TCFA 03110314-2020 铸钢电弧炉熔炼单元数字化技术要求

ICS23.040.80J31团体标准T/CFA03110314—2020铸钢电弧炉熔炼单元数字化技术要求Digitaltechnicalrequirementsforcaststeelmeltingunitofelectricarcfurnace公告稿2020-03-13发布2020-05-01实施中国铸造协会发布T/CFA03110314—2020I目次前言................................................................................II引言...............................................................................III1范围..............................................................................12规范性引用文件....................................................................13术语、定义和缩略语................................................................14总则..............................................................................25铸钢电弧炉熔炼设备................................................................46铸钢电弧炉熔炼单元数字化控制与管理系统.............................................57环保的数字化要求..................................................................7附录A（资料性附录）铸钢电弧炉熔炼单元示例..........................................8附录B（资料性附录）三种精炼的工艺方法.............................................14参考文献............................................................................18T/CFA03110314—2020II前言本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本标准的某些内容可能涉及专利，本标准的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国铸造协会标准工作委员会提出。本标准由中国铸造协会归口。本标准负责起草单位：共享智能铸造产业创新中心有限公司、天津立鑫晟智能制造有限公司。本标准参加起草单位:共享装备股份有限公司、共享铸钢有限公司。本标准主要起草人：彭凡、杨军、石卫东、刘亚宾、李广伦、刘清信。本标准参加起草人：林凯强、杨爱宁、乃晓文、赵国伟。本标准于2020年03月13日为首次发布。T/CFA03110314—2020III引言本标准围绕铸钢电弧炉熔炼单元的关键过程数字化集成控制，通过铸钢电弧炉熔炼单元系统，向上与MES、ERP、CAPP和LIMS等信息管理系统集成，引入生产计划、维保计划、质量标准和工艺数据等信息，并反馈设备、生产、成本和质量等维度数据；向下与底层设备及装置集成，依据标准工艺与参数执行现场作业，同时采集各个数据，与工艺数据设定值实时比对，经质量判异和过程判稳等在线分析处理，形成优化决策后，实现闭环的调整与控制，从而实现对铸钢电弧炉熔炼单元的数字化管理，提升生产和管理的效率。通过标准的制定和实施，推广智能铸造技术的应用，可改变传统铸造的生产模式，提高生产效率，降低生产成本，改善铸造生产作业环境，减少对环境的不利影响；同时为推进铸造产业结构调整与优化升级创造条件，为各铸造环节实现数字化、网络化和智能化提供借鉴和参考，促进社会效益和经济效益提高；另外，也可为推进铸造行业转型升级提供技术支持，给未来铸造生产与管理的网络化和智能化发展建设奠定数字化基础。T/CFA03110314—20201铸钢电弧炉熔炼单元数字化技术要求1范围本标准规定了铸钢电弧炉熔炼单元、铸钢电弧炉熔炼单元设备、铸钢电弧炉熔炼单元系统以及环保的数字化技术要求。本标准适用于铸钢电弧炉熔炼、精炼和浇注单元的建设及生产。2规范性引用文件下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T5611-2017铸造术语HJ212-2017污染物在线监控（监测）系统数据传输标准T/CFA0308022铸造行业大气污染物排放限值T/CFA031103.5-2018铸造数字化工厂通用技术要求3术语、定义和缩略语3.1术语和定义GB/T5611-2017、T/CFA031103.5-2018中界定的术语和定义适用于本文件，为了便于使用，以下重复列出了GB/T5611-2017和T/CFA031103.5-2018中的某些术语和定义。3.1.1单元unit生产单元unitofproduction根据不同的铸造工艺过程，对铸造工厂进行划分形成的基本生产单元，如砂型铸造工厂可划分为砂型成形单元、熔炼、精炼和浇注单元、后处理单元等。各单元由对应的设备、数字化控制与管理系统组成。注：改写T/CFA031103.5-2018，定义3.2。3.1.2数字化工艺系统digitalprocesssystem铸造工艺数字化设计应用的软件系统的总称。注1：铸造数字化工艺系统一般包括CAD、CAE、CAPP和PDM。注2：改写T/CFA031103.5-2018，定义3.4。T/CFA03110314—202023.2缩略语以下缩略语适用于本文件。缩略语中文英文AOD氩氧精炼炉ArgonOxygenDecarburizationFurnaceAPI应用程序编程接口ApplicationProgrammingInterfaceEAF电弧炉ElectricArcFurnaceERP企业资源计划EnterpriseResourcePlanningESB企业服务总线EnterpriseServiceBusFB现场总线FieldBusJDBC数据库连接JavaDataBaseConnectivityLF钢包精炼炉LadleFurnaceLIMS实验室信息管理系统LaboratoryInformationManagementSystemMES制造执行系统ManufacturingExecutionSystemVOD真空吹氧精炼炉VacuumOxygenDecarburizationFurnaceODBC开放数据库连接OpenDataBaseConnectivityOPCServer用于过程控制的OLE服务器OLEforProcessControlServer4总则4.1生产单元组成4.1.1铸钢电弧炉熔炼单元主要由单元设备、数字化控制与管理系统（以下简称单元系统）组成，其功能架构示意图如图1所示。4.1.2单元设备提供铸钢电弧炉熔炼单元运行的物质基础。4.1.3单元设备的组成及单元系统的功能可依据实际生产工艺扩展或裁减。4.1.4单元系统通过FB与单元设备集成，通过数据接口（如ESB、ODBC、JDBC、API等）与其它信息管理系统（如ERP、MES、LIMS等）集成，主导现场过程执行。4.1.5铸钢电弧炉熔炼单元可独立生产运转，也可与其它前后序单元集成协同生产。T/CFA03110314—20203图1铸钢电弧炉熔炼单元功能架构示意图4.2生产工艺流程铸钢电弧炉熔炼单元数字化运行流程主要由生产准备、配料、EAF熔炼、精炼、钢水转运和浇注等组成，流程图如图2所示。铸钢电弧炉熔炼单元的具体示例参见附录A。T/CFA03110314—20204图2铸钢电弧炉熔炼单元数字化运行流程图5铸钢电弧炉熔炼设备5.1设备组成熔炼浇注过程所需的硬件设备及装置，包括但不限于：——生产设备：加配料设备、烘包设备、电弧炉、转运设备、精炼炉、吹氧设备、吹氩设备、浇注设备和除尘设备等；——检测设备：测温仪、氧氮氢分析仪、直读光谱仪和气体检测仪等；——传感器：噪音传感器、温度传感器和湿度传感器等。T/CFA03110314—20205注：设备组成中的主要生产设备电弧炉所执行的标准可参考GB/T10067.2。5.2集成方式通过控制器和网关模块等，以FB方式与OPCServer对接，实现设备、生产、质量和成本等数据的交互，具体应按照T/CFA031103.5-2018的要求执行。6铸钢电弧炉熔炼单元数字化控制与管理系统6.1计划管理单元系统应从ERP、MES或其它信息管理系统获取生产计划，根据铸件牌号、浇注重量、熔炼工艺及钢号标准成份等信息策划/调整炉次（如多条浇注计划合并为一个炉次），并跟踪生产计划的当前执行状态（如可执行、执行中和执行完毕等）。6.2过程控制6.2.1控制流程铸钢电弧炉熔炼单元过程控制流程主要分为熔炼与精炼两大部分。其中，精炼常见的方式有LF、VOD与AOD等；熔炼完毕后，根据不同材质和不同要求，或直接转运浇注，或执行对应的精炼工艺后再转运浇注。具体流程见图2。6.2.2生产准备6.2.2.1炉前巡检开炉前应检查设备的完好性及原辅材料的准备情况，单元系统应自动判断巡检结果。巡检事项包括但不限于：a)检查加配料设备、烘包设备、电弧炉、转运设备、精炼炉、吹氧设备、吹氩设备、浇注设备和除尘设备等生产设备，测温仪、氮氧仪和直读光谱仪等检测设备，及其它附属设施的完好性与合规性；b)检查原辅材料是否符合安全生产要求（如废钢和返回料不应有密封容器、锈蚀、潮湿情况等，氧气与氩气管道压力及泄露情况等），以及数量是否满足安全库存需求。6.2.2.2安全防护准备生产操作人员进入相应的工作区域之前，单元系统应通过人机交互界面提示操作人员需佩戴的防护设备（如阻燃工作服、安全靴、防辐射眼镜、防护面屏和防砸鞋等）及常见事故的处理方式。6.2.2.3烘包对于存在烘包设备及工艺需求的作业流程，单元系统应记录包次的燃气用量。6.2.3配料根据当前炉次对应的生产计划和材料清单，以及从数字化工艺系统中获取的炉料成份配比数据，从LIMS中获取的原辅材料检测结果，单元系统应自动计算备料信息（如废钢、返回料、合金、石灰及增碳剂等材料的重量）。配料过程启动后，单元系统应向加配料设备发送配料清单，加配料设备应按照配料清单及配料顺序进行配料。单元系统应自动采集配料过程中的配料实际值与累计值，并向ERP反馈当T/CFA03110314—20206前炉次的原材料消耗数据。配料出现偏差时应根据炉料配比数据，重新计算备料信息调整配料清单并进行配料。6.2.4EAF熔炼6.2.4.1熔炼前检测单元系统应自动采集并记录电弧炉实际操作的功率、电耗和时长等数据。当前炉的炉料加载完毕并熔清后进行炉内测温，将测温数据与数字化工艺系统中的工艺数据比对，当达到炉内取样温度后，单元系统应提示炉内光谱取样操作，向LIMS发送过程检测任务，并接收其过程检测结果（如碳、硅、锰、磷、硫、铜、铬、钼、锡、镍和铝等成份百分比含量）。6.2.4.2成份调整单元系统应依据光谱试样的检测结果，与数字化工艺系统中的工艺数据比对，提示判断结果，并给出相应的成份调整建议。成份调整后仍需进行测温及炉内光谱取样检测，直至电弧炉熔炼阶段工艺要求的成份合格。6.2.4.3吹氧钢水温度达到吹氧温度合格范围后，单元系统应根据本炉钢水重量、碳含量等参数，自动计算用氧量，启动吹氧设备，并记录氧气压力、氧气流量、吹氧开始时间和吹氧结束时间等。静沸腾到达规定时间后，提示光谱取样；并将反馈的检测结果与数字化工艺系统中的