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(gè)重要變量[1]，同時(shí)爐前鐵水測(cè)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(cè)定鐵水溫度和鐵水實(shí)時(shí)取樣分析是確保高爐鐵水品質(zhì)的重要手段。目前國(guó)內(nèi)高爐鐵水測(cè)溫普遍采用插入式熱電偶測(cè)溫的方法，該方法測(cè)溫準(zhǔn)確性高，但是需要人工進(jìn)行測(cè)量且不能連續(xù)性測(cè)量，而且存在工作環(huán)境差、危險(xiǎn)性高等問(wèn)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(cè)溫方式，這種測(cè)溫方式雖然減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，但出鐵水時(shí)煙氣、粉塵彌漫，測(cè)溫準(zhǔn)確性大大降低，且測(cè)溫同時(shí)仍需要人工進(jìn)行取樣，此種方式未能實(shí)現(xiàn)爐前測(cè)溫取樣總體的無(wú)人化和智能化。

目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)的自動(dòng)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(guó)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(dòng)化加炮泥和開(kāi)口機(jī)自動(dòng)換釬等。筆者認(rèn)為，國(guó)內(nèi)高爐自動(dòng)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(cè)溫系統(tǒng)，即采用移動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)代替人工插入式熱電偶測(cè)溫和插入式取樣棒取樣的方式，通過(guò)采用爐前測(cè)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(cè)溫工藝流程

智能取樣測(cè)溫移動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，由系統(tǒng)攜帶測(cè)溫?zé)犭娕己腿悠?，按照鐵水生產(chǎn)流程和節(jié)奏，自動(dòng)移動(dòng)到出鐵口進(jìn)行測(cè)溫取樣。

工藝流程：(1)移動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)鐵流信號(hào)按照固定路線移動(dòng)至鐵水測(cè)溫取樣點(diǎn)；(2)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將取樣槍或測(cè)溫槍從彈倉(cāng)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(cè)溫取樣槍投放到鐵水中；(3)測(cè)溫工作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過(guò)前端激光測(cè)距傳感器檢測(cè)自身定位偏差并修整測(cè)量程序，完成鐵水溫度測(cè)量過(guò)程，獲得的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通訊上傳，并在大屏幕上并進(jìn)行語(yǔ)音播報(bào)，同時(shí)中控系統(tǒng)記錄溫度信息；(4)取樣工作。執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照設(shè)定路徑完成取樣動(dòng)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(dòng)掉落在樣品盒中。機(jī)器人將剩余取樣棒推入到鐵水中銷(xiāo)毀；(5)系統(tǒng)整體完成測(cè)溫取樣工作，移動(dòng)到初始充電位置，等待人工將鐵樣取走。

智能取樣測(cè)溫系統(tǒng)工作流程見(jiàn)圖1。

圖1 智能取樣測(cè)溫系統(tǒng)工作流程圖

2 移動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)各組成部分的重要功能

移動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)主體為AGV移動(dòng)平臺(tái)和機(jī)器人執(zhí)行器兩部分，輔助部分為破樣裝置、測(cè)溫和取樣快換裝置、測(cè)溫棒和取樣棒彈艙、自動(dòng)充電裝置和控制通訊系統(tǒng)等。移動(dòng)測(cè)溫取樣執(zhí)行系統(tǒng)將機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、AGV導(dǎo)航定位技術(shù)、無(wú)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)優(yōu)化和預(yù)測(cè)分析，綜合實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)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(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)見(jiàn)圖2。

圖2 移動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)

(1)AGV移動(dòng)平臺(tái)。AGV移動(dòng)平臺(tái)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(shí)按特殊工作環(huán)境做保護(hù)處理和隔熱處理，周?chē)捎酶魺?00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(dòng)采用伺服舵輪結(jié)構(gòu)，包含驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，解決機(jī)器人行走和轉(zhuǎn)向功能。

(2)導(dǎo)航系統(tǒng)。移動(dòng)平臺(tái)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(dòng)平臺(tái)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(diǎn)位的精確定位，確保移動(dòng)平臺(tái)在爐前窄小空間的運(yùn)動(dòng)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(tái)六軸機(jī)器人，高自由度機(jī)器人可以滿足測(cè)溫取樣過(guò)程對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)靈活性的要求和可編程性要求。機(jī)器人前端安裝快換裝置，隨意完成測(cè)溫探頭和取樣探頭的切換。

(4)測(cè)溫棒和取樣棒彈艙。測(cè)溫棒和取樣棒彈艙是為了配合移動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)自動(dòng)更換一次性的測(cè)溫棒和取樣棒所設(shè)計(jì)的輔助裝置，通過(guò)人工一次性上料后，自動(dòng)配合移動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)溫棒和取樣棒送料，可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和缺料狀態(tài)報(bào)警等功能。測(cè)溫棒和取樣棒彈艙見(jiàn)圖3。

圖3 測(cè)溫棒和取樣棒彈艙

3 結(jié)語(yǔ)

高爐鐵水取樣測(cè)溫智能化前，取樣過(guò)程中通過(guò)觀察和人工測(cè)溫判斷鐵水實(shí)時(shí)溫度，依靠人工直接觀察高溫鐵水的理化特征評(píng)判硅含量乃至物理熱及化學(xué)熱，難免會(huì)出現(xiàn)人為誤差，同樣，使用人工測(cè)溫，工作勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作難度高，容易產(chǎn)生測(cè)量誤差。

目前高爐鐵水智能化測(cè)溫取樣系統(tǒng)已在八鋼第一煉鐵分廠使用，總體上實(shí)現(xiàn)了高爐平臺(tái)測(cè)溫取樣自動(dòng)化和智能化，有效完成了高爐前人流、物流和移動(dòng)平臺(tái)流動(dòng)三者之間的有機(jī)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(qiáng)度，解決了爐前工作的安全性和可靠性問(wèn)題，提高了爐前測(cè)溫取樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

高爐鐵水測(cè)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(shí)際應(yīng)用將極大促進(jìn)高爐爐前智能化水平。