李寶龍

本鋼集團(tuán)北營(yíng)煉鋼廠，中國(guó)·遼寧 本溪 117000

1 引言

The Ruhrstahl–Heraeus（RH）是生產(chǎn)高質(zhì)量鋼材的重要再精煉工藝，循環(huán)速率和混合時(shí)間作為兩個(gè)重要參數(shù)，通常用于評(píng)估RH脫氣器的精煉效率，如添加合金的熔化和混合[1]。近年來(lái)，人們對(duì)RH真空精煉一鍵智能制造原理展開(kāi)了研究，深入探討RH脫氣過(guò)程中的循環(huán)流動(dòng)和混合現(xiàn)象，以提高其精煉效率和使用壽命[2]。RH真空精煉一鍵智能制造是先進(jìn)制造技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)的集成，是高效、節(jié)能、安全、可靠的新一代制造方法，也是制造業(yè)領(lǐng)域的根本變革[3]。本研究主旨在于分析智能制造發(fā)展歷史和現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，探討智能制造的關(guān)鍵技術(shù)。

2 一鍵RH精煉智能制作模型

RH真空精煉一鍵智能制造是建立了自主集成化的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)序控制的完全自動(dòng)化設(shè)備制造。RH真空精煉一鍵智能制造完全由一體化模型控制，如RH的真空系統(tǒng)、環(huán)流器、頂槍系統(tǒng)、合金系統(tǒng)，均可由通過(guò)工藝模型化與決策智能化操作，實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)、低成本的一鍵RH精煉。具體可見(jiàn)圖1所示。

圖1 RH真空精煉一鍵智能制造模型

由圖可見(jiàn)，RH真空精煉一鍵智能制造模型，將合金稱量、計(jì)算、搬送、投入等操作，通過(guò)一鍵智能化按鈕，變化完成所有操作。與此同時(shí)，RH真空精煉一鍵智能制造模型中，還考慮了安全防護(hù)措施的設(shè)置，該設(shè)置主要是通過(guò)時(shí)序控制連鎖的增加，以及對(duì)重要事件發(fā)起語(yǔ)音提示的功能和全畫(huà)面的操作進(jìn)程呈現(xiàn)等，形成預(yù)警提示功能。RH真空精煉一鍵智能制造模型中，還研發(fā)了制造工藝知識(shí)的傳輸，專家經(jīng)驗(yàn)下形成的工藝成套模型，以及歷史大數(shù)據(jù)庫(kù)，以此來(lái)達(dá)到高精度的生產(chǎn)制造工藝效果。

RH真空精煉一鍵智能制造模型中，將對(duì)脫碳時(shí)間也進(jìn)行了智能優(yōu)化，結(jié)合超低碳鋼鋼種的特點(diǎn)，再與設(shè)置的歷史數(shù)據(jù)，以及真空脫碳冶金原理，進(jìn)行分析，最終得到脫碳的最佳時(shí)間值，相較傳統(tǒng)的脫碳技術(shù)使用時(shí)間，縮短了約6min。在線性規(guī)劃的基礎(chǔ)上，對(duì)合金最小成本模型進(jìn)行了多方面的優(yōu)化和改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)了合金優(yōu)先級(jí)的靈活配置和未知合金的智能設(shè)計(jì)算法，使合金成本最低，成分準(zhǔn)確；基于機(jī)理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的溫度控制模型的命中率為85%。RH真空精煉一鍵智能制造模型開(kāi)發(fā)了精煉處理模型、游離氧動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型、組分鋁含量實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)模型等輔助子模型；進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了一套可移植性強(qiáng)、可靠性高、維護(hù)方便的核心模型技術(shù)。

3 RH真空精煉一鍵智能制造的核心原理

3.1 RH真空精煉一鍵智能處理系統(tǒng)原理

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐已經(jīng)隨著技術(shù)的發(fā)展，以及生產(chǎn)品質(zhì)與生產(chǎn)節(jié)奏均步入了無(wú)可挖掘的極限。而隨著中國(guó)現(xiàn)代化工藝技術(shù)水平的不斷提升，對(duì)鋼的生產(chǎn)品質(zhì)提出了更高的要求。RH真空精煉一鍵智能處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一體化的脫氣、脫硫、脫磷、脫碳、合金微調(diào)、溫度調(diào)整等功能，智能化的操作可以將所有精煉系統(tǒng)一鍵智能化處理，無(wú)需人工二次傳導(dǎo)或過(guò)程干預(yù)，即可完全實(shí)現(xiàn)智能化控制，達(dá)到最優(yōu)、高效、低成本的最佳生產(chǎn)要求及發(fā)展態(tài)勢(shì)。

3.2 RH真空精煉一鍵智能制造的自動(dòng)化控制原理

RH真空精煉一鍵智能制造的自動(dòng)化控制前，需要確定其工藝設(shè)備布置。如RH精煉一鍵智能制造爐由設(shè)定雙處理工位，以及雙真空槽。根據(jù)工位需求，再設(shè)有A與B兩個(gè)處理系統(tǒng)位置，以及預(yù)熱位2處，真空槽可以實(shí)現(xiàn)各自處理位，以及預(yù)熱位置之間的相互移動(dòng)。具體可見(jiàn)下圖2所示。

圖2 自動(dòng)化控制的RH真空精煉工藝布置

由圖2可見(jiàn)，自動(dòng)化控制的RH真空精煉工藝布置，在獲得工藝布置設(shè)計(jì)后，進(jìn)一步獲得自動(dòng)化控制的具體操作。如真空槽的環(huán)流氣體控制基本原理，主要是通過(guò)自動(dòng)化界面設(shè)定氮?dú)饣驓鍤饬髁康墓潭ㄖ?，以達(dá)成自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)鋼水，使之能夠向槽內(nèi)環(huán)流，進(jìn)而達(dá)成自動(dòng)化真空脫氣的全過(guò)程智能化操作。在實(shí)際RH真空精煉一鍵智能制造中，需要設(shè)置自動(dòng)化控制前，應(yīng)先行考慮冶煉鋼種的不同，其產(chǎn)生的環(huán)流氣體流量也會(huì)呈現(xiàn)較大差異，故應(yīng)優(yōu)化考慮采用不同方式的自動(dòng)化流量控制。

RH鋼水環(huán)流過(guò)程中，考慮會(huì)出現(xiàn)不均勻堵塞、粘連等真空槽內(nèi)辟事故；因此，需要進(jìn)行精煉自動(dòng)化裝置的調(diào)節(jié)設(shè)置，一般采用氣體分支管，數(shù)量為由原來(lái)的3路增加至4路，更好的拓寬氣體分布，并且每路均由四個(gè)小支管組成，以此預(yù)止鋼水的不均勻粘貼事故出現(xiàn)。另外，對(duì)總流量的控制使用PID控制器，對(duì)氣體流量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，從而達(dá)成總量的優(yōu)化控制效果；使總流量保持不變的情況下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分布支流，進(jìn)而達(dá)到最佳的鋼水流量效果。

3.3 儀表的自動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)及控制原理

RH真空精煉一鍵智能制造模型中，儀表的自動(dòng)化狀態(tài)檢測(cè)及控制非常重要。實(shí)際RH真空精煉過(guò)程中，要對(duì)氣體流量進(jìn)行有效測(cè)試，實(shí)時(shí)的狀態(tài)檢測(cè)，需要通過(guò)儀表盤(pán)反饋。為了掌握控制的情況，RH真空精煉使用標(biāo)準(zhǔn)孔板與差壓變送器測(cè)量所氣體流量差。為了獲得準(zhǔn)確的流量差值，RH真空精煉在儀表廠定制了孔板與差壓變送器一體化新型孔板流量計(jì)，保證其在使用過(guò)程中，能夠自動(dòng)顯示氣體流量狀態(tài)，并根據(jù)流量狀態(tài)值的不同限定值設(shè)置，形成自動(dòng)化節(jié)點(diǎn)的控制。

3.4 真空泵的自動(dòng)化控制系統(tǒng)

RH真空精煉一鍵智能制造模型中，真空泵的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是其重要的動(dòng)力系統(tǒng)。在RH真空系統(tǒng)中，需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制方式，必須滿足預(yù)抽條件、真空系統(tǒng)準(zhǔn)備模式，以及自動(dòng)模式和破空模式。具體如下。

3.4.1 預(yù)抽真空方式

利用這種方式，可以有效將預(yù)抽時(shí)間縮短，從而達(dá)成真空系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行效果。在預(yù)抽具備所需條件時(shí)，在自動(dòng)化控制界面按下預(yù)抽模式按鈕，則進(jìn)入自動(dòng)化的控制模式，完成真空閥的關(guān)限位操作。

3.4.2 真空系統(tǒng)準(zhǔn)備模式

在一鍵智能化的RH真空精煉自動(dòng)系統(tǒng)下，抽氣將隨著系統(tǒng)需求設(shè)定，自動(dòng)進(jìn)行抽氣準(zhǔn)備，完成準(zhǔn)備后進(jìn)入自動(dòng)模式的完全控制系統(tǒng)。

3.4.3 自動(dòng)模式

自動(dòng)模式將RH精煉的真空模式1-真空模式5，以及對(duì)應(yīng)的5級(jí)泵和尾閥均進(jìn)行有序按置。當(dāng)真空力達(dá)到既定設(shè)置值時(shí)，一般設(shè)定為4.5MPa，即可進(jìn)入下一級(jí)泵運(yùn)行模式。每一個(gè)模式的運(yùn)行，均由事先設(shè)定的系統(tǒng)依次運(yùn)行。

3.4.4 破空模式

這種模式是由破空與緊急破空的兩種模式組成，當(dāng)正常運(yùn)行的破空時(shí)，真空處理會(huì)收到信號(hào)，一切處理結(jié)束自動(dòng)化RH精煉系統(tǒng)界面，會(huì)呈現(xiàn)自動(dòng)完成退出處理，相應(yīng)閥門(mén)的關(guān)閉均為自動(dòng)化關(guān)閉控制。當(dāng)出現(xiàn)緊急破空時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行，真空系統(tǒng)處于急停界面，此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)化形成工位處理，直至處理完畢，再運(yùn)行真空操作。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，針對(duì)RH真空精煉一鍵智能制造原理研究發(fā)現(xiàn)，該智能制造更易于操作。RH真空精煉一鍵智能制造在充分明確真空精煉工藝的基礎(chǔ)之上，先行按工藝布置，再與現(xiàn)代化技術(shù)相匹配，充分考慮到RH真空精煉過(guò)程操作，應(yīng)設(shè)置的智能化操作邏輯，使之能夠更好地完成真空精煉生產(chǎn)品質(zhì)、效率等要求。