高爐鐵水智能取樣測溫系統(tǒng)簡述

張西周，李大安

(寶鋼集團(tuán)八鋼公司設(shè)備工程部)

引言

高爐爐膛內(nèi)的鐵水溫度是反映高爐內(nèi)部爐熱水平的一個重要變量[1]，同時爐前鐵水測溫取樣也是高爐出鐵品質(zhì)控制的重要手段，因此準(zhǔn)確測定鐵水溫度和鐵水實時取樣分析是確保高爐鐵水品質(zhì)的重要手段。目前國內(nèi)高爐鐵水測溫普遍采用插入式熱電偶測溫的方法，該方法測溫準(zhǔn)確性高，但是需要人工進(jìn)行測量且不能連續(xù)性測量，而且存在工作環(huán)境差、危險性高等問題[2]。也有采用紅外輻射式或光耦合式原理進(jìn)行的連續(xù)性測溫方式，這種測溫方式雖然減輕了工人勞動強度，但出鐵水時煙氣、粉塵彌漫，測溫準(zhǔn)確性大大降低，且測溫同時仍需要人工進(jìn)行取樣，此種方式未能實現(xiàn)爐前測溫取樣總體的無人化和智能化。

目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的自動化和智能化制造技術(shù)在煉鋼和連鑄等后段工序應(yīng)用較多，在煉鐵工序應(yīng)用較少，以國內(nèi)某知名鋼鐵企業(yè)為例，高爐爐前智能化技術(shù)僅應(yīng)用在自動化加炮泥和開口機自動換釬等。筆者認(rèn)為，國內(nèi)高爐自動化和智能化技術(shù)應(yīng)用有很大發(fā)展空間，文章介紹一種高爐鐵水智能取樣測溫系統(tǒng)，即采用移動執(zhí)行系統(tǒng)代替人工插入式熱電偶測溫和插入式取樣棒取樣的方式，通過采用爐前測溫取樣新技術(shù)，綜合提升高爐爐前智能化水平。

1 智能取樣測溫工藝流程

智能取樣測溫移動執(zhí)行系統(tǒng)，由系統(tǒng)攜帶測溫?zé)犭娕己腿悠鳎凑砧F水生產(chǎn)流程和節(jié)奏，自動移動到出鐵口進(jìn)行測溫取樣。

工藝流程：(1)移動執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)鐵流信號按照固定路線移動至鐵水測溫取樣點；(2)執(zhí)行機構(gòu)將取樣槍或測溫槍從彈倉中取出，根據(jù)程序指令插入到鐵水液面以下，根據(jù)程序指令將測溫取樣槍投放到鐵水中；(3)測溫工作。執(zhí)行機構(gòu)通過前端激光測距傳感器檢測自身定位偏差并修整測量程序，完成鐵水溫度測量過程，獲得的溫度數(shù)據(jù)通過無線通訊上傳，并在大屏幕上并進(jìn)行語音播報，同時中控系統(tǒng)記錄溫度信息；(4)取樣工作。執(zhí)行機構(gòu)按照設(shè)定路徑完成取樣動作，將取樣棒端部放置在冷卻水中滅火冷卻后，在破樣裝置內(nèi)完成破碎，鐵樣自動掉落在樣品盒中。機器人將剩余取樣棒推入到鐵水中銷毀；(5)系統(tǒng)整體完成測溫取樣工作，移動到初始充電位置，等待人工將鐵樣取走。

智能取樣測溫系統(tǒng)工作流程見圖1。

圖1 智能取樣測溫系統(tǒng)工作流程圖

2 移動執(zhí)行系統(tǒng)各組成部分的重要功能

移動執(zhí)行系統(tǒng)主體為AGV移動平臺和機器人執(zhí)行器兩部分，輔助部分為破樣裝置、測溫和取樣快換裝置、測溫棒和取樣棒彈艙、自動充電裝置和控制通訊系統(tǒng)等。移動測溫取樣執(zhí)行系統(tǒng)將機器人的運動控制技術(shù)、AGV導(dǎo)航定位技術(shù)、無線通訊技術(shù)和多傳感器融合技術(shù)相結(jié)合完成數(shù)據(jù)采集，并采取智能化算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化和預(yù)測分析，綜合實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)過程自動化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)字化、生產(chǎn)管理可視化等效果。移動執(zhí)行系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)見圖2。

圖2 移動執(zhí)行系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)

(1)AGV移動平臺。AGV移動平臺具備路徑規(guī)劃、目標(biāo)導(dǎo)航以及slam的能力[3]，還要考慮承載能力和環(huán)境適應(yīng)性，所有部件布局時按特殊工作環(huán)境做保護(hù)處理和隔熱處理，周圍采用隔熱500度以上空間隔熱板，主體框架采用材料為Q235A的方鋼和鋼板焊接而成。主驅(qū)動采用伺服舵輪結(jié)構(gòu)，包含驅(qū)動結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機構(gòu)，解決機器人行走和轉(zhuǎn)向功能。

(2)導(dǎo)航系統(tǒng)。移動平臺導(dǎo)航方式考慮爐前惡劣的環(huán)境情況和導(dǎo)航精度要求，采用激光slam技術(shù)和磁釘導(dǎo)航[4]結(jié)合的方式。激光slam導(dǎo)航用于移動平臺在爐前行走的定位和路徑規(guī)劃主策略，輔助完成避障功能，磁釘用于在關(guān)鍵點位的精確定位，確保移動平臺在爐前窄小空間的運動準(zhǔn)確性和安全型。

(3)執(zhí)行系統(tǒng)和快換裝置。執(zhí)行系統(tǒng)采用了一臺六軸機器人，高自由度機器人可以滿足測溫取樣過程對執(zhí)行系統(tǒng)靈活性的要求和可編程性要求。機器人前端安裝快換裝置，隨意完成測溫探頭和取樣探頭的切換。

(4)測溫棒和取樣棒彈艙。測溫棒和取樣棒彈艙是為了配合移動執(zhí)行系統(tǒng)自動更換一次性的測溫棒和取樣棒所設(shè)計的輔助裝置，通過人工一次性上料后，自動配合移動執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行測溫棒和取樣棒送料，可實現(xiàn)計數(shù)和缺料狀態(tài)報警等功能。測溫棒和取樣棒彈艙見圖3。

圖3 測溫棒和取樣棒彈艙

3 結(jié)語

高爐鐵水取樣測溫智能化前，取樣過程中通過觀察和人工測溫判斷鐵水實時溫度，依靠人工直接觀察高溫鐵水的理化特征評判硅含量乃至物理熱及化學(xué)熱，難免會出現(xiàn)人為誤差，同樣，使用人工測溫，工作勞動強度大，操作難度高，容易產(chǎn)生測量誤差。

目前高爐鐵水智能化測溫取樣系統(tǒng)已在八鋼第一煉鐵分廠使用，總體上實現(xiàn)了高爐平臺測溫取樣自動化和智能化，有效完成了高爐前人流、物流和移動平臺流動三者之間的有機結(jié)合，提升了高爐爐前的工作環(huán)境形象，減輕了爐前工人的工作強度，解決了爐前工作的安全性和可靠性問題，提高了爐前測溫取樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

高爐鐵水測溫取樣智能化是鋼鐵廠高爐智慧化[5]發(fā)展的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)的實際應(yīng)用將極大促進(jìn)高爐爐前智能化水平。