宝钢湛江装煤车的自动化

2021-03-23李明岩

现代制造技术与装备 2021年2期

李明岩张帆李丹

（宝钢湛江钢铁有限公司，湛江 524001）

炼铁厂工序配备了两座大型焦炉。生产移动设备包括推焦车、导焦车、装煤车、有驱运载车以及无驱运载车，执行装煤、推焦、导焦及运焦作业。其中，有驱运载车和无驱运载车已经实现无人作业，在高负荷作业过程中能够满足安全生产的需求。焦炉机车的自动化和少人化能够提高作业效率和确保生产安全，是炼焦技术发展的必然结果[1]。本文介绍炼铁厂机车的概况、装煤车构成及运行实绩，探讨实现装煤机车无人驾驶的相关问题。

1 机车概况

炼铁厂炼焦单元一、二号焦炉分别于2015 年7 月与2016 年2 月投产，为4×65 孔JNX3-70-2 型复热式单集气管三吸气管顶装多段加热焦炉。一、二号焦炉布置在同一条中心线上，年产干全焦约340 万吨。焦炉配备推焦车、导焦车以及装煤车各3 台，为2 开1 备使用。操作者可以采用2-1 串序按照手动、单元自动方式操作炭化室。有驱动运载车和无驱动运载车各3 台，也均为2 开1 备使用。1 台驱动运载车和1 台无驱动运载车搭配成1 个熄焦车组。正常生产时，2 套车组同时在线作业，提升为全自动无人作业模式。

2 装煤车的自动化

装煤车是焦炉机车中的车辆之一，执行煤塔接煤和焦炉装煤的生产任务。装煤车在焦炉炉顶上的轨道上运行，采用2-1 串序对焦炉进行操作，主要作用是从煤塔取煤经计量后按作业计划将煤装入炭化室，同收集装煤过程中从装煤孔溢出的烟气导入固定的集尘干管，最后由地面除尘站进行除尘处理。设备作业为单元自动有司机操作，走行对位采用炉号识别自动对位系统[2]。

2.1 装煤车的组成

7m 装煤车采用两轨门型结构，分为上下两层平台。其中，上层平台主要用于观察煤斗上口；下层平台为主平台，用于支撑和吊挂各部件和机构。煤斗、电控室、液压室以及上升管操作装置等布置在主平台上[3]。司机室、夹套装置、水平螺旋输送机、电磁揭炉盖装置以及走行传动装置布置在主平台下面。

2.2 装煤车揭盖装置

炼铁厂一、二期装煤车取盖装置为S 轨道形式，长期在高温明火烘烤环境下工作。炉顶炉盖炉圈热膨胀形变严重，导致S 轨道形式揭盖机已经不能满足自动揭盖需求。原始揭盖装置如图1 所示。

采用直上直下柔性揭盖机能够保证炉盖开闭平整和辅助炉盖浇泥设备有效使用。此装置由导轨、平移架、升降架、揭盖机以及液压缸等组成。揭盖机前部设有电磁铁，后部设有液压缸，二者通过拉杆相连，由液压缸的伸缩驱动电磁铁摆动实现炉盖的搓动。揭盖机通过弹簧机构吊挂在升降架上，可以减缓电磁铁压向炉盖的作用力。平移架和升降架均由液压缸驱动，通过二者的合成运动实现炉盖的打开和关闭，可满足车辆无人化作业[4]。直上直下揭盖机如图2 所示。

2.3 加煤口堵塞检测装置

装煤车加煤口堵塞检测装置是在加煤口安装探头装置，用温度判定方法进行检测。在取盖机构侧旁安装红外激光检测器，探测每个加煤口，通过温度判别加煤口盖是否正常开启和加煤口是否存在堵塞现象。

2.4 人-车防撞与车-车防撞的软、硬件系统集成

采用毫米波雷达技术建立主动防碰撞系统，通过雷达扫描焦炉机车走行区域内人机实时信息，检测车与人/障碍物/车的距离，通过检测及计算得出车距及与异常障碍物或人的距离，从而保障人车安全。根据距离及趋势联锁车辆报警、减速、制动等车辆动作，保障车辆全自动作业后人机安全，辅助车辆走行系统控制决策，避免车辆与周围目标物发生碰撞，从而最大限度地改善车辆的主动安全性。

图1 原始揭盖机

图2 直上直下揭盖机

2.5 焦炉机械数字孪生系统

数字孪生系统采用数字化双胞胎技术，充分利用物理模型、传感器更新以及运行历史等数据，在虚拟空间中完成映射，实现了焦炉机械设备实体向数字化模型的反馈，保证了数字化系统与物理实物的协调一致。该系统以三维方式实时动态显示设备运行状态，能够以“飞行”“穿透”等视角全方位查看设备实时状态，有利于设备管理[5]。

2.6 上升管自动开闭

取消装煤车高压安装切换及水封座开闭功能，同时机车与上身管开闭机械结构完成脱开，利用信号连锁控制上升管，减少人为干涉。

3 焦炉机车无人化面临的问题

随着设备水平的提高和自动化技术的发展，炼焦企业对焦炉机车自动化的研究越来越深。焦炉机车无人驾驶的实现主要面临以下如下问题。第一，黑天、白天、雨天以及大雾天等运行模式切换。车辆无人生产作业时，环境和天气对车辆运行具有制约性。例如，雨天模式下，车辆性能下降，走行轨道沾雨水后车轮会打滑，出现严重的对位偏差问题；大雾天摄像头视线受阻等问题严重，影响无人化的实现。因此，必须重点解决不同环境下的运行模式切换问题。第二，机车辅助设备问题。在焦炉无人化中，辅助人员需要进行炉门封烟、炉顶封烟及揭盖提前烧石墨等必须的常规辅助作业。辅助人员长期参与机车无人作业也存在诸多风险。减少辅助人员作业，配套相应的辅助设备，是无人化需要解决的重要问题之一。第三，设备稳定性。焦炉机车长时间使用会导致机车性能下降。由于焦炉长期在高温和粉尘环境下作业，因此湛江地区大雨、高温以及盐雾等会影响机车自动作业信号连锁和机械性能。