轉爐氧槍“一鍵移槍”的設計與應用

李永林，彭李偉，陳 斌

（紅河鋼鐵有限公司，云南 蒙自 661100）

1 背景

氧槍是煉鋼的關鍵設備之一。在轉爐冶煉過程中，氧槍易受到粘鋼、燒槍、漏水以及槍齡等因素的影響，因此需及時快速在線更換備用氧槍，以保證設備安全和生產的連續(xù)性。但是，目前有部分鋼廠采用傳統(tǒng)的人工現(xiàn)場移槍方式，整個流程耗時過長。以某鋼廠為例，從電工接到調度室通知到滿足下槍吹煉條件，耗時約12min。若有通知不及時、過程中稍有延誤等情況的發(fā)生，將對轉爐與連鑄的銜接工序造成嚴重影響，甚至多次發(fā)生銜接困難而導致連鑄停澆的生產事故，造成了較大的經濟損失，提高了企業(yè)生產成本。隨著煉鋼生產節(jié)奏的加快，存在的狀況尤為突出，迫切需要解決該問題。

2 移槍耗時過長的因素

某鋼廠有A、B氧槍，互為備份。為了解決氧槍移槍流程中暴露的設計缺陷，結合工藝現(xiàn)狀，認真分析了當氧槍發(fā)生異常時，包括但不限于槍齡到達壽命、粘鋼嚴重、燒槍、漏水、漏氣等情況導致需要換槍且耗費時間過長的多個因素。以A槍備用、B槍在用狀態(tài)為例，主要為以下幾個方面。

（1）T1：操作工—調度室—電工的通知傳達時間，約50s。

（2）T2：電工到達轉爐車間，再爬樓到34m塔樓平臺，確認現(xiàn)場安全后到操作箱旁的時間，約480s。

（3）T3：電工機旁操作氧槍油缸松開到位且B槍從工作位移動到其待機位的時間，約85s。

（4）T4：緊接著，電工操作A槍從待機位移動到工作位且油缸夾緊到位的時間，約85s。

（5）T5：B槍移到位后，現(xiàn)場進行選槍轉換，約5s。

（6）T6：B槍下降到待吹點的位置，約15s。

分析各階段耗時數據，如表1所示。

表1 各階段耗時數據

從表1中得知，整個更換備用槍的流程，主要由6個階段組成，總時間為

計算得知，T=720s，即從操作工通知更換備用槍開始到可以再次吹煉，耗時約12min。其中，耗時過長主要為第2～4階段，分別占據了整個時長的66.67%、11.81%、11.81%，也就是說，這三個階段耗費了整個換槍時間12min的99.29%，是耗時過長的主要因素。因此，需要從這3個關鍵階段入手，想方設法降低換槍總時間，以達到在用槍與備用槍實現(xiàn)快速更換的目的。

3 解決方案和思路

經過分析研究，若最耗時的3個階段通過PLC程序實現(xiàn)自動控制，只需操作工在主控室“一鍵移槍”，那么電工將不再需要耗費數分鐘到塔樓現(xiàn)場人工手動操作。PLC系統(tǒng)邏輯判斷并控制驅動電機自動移開工作槍，換上備用槍，能大大提高換槍的流程效率，達到“一石三鳥”的效果。實現(xiàn)遠程一鍵操作的自動化控制，可以從根本上有效解決此“心病”。

安全無小事，為了確保設備和人身安全，需要在氧槍小車平臺安裝高清攝像頭，用于實時監(jiān)控現(xiàn)場畫面并引入主控室，確保在氧槍出現(xiàn)異常需要更換備用槍時，能第一時間觀察到現(xiàn)場是否有人正在工作，確認安全后方可操作。

兼顧安全和效率的考慮，為了最大限度地降低A、B槍快速換槍的時間，設計在B槍“工作位→待機位”運行時，A槍同時啟動“待機位→工作位”的動作，兩小車裝置朝著相同方向同時位移，還能節(jié)約一部分時間，如圖1所示。過程中，對橫移驅動電機故障進行監(jiān)測，任何一臺有異常，則立即中斷A、B槍橫移小車電機的運行并有故障反饋，以便操作工及時發(fā)現(xiàn)問題并通知維檢人員進行故障排查。

圖1 氧槍橫移裝置圖

為了確保特別情況下的正常使用，圖1的各階段除了具備聯(lián)動功能，還要求能遠程對單體設備進行手動的獨立操作。

4 信號采集、程序編程和畫面組態(tài)

為實現(xiàn)自動移槍，要對涉及的設備進行PLC程序編程。基于ABB AC800F控制系統(tǒng)的環(huán)境編寫，需要的布爾量信號和部分新建全局變量如表2所示。

表2 變量數據表及圖例

4.1 程序的編寫

通過高清攝像頭畫面查看氧槍平臺是否有人工作，確認現(xiàn)場安全后進行下一步操作。參照圖1中的標注進行說明，PLC自動控制的技術方案的具體操作步驟如下。

步驟1：執(zhí)行“一鍵移槍”操作，程序自動檢測并對比當前氧槍高度。若當前高度H2低于換槍高度H1（即H2＜H1），則自動輸出提升指令，對氧槍進行提升；當H2≥H1時，氧槍達到換槍點后則自動停止提槍。

步驟2：滿足換槍點及其以上，程序自動控制松開氧槍油缸到1位置，緊接著B槍裝置7帶動6工作，小車向B槍待機位5移動，當感應到限位5后，驅動裝置停止運行。

步驟3：在步驟2開始時，還處在待機位的A槍驅動電機也開始工作，朝著工作位4的方向橫移，移動到位置4后停止，緊接著自動鎖定氧槍至油缸夾緊信號2位置。

步驟4：步驟3到位3s后，若無系統(tǒng)故障提示，下一步也無需人工干預，自動執(zhí)行在線選槍指令并降槍至等待點。

在此自動控制過程中，不管哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，為確保設備和人身安全，系統(tǒng)都將有故障警告并自動停止設備運行，直到故障排除。

PLC程序（部分）如圖2所示。

圖2 PLC程序圖（部分）

在A或B槍運行的過程中，均能實時監(jiān)測其左移、右移的工作狀態(tài)，防止小車同時對向而行。若發(fā)生異常，則自動告警。為防止兩架橫移裝置發(fā)生“追尾”，在裝置圖1的8位置有防撞檢測開關，當距離過近時，系統(tǒng)會啟動聯(lián)鎖保護功能，從而切斷兩臺驅動電機輸出，同時，操作方式由自動轉為手動，以便設備單動操作，防止故障處理過程中突發(fā)意外。

4.2 DigiVis畫面組態(tài)

組態(tài)畫面使用Freelance 2000 V7.1標準軟件完成。最終的操作界面如圖3所示。

圖3 “一鍵移槍”操作界面

操作工在選擇油缸和橫移小車集中控制后，根據當前在用槍進行“一鍵操作”。若在用B槍，則點擊“一鍵移開B用A”按鈕，整個流程進入無人干預環(huán)節(jié)。所需氧槍夾緊到位后，系統(tǒng)還會執(zhí)行自動選槍并下槍到等待點的指令。

5 “一鍵移槍”功能效果

此項改造實現(xiàn)遠程自動化控制以后，取得了極其顯著的效果。時間效率得以極大提高，為生產順行創(chuàng)造了有利條件，如表3所示。

表3 改造前后效果對比

據表3中的數據得知，原耗時720s，改造后，只需138s，節(jié)約時間9.7min。隨著轉爐生產日益加快的節(jié)奏，所“搶”出來的時間極其寶貴，將為鋼產量的進一步提高夯實基礎，有時間、有空間讓經濟效益更上一個新臺階。

以某鋼廠2018年數據為例，日均產量4300t，冶煉耗時24min/爐，氧槍需移槍在線更換總計518次，其中，冶煉中緊急更換的次數達179次。在實現(xiàn)“一鍵移槍”后，則可以節(jié)約時間：179×9.7÷60÷24=1.21d。節(jié)約下來的時間，保守估算每年可多產5200t鋼，能為公司創(chuàng)造更多的直接經濟效益（間接效益未計算）。

6 結束語

轉爐氧槍“一鍵移槍”的成功應用，解決了冶煉過程中換槍耗時過長的難題，時間效率提升了80.83%。該自動化功能的實現(xiàn)，降低了工人的勞動強度，進一步縮短了冶煉周期，提高了轉爐冶煉效率，為生產的有序組織提供了重要保障。同時，最大限度避免了因銜接滯后而導致生產和質量事故，連鑄連澆率得以穩(wěn)步提升。“一切成本皆可降”，向時間要效益，降低人工和生產成本，提高生產效率，朝著更有希望的目標方向而努力邁進。