智能測控系統在高爐開口機和泥炮的應用

尹愛民，王明智，任海宙

（山西安泰集團股份有限公司，山西晉中 030600）

0 引言

近年來隨著科學技術的不斷進步，我國高爐爐前設備已經達到先進水平，同時爐前設備作為高爐出鐵的重要組成部分，對高爐安全穩定運行有舉足輕重的作用：開口機的穩定運行保證鐵口的準確打開，確保出鐵的準點以及開口深度的準確測量；液壓泥炮可靠、穩定運行關系鐵口能否正常堵住、能否保持正常深度以及打泥量的精準測量，關系到高爐能否高效生產。

山西新泰鋼鐵有限公司使用的開口機、液壓泥炮，由桂林桂冶穿孔機械有限公司制造，分別安裝在高爐出鐵口兩側，由一套相應的液壓站來提供動力。開口機和泥炮工作時都置于大壕之上，這使得它們長時間處于高溫環境中運行，所以工作時操作人員會往它們上面噴水來降溫。但是，開口機和泥炮均未安裝檢測鐵口深度以及打泥量的檢測設備，只能靠經驗和人為觀察判斷這些數據，這也是國產設備普遍存在的問題。而購買進口設備則價格將是國產設備的數倍，如何打破進口設備的束縛及壟斷，已經成為各大冶金設備廠家和鋼鐵企業研究的課題。

1 開口機和泥炮的工藝

（1）泥炮工作過程：高爐出鐵完畢之后，用泥炮在高壓下把耐火泥壓人鐵口，把鐵口封住→待下一次出鐵時，再用開口機對鐵口中的炮泥鉆孔→打開鐵口，鐵水流出。

（2）開口機由三大部分組成：機身回轉部分，作用是將開口機機身轉到鐵口前并對準鐵口；小車行進部分，液壓馬達驅動開口機小車行進，將開口機鉆桿推進鐵口并使鉆桿對鐵口炮泥產生壓力；鉆桿旋轉和振打部分，作用是在鉆桿對鐵口炮泥產生壓力的情況下，鉆桿不斷旋轉或旋轉加振打，盡可能快速地打開鐵口。

（3）開口機的工作過程：從靜止位開始，旋臂向前旋轉→到達工作位，小車前進到測量位，開始鉆孔，直至鐵口鉆通→小車后退，旋臂向后到靜止位。

2 開口機及泥炮監測現狀

2.1 開口機鐵口深度監測現狀

目前KD-ⅡA（GXTA）型同側式全液壓開鐵口機由桂林桂冶穿孔機械有限公司生產，在使用過程中只能實現打開鐵口并不能在線實時顯示所鉆鐵口深度，這就給爐前操作帶來很大難度。傳統的檢測鐵口深度的方法是，爐前工人在開口機上方人為設置很多的標尺（由于各個生產廠條件不同，這些標尺制作時誤差比較大），讀取時全靠人工讀取，也會造成一定誤差。由于以上因素造成鐵口深度不準確，不但對爐前操作帶來很多問題，同時對爐內操作造成很多麻煩，嚴重影響高爐的穩產、高產。

2.2 泥炮打泥量監測現狀

目前KD100 型液壓泥炮由湖北福田液壓氣動股份有限公司生產，在使用過程中不能在線實時顯示所用打泥量，完全依靠泥炮后面的重錘式打泥行程指示器來判斷，由于泥炮的現場工作環境惡劣、煙塵大，所以人為很難準確地判斷打泥量，這就給爐前操作帶來諸多不便，嚴重制約爐前作業。

3 智能測控系統解決方案

3.1 開口機的工作原理

鉆沖小車上裝有液壓鑿巖機，液壓鑿巖機緊固在鉆沖小車上，小車上裝有4 個行走車輪，沿行走軌梁槽鋼的下椽行走。依靠行走軌梁尾部上方送進機構驅動裝置帶動鏈條并通過鏈條牽動鉆沖機構（或行走小車）行走。通過調節送進機構驅動裝置上的液壓油馬達供油的流量，可實現鉆沖小車的慢進和快退；通過不斷觀察，發現鉆沖小車在剛起步時速度比較快，當開始接觸炮泥并直線沖打，破碎炮泥時速度就會變慢，此時開始記錄數據說明是鐵口深度初始值，當一根鉆桿退火或燒毀退出時這時記錄鐵口兩次深度，在更換新鉆桿后鉆沖小車在剛起步時速度還是比較快，當到達兩次深度位置時，鉆沖小車速度就又會變慢。以此類推，當炮泥被鉆透時鉆沖小車速度就又會變快，此時記錄最終數據，用最終數據減去起始數據就是鐵口深度。團隊成員也就是利用鉆沖小車速度的變化來記錄各個階段的數據，并且將這些數據進行處理，最終測算出鐵口深度。

所以在行走軌梁尾部上方送進機構驅動裝置上安裝編碼器，編碼器信號送入西門子S7-200 模塊中，再通過電腦編程進行測算，數據最終顯示在中控室的電腦顯示器，給高爐操作提提供數據支撐及依據。

3.2 泥炮工作原理

液壓泥炮的作用是在高爐即將出鐵完畢、鐵口來風時，打泥機構油缸的活塞桿固定，油缸運動，推動泥缸活塞前進。旋轉油缸動作旋轉，炮口對準鐵口并將泡泥快速打進鐵口通道，完成堵口操作。為有效地防止炮泥落到油缸活塞桿上，在油缸座上裝有擋泥環漏泥孔，傳統的打泥量就是靠炮身尾部安裝的滑輪重錘式打泥行程指示器來觀察，其原理就是油缸帶動鋼絲通過滑輪把位置信號傳遞出來，用以顯示打泥量。由于采用了動、靜滑輪組來傳遞打泥量，所以鋼絲行程指針的全行程為打泥活塞全行程的1/3。

團隊成員利用炮身尾部的行程指示器的原理，并在此基礎上安裝線性位置傳感器，通過行程指示器拉動線性位置傳感器從而把打泥量信息傳遞給傳感器，傳感器再通過變送器把這一信息轉換成電流信號并送至PLC，這樣就可以通過電腦編程進行計算，把最終數據顯示在中控室的電腦顯示器上，給高爐操作提供數據支撐及依據。

3.3 電纜高溫運行冷卻技術解決方案

由于開口機和液壓泥炮長時間處于高溫區運行，為了讓以上方案順利實施，必須解決電纜在高溫區的正常使用。通過不斷試驗研究，最終研制風冷電纜防護金屬軟管，成功解決這一難題：在使用時金屬軟管中間穿電纜，電纜兩端填充膠圈并用金屬卡扣固定，金屬軟管始端和未端端頭側面接入氮氣，通氮氣后起到冷卻作用，氮氣在泥炮旋轉到鐵口區域時開啟，退出鐵口區域時關閉。該項工藝技術達到國內先進水平。

4 結束語

智能測控技術在高爐開口機泥炮上的應用，是高爐的一項重大突破，不僅打破原有鐵口深度和打泥量靠經驗判斷的問題，還實現了在線實時顯示鐵口深度和打泥量，打破進口設備的束縛及壟斷，為國產設備升級改造提供技術支持，同時也為高爐生產及高爐操作提供數據支撐。目前，該裝置已經在山西新泰鋼鐵有限公司成功應用，效果非常好，值得推廣。