煉鐵高爐炮泥填裝自動化應用

劉 嘉，燕榮耀

（1.馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243000；2.上海寶信軟件股份有限公司，上海 201203）

引言

鋼鐵冶金是國民經濟支柱產業，其發展關系著中國經濟命脈，受到社會層面專家學者的高度重視。企業通過轉變觀念，借助大數據、人工智能、工業機器人等新興智能制造技術，對現有自動化系統進行智能改造和升級，來適應發展要求［1］。目前集中管控、遠程運維、專家系統、機器人及視覺識別、北斗導航、5G技術等是我國高爐煉鐵智能制造的發展方向［2］。沙鋼煉鐵廠通過管控中心集中管控操作，實現了煉鐵資源整合，全力實現煉鐵“低成本、高效率、全智能、更安全”的目標［3］。

1 現狀

馬鋼煉鐵廠爐前泥炮的炮泥填充采用人工裝填方式，每次堵口炮泥的使用量為400～600 kg，約40～60塊，中間需進行至少4次頂泥作業。每次裝填炮泥需2人配合，作業時間20 min左右，每天需作業10～12 次，合計人工搬運量為每天6 t。爐前加炮泥作業是高強度的體力勞動，惡劣的作業環境、高頻率的人機接觸，易造成人身傷害等事故的發生。

2 改造方案

使用工業六軸機器人代替人工完成炮泥的抓取和投放工作，在出鐵場平臺外側搭建鋼結構平臺安裝炮泥分離機，用于對噸袋炮泥的分離作業，同時將炮泥輸送裝置采用吊掛的方式與鋼結構平臺焊接，對分離后的炮泥進行輸送。分離后的炮泥通過輸送裝置到達機器人工作位，再由機械手完成炮泥的抓取和投放。為實現全流程無人化作業，在炮泥分離機末端、板鏈末端、機械手第六軸上分別集成安裝工業用耐高溫激光傳感器，并與爐前PLC 控制系統通訊聯鎖，實現炮泥自動分離、炮泥自動輸送、泥炮機自動開關蓋及自動頂泥等功能，改造后結構示意圖見圖1。

圖1 自動加炮泥系統改造后結構示意圖

2.1 系統組成

自動加炮泥裝置由裝載機器人、機器人多功能夾具、機器人行走小車、炮泥分離機構、傳送運輸機構、機器人防護裝置、電氣控制系統等設備組成。

2.1.1 裝載機器人

裝載機器人選用ABB 系列，能夠在現場高溫、高粉塵惡劣環境下長期工作，是自動加炮泥實現炮泥夾取、炮泥投放、檢測炮泥等一系列動作的主要執行機構。

2.1.2 機器人多功能夾具

通過設計制造專用的抓取工具，實現炮泥的接取及投放動作。該夾具同時安裝激光測距儀，進行泥炮的準確定位及建立工作坐標，檢測加泥口是否加滿狀態，同時帶有載荷檢測功能，檢測是否準確接取炮泥。

2.1.3 機器人行走小車

機器人行走小車由變頻電機驅動，該小車上裝有裝載機器人及多功能夾具，負責將裝載機器人在原位和工作位之間來回運輸。該小車配備抱閘剎車功能，保證機器人在運動過程中本體穩定性。機器人系統示意圖見圖2。

2.1.4 炮泥分離機構

放置在炮泥分離區，由多級電機控制輥道層層分離，將來料不規則炮泥逐個分離，便于后續裝載機器人的準確識別及抓取。

2.1.5 傳送運輸機構

該機構由鏈板及控制電機組成，負責將炮泥分離機構分離好的炮泥傳輸至裝載機器人工作區域。2.1.6 電氣控制系統

自動加炮泥裝置主控PLC 柜內包含PLC 單元、主控開關、變壓器、直流電源、空氣開關、接觸器、繼電器等，同時配備西門子觸摸屏供現場操作人員自動加炮泥控制使用。

2.2 工藝布置

由于目前能夠安裝的空間狹小，自動加炮泥裝置需要保證不與泥炮運動旋轉的空間發生干涉。根據生產工藝和現場場地布局，規劃分為三個工作區域：炮泥分離區、機器人待機位和炮泥裝填區。

炮泥分離區為炮泥分離機構的固定安裝位置，由行車將來料炮泥投放至料斗中，并將來料炮泥進行逐個分離并傳送至炮泥裝填區。

機器人待機位為機器人小車原位等待區，在非加泥狀態時，機器人及小車退回到該位置，為泥炮運動旋轉避讓空間。

炮泥裝填區為裝載機器人及機器人小車的主要工作區域，執行泥炮的開蓋、檢測、加泥、關蓋等主要工作。高爐自動加炮泥設備布置圖見圖3。

圖3 高爐自動加炮泥設備布置圖

2.3 工作流程

自動加炮泥裝置工作步驟見表1。

表1 自動加炮泥工作步驟表

3 應用效果

改造完成后可實現一鍵自動加炮泥作業，包括無序炮泥的自動分離、一鍵開蓋、加泥、頂泥、關蓋等，提升了爐前作業的自動化水平，減少了人機接觸頻率，提升無人化指數。設備上線后平均每爐加泥時間在20 min 以內，且機器人、爐前設備與操控中心協同，助力煉鐵總廠實現“綠色發展、智慧制造”新高度。

4 結束語

通過一系列自動化設備及智能化控制實現爐前自動化、智能化作業模式，從而減少人工作業帶來的差錯及風險、優化人力資源配置、提高生產效率、降低運營成本。隨著科學技術的進步，采用信息化手段、智能化裝備來代替人工作業是未來趨勢，滿足了工廠信息化和智慧制造的要求。