馬寧1 王欣1 張少偉2 孫超2
（1.唐山首信自動化信息技術有限公司 唐山063000；2.首鋼京唐公司 唐山063000）
摘要：近年來，以5G移動互聯網、大數據、云計算、物聯網、智能制造等新技術為代表的新一代信息技術迅猛發展，正在推動產業模式與競爭格局的改變。隨著煉鐵設備智能化發展要求和《中國制造2025》發展要求，國內外鋼鐵行業目前在向全流程自動化、智能化方向發展，而目前京唐高爐爐前出鐵作業還在采取人工手動控制單體設備的作業模式，無法充分發揮先進設備的作業效率，設備控制水平和生產方式已經嚴重制約了公司高水平的發展，這就需要我們盡快對設備性能進行改善，提高生產操作的自動化程度，并逐步向智能化方向發展。
關鍵詞：全自動控制；智能化；一鍵出鐵
1 概述
爐前出鐵所包含的系統設備包括爐前三大機系統、擺動流槽系統、鐵包加蓋系統、鐵水稱重系統（軌道衡系統），這些系統的運行均是通過一級PLC控制實現，其中爐前三大機、擺動流槽、鐵包加蓋設備的控制都是通過現場操作臺（操作箱）進行操作。
開口機、泥炮機、移蓋機均為全液壓驅動，開口機包含旋轉、提升、進給、鉆孔、錘打擊、水冷風冷等功能。可實時檢測數據包括：出鐵口深度、鉆孔速度、設備位置及各設備動作壓力等參數。
開口機
泥炮機包含旋轉（推-彈同步）、保壓、打泥功能，并且可按照預設泥量和打泥速度完成出鐵口堵眼。此外，泥炮機還具有實時檢測旋轉壓力、打泥壓力、打泥量、打泥速度和設備位置的功能。
泥炮機
移蓋機包含橫向移動和提升、下降功能，可實時檢測各項運行壓力，并通過接近開關檢測判斷移蓋機運行位置。
移蓋機
擺動流槽為電機驅動、抱閘制動控制方式，通過現場操作手柄進行操作，人工通過現場機械刻度指針判斷擺動流槽運行位置。
鐵包加蓋主要用于對鐵包內鐵水進行保溫，減少鐵包運輸過程中的熱值損耗，它也是通過人工操作現場操作箱來控制設備的運行。
鐵水稱重系統用于檢測車架、鐵包以及鐵水的重量，其中置皮（確定車架+鐵包的重量）、置毛（確定車架+鐵包+鐵水的重量）需要人工操作完成。
2 現階段高爐爐前出鐵的全流程
首先對應出鐵場的鐵包就位，就位后運輸崗位人員告知爐前操作工，爐前操作工確認鐵包到位后反饋給運輸崗位人員收到鐵包到位的通知，然后爐前操作工通過現場的鐵包加蓋系統操作臺操作打開鐵包包蓋，包蓋打開到位后，做好接鐵準備，并對該鐵包進行置皮操作，保存該鐵包初始重量數據，然后爐前操作工通過現場控制手柄操作爐前擺動流槽運行到規定角度，做好向鐵包內放鐵的準備，爐前工接到爐內工長要求開始出鐵的通知后，通過現場操作臺操作開口機進行出鐵口開孔作業，期間鉆桿和鉆頭的更換依靠人工判斷和完成，開口機鉆孔作業完成后，開口機退回原位，操作工操作溝蓋機將溝蓋移至主溝，降低鐵水噴濺對設備及現場環境產生的影響；當高爐下方鐵線上的鐵包接滿鐵水后，現場看溝工操作擺動流槽運行至對應另外一條鐵線的規定角度，向提前準備好的另外一條鐵線上的鐵包內放鐵，第二個鐵包開始接鐵后，看溝工操作第一個鐵包蓋上包蓋，并對該鐵包進行置毛操作，保存接滿鐵水后的鐵包重量，然后該鐵包由運輸崗位人員運輸至下一工藝環節，如此循環往復，到出鐵末期出鐵口鐵水出凈后，溝蓋機將溝蓋移至原位，爐前工操作泥炮機完成出鐵口堵眼操作，堵眼結束后，泥炮機退回原位，由人工向泥炮機內補充炮泥，待下一次堵眼使用，至此，一個出鐵口的出鐵全流程基本完成。
3 爐前出鐵作業人工操作存在的問題
人員投入成本大，操作技能要求高，操作流程復雜、操作設備多，勞動強度大且操作過程容易出現錯誤；各種設備操作聯系確認復雜，人工操作設備作業效率低，尤其出鐵時作業區標準無法準確統一。爐前出鐵手動作業操作需要爐前工常年待在現場，長期處于高溫、粉塵等工作環境，嚴重影響身體健康，同時在作業過程中易發生安全事故對職工人身安全造成嚴重影響。為突破行業瓶頸，解決以上問題，如何將目前的人工控制出鐵實現為自動控制出鐵，即一鍵出鐵，同時為下一步的智慧煉鐵奠定基礎，是當前冶金自動化行業亟待解決的問題。
4 實現一鍵出鐵的基本條件
（1）爐前三大機實現全自動控制。
實現爐前三大機的全自動控制需要設備動作之間有全面、準確的邏輯判斷關系，并且需要有功能強大的硬件支撐，目前國內大型鋼廠普遍采用的爐前三大機為液壓驅動型，但更換開口機鉆頭、鉆桿和泥炮機裝泥這兩項工序還是依靠人工完成，要實現這兩項工序的自動化控制需配備自動換釬機和炮泥裝填機，目前國際上已經有換釬機和泥炮裝填機這種成套設備，如增加圖像識別技術用于判斷鉆桿的平整度，并且結合鉆孔速度判斷鉆頭的磨損程度作為聯鎖條件，配備自動換釬機可實現開口過程中的全自動控制；另外增設炮泥裝填機，結合工序及設備聯鎖條件也可實現泥炮機的全自動控制。
在爐前三大機單機控制程序的基礎上結合工藝生產順序以及三大機的設備動作關系、設備位置信號編寫相應的邏輯控制程序可實現三大機的全自動控制。
（2）爐前擺動流槽實現全自動控制。
擺動流槽的控制過程是對應鐵線鐵包到位后，并且鐵包包蓋打開后由爐前操作工現場通過操作手柄操作設備運行到固定角度，全自動控制的邏輯為采集鐵包到位信號，到位后執行包蓋打開程序，自動開啟鐵包包蓋，包蓋打開到位后，擺動流槽根據預設角度運行到該角度做好接鐵準備（角度值可通過編碼器采集獲取），采集鐵包稱值及鐵水液位計信號（雙重聯鎖），根據稱值及液位判斷鐵包是否接滿（規定值）鐵水，接滿后擺動流槽自動擺置另外一條鐵線，向提前做好接鐵準備的鐵包繼續裝鐵，當出鐵口出鐵結束堵眼完成后，擺動流槽運行至設定的大角度將流槽內殘余鐵水放凈，放凈后回到0°水平位置。至此，擺動流槽自動控制流程完成。
（3）鐵包加蓋系統的全自動控制。它的實現需要采集鐵包到位信號、爐前允許出鐵信號、擺動換線信號以及出鐵結束信號，鐵包到位后自動執行打開包蓋操作，收到擺動換線信號以及出鐵結束信號后自動執行關閉包蓋操作。
（4）整合各系統上位監控畫面，根據爐前出鐵全流程實時觀察爐前各系統設備狀態，可執行全流程自動控制（一鍵出鐵），也可取消全流程自動控制，單獨對各系統或單體設備進行控制（如遇某環節聯鎖信號異常可單獨控制設備以確保生產工作正常進行）。
（5）各系統安裝配套視頻監控，用于監控現場設備實際運行狀態。
基于現場設備的無人化操作要求，現場增加高清視頻監控，對重點區域及設備運行實施遠程監控是必不可少的。爐前三大機區域、擺動流槽區域、鐵包加蓋區域安裝高清監控攝像機，全具備變焦旋轉可調功能。在爐底每條鐵線增加高清監控攝像機，用于監控爐底區域設備運行狀況；在出鐵場平臺擺動流槽處增加監控攝像機，每一個出鐵場對應一套，供操作人員實時監控擺動流槽運行狀態；在每個出鐵口增加一套防爆型耐高溫高清監控攝像機，用于監控爐前三大機設備運行情況，在高爐出鐵場平臺增加高清監控攝像機，用于全面監控出鐵場平臺生產情況，實現出鐵場平臺全方位監控。以上監控畫面全部傳至主控操作室的監控大屏上供生產人員實時監控。
5 總結
基于以上功能的實現，結合生產工序邏輯順序，提前根據生產要求設定好鐵包裝鐵量、開口深度、打泥量等參數，是可實現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鍵一步。
參考文獻
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