RH真空精炼一键智能制造原理研究

李宝龙

本钢集团北营炼钢厂，中国·辽宁 本溪 117000

1 引言

The Ruhrstahl–Heraeus（RH）是生产高质量钢材的重要再精炼工艺，循环速率和混合时间作为两个重要参数，通常用于评估RH脱气器的精炼效率，如添加合金的熔化和混合[1]。近年来，人们对RH真空精炼一键智能制造原理展开了研究，深入探讨RH脱气过程中的循环流动和混合现象，以提高其精炼效率和使用寿命[2]。RH真空精炼一键智能制造是先进制造技术、数字技术、网络技术和人工智能技术的集成，是高效、节能、安全、可靠的新一代制造方法，也是制造业领域的根本变革[3]。本研究主旨在于分析智能制造发展历史和现状的基础上，探讨智能制造的关键技术。

2 一键RH精炼智能制作模型

RH真空精炼一键智能制造是建立了自主集成化的研发，实现了时序控制的完全自动化设备制造。RH真空精炼一键智能制造完全由一体化模型控制，如RH的真空系统、环流器、顶枪系统、合金系统，均可由通过工艺模型化与决策智能化操作，实现高效、精准、低成本的一键RH精炼。具体可见图1所示。

图1 RH真空精炼一键智能制造模型

由图可见，RH真空精炼一键智能制造模型，将合金称量、计算、搬送、投入等操作，通过一键智能化按钮，变化完成所有操作。与此同时，RH真空精炼一键智能制造模型中，还考虑了安全防护措施的设置，该设置主要是通过时序控制连锁的增加，以及对重要事件发起语音提示的功能和全画面的操作进程呈现等，形成预警提示功能。RH真空精炼一键智能制造模型中，还研发了制造工艺知识的传输，专家经验下形成的工艺成套模型，以及历史大数据库，以此来达到高精度的生产制造工艺效果。

RH真空精炼一键智能制造模型中，将对脱碳时间也进行了智能优化，结合超低碳钢钢种的特点，再与设置的历史数据，以及真空脱碳冶金原理，进行分析，最终得到脱碳的最佳时间值，相较传统的脱碳技术使用时间，缩短了约6min。在线性规划的基础上，对合金最小成本模型进行了多方面的优化和改进。实现了合金优先级的灵活配置和未知合金的智能设计算法，使合金成本最低，成分准确；基于机理和神经网络的温度控制模型的命中率为85%。RH真空精炼一键智能制造模型开发了精炼处理模型、游离氧动态预测模型、组分铝含量实时预测模型等辅助子模型；进一步开发了一套可移植性强、可靠性高、维护方便的核心模型技术。

3 RH真空精炼一键智能制造的核心原理

3.1 RH真空精炼一键智能处理系统原理

氧气顶吹转炉已经随着技术的发展，以及生产品质与生产节奏均步入了无可挖掘的极限。而随着中国现代化工艺技术水平的不断提升，对钢的生产品质提出了更高的要求。RH真空精炼一键智能处理系统实现了一体化的脱气、脱硫、脱磷、脱碳、合金微调、温度调整等功能，智能化的操作可以将所有精炼系统一键智能化处理，无需人工二次传导或过程干预，即可完全实现智能化控制，达到最优、高效、低成本的最佳生产要求及发展态势。

3.2 RH真空精炼一键智能制造的自动化控制原理

RH真空精炼一键智能制造的自动化控制前，需要确定其工艺设备布置。如RH精炼一键智能制造炉由设定双处理工位，以及双真空槽。根据工位需求，再设有A与B两个处理系统位置，以及预热位2处，真空槽可以实现各自处理位，以及预热位置之间的相互移动。具体可见下图2所示。

图2 自动化控制的RH真空精炼工艺布置

由图2可见，自动化控制的RH真空精炼工艺布置，在获得工艺布置设计后，进一步获得自动化控制的具体操作。如真空槽的环流气体控制基本原理，主要是通过自动化界面设定氮气或氩气流量的固定值，以达成自动化驱动钢水，使之能够向槽内环流，进而达成自动化真空脱气的全过程智能化操作。在实际RH真空精炼一键智能制造中，需要设置自动化控制前，应先行考虑冶炼钢种的不同，其产生的环流气体流量也会呈现较大差异，故应优化考虑采用不同方式的自动化流量控制。

RH钢水环流过程中，考虑会出现不均匀堵塞、粘连等真空槽内辟事故；因此，需要进行精炼自动化装置的调节设置，一般采用气体分支管，数量为由原来的3路增加至4路，更好的拓宽气体分布，并且每路均由四个小支管组成，以此预止钢水的不均匀粘贴事故出现。另外，对总流量的控制使用PID控制器，对气体流量进行有效调节，从而达成总量的优化控制效果；使总流量保持不变的情况下，实现自动分布支流，进而达到最佳的钢水流量效果。

3.3 仪表的自动状态检测及控制原理

RH真空精炼一键智能制造模型中，仪表的自动化状态检测及控制非常重要。实际RH真空精炼过程中，要对气体流量进行有效测试，实时的状态检测，需要通过仪表盘反馈。为了掌握控制的情况，RH真空精炼使用标准孔板与差压变送器测量所气体流量差。为了获得准确的流量差值，RH真空精炼在仪表厂定制了孔板与差压变送器一体化新型孔板流量计，保证其在使用过程中，能够自动显示气体流量状态，并根据流量状态值的不同限定值设置，形成自动化节点的控制。

3.4 真空泵的自动化控制系统

RH真空精炼一键智能制造模型中，真空泵的自动化控制系统是其重要的动力系统。在RH真空系统中，需要实现自动化控制方式，必须满足预抽条件、真空系统准备模式，以及自动模式和破空模式。具体如下。

3.4.1 预抽真空方式

利用这种方式，可以有效将预抽时间缩短，从而达成真空系统的自动运行效果。在预抽具备所需条件时，在自动化控制界面按下预抽模式按钮，则进入自动化的控制模式，完成真空阀的关限位操作。

3.4.2 真空系统准备模式

在一键智能化的RH真空精炼自动系统下，抽气将随着系统需求设定，自动进行抽气准备，完成准备后进入自动模式的完全控制系统。

3.4.3 自动模式

自动模式将RH精炼的真空模式1-真空模式5，以及对应的5级泵和尾阀均进行有序按置。当真空力达到既定设置值时，一般设定为4.5MPa，即可进入下一级泵运行模式。每一个模式的运行，均由事先设定的系统依次运行。

3.4.4 破空模式

这种模式是由破空与紧急破空的两种模式组成，当正常运行的破空时，真空处理会收到信号，一切处理结束自动化RH精炼系统界面，会呈现自动完成退出处理，相应阀门的关闭均为自动化关闭控制。当出现紧急破空时，系统会自动停止运行，真空系统处于急停界面，此时，系统会自动化形成工位处理，直至处理完毕，再运行真空操作。

4 结语

综上所述，针对RH真空精炼一键智能制造原理研究发现，该智能制造更易于操作。RH真空精炼一键智能制造在充分明确真空精炼工艺的基础之上，先行按工艺布置，再与现代化技术相匹配，充分考虑到RH真空精炼过程操作，应设置的智能化操作逻辑，使之能够更好地完成真空精炼生产品质、效率等要求。