高爐鐵水智能取樣測溫系統簡述

張西周，李大安

(寶鋼集團八鋼公司設備工程部)

引言

高爐爐膛內的鐵水溫度是反映高爐內部爐熱水平的一個重要變量[1]，同時爐前鐵水測溫取樣也是高爐出鐵品質控制的重要手段，因此準確測定鐵水溫度和鐵水實時取樣分析是確保高爐鐵水品質的重要手段。目前國內高爐鐵水測溫普遍采用插入式熱電偶測溫的方法，該方法測溫準確性高，但是需要人工進行測量且不能連續性測量，而且存在工作環境差、危險性高等問題[2]。也有采用紅外輻射式或光耦合式原理進行的連續性測溫方式，這種測溫方式雖然減輕了工人勞動強度，但出鐵水時煙氣、粉塵彌漫，測溫準確性大大降低，且測溫同時仍需要人工進行取樣，此種方式未能實現爐前測溫取樣總體的無人化和智能化。

目前國內鋼鐵企業的自動化和智能化制造技術在煉鋼和連鑄等后段工序應用較多，在煉鐵工序應用較少，以國內某知名鋼鐵企業為例，高爐爐前智能化技術僅應用在自動化加炮泥和開口機自動換釬等。筆者認為，國內高爐自動化和智能化技術應用有很大發展空間，文章介紹一種高爐鐵水智能取樣測溫系統，即采用移動執行系統代替人工插入式熱電偶測溫和插入式取樣棒取樣的方式，通過采用爐前測溫取樣新技術，綜合提升高爐爐前智能化水平。

1 智能取樣測溫工藝流程

智能取樣測溫移動執行系統，由系統攜帶測溫熱電偶和取樣器，按照鐵水生產流程和節奏，自動移動到出鐵口進行測溫取樣。

工藝流程：(1)移動執行系統根據鐵流信號按照固定路線移動至鐵水測溫取樣點；(2)執行機構將取樣槍或測溫槍從彈倉中取出，根據程序指令插入到鐵水液面以下，根據程序指令將測溫取樣槍投放到鐵水中；(3)測溫工作。執行機構通過前端激光測距傳感器檢測自身定位偏差并修整測量程序，完成鐵水溫度測量過程，獲得的溫度數據通過無線通訊上傳，并在大屏幕上并進行語音播報，同時中控系統記錄溫度信息；(4)取樣工作。執行機構按照設定路徑完成取樣動作，將取樣棒端部放置在冷卻水中滅火冷卻后，在破樣裝置內完成破碎，鐵樣自動掉落在樣品盒中。機器人將剩余取樣棒推入到鐵水中銷毀；(5)系統整體完成測溫取樣工作，移動到初始充電位置，等待人工將鐵樣取走。

智能取樣測溫系統工作流程見圖1。

圖1 智能取樣測溫系統工作流程圖

2 移動執行系統各組成部分的重要功能

移動執行系統主體為AGV移動平臺和機器人執行器兩部分，輔助部分為破樣裝置、測溫和取樣快換裝置、測溫棒和取樣棒彈艙、自動充電裝置和控制通訊系統等。移動測溫取樣執行系統將機器人的運動控制技術、AGV導航定位技術、無線通訊技術和多傳感器融合技術相結合完成數據采集，并采取智能化算法實現數據優化和預測分析，綜合實現現場生產過程自動化、生產數據數字化、生產管理可視化等效果。移動執行系統和輔助系統見圖2。

圖2 移動執行系統和輔助系統

(1)AGV移動平臺。AGV移動平臺具備路徑規劃、目標導航以及slam的能力[3]，還要考慮承載能力和環境適應性，所有部件布局時按特殊工作環境做保護處理和隔熱處理，周圍采用隔熱500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。主驅動采用伺服舵輪結構，包含驅動結構和轉向機構，解決機器人行走和轉向功能。

(2)導航系統。移動平臺導航方式考慮爐前惡劣的環境情況和導航精度要求，采用激光slam技術和磁釘導航[4]結合的方式。激光slam導航用于移動平臺在爐前行走的定位和路徑規劃主策略，輔助完成避障功能，磁釘用于在關鍵點位的精確定位，確保移動平臺在爐前窄小空間的運動準確性和安全型。

(3)執行系統和快換裝置。執行系統采用了一臺六軸機器人，高自由度機器人可以滿足測溫取樣過程對執行系統靈活性的要求和可編程性要求。機器人前端安裝快換裝置，隨意完成測溫探頭和取樣探頭的切換。

(4)測溫棒和取樣棒彈艙。測溫棒和取樣棒彈艙是為了配合移動執行系統自動更換一次性的測溫棒和取樣棒所設計的輔助裝置，通過人工一次性上料后，自動配合移動執行系統進行測溫棒和取樣棒送料，可實現計數和缺料狀態報警等功能。測溫棒和取樣棒彈艙見圖3。

圖3 測溫棒和取樣棒彈艙

3 結語

高爐鐵水取樣測溫智能化前，取樣過程中通過觀察和人工測溫判斷鐵水實時溫度，依靠人工直接觀察高溫鐵水的理化特征評判硅含量乃至物理熱及化學熱，難免會出現人為誤差，同樣，使用人工測溫，工作勞動強度大，操作難度高，容易產生測量誤差。

目前高爐鐵水智能化測溫取樣系統已在八鋼第一煉鐵分廠使用，總體上實現了高爐平臺測溫取樣自動化和智能化，有效完成了高爐前人流、物流和移動平臺流動三者之間的有機結合，提升了高爐爐前的工作環境形象，減輕了爐前工人的工作強度，解決了爐前工作的安全性和可靠性問題，提高了爐前測溫取樣數據的準確性。

高爐鐵水測溫取樣智能化是鋼鐵廠高爐智慧化[5]發展的基礎，該系統的實際應用將極大促進高爐爐前智能化水平。