结果能够及时准确地发送到一级系统；③三级系统能够及时准确地发送计划炉次及相关信息到二级数据库。

（3）系统维护要求：①一级设备定期维护，保证数据采集的准确性和传输正常；②数据库定期维护，保证数据输入和输出正常、准确；③根据炉况、设备、原料的变化及时对数据库进行完善和修正。

4 技术特点

4.1 技术参数

RH 自动化精炼控制系统主要功能是，实现从RH 真空开始到RH 真空结束整个冶炼过程的自动化生产，及时准确的采集一级生产数据，预报钢水温度和成分，根据目标时间、钢水温度、钢水成分需求建立控制模型，实现料仓加料、循环吹氩、吹氧脱碳等设定值的自动计算，下发给一级PLC 执行。

针对炼钢厂的生产现状，将钢种划分为4 种处理模式，RH普通处理模式、RH 轻处理模式、RH 脱气处理模式、RH 脱碳模式。控制模块基于每种处理模式，划分各冶炼步骤，计算加料、真空时间、吹氧量等控制参数。控制模块与预报模块有机结合，实现RH 精炼处理过程自动化控制。

本系统的主要技术目标：①建立RH 生产管理数据库，提供完善的数据查询、报表统计功能；②计算机系统稳定运行，系统作业率99%；③冶炼过程跟踪及在线预报，包括钢水温度、钢水成分、碳含量的预报等；④实现RH 真空系统、循环吹氩系统、合金加料系统的自动控制；⑤提高企业生产的自动化水平。

4.2 系统工作原理

RH 处理主要应用在脱碳、真空脱氧（轻处理）、脱氢和脱氮上，进一步实现对钢水成分和温度的精确调整。

基于与钢包炉处理的各种相关的较短处理时间及灵活性等原因，RH 工艺特别适合现代冶炼和连铸，大规模生产经济效益较好的超低碳优质钢种，如IF 钢和高硅钢，是RH 工艺的主要目标。因此，RH 工艺脱氮一般全部采用镇静钢，而且硫含量较低，入RH 炉时一般小于20×10-6。

目前，实用化的数学模型主要以静态预报为主，基本包括预报RH 处理过程中钢水的碳、氧和温度，进行合金化计算。虽然也曾有过采用废气定碳模型，但效果不理想。另外，随着RH 设备和处理钢种的不同，模型功能也不尽相同。本系统根据功能需求，实现从RH 真空开始到RH 真空结束整个冶炼过程的自动化生产，及时准确的采集一级生产数据，预报钢水温度和成分，根据目标时间、钢水温度、钢水成分需求建立控制模型，实现料仓加料、循环吹氩、吹氧脱碳等设定值的自动计算，下发给一级PLC 执行。

4.3 系统（软件）功能

基于本系统的研发目标和功能需求，炼钢部RH 自动化精炼系统的主要模块包括：一级通信系统、三级通信系统、数据库、数学模型、客户端。通过通信系统实现与L1、L3、化验室的数据通信，完成数据跟踪、采集任务，存储到数据库相关表格内。通过建立数学模型，实时跟踪、预报和控制生产数据，达到提高产品质量，降低生产成本的目的。

自动化精炼系统的主要特点有：①通过运行工艺模型，规范化钢水生产工艺，提高钢水质量；②通过跟踪生产数据、模型计算和报表打印，使生产管理更加透明；③通过用户操作界面，规范化操作；④为冶金工程师和操作人员建立冶金数据库；⑤系统操作简便、可升级更新；⑥定期维护。