智能测控系统在高炉开口机和泥炮的应用

尹爱民，王明智，任海宙

（山西安泰集团股份有限公司，山西晋中 030600）

0 引言

近年来随着科学技术的不断进步，我国高炉炉前设备已经达到先进水平，同时炉前设备作为高炉出铁的重要组成部分，对高炉安全稳定运行有举足轻重的作用：开口机的稳定运行保证铁口的准确打开，确保出铁的准点以及开口深度的准确测量；液压泥炮可靠、稳定运行关系铁口能否正常堵住、能否保持正常深度以及打泥量的精准测量，关系到高炉能否高效生产。

山西新泰钢铁有限公司使用的开口机、液压泥炮，由桂林桂冶穿孔机械有限公司制造，分别安装在高炉出铁口两侧，由一套相应的液压站来提供动力。开口机和泥炮工作时都置于大壕之上，这使得它们长时间处于高温环境中运行，所以工作时操作人员会往它们上面喷水来降温。但是，开口机和泥炮均未安装检测铁口深度以及打泥量的检测设备，只能靠经验和人为观察判断这些数据，这也是国产设备普遍存在的问题。而购买进口设备则价格将是国产设备的数倍，如何打破进口设备的束缚及垄断，已经成为各大冶金设备厂家和钢铁企业研究的课题。

1 开口机和泥炮的工艺

（1）泥炮工作过程：高炉出铁完毕之后，用泥炮在高压下把耐火泥压人铁口，把铁口封住→待下一次出铁时，再用开口机对铁口中的炮泥钻孔→打开铁口，铁水流出。

（2）开口机由三大部分组成：机身回转部分，作用是将开口机机身转到铁口前并对准铁口；小车行进部分，液压马达驱动开口机小车行进，将开口机钻杆推进铁口并使钻杆对铁口炮泥产生压力；钻杆旋转和振打部分，作用是在钻杆对铁口炮泥产生压力的情况下，钻杆不断旋转或旋转加振打，尽可能快速地打开铁口。

（3）开口机的工作过程：从静止位开始，旋臂向前旋转→到达工作位，小车前进到测量位，开始钻孔，直至铁口钻通→小车后退，旋臂向后到静止位。

2 开口机及泥炮监测现状

2.1 开口机铁口深度监测现状

目前KD-ⅡA（GXTA）型同侧式全液压开铁口机由桂林桂冶穿孔机械有限公司生产，在使用过程中只能实现打开铁口并不能在线实时显示所钻铁口深度，这就给炉前操作带来很大难度。传统的检测铁口深度的方法是，炉前工人在开口机上方人为设置很多的标尺（由于各个生产厂条件不同，这些标尺制作时误差比较大），读取时全靠人工读取，也会造成一定误差。由于以上因素造成铁口深度不准确，不但对炉前操作带来很多问题，同时对炉内操作造成很多麻烦，严重影响高炉的稳产、高产。

2.2 泥炮打泥量监测现状

目前KD100 型液压泥炮由湖北福田液压气动股份有限公司生产，在使用过程中不能在线实时显示所用打泥量，完全依靠泥炮后面的重锤式打泥行程指示器来判断，由于泥炮的现场工作环境恶劣、烟尘大，所以人为很难准确地判断打泥量，这就给炉前操作带来诸多不便，严重制约炉前作业。

3 智能测控系统解决方案

3.1 开口机的工作原理

钻冲小车上装有液压凿岩机，液压凿岩机紧固在钻冲小车上，小车上装有4 个行走车轮，沿行走轨梁槽钢的下椽行走。依靠行走轨梁尾部上方送进机构驱动装置带动链条并通过链条牵动钻冲机构（或行走小车）行走。通过调节送进机构驱动装置上的液压油马达供油的流量，可实现钻冲小车的慢进和快退；通过不断观察，发现钻冲小车在刚起步时速度比较快，当开始接触炮泥并直线冲打，破碎炮泥时速度就会变慢，此时开始记录数据说明是铁口深度初始值，当一根钻杆退火或烧毁退出时这时记录铁口两次深度，在更换新钻杆后钻冲小车在刚起步时速度还是比较快，当到达两次深度位置时，钻冲小车速度就又会变慢。以此类推，当炮泥被钻透时钻冲小车速度就又会变快，此时记录最终数据，用最终数据减去起始数据就是铁口深度。团队成员也就是利用钻冲小车速度的变化来记录各个阶段的数据，并且将这些数据进行处理，最终测算出铁口深度。

所以在行走轨梁尾部上方送进机构驱动装置上安装编码器，编码器信号送入西门子S7-200 模块中，再通过电脑编程进行测算，数据最终显示在中控室的电脑显示器，给高炉操作提提供数据支撑及依据。

3.2 泥炮工作原理

液压泥炮的作用是在高炉即将出铁完毕、铁口来风时，打泥机构油缸的活塞杆固定，油缸运动，推动泥缸活塞前进。旋转油缸动作旋转，炮口对准铁口并将泡泥快速打进铁口通道，完成堵口操作。为有效地防止炮泥落到油缸活塞杆上，在油缸座上装有挡泥环漏泥孔，传统的打泥量就是靠炮身尾部安装的滑轮重锤式打泥行程指示器来观察，其原理就是油缸带动钢丝通过滑轮把位置信号传递出来，用以显示打泥量。由于采用了动、静滑轮组来传递打泥量，所以钢丝行程指针的全行程为打泥活塞全行程的1/3。

团队成员利用炮身尾部的行程指示器的原理，并在此基础上安装线性位置传感器，通过行程指示器拉动线性位置传感器从而把打泥量信息传递给传感器，传感器再通过变送器把这一信息转换成电流信号并送至PLC，这样就可以通过电脑编程进行计算，把最终数据显示在中控室的电脑显示器上，给高炉操作提供数据支撑及依据。

3.3 电缆高温运行冷却技术解决方案

由于开口机和液压泥炮长时间处于高温区运行，为了让以上方案顺利实施，必须解决电缆在高温区的正常使用。通过不断试验研究，最终研制风冷电缆防护金属软管，成功解决这一难题：在使用时金属软管中间穿电缆，电缆两端填充胶圈并用金属卡扣固定，金属软管始端和未端端头侧面接入氮气，通氮气后起到冷却作用，氮气在泥炮旋转到铁口区域时开启，退出铁口区域时关闭。该项工艺技术达到国内先进水平。

4 结束语

智能测控技术在高炉开口机泥炮上的应用，是高炉的一项重大突破，不仅打破原有铁口深度和打泥量靠经验判断的问题，还实现了在线实时显示铁口深度和打泥量，打破进口设备的束缚及垄断，为国产设备升级改造提供技术支持，同时也为高炉生产及高炉操作提供数据支撑。目前，该装置已经在山西新泰钢铁有限公司成功应用，效果非常好，值得推广。