PLC自动化在RH精炼系统的应用

2013-08-15杨永霞

河南科技 2013年10期

关键词：钢包脱碳钢水

杨永霞

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200)

1 RH工艺概述

1.1 循环脱气法工艺。循环脱气法工艺是用于生产优质钢的钢水二次精炼工艺。整个钢水冶金反应是在砌有耐火衬的真空槽内进行的。

1.2 合金化工艺。在RH处理时进行合金化处理，加入各种合金满足钢种要求。

1.3 轻处理。轻处理是在10Torr真空度下对钢液进行碳氧反应，成分、温度、时间调整的真空处理。

1.4 自然脱碳。在减压的条件下，［C］、［O］和CO的分压的平衡是脱碳的基础，起始［C］小于300ppm，原始［O］大于600ppm，持续循环脱气一定时间以达到脱碳的目标值。

1.5 吹氧强制脱碳。通过顶枪吹氧强制脱碳，将碳脱到20ppm。

1.6 加铝升温。化学加热钢水是通过氧和铝的反应实现的，最大升温速度平均大于4.0℃/min。

1.7 脱氢本处理。根据Sievert定律，钢水中的氢浓度与氢气分压的平方根成反比，在真空条件下可降低氢的分压，达到脱氢目的，最低能达到小于1.5ppm。

RH精炼装置是生产高品质钢最常用的设备。广泛应用于钢水的脱碳、脱气、脱氧、成分调整、升温、超低碳钢的冶炼等方面。随着RH精炼技术的成熟，其在现代化钢铁厂中有了更加重要的意义。

2 自动化控制系统及其硬件配置

2.1 自动化控制系统采用开放式系统结构，整个系统分为两级：基础自动化级(简称L1级)和过程计算机级(简称L2级)。Ll级通过Profibus-DP现场总线网络进行通信，L2级网络通过工业以太网进行通信，从而组成分布式计算机控制系统。它的特点是并行运算、集中管理、分散控制和资源共享等。

2.2 RH真空精炼炉自动化控制系统由过程控制系统及监控系统组成。过程控制中主站配置为S7-400PLC，在主站下通过DP网络连接有ET200远程I/O站，变频器、定氧仪、喂丝机等设备。PLC主机和HMI之间物理连接采用Ethernet网络进行通讯。上位监控软件采用Siemens公司的Wincc软件。HMI设置在主控室对精炼设备进行监控。采用FDA软件功能进行数据的实时与历史趋势记录。

3 真空精练炉处理站自动化控制对象

主要包括钢包台车、钢包升降系统、真空槽台车、顶枪系统、真空系统、合金加料系统、喂丝吹氩系统、RH液压系统。

3.1 钢包台车。钢包台车将钢包从前道工序输送到真空槽下处理工位进行真空处理，然后送往喂丝、保温剂投入工位。

3.2 钢包升降系统。升降框架运动时，由编码器检测升、降行程。正常工作时，钢包升降系统在主控室内的操作台上操作。为了减轻升降框架上下运动时与钢包车和轨道之间的冲击，比例变量泵控制其升降速度，能在升降过程中进行高速和低速之间的无级转换。在停电或其他紧急事故状态下，能采用手动阀门操作，使钢包安全下降。

3.3 真空槽台车。真空槽台车用于把真空槽从处理工位移送到待机工位或从待机工位移送到处理工位。对台车的操作可以在主控室画面上进行也可以在现场机旁操作箱上进行。

3.4 顶枪系统。顶枪系统安装在真空槽的上部，具有吹氧脱碳功能、化学加热功能和喷吹燃气功能。顶枪系统的上下移动通过变频器来控制。

3.5 真空系统。为保证真空泵系统长期稳定工作，采用一套三级增压泵二级蒸汽喷射泵。

3.6 合金加料系统。本系统用来存储、称量、和输送铁合金、碳粉、铝块等物料。这些物料通过皮带分别送到对应合金料仓中并存储。需要添加合金时，合金料仓内的物料依次通过称量料斗、皮带机组、旋转溜槽和真空料斗，将合金加入真空槽内的钢液中。加料的过程通过程序编写，在画面上一键完成。

3.7 喂丝吹氩系统。钢水通过脱气精炼后需要进行合金微调时，可以通过喂丝机将合金丝插入钢水中。

3.8 RH液压系统。液压系统由液压站和液压阀台组成，对钢包升降提供液压传动和控制。

4 人机界面的集中监视控制

人机界面使系统实现了集中监视控制，可对现场采集的数据进行显示、报警，供生产人员及时掌握生产运行情况。HMI显示了整个系统的工艺设备画面，可以对所有设备进行在线监控，完成各个工艺设备或者工艺流程的顺序控制、故障报警处理及显示，可设定修改各种生产工艺数据和运作方式，可设定是使用自动方式还是手动方式，是否连锁等，以便在检修、调试时能够方便地测试单个设备的运转或特定情况下的单个设备运行，使系统在合理的工艺要求下有序的运行。系统操作按区域划分为台车行走控制、钢包升降控制、环流及冷却气体控制、真空排气控制、测温定氧控制、机械冷却水系统、保温剂投入和喂丝系统、顶枪系统控制、预热枪系统控制、称量控制、合金投料控制共11个主要操作画面。通过这些画面控制，使操作工能实时掌握全局参数与运行状态，操作方便、提高了工作效率。