RH二级系统加料控制方法的研究与创新
2013-09-10廖慧刘丹妹沈会良北京首钢自动化信息技术有限公司自动化研究所北京100041
廖慧，刘丹妹，沈会良（北京首钢自动化信息技术有限公司自动化研究所，北京 100041）
1 引言
针对首钢RH（Ruhstahl hausen Process，一种利用真空脱气的炼钢工艺）精炼工艺自主研发的RH二级系统，实现了RH普通处理模式、RH轻处理模式、RH脱气处理模式、RH脱碳模式四种处理模式的规范化操作，实现了RH真空系统、循环吹氩系统、料仓系统的自动控制，具有动态静态脱碳模型和温度模型，能够实时准确地预报钢水温度和成分，具有真空槽热弯管等设备的在线跟踪以及各种工艺过程参数计算等功能，极大提高了RH生产控制水平。
在一些钢厂RH精炼工艺中没有单独废钢仓，RH二级系统在控制过程中，废钢从备料到下料周期较长。在前期设备精度测试过程中发现，500kg废钢从备料到下料时间基本在5min左右，无法满足RH二级系统料仓控制的时间要求。为了实现RH二级系统自动控制高效下料的功能，在原有二级系统功能基础上，在二级客户端界面上设置了无废钢仓的备料、下料控制方法，包括铝粒的自动控制，废钢的自动控制以及合金的自动控制三部分内容。
2 RH二级系统物料控制以及整体控制的现状
RH二级系统料仓控制的物料根据工艺要求，主要分为3大类：合金仓、铝仓、废钢仓。RH生产过程中，一般要求提前备料的有：废钢和合金，铝粒无需备料。
当前RH二级系统料仓控制界面的功能主要有：
（1）二级系统只有一个下料控制：
小批量的下料需求当前二级系统是满足的，备料到下料周期也较短；
（2）废钢仓和铝仓的控制：
针对废钢仓和铝仓都为单独的料仓的设备，这样节省了料仓备料的时间，直接投料即可；
而针对无单独废钢仓的情况，控制存在缺陷，由于废钢备料时间过长，影响其它合金加料的时机；因此，如果提前备料完成，就可以节省控制周期。
（3）加料控制和其它控制相对独立，无法再备料的同时，通过一键完成对料仓、泵级、氧枪以及环流的控制，操作人员需要按照先后顺序点击多个按钮实现控制。
3 RH二级系统物料控制以及整体控制的创新
在物料控制方面，RH二级系统需要具备自动备料、自动下料、自动备料并下料三个功能。从工艺角度考虑，合金和铝粒一起下料的情况下，需要铝粒先进入钢水，然后再是合金。从设备方面考虑，在不具备废钢真空仓的情况下，需要充分设计和实现。本文提供一种RH二级控制系统真空料仓的控制方法，采用二级控制软件，将废钢、合金、铝粒的备料、下料模式化，通过二级控制软件与一级基础自动化控制系统数据通讯，实现废钢仓的自动备料、下料。
在整体控制方面，RH二级系统具备了在控制物料的同时控制真空、环流、氧枪的功能。本文从二级系统客户端功能角度进行创新研发，将所有控制融合在一个控制界面，实现整体控制。
针对无单独废钢仓的RH二级系统，实现废钢、铝粒、合金的自动备料、自动下料、自动备料并下料是比较困难的。为了实现不同种类、不同批次、不同组合物料的自动控制，研发了无废钢仓的备料、下料控制，铝粒的自动控制，废钢的自动控制三部分内容。
3.1 功能设计
根据RH工艺的操作要点，将加料控制动作分为3大类，仅备料、仅投料以及备料并投料。具体操作分为以下几种情况：
（1）仅备料：即仅将物料备到真空仓中，暂时不投料。
（2）仅投料：即将备好的料从真空仓投入到钢包中。
（3）备料并投料：即完成从备料到投入到钢包的全过程。
（4）投料+备料并投料：即首先将之前备好的料投入到钢包中，并且同时备另一批料，备完后投入到钢包中。
（5）在加料的同时，控制环流、泵级以及吹氧。
根据RH工艺的操作要点，将物料分为3大类，废钢、合金、铝粒。
（1）废钢仓的控制：没有单独的废钢仓，因此废钢与合金共用备料真空锁，通过称量斗备料在真空锁中，然后进入钢水。在系统实现中，将废钢单独设计。
（2）合金仓的控制：通过称量斗备料在合金真空锁中下料，进入钢水中。
（3）铝粒的控制：铝粒直接通过真空锁，完成备料、下料，时间短效率高。
3.2 系统实现
第一步：在RH二级系统加料控制界面，选择加料方式（备料、投料、备料并投料）。
第二步：将合金、铝粒、废钢设定值准确输入。
（1）备料或备料并投料要求输入原料设定值；
（2）投料不需要输入原料设定值。
第三步：选择投料动作。
（1）如果有合金，选择合金仓；
（2）如果有废钢，选择废钢仓；
（3）如果有铝粒，选择AL仓；
（4）备料不选择投料动作。
第四步：如需要控制真空、环流以及氧枪，则选择相应的真空泵级、环流类型、环流量、吹氧类型、吹氧量。如不需要控制，则不需要输入。
第五步：确认无误后，点击“发送”按钮。
3.3 具体操作
本发明具有操作规范、准确控制、自动化水平高的特点，便于实现无单独废钢仓RH二级系统的加料自动控制以及融合其它控制进行整体控制。下面针对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
（1）仅备料，即提前备料
为了加快生产节奏，操作人员往往会将需要加入的原料提前备入料仓中，从而节省了冶炼过程中备料的时间。以工艺设备设计为前提，合金和废钢均可使用仅备料的操作完成提前备料，而铝粒由于是直接从真空锁下料，所以不具备仅备料的功能。因此仅备料只适用于废钢、合金的控制。
通过在操作界面上选择【备料】方式，输入所需原料的设定值，然后发送，完成废钢合金的提前备料操作以及数据的显示、存储及下发操作。
（2）仅投料：在（1）完成的基础上，即将提前备好的料从真空仓投入到钢包中。
通过在操作界面上选择【投料】方式，根据备好的物料选择物料种类，如果投合金，则勾选【合金】，如果投废钢则勾选【废钢】，如果投铝粒则勾选【AL仓】，确认无误后发送，完成了将备料仓的原料投入到钢包中的过程。
（3）备料并投料：即完成从备料到投入到钢包的全过程。
此方式将方式（1）、（2）进行了融合，完成了从备料到投料的全自动化过程。通过操作界面选择【备料并投料】方式，输入所需加入的原料设定值，根据所需物料选择物料种类，如果加入合金则勾选【合金】，如果加入废钢则勾选【废钢】，如果加入铝粒则勾选【AL仓】，确认无误后下发，完成了物料的备料及投料的全过程。
（4）投料+备料并投料：即首先将备好的料投入到钢包中，并且同时备另一批料, 备完后投入到钢包中。
此方式可以同时完成2个动作，在投料的同时，进行备料操作，节约了冶炼周期。
例如需要将提前备好的合金加入钢包中，同时需要加铝粒，控制方式勾选【投料】+【备料并投料】，加料方式【仅备料】和【备料并投料】不能同时进行。
根据投料的原料选择对应的投料动作。如果加入合金则勾选【合金】，如果加入废钢则勾选【废钢】，如果加入铝粒则勾选【AL仓】。
（5）整体控制：即加料与吹氧、环流、泵级同时下发的情况。
此方式是最全面的一种方式，整理控制了加料、吹氧、环流、泵级等四个环节，实现了冶炼过程整体自动化控制。
如图1所示，在加料的信息栏输入了物料设定值，选择【备料并投料】的控制方式，根据物料选择【投料动作】；在吹氧泵级流量信息栏，输入了吹氧信息、环流信息以及真空信息。确认下发后，实现了加料、吹氧、环流、真空同时控制的功能，简化了操作，提高了冶炼效率。
图1 加料+吹氧泵级流量信息
4 结语
通过RH二级控制系统的加料控制系统对加料进行管理，不仅实现了无单独废钢仓的提前备料、投料以及下料的自动控制，还实现了二级设备的整体控制，提高了生产节奏，规范并简化了生产操作，为生产带来了很大便利，实现了冶金过程的自动化控制，使冶金自动化水平步入一个新的台阶。
