1 引言
爐外精煉是在一次熔煉爐(轉(zhuǎn)爐、電爐等)外進(jìn)行的冶煉過程，進(jìn)行溫度調(diào)整、脫氣、去除夾雜物及有害雜質(zhì)、調(diào)整成分等。RH真空處理是爐外精煉中的一種重要流程和設(shè)備，它是由德國魯爾(Ruhrstahl)公司和海羅爾斯(Heraeus)公司共同設(shè)計(jì)的，故名RH法。如圖1所示，下部設(shè)有兩根環(huán)流管的脫氣室，脫氣處理時(shí)，將環(huán)流管插入鋼水，靠脫氣室抽真空的壓差使鋼水由管子進(jìn)入脫氣室。同時(shí)從兩根管子之一(上升管)吹入驅(qū)動(dòng)氣體(通常為氬氣)，利用氣泡泵原理抽引鋼水通過脫氣室和下降管產(chǎn)生循環(huán)運(yùn)動(dòng)，并在脫氣室內(nèi)脫除氣體。由于RH法的特點(diǎn)及優(yōu)越性，其技術(shù)不斷擴(kuò)展，伸展而為RH-KTB(KTB意為川崎鋼鐵公司頂吹氧)、RH-OB(帶升溫的循環(huán)真空脫氣處理)、RH-PB(循環(huán)真空脫氣-噴粉處理)等。
圖1 RH-OB設(shè)備示意圖
太原鋼鐵公司是國內(nèi)以生產(chǎn)不銹鋼、硅鋼為主的特殊鋼企業(yè)，它從德國曼內(nèi)斯曼德馬克-麥索公司引進(jìn)8Ot-RH真空處理裝置，投產(chǎn)后，巳精煉出[C]<30x10-6的鋼種，使用效果良好。
太鋼RH真空處理裝置的特點(diǎn)是:
(1) 真空室采用雙室平移交替式，鋼包采用鋼包車運(yùn)送和液壓頂升方式;
(2) 設(shè)有貯料能力大、數(shù)量足夠的高位料倉，以滿足多鋼種的要求和今后發(fā)展。鐵合金稱量和加料系統(tǒng)設(shè)有精調(diào)與細(xì)調(diào)，以確保合金化的精度和速度;
(3) 采用大抽氣能力的蒸汽噴射真空泵，裝備有真空度自動(dòng)控制系統(tǒng)和高壓水清洗裝置;
(4) 采用地下皮帶運(yùn)輸機(jī)和垂直皮帶運(yùn)輸機(jī)相結(jié)合的方式把鐵合金由地面運(yùn)送到高位貯料倉，占地面積少;
(5) 預(yù)留RH頂吹氧槍位置，在未裝氧槍前，裝備真空室煤氣加熱系統(tǒng)和石墨棒直流電加熱系統(tǒng)，以提高內(nèi)襯溫度并防止內(nèi)襯結(jié)瘤;
(6) 裝備包括全自動(dòng)噴補(bǔ)機(jī)、真空室部件更換和維修設(shè)備，以縮短輔助作業(yè)時(shí)間;
(7) 設(shè)有鐵合金上料及稱量時(shí)的收塵裝置。
2 自動(dòng)化系統(tǒng)配置及其功能
2.1 系統(tǒng)配置
太鋼80tRH真空處理裝置自動(dòng)化系統(tǒng)配置如圖2所示，儀表、電氣一體化。系統(tǒng)中采用而西門子公司的S5-155U型PLC執(zhí)行測量、控制與監(jiān)控等功能，其控制范圍包括鋼包頂升系統(tǒng)、真空泵系統(tǒng)、鐵合金上料與加料及稱量系統(tǒng)、測溫與取樣及定氧系統(tǒng)、真空室煤氣加熱系統(tǒng)、真空室插入管吹氬及吹氮系統(tǒng)、設(shè)備冷卻水系統(tǒng)、真空室底部及插入管烘烤系統(tǒng)、能源及水處理系統(tǒng)等。
圖2 太鋼80t－RH真空處理裝置自動(dòng)化系統(tǒng)配置
系統(tǒng)配備的主要檢測儀表有引進(jìn)儀表和國內(nèi)配套儀表。引進(jìn)儀表包括鋼水測溫、定碳、定氧裝置，真空燒嘴自動(dòng)點(diǎn)火器，ABB公司的麥?zhǔn)险婵沼?jì)，荷蘭飛利浦公司的PR62系列電子秤和P01581型配料控制器等，國內(nèi)配套儀表包括ST-100系列智能式壓力變送器和差壓變送器，K300系列電磁流量計(jì)，LDK系列電磁流量開關(guān)，超聲波料位計(jì)(測量料倉料位)和電容式料位計(jì)(測量水位)。
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2.2 主要控制功能
(1) 數(shù)據(jù)采集。采集的數(shù)據(jù)包括鋼包頂升系統(tǒng)的鋼包鋼水重量稱量;真空室系統(tǒng)的耐火材料內(nèi)襯溫度;真空泵系統(tǒng)的冷凝器冷卻水流量、壓力和溫度，蒸汽總管流量、壓力和溫度，蒸汽噴射泵的蒸汽壓力，廢氣流量、壓力和溫度，真空室真空度等;鐵合金系統(tǒng)的各料倉料位，0.5m3和2.7m3真空料罐真空度;真空室煤氣加熱系統(tǒng)的主燒嘴煤氣、氧氣、空氣的流量和壓力，點(diǎn)火燒嘴煤氣及壓縮空氣壓力，真空室加熱溫度，排氣煙罩內(nèi)壓力;鋼水測溫定氧系統(tǒng)的鋼水溫度和氧含量;真空室插入管吹氬吹氮系統(tǒng)的氬/氮支管流量和壓力;設(shè)備冷卻水系統(tǒng)的各冷卻點(diǎn)的冷卻水流量、壓力和溫度;真空室底和插入管煤氣烘烤系統(tǒng)的煤氣和空氣的流量、壓力;真空處理水系統(tǒng)的凈循環(huán)水水位、溫度、壓力和流量;能源介質(zhì)系統(tǒng)的壓縮空氣、氧氣、氬氣、氮?dú)狻⒔範(fàn)t煤氣、水等總管流量、壓力等。
(2) 數(shù)據(jù)處理。對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，以供控制、顯示和打印之用。主要處理包括差壓流量的開方、溫度和壓力補(bǔ)正等運(yùn)算，消耗量按小時(shí)、班，日及年的累計(jì)計(jì)算等。
(3) 自動(dòng)控制。包括主真空閥后真空度控制，真空室加熱溫度及空燃比控制，排廢氣煙罩內(nèi)壓力控制，插入管氬氣流量控制，鐵合金稱重控制，氧、氬、氮?dú)庖约敖範(fàn)t煤氣等總管壓力控制，真空室底部烘烤加熱溫度控制以及各系統(tǒng)的電力傳動(dòng)順序控制和設(shè)備的起停等。
(4) 畫面顯示。在CRT上顯示工藝流程畫面、操作畫面、參數(shù)趨勢曲線等。
(5) 數(shù)據(jù)記錄。包括班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、報(bào)警記錄以及合金投人量等報(bào)表。
3 系統(tǒng)應(yīng)用軟件
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本系統(tǒng)應(yīng)用軟件的特點(diǎn)是單元化和集成化，即將RH設(shè)備分成多個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)又分成多個(gè)單元環(huán)節(jié)，使用時(shí)將它們集成就可組成一個(gè)完整的系統(tǒng)，類似于DCS的單元功能模塊，通過組態(tài)而成系統(tǒng)。這樣一來，使電力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡化，便于找錯(cuò)，同時(shí)也便于移植。
太鋼RH設(shè)備共有18個(gè)子系統(tǒng)，其中與RH真空處理關(guān)系較大的有10個(gè)子系統(tǒng)，如運(yùn)包車控制，鋼包回轉(zhuǎn)傳動(dòng)裝置控制，鋼包小車提升系統(tǒng)的控制，真空系統(tǒng)控制，加料系統(tǒng)控制，稱重系統(tǒng)控制，合金系統(tǒng)控制，頂槍系統(tǒng)控制等，每個(gè)子系統(tǒng)又有許多分環(huán)節(jié)(即動(dòng)作)，每個(gè)動(dòng)作又有連鎖條件，并做成邏輯圖，使用時(shí)聯(lián)接即可。
現(xiàn)以頂槍系統(tǒng)控制作為例子，從表1可以看出頂槍系統(tǒng)有許多分環(huán)節(jié)(即動(dòng)作)，如果我們要組成“事故時(shí)要求升頂槍”和“頂槍快速提升”，可查相應(yīng)連鎖條件(表2)及其邏輯圖，由此得出圖3和圖4的事故時(shí)要求提升頂槍的邏輯圖和頂槍快速提升邏輯圖，用以實(shí)現(xiàn)RH裝置的分小區(qū)“連動(dòng)”、“局部自動(dòng)”和連鎖以及安全自動(dòng)控制。
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圖3 事故時(shí)要求提升頂槍的邏輯圖
圖4 頂槍快速提升邏輯圖
4 現(xiàn)場使用結(jié)果
本系統(tǒng)投產(chǎn)后，經(jīng)多年多的運(yùn)行和不斷改進(jìn)，效果良好，系統(tǒng)可靠，方便維護(hù)，滿足生產(chǎn)要求。