楊永霞

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063200)

1 RH工藝概述

1.1 循環(huán)脫氣法工藝。循環(huán)脫氣法工藝是用于生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼的鋼水二次精煉工藝。整個(gè)鋼水冶金反應(yīng)是在砌有耐火襯的真空槽內(nèi)進(jìn)行的。

1.2 合金化工藝。在RH處理時(shí)進(jìn)行合金化處理，加入各種合金滿足鋼種要求。

1.3 輕處理。輕處理是在10Torr真空度下對鋼液進(jìn)行碳氧反應(yīng)，成分、溫度、時(shí)間調(diào)整的真空處理。

1.4 自然脫碳。在減壓的條件下，［C］、［O］和CO的分壓的平衡是脫碳的基礎(chǔ)，起始［C］小于300ppm，原始［O］大于600ppm，持續(xù)循環(huán)脫氣一定時(shí)間以達(dá)到脫碳的目標(biāo)值。

1.5 吹氧強(qiáng)制脫碳。通過頂槍吹氧強(qiáng)制脫碳，將碳脫到20ppm。

1.6 加鋁升溫。化學(xué)加熱鋼水是通過氧和鋁的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，最大升溫速度平均大于4.0℃/min。

1.7 脫氫本處理。根據(jù)Sievert定律，鋼水中的氫濃度與氫氣分壓的平方根成反比，在真空條件下可降低氫的分壓，達(dá)到脫氫目的，最低能達(dá)到小于1.5ppm。

RH精煉裝置是生產(chǎn)高品質(zhì)鋼最常用的設(shè)備。廣泛應(yīng)用于鋼水的脫碳、脫氣、脫氧、成分調(diào)整、升溫、超低碳鋼的冶煉等方面。隨著RH精煉技術(shù)的成熟，其在現(xiàn)代化鋼鐵廠中有了更加重要的意義。

2 自動化控制系統(tǒng)及其硬件配置

2.1 自動化控制系統(tǒng)采用開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)分為兩級：基礎(chǔ)自動化級(簡稱L1級)和過程計(jì)算機(jī)級(簡稱L2級)。Ll級通過Profibus-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，L2級網(wǎng)絡(luò)通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信，從而組成分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是并行運(yùn)算、集中管理、分散控制和資源共享等。

2.2 RH真空精煉爐自動化控制系統(tǒng)由過程控制系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)組成。過程控制中主站配置為S7-400PLC，在主站下通過DP網(wǎng)絡(luò)連接有ET200遠(yuǎn)程I/O站，變頻器、定氧儀、喂絲機(jī)等設(shè)備。PLC主機(jī)和HMI之間物理連接采用Ethernet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。上位監(jiān)控軟件采用Siemens公司的Wincc軟件。HMI設(shè)置在主控室對精煉設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。采用FDA軟件功能進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)與歷史趨勢記錄。

3 真空精練爐處理站自動化控制對象

主要包括鋼包臺車、鋼包升降系統(tǒng)、真空槽臺車、頂槍系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、合金加料系統(tǒng)、喂絲吹氬系統(tǒng)、RH液壓系統(tǒng)。

3.1 鋼包臺車。鋼包臺車將鋼包從前道工序輸送到真空槽下處理工位進(jìn)行真空處理，然后送往喂絲、保溫劑投入工位。

3.2 鋼包升降系統(tǒng)。升降框架運(yùn)動時(shí)，由編碼器檢測升、降行程。正常工作時(shí)，鋼包升降系統(tǒng)在主控室內(nèi)的操作臺上操作。為了減輕升降框架上下運(yùn)動時(shí)與鋼包車和軌道之間的沖擊，比例變量泵控制其升降速度，能在升降過程中進(jìn)行高速和低速之間的無級轉(zhuǎn)換。在停電或其他緊急事故狀態(tài)下，能采用手動閥門操作，使鋼包安全下降。

3.3 真空槽臺車。真空槽臺車用于把真空槽從處理工位移送到待機(jī)工位或從待機(jī)工位移送到處理工位。對臺車的操作可以在主控室畫面上進(jìn)行也可以在現(xiàn)場機(jī)旁操作箱上進(jìn)行。

3.4 頂槍系統(tǒng)。頂槍系統(tǒng)安裝在真空槽的上部，具有吹氧脫碳功能、化學(xué)加熱功能和噴吹燃?xì)夤δ堋ｍ敇屜到y(tǒng)的上下移動通過變頻器來控制。

3.5 真空系統(tǒng)。為保證真空泵系統(tǒng)長期穩(wěn)定工作，采用一套三級增壓泵二級蒸汽噴射泵。

3.6 合金加料系統(tǒng)。本系統(tǒng)用來存儲、稱量、和輸送鐵合金、碳粉、鋁塊等物料。這些物料通過皮帶分別送到對應(yīng)合金料倉中并存儲。需要添加合金時(shí)，合金料倉內(nèi)的物料依次通過稱量料斗、皮帶機(jī)組、旋轉(zhuǎn)溜槽和真空料斗，將合金加入真空槽內(nèi)的鋼液中。加料的過程通過程序編寫，在畫面上一鍵完成。

3.7 喂絲吹氬系統(tǒng)。鋼水通過脫氣精煉后需要進(jìn)行合金微調(diào)時(shí)，可以通過喂絲機(jī)將合金絲插入鋼水中。

3.8 RH液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)由液壓站和液壓閥臺組成，對鋼包升降提供液壓傳動和控制。

4 人機(jī)界面的集中監(jiān)視控制

人機(jī)界面使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)視控制，可對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、報(bào)警，供生產(chǎn)人員及時(shí)掌握生產(chǎn)運(yùn)行情況。HMI顯示了整個(gè)系統(tǒng)的工藝設(shè)備畫面，可以對所有設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)控，完成各個(gè)工藝設(shè)備或者工藝流程的順序控制、故障報(bào)警處理及顯示，可設(shè)定修改各種生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)和運(yùn)作方式，可設(shè)定是使用自動方式還是手動方式，是否連鎖等，以便在檢修、調(diào)試時(shí)能夠方便地測試單個(gè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)或特定情況下的單個(gè)設(shè)備運(yùn)行，使系統(tǒng)在合理的工藝要求下有序的運(yùn)行。系統(tǒng)操作按區(qū)域劃分為臺車行走控制、鋼包升降控制、環(huán)流及冷卻氣體控制、真空排氣控制、測溫定氧控制、機(jī)械冷卻水系統(tǒng)、保溫劑投入和喂絲系統(tǒng)、頂槍系統(tǒng)控制、預(yù)熱槍系統(tǒng)控制、稱量控制、合金投料控制共11個(gè)主要操作畫面。通過這些畫面控制，使操作工能實(shí)時(shí)掌握全局參數(shù)與運(yùn)行狀態(tài)，操作方便、提高了工作效率。

5 結(jié)語

綜上所述，PLC自動控制系統(tǒng)在RH精煉的應(yīng)用，大大提高了冶煉過程自動化程度，減輕了操作人員的負(fù)擔(dān)，減少了操作轉(zhuǎn)換時(shí)間，提高了冶煉速度。此外，也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保高效，對公司“環(huán)境一流”的目標(biāo)做出了較大貢獻(xiàn)。

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