马宁¹  王欣¹  张少伟²  孙超²

（1.唐山首信自动化信息技术有限公司  唐山063000；2.首钢京唐公司  唐山063000）

摘要：近年来，以5G移动互联网、大数据、云计算、物联网、智能制造等新技术为代表的新一代信息技术迅猛发展，正在推动产业模式与竞争格局的改变。随着炼铁设备智能化发展要求和《中国制造2025》发展要求，国内外钢铁行业目前在向全流程自动化、智能化方向发展，而目前京唐高炉炉前出铁作业还在采取人工手动控制单体设备的作业模式，无法充分发挥先进设备的作业效率，设备控制水平和生产方式已经严重制约了公司高水平的发展，这就需要我们尽快对设备性能进行改善，提高生产操作的自动化程度，并逐步向智能化方向发展。

关键词：全自动控制；智能化；一键出铁

1  概述

炉前出铁所包含的系统设备包括炉前三大机系统、摆动流槽系统、铁包加盖系统、铁水称重系统（轨道衡系统），这些系统的运行均是通过一级PLC控制实现，其中炉前三大机、摆动流槽、铁包加盖设备的控制都是通过现场操作台（操作箱）进行操作。

开口机、泥炮机、移盖机均为全液压驱动，开口机包含旋转、提升、进给、钻孔、锤打击、水冷风冷等功能。可实时检测数据包括：出铁口深度、钻孔速度、设备位置及各设备动作压力等参数。

开口机

泥炮机包含旋转（推-弹同步）、保压、打泥功能，并且可按照预设泥量和打泥速度完成出铁口堵眼。此外，泥炮机还具有实时检测旋转压力、打泥压力、打泥量、打泥速度和设备位置的功能。

泥炮机

移盖机包含横向移动和提升、下降功能，可实时检测各项运行压力，并通过接近开关检测判断移盖机运行位置。

移盖机

摆动流槽为电机驱动、抱闸制动控制方式，通过现场操作手柄进行操作，人工通过现场机械刻度指针判断摆动流槽运行位置。

铁包加盖主要用于对铁包内铁水进行保温，减少铁包运输过程中的热值损耗，它也是通过人工操作现场操作箱来控制设备的运行。

铁水称重系统用于检测车架、铁包以及铁水的重量，其中置皮（确定车架+铁包的重量）、置毛（确定车架+铁包+铁水的重量）需要人工操作完成。

2  现阶段高炉炉前出铁的全流程

首先对应出铁场的铁包就位，就位后运输岗位人员告知炉前操作工，炉前操作工确认铁包到位后反馈给运输岗位人员收到铁包到位的通知，然后炉前操作工通过现场的铁包加盖系统操作台操作打开铁包包盖，包盖打开到位后，做好接铁准备，并对该铁包进行置皮操作，保存该铁包初始重量数据，然后炉前操作工通过现场控制手柄操作炉前摆动流槽运行到规定角度，做好向铁包内放铁的准备，炉前工接到炉内工长要求开始出铁的通知后，通过现场操作台操作开口机进行出铁口开孔作业，期间钻杆和钻头的更换依靠人工判断和完成，开口机钻孔作业完成后，开口机退回原位，操作工操作沟盖机将沟盖移至主沟，降低铁水喷溅对设备及现场环境产生的影响；当高炉下方铁线上的铁包接满铁水后，现场看沟工操作摆动流槽运行至对应另外一条铁线的规定角度，向提前准备好的另外一条铁线上的铁包内放铁，第二个铁包开始接铁后，看沟工操作第一个铁包盖上包盖，并对该铁包进行置毛操作，保存接满铁水后的铁包重量，然后该铁包由运输岗位人员运输至下一工艺环节，如此循环往复，到出铁末期出铁口铁水出净后，沟盖机将沟盖移至原位，炉前工操作泥炮机完成出铁口堵眼操作，堵眼结束后，泥炮机退回原位，由人工向泥炮机内补充炮泥，待下一次堵眼使用，至此，一个出铁口的出铁全流程基本完成。

3  炉前出铁作业人工操作存在的问题

人员投入成本大，操作技能要求高，操作流程复杂、操作设备多，劳动强度大且操作过程容易出现错误；各种设备操作联系确认复杂，人工操作设备作业效率低，尤其出铁时作业区标准无法准确统一。炉前出铁手动作业操作需要炉前工常年待在现场，长期处于高温、粉尘等工作环境，严重影响身体健康，同时在作业过程中易发生安全事故对职工人身安全造成严重影响。为突破行业瓶颈，解决以上问题，如何将目前的人工控制出铁实现为自动控制出铁，即一键出铁，同时为下一步的智慧炼铁奠定基础，是当前冶金自动化行业亟待解决的问题。

4  实现一键出铁的基本条件

（1）炉前三大机实现全自动控制。

实现炉前三大机的全自动控制需要设备动作之间有全面、准确的逻辑判断关系，并且需要有功能强大的硬件支撑，目前国内大型钢厂普遍采用的炉前三大机为液压驱动型，但更换开口机钻头、钻杆和泥炮机装泥这两项工序还是依靠人工完成，要实现这两项工序的自动化控制需配备自动换钎机和炮泥装填机，目前国际上已经有换钎机和泥炮装填机这种成套设备，如增加图像识别技术用于判断钻杆的平整度，并且结合钻孔速度判断钻头的磨损程度作为联锁条件，配备自动换钎机可实现开口过程中的全自动控制；另外增设炮泥装填机，结合工序及设备联锁条件也可实现泥炮机的全自动控制。

在炉前三大机单机控制程序的基础上结合工艺生产顺序以及三大机的设备动作关系、设备位置信号编写相应的逻辑控制程序可实现三大机的全自动控制。

（2）炉前摆动流槽实现全自动控制。

摆动流槽的控制过程是对应铁线铁包到位后，并且铁包包盖打开后由炉前操作工现场通过操作手柄操作设备运行到固定角度，全自动控制的逻辑为采集铁包到位信号，到位后执行包盖打开程序，自动开启铁包包盖，包盖打开到位后，摆动流槽根据预设角度运行到该角度做好接铁准备（角度值可通过编码器采集获取），采集铁包称值及铁水液位计信号（双重联锁），根据称值及液位判断铁包是否接满（规定值）铁水，接满后摆动流槽自动摆置另外一条铁线，向提前做好接铁准备的铁包继续装铁，当出铁口出铁结束堵眼完成后，摆动流槽运行至设定的大角度将流槽内残余铁水放净，放净后回到0°水平位置。至此，摆动流槽自动控制流程完成。

（3）铁包加盖系统的全自动控制。它的实现需要采集铁包到位信号、炉前允许出铁信号、摆动换线信号以及出铁结束信号，铁包到位后自动执行打开包盖操作，收到摆动换线信号以及出铁结束信号后自动执行关闭包盖操作。

（4）整合各系统上位监控画面，根据炉前出铁全流程实时观察炉前各系统设备状态，可执行全流程自动控制（一键出铁），也可取消全流程自动控制，单独对各系统或单体设备进行控制（如遇某环节联锁信号异常可单独控制设备以确保生产工作正常进行）。

（5）各系统安装配套视频监控，用于监控现场设备实际运行状态。

基于现场设备的无人化操作要求，现场增加高清视频监控，对重点区域及设备运行实施远程监控是必不可少的。炉前三大机区域、摆动流槽区域、铁包加盖区域安装高清监控摄像机，全具备变焦旋转可调功能。在炉底每条铁线增加高清监控摄像机，用于监控炉底区域设备运行状况；在出铁场平台摆动流槽处增加监控摄像机，每一个出铁场对应一套，供操作人员实时监控摆动流槽运行状态；在每个出铁口增加一套防爆型耐高温高清监控摄像机，用于监控炉前三大机设备运行情况，在高炉出铁场平台增加高清监控摄像机，用于全面监控出铁场平台生产情况，实现出铁场平台全方位监控。以上监控画面全部传至主控操作室的监控大屏上供生产人员实时监控。

5  总结

基于以上功能的实现，结合生产工序逻辑顺序，提前根据生产要求设定好铁包装铁量、开口深度、打泥量等参数，是可实现高炉炉前一键出铁的功能的，这也是高炉炉前出铁迈向智能化的关键一步。

参考文献

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[2]  钢铁制造流程智能制造与智能设计[J]. 颉建新;张福明.中国冶金,2019(02)

[3]  李国章. 某高炉炉前设备改造设计[D].南京理工大学,2013

[4]  我国炉前设备的技术进步和发展[J]. 惠展;鹿林.冶金设备,2019(03)