煉鐵高爐氣密箱智能制造技術研究

鹿林 惠展 楊立江

（中鋼集團西安重機有限公司 陜西西安710201）

1 前言

爐頂氣密箱是高爐的心臟設備，氣密箱通過復雜的傳動系統來完成旋轉和傾動功能，控制布料溜槽完成螺旋布料、環形布料、扇形布料、定點布料等工藝要求［1-2］。為保障氣密箱的有效、可靠運行，多采用水冷氣封齒輪傳動的工作原理［3］。

進入鋼鐵企業智能制造時代后，為了降低在爐頂煤氣環境下人工檢測的風險，實時準確掌握氣密箱運行狀況，保證高爐滿負荷運行，在掌握電流、溫度實時監控的同時，智能潤滑技術、可視化監測技術和無線振動監測技術的應用也勢在必行。

2 氣密箱智能潤滑技術

氣密箱智能潤滑技術用于氣密箱各潤滑點的潤滑，利用微電腦技術與可編程控制器相結合的方式，可實現點對點的實時監測和智能控制。如圖1所示，氣密箱智能潤滑系統主要由操作系統、控制系統、高壓泵站智能給油器和管路組成。

圖1 氣密箱智能潤滑系統

2.1 智能潤滑工作原理

由主控PLC指揮高壓電動潤滑泵裝置將油脂通過主管路和支線輸送到每個執行機構（智能給油器），再將電信號轉換，使執行機構按要求補油給每個潤滑點。

智能計量電磁給油器既具有油路通斷功能，又具有反饋補脂量的特性；既具自身故障的反饋，又具有末端潤滑點出油口工況的反饋。各潤滑點都有一個位置傳感器和壓力傳感器，可實時檢測潤滑點補脂量、潤滑點出油狀態、出油口是否堵塞等功能。

系統PLC將隨時采集主管線上潤滑油脂的狀態參數，控制主電動潤滑泵啟動、運行及停止，以保持正常的供油狀態，同時按事先的程序控制各執行機構的給油裝置通、斷，對每個潤滑點實施定時、定量的潤滑。方便快捷的網絡系統，能在上位控制系統實現遠程監控、能夠同時實現順序控制、過程控制、傳動及運動控制等多種控制功能。

利用PLC可編程控制器作為核心控制元件、工控機或觸摸屏作為操作和監控界面。各潤滑點補脂量、系統壓力、系統間隔工作時間、系統故障等都可通過工控機或觸摸屏調整修夠及顯示。

2.2 故障檢測與應用實例

在監控畫面中會顯示各個潤滑點的潤滑狀態。例如，當潤滑點堵塞或泄露時，智能給油器的壓力傳感器就會將檢測到的信號傳遞給控制系統，并在監控顯示屏上出現紅燈報警。這樣，檢修人員即可針對潤滑點1進行檢修維護。氣密箱智能潤滑可有效代替單線或雙線集中傳統潤滑方式［4-5］。

3 氣密箱可視化監測技術

氣密箱可視化監測系統是將固定式高溫工業電視安裝于氣密箱內部，對氣密箱內部的運行情況進行觀察的特種監控電視設備。

如圖2所示，系統主要由彩色攝像機、控制箱和顯示器組成。彩色攝像機攜帶高溫針孔鏡頭完成對齒輪箱內部情況的圖像采集，經光纖或網線傳送至彩色監視器顯示圖像。特制彩色攝像機通過高亮度的LED燈電源進行照明，通過特種高溫鏡頭進行攝像，視場角可達到110°。為了提高攝像頭的清晰度、壽命和防止積灰，在攝像頭前段設置有氮氣吹掃管路。

圖2 煉鐵高爐氣密箱可視化監測系統

如圖3所示，在某工廠顯示器實時顯示氣密箱內部運轉狀態，可清晰監測設備運行狀態。氣密箱可視化監測技術操作簡單、維護方便，既保證設備的安全生產，隨時監控設備運行狀態，又可降低勞動強度，能達到很好的觀察使用效果。

圖3 顯示器

4 氣密箱無線振動監測技術

氣密箱無線振動監測技術是通過振動傳感器實時監測氣密箱內部齒輪和軸承的運行狀態，通過對比分析相關監測數據來判斷氣密箱是否存在故障隱患，為設備檢修維護提供預警服務［6-8］。如圖4所示，系統主要由無線傳感器、轉速模塊、路由器（現場通信采集管理軟件）、點檢儀、服務器（本地和遠程的監測分析系統）等部分組成。

圖4 煉鐵高爐氣密箱振動智能監測系統

4.1 智能監測

（1）硬件。應用無線測振測溫傳感器，快速傳遞故障隱患信息到相關人員的手機和現場的各種接收裝置，無線測振測溫傳感器不僅可靠性高，還可以降低監測系統的運維成本以上。

（2）軟件。將故障隱患信息以各種方式提醒運維人員和專業服務人員，不僅要做到全員警覺，還要防止誤報過多造成“狼來了”的后果。

（3）測點全面。全方位布置檢測點，不僅在旋轉電機和傾動電機合適部位需要安裝監測點，其它關鍵部位也需要安裝測點，以便準確提取到故障隱患的特征。

為了使專業人員及時掌握氣密箱運行狀態，遠程監測分析系統可以實時時將故障信息顯示在Web PC端和移動端，在故障信息里，有零部件型號、元件名稱、測量值、報警級別（危險、報警）和采樣時間等，如圖5所示。

圖5 實時顯示故障信息

有了以上信息，再結合峰值、有效值、峭度等參數的趨勢圖，尤其是頻譜圖，就可以較容易的判斷有故障隱患的零部件了。

4.2 適用的振動分析方法

（1）峰值有效值峭度等參數的趨勢圖分析，是振動分析的基本方法。

（2）優選特征值。優選每一種檢測參數的主要特征值，以便簡單方便的判斷氣密箱傳動鏈故障隱患。

（3）歸納總結有效的診斷方法。尤其是對于氣密箱這種低速重載設備。

4.3 應用實例

氣密箱振動監測系統于2020年5月底在某煉鐵廠高爐投入使用，2020年6月3日18：25：33氣密箱振動信號如圖6所示。

圖6 氣密箱振動信號頻域圖 2020－06－03 18：25：3

出現25.39Hz及其諧波50.78Hz，還有950.2Hz，975.59Hz，是氣密箱旋轉傳動鏈I軸的松動特征；出現228.52Hz，是22209CC的滾動體過內圈頻率Fi，表明旋轉傳動鏈I軸的22209CC軸承磨損，由于軸承內圈磨損，導致旋轉傳動鏈I軸晃動。

2020年10月14日17：21：05，過了130天以后，頻譜圖上出現了大量的25.39Hz的諧波，如圖7所示。這表示2軸軸承有更加嚴重的磨損，導致旋轉傳動鏈I軸有更大的松動。

圖7 氣密箱振動信號頻域圖 2020－10－14 17：21：05

根據以上情況，企業制定了檢修計劃，擬在年底時對該軸承進行更換。

5 結論

實踐證明，智能制造技術可以有效保障高爐氣密箱正常運行，為穩產高產奠定基礎。

（1）氣密箱智能潤滑系統可以保證氣密箱各潤滑點有充分的潤滑。

（2）氣密箱可視化監測技術可以對關鍵部位達到很好的觀察使用效果。

（3）振動信息是判斷氣密箱兩條傳動鏈運行狀態的主要參數。