馬寧¹  王欣¹  張少偉²  孫超²

（1.唐山首信自動(dòng)化信息技術(shù)有限公司  唐山063000；2.首鋼京唐公司  唐山063000）

摘要：近年來(lái)，以5G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造等新技術(shù)為代表的新一代信息技術(shù)迅猛發(fā)展，正在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)模式與競(jìng)爭(zhēng)格局的改變。隨著煉鐵設(shè)備智能化發(fā)展要求和《中國(guó)制造2025》發(fā)展要求，國(guó)內(nèi)外鋼鐵行業(yè)目前在向全流程自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，而目前京唐高爐爐前出鐵作業(yè)還在采取人工手動(dòng)控制單體設(shè)備的作業(yè)模式，無(wú)法充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的作業(yè)效率，設(shè)備控制水平和生產(chǎn)方式已經(jīng)嚴(yán)重制約了公司高水平的發(fā)展，這就需要我們盡快對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行改善，提高生產(chǎn)操作的自動(dòng)化程度，并逐步向智能化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)控制；智能化；一鍵出鐵

1  概述

爐前出鐵所包含的系統(tǒng)設(shè)備包括爐前三大機(jī)系統(tǒng)、擺動(dòng)流槽系統(tǒng)、鐵包加蓋系統(tǒng)、鐵水稱(chēng)重系統(tǒng)（軌道衡系統(tǒng)），這些系統(tǒng)的運(yùn)行均是通過(guò)一級(jí)PLC控制實(shí)現(xiàn)，其中爐前三大機(jī)、擺動(dòng)流槽、鐵包加蓋設(shè)備的控制都是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)（操作箱）進(jìn)行操作。

開(kāi)口機(jī)、泥炮機(jī)、移蓋機(jī)均為全液壓驅(qū)動(dòng)，開(kāi)口機(jī)包含旋轉(zhuǎn)、提升、進(jìn)給、鉆孔、錘打擊、水冷風(fēng)冷等功能?？蓪?shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)包括：出鐵口深度、鉆孔速度、設(shè)備位置及各設(shè)備動(dòng)作壓力等參數(shù)。

開(kāi)口機(jī)

泥炮機(jī)包含旋轉(zhuǎn)（推-彈同步）、保壓、打泥功能，并且可按照預(yù)設(shè)泥量和打泥速度完成出鐵口堵眼。此外，泥炮機(jī)還具有實(shí)時(shí)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)壓力、打泥壓力、打泥量、打泥速度和設(shè)備位置的功能。

泥炮機(jī)

移蓋機(jī)包含橫向移動(dòng)和提升、下降功能，可實(shí)時(shí)檢測(cè)各項(xiàng)運(yùn)行壓力，并通過(guò)接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)判斷移蓋機(jī)運(yùn)行位置。

移蓋機(jī)

擺動(dòng)流槽為電機(jī)驅(qū)動(dòng)、抱閘制動(dòng)控制方式，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作手柄進(jìn)行操作，人工通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械刻度指針判斷擺動(dòng)流槽運(yùn)行位置。

鐵包加蓋主要用于對(duì)鐵包內(nèi)鐵水進(jìn)行保溫，減少鐵包運(yùn)輸過(guò)程中的熱值損耗，它也是通過(guò)人工操作現(xiàn)場(chǎng)操作箱來(lái)控制設(shè)備的運(yùn)行。

鐵水稱(chēng)重系統(tǒng)用于檢測(cè)車(chē)架、鐵包以及鐵水的重量，其中置皮（確定車(chē)架+鐵包的重量）、置毛（確定車(chē)架+鐵包+鐵水的重量）需要人工操作完成。

2  現(xiàn)階段高爐爐前出鐵的全流程

首先對(duì)應(yīng)出鐵場(chǎng)的鐵包就位，就位后運(yùn)輸崗位人員告知爐前操作工，爐前操作工確認(rèn)鐵包到位后反饋給運(yùn)輸崗位人員收到鐵包到位的通知，然后爐前操作工通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的鐵包加蓋系統(tǒng)操作臺(tái)操作打開(kāi)鐵包包蓋，包蓋打開(kāi)到位后，做好接鐵準(zhǔn)備，并對(duì)該鐵包進(jìn)行置皮操作，保存該鐵包初始重量數(shù)據(jù)，然后爐前操作工通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制手柄操作爐前擺動(dòng)流槽運(yùn)行到規(guī)定角度，做好向鐵包內(nèi)放鐵的準(zhǔn)備，爐前工接到爐內(nèi)工長(zhǎng)要求開(kāi)始出鐵的通知后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)操作開(kāi)口機(jī)進(jìn)行出鐵口開(kāi)孔作業(yè)，期間鉆桿和鉆頭的更換依靠人工判斷和完成，開(kāi)口機(jī)鉆孔作業(yè)完成后，開(kāi)口機(jī)退回原位，操作工操作溝蓋機(jī)將溝蓋移至主溝，降低鐵水噴濺對(duì)設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境產(chǎn)生的影響；當(dāng)高爐下方鐵線(xiàn)上的鐵包接滿(mǎn)鐵水后，現(xiàn)場(chǎng)看溝工操作擺動(dòng)流槽運(yùn)行至對(duì)應(yīng)另外一條鐵線(xiàn)的規(guī)定角度，向提前準(zhǔn)備好的另外一條鐵線(xiàn)上的鐵包內(nèi)放鐵，第二個(gè)鐵包開(kāi)始接鐵后，看溝工操作第一個(gè)鐵包蓋上包蓋，并對(duì)該鐵包進(jìn)行置毛操作，保存接滿(mǎn)鐵水后的鐵包重量，然后該鐵包由運(yùn)輸崗位人員運(yùn)輸至下一工藝環(huán)節(jié)，如此循環(huán)往復(fù)，到出鐵末期出鐵口鐵水出凈后，溝蓋機(jī)將溝蓋移至原位，爐前工操作泥炮機(jī)完成出鐵口堵眼操作，堵眼結(jié)束后，泥炮機(jī)退回原位，由人工向泥炮機(jī)內(nèi)補(bǔ)充炮泥，待下一次堵眼使用，至此，一個(gè)出鐵口的出鐵全流程基本完成。

3  爐前出鐵作業(yè)人工操作存在的問(wèn)題

人員投入成本大，操作技能要求高，操作流程復(fù)雜、操作設(shè)備多，勞動(dòng)強(qiáng)度大且操作過(guò)程容易出現(xiàn)錯(cuò)誤；各種設(shè)備操作聯(lián)系確認(rèn)復(fù)雜，人工操作設(shè)備作業(yè)效率低，尤其出鐵時(shí)作業(yè)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法準(zhǔn)確統(tǒng)一。爐前出鐵手動(dòng)作業(yè)操作需要爐前工常年待在現(xiàn)場(chǎng)，長(zhǎng)期處于高溫、粉塵等工作環(huán)境，嚴(yán)重影響身體健康，同時(shí)在作業(yè)過(guò)程中易發(fā)生安全事故對(duì)職工人身安全造成嚴(yán)重影響。為突破行業(yè)瓶頸，解決以上問(wèn)題，如何將目前的人工控制出鐵實(shí)現(xiàn)為自動(dòng)控制出鐵，即一鍵出鐵，同時(shí)為下一步的智慧煉鐵奠定基礎(chǔ)，是當(dāng)前冶金自動(dòng)化行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

4  實(shí)現(xiàn)一鍵出鐵的基本條件

（1）爐前三大機(jī)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。

實(shí)現(xiàn)爐前三大機(jī)的全自動(dòng)控制需要設(shè)備動(dòng)作之間有全面、準(zhǔn)確的邏輯判斷關(guān)系，并且需要有功能強(qiáng)大的硬件支撐，目前國(guó)內(nèi)大型鋼廠(chǎng)普遍采用的爐前三大機(jī)為液壓驅(qū)動(dòng)型，但更換開(kāi)口機(jī)鉆頭、鉆桿和泥炮機(jī)裝泥這兩項(xiàng)工序還是依靠人工完成，要實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)工序的自動(dòng)化控制需配備自動(dòng)換釬機(jī)和炮泥裝填機(jī)，目前國(guó)際上已經(jīng)有換釬機(jī)和泥炮裝填機(jī)這種成套設(shè)備，如增加圖像識(shí)別技術(shù)用于判斷鉆桿的平整度，并且結(jié)合鉆孔速度判斷鉆頭的磨損程度作為聯(lián)鎖條件，配備自動(dòng)換釬機(jī)可實(shí)現(xiàn)開(kāi)口過(guò)程中的全自動(dòng)控制；另外增設(shè)炮泥裝填機(jī)，結(jié)合工序及設(shè)備聯(lián)鎖條件也可實(shí)現(xiàn)泥炮機(jī)的全自動(dòng)控制。

在爐前三大機(jī)單機(jī)控制程序的基礎(chǔ)上結(jié)合工藝生產(chǎn)順序以及三大機(jī)的設(shè)備動(dòng)作關(guān)系、設(shè)備位置信號(hào)編寫(xiě)相應(yīng)的邏輯控制程序可實(shí)現(xiàn)三大機(jī)的全自動(dòng)控制。

（2）爐前擺動(dòng)流槽實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。

擺動(dòng)流槽的控制過(guò)程是對(duì)應(yīng)鐵線(xiàn)鐵包到位后，并且鐵包包蓋打開(kāi)后由爐前操作工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)操作手柄操作設(shè)備運(yùn)行到固定角度，全自動(dòng)控制的邏輯為采集鐵包到位信號(hào)，到位后執(zhí)行包蓋打開(kāi)程序，自動(dòng)開(kāi)啟鐵包包蓋，包蓋打開(kāi)到位后，擺動(dòng)流槽根據(jù)預(yù)設(shè)角度運(yùn)行到該角度做好接鐵準(zhǔn)備（角度值可通過(guò)編碼器采集獲?。?，采集鐵包稱(chēng)值及鐵水液位計(jì)信號(hào)（雙重聯(lián)鎖），根據(jù)稱(chēng)值及液位判斷鐵包是否接滿(mǎn)（規(guī)定值）鐵水，接滿(mǎn)后擺動(dòng)流槽自動(dòng)擺置另外一條鐵線(xiàn)，向提前做好接鐵準(zhǔn)備的鐵包繼續(xù)裝鐵，當(dāng)出鐵口出鐵結(jié)束堵眼完成后，擺動(dòng)流槽運(yùn)行至設(shè)定的大角度將流槽內(nèi)殘余鐵水放凈，放凈后回到0°水平位置。至此，擺動(dòng)流槽自動(dòng)控制流程完成。

（3）鐵包加蓋系統(tǒng)的全自動(dòng)控制。它的實(shí)現(xiàn)需要采集鐵包到位信號(hào)、爐前允許出鐵信號(hào)、擺動(dòng)換線(xiàn)信號(hào)以及出鐵結(jié)束信號(hào)，鐵包到位后自動(dòng)執(zhí)行打開(kāi)包蓋操作，收到擺動(dòng)換線(xiàn)信號(hào)以及出鐵結(jié)束信號(hào)后自動(dòng)執(zhí)行關(guān)閉包蓋操作。

（4）整合各系統(tǒng)上位監(jiān)控畫(huà)面，根據(jù)爐前出鐵全流程實(shí)時(shí)觀(guān)察爐前各系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)，可執(zhí)行全流程自動(dòng)控制（一鍵出鐵），也可取消全流程自動(dòng)控制，單獨(dú)對(duì)各系統(tǒng)或單體設(shè)備進(jìn)行控制（如遇某環(huán)節(jié)聯(lián)鎖信號(hào)異?？蓡为?dú)控制設(shè)備以確保生產(chǎn)工作正常進(jìn)行）。

（5）各系統(tǒng)安裝配套視頻監(jiān)控，用于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

基于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的無(wú)人化操作要求，現(xiàn)場(chǎng)增加高清視頻監(jiān)控，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域及設(shè)備運(yùn)行實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控是必不可少的。爐前三大機(jī)區(qū)域、擺動(dòng)流槽區(qū)域、鐵包加蓋區(qū)域安裝高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)，全具備變焦旋轉(zhuǎn)可調(diào)功能。在爐底每條鐵線(xiàn)增加高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)，用于監(jiān)控爐底區(qū)域設(shè)備運(yùn)行狀況；在出鐵場(chǎng)平臺(tái)擺動(dòng)流槽處增加監(jiān)控?cái)z像機(jī)，每一個(gè)出鐵場(chǎng)對(duì)應(yīng)一套，供操作人員實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)[動(dòng)流槽運(yùn)行狀態(tài)；在每個(gè)出鐵口增加一套防爆型耐高溫高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)，用于監(jiān)控爐前三大機(jī)設(shè)備運(yùn)行情況，在高爐出鐵場(chǎng)平臺(tái)增加高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)，用于全面監(jiān)控出鐵場(chǎng)平臺(tái)生產(chǎn)情況，實(shí)現(xiàn)出鐵場(chǎng)平臺(tái)全方位監(jiān)控。以上監(jiān)控畫(huà)面全部傳至主控操作室的監(jiān)控大屏上供生產(chǎn)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5  總結(jié)

基于以上功能的實(shí)現(xiàn)，結(jié)合生產(chǎn)工序邏輯順序，提前根據(jù)生產(chǎn)要求設(shè)定好鐵包裝鐵量、開(kāi)口深度、打泥量等參數(shù)，是可實(shí)現(xiàn)高爐爐前一鍵出鐵的功能的，這也是高爐爐前出鐵邁向智能化的關(guān)鍵一步。

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