寶鋼湛江裝煤車的自動化

李明巖 張 帆 李 丹

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，湛江 524001）

煉鐵廠工序配備了兩座大型焦爐。生產移動設備包括推焦車、導焦車、裝煤車、有驅運載車以及無驅運載車，執行裝煤、推焦、導焦及運焦作業。其中，有驅運載車和無驅運載車已經實現無人作業，在高負荷作業過程中能夠滿足安全生產的需求。焦爐機車的自動化和少人化能夠提高作業效率和確保生產安全，是煉焦技術發展的必然結果[1]。本文介紹煉鐵廠機車的概況、裝煤車構成及運行實績，探討實現裝煤機車無人駕駛的相關問題。

1 機車概況

煉鐵廠煉焦單元一、二號焦爐分別于2015 年7 月與2016 年2 月投產，為4×65 孔JNX3-70-2 型復熱式單集氣管三吸氣管頂裝多段加熱焦爐。一、二號焦爐布置在同一條中心線上，年產干全焦約340 萬噸。焦爐配備推焦車、導焦車以及裝煤車各3 臺，為2 開1 備使用。操作者可以采用2-1 串序按照手動、單元自動方式操作炭化室。有驅動運載車和無驅動運載車各3 臺，也均為2 開1 備使用。1 臺驅動運載車和1 臺無驅動運載車搭配成1 個熄焦車組。正常生產時，2 套車組同時在線作業，提升為全自動無人作業模式。

2 裝煤車的自動化

裝煤車是焦爐機車中的車輛之一，執行煤塔接煤和焦爐裝煤的生產任務。裝煤車在焦爐爐頂上的軌道上運行，采用2-1 串序對焦爐進行操作，主要作用是從煤塔取煤經計量后按作業計劃將煤裝入炭化室，同收集裝煤過程中從裝煤孔溢出的煙氣導入固定的集塵干管，最后由地面除塵站進行除塵處理。設備作業為單元自動有司機操作，走行對位采用爐號識別自動對位系統[2]。

2.1 裝煤車的組成

7m 裝煤車采用兩軌門型結構，分為上下兩層平臺。其中，上層平臺主要用于觀察煤斗上口；下層平臺為主平臺，用于支撐和吊掛各部件和機構。煤斗、電控室、液壓室以及上升管操作裝置等布置在主平臺上[3]。司機室、夾套裝置、水平螺旋輸送機、電磁揭爐蓋裝置以及走行傳動裝置布置在主平臺下面。

2.2 裝煤車揭蓋裝置

煉鐵廠一、二期裝煤車取蓋裝置為S 軌道形式，長期在高溫明火烘烤環境下工作。爐頂爐蓋爐圈熱膨脹形變嚴重，導致S 軌道形式揭蓋機已經不能滿足自動揭蓋需求。原始揭蓋裝置如圖1 所示。

采用直上直下柔性揭蓋機能夠保證爐蓋開閉平整和輔助爐蓋澆泥設備有效使用。此裝置由導軌、平移架、升降架、揭蓋機以及液壓缸等組成。揭蓋機前部設有電磁鐵，后部設有液壓缸，二者通過拉桿相連，由液壓缸的伸縮驅動電磁鐵擺動實現爐蓋的搓動。揭蓋機通過彈簧機構吊掛在升降架上，可以減緩電磁鐵壓向爐蓋的作用力。平移架和升降架均由液壓缸驅動，通過二者的合成運動實現爐蓋的打開和關閉，可滿足車輛無人化作業[4]。直上直下揭蓋機如圖2 所示。

2.3 加煤口堵塞檢測裝置

裝煤車加煤口堵塞檢測裝置是在加煤口安裝探頭裝置，用溫度判定方法進行檢測。在取蓋機構側旁安裝紅外激光檢測器，探測每個加煤口，通過溫度判別加煤口蓋是否正常開啟和加煤口是否存在堵塞現象。

2.4 人-車防撞與車-車防撞的軟、硬件系統集成

采用毫米波雷達技術建立主動防碰撞系統，通過雷達掃描焦爐機車走行區域內人機實時信息，檢測車與人/障礙物/車的距離，通過檢測及計算得出車距及與異常障礙物或人的距離，從而保障人車安全。根據距離及趨勢聯鎖車輛報警、減速、制動等車輛動作，保障車輛全自動作業后人機安全，輔助車輛走行系統控制決策，避免車輛與周圍目標物發生碰撞，從而最大限度地改善車輛的主動安全性。

圖1 原始揭蓋機

圖2 直上直下揭蓋機

2.5 焦爐機械數字孿生系統

數字孿生系統采用數字化雙胞胎技術，充分利用物理模型、傳感器更新以及運行歷史等數據，在虛擬空間中完成映射，實現了焦爐機械設備實體向數字化模型的反饋，保證了數字化系統與物理實物的協調一致。該系統以三維方式實時動態顯示設備運行狀態，能夠以“飛行”“穿透”等視角全方位查看設備實時狀態，有利于設備管理[5]。

2.6 上升管自動開閉

取消裝煤車高壓安裝切換及水封座開閉功能，同時機車與上身管開閉機械結構完成脫開，利用信號連鎖控制上升管，減少人為干涉。

3 焦爐機車無人化面臨的問題

隨著設備水平的提高和自動化技術的發展，煉焦企業對焦爐機車自動化的研究越來越深。焦爐機車無人駕駛的實現主要面臨以下如下問題。第一，黑天、白天、雨天以及大霧天等運行模式切換。車輛無人生產作業時，環境和天氣對車輛運行具有制約性。例如，雨天模式下，車輛性能下降，走行軌道沾雨水后車輪會打滑，出現嚴重的對位偏差問題；大霧天攝像頭視線受阻等問題嚴重，影響無人化的實現。因此，必須重點解決不同環境下的運行模式切換問題。第二，機車輔助設備問題。在焦爐無人化中，輔助人員需要進行爐門封煙、爐頂封煙及揭蓋提前燒石墨等必須的常規輔助作業。輔助人員長期參與機車無人作業也存在諸多風險。減少輔助人員作業，配套相應的輔助設備，是無人化需要解決的重要問題之一。第三，設備穩定性。焦爐機車長時間使用會導致機車性能下降。由于焦爐長期在高溫和粉塵環境下作業，因此湛江地區大雨、高溫以及鹽霧等會影響機車自動作業信號連鎖和機械性能。

4 結語

煉鐵廠一、二期機車通過利用車輛自動對位系統和毫米波雷達技術對機械設備進行升級改造，全面提升了故障診斷系統的綜合性能，提高了焦爐機車各裝置動作的可靠性，增加了機車監測和各種保護運行系統，實現了湛江機車的自動化。