攀鋼新3高爐爐前液壓泥炮開口機的遙控改造

1、攀鋼新3#高爐爐前液壓泥炮開口機的遙控改造唐 煒，杜斯宏，林千谷，于天齊（新鋼釩煉鐵廠）摘 要：對攀鋼新3#高爐的液壓泥炮、開口機的遙控改造進行了總結(jié)。實踐表明，通過對高爐液壓泥炮、開口機進行遙控改造，改進了液壓泥炮、開口機的設(shè)備性能，降低爐前設(shè)備故障率，提高操作的可靠性和改善操作環(huán)境，滿足了高爐不斷強化的生產(chǎn)要求。 關(guān)鍵詞：高爐；開口機；液壓泥炮；遙控0 引言 開口機和液壓泥炮是高爐爐前四大件中最重要的兩件，其中開口機的穩(wěn)定運行保證鐵口的準確打開，確保出鐵的準點；液壓泥炮可靠、穩(wěn)定運行關(guān)系鐵口能否正常堵住、能否保持正常深度及高爐生產(chǎn)能否順行，所以開口機和液壓泥炮的可靠運行關(guān)系到高爐能否高效生

2、產(chǎn)。攀鋼新3#高爐爐容2000 m3，于2005年12月建成投產(chǎn)，設(shè)計有3個鐵口，每個鐵口分別設(shè)置同側(cè)布置的一臺開口機、一臺液壓炮和一套相應(yīng)的液壓系統(tǒng)，采用手動操作液壓閥操作開口機及液壓炮的動作。由于2006年新3#高爐除塵系統(tǒng)工程改造原因，爐前1#、3#鐵口上方已安裝除塵罩，導致1#、3#鐵口開口機及泥炮的操作環(huán)境惡化，除塵裝置運行時抽起的煙塵完全阻擋了操作室的觀察角度，操作室充滿煙塵，操作視線受阻，開口機開鐵口、換鉆桿及液壓泥炮堵口等本可一人完成的工作，現(xiàn)在需要23人才能完成；設(shè)備操作的準確可靠性也受到嚴重的影響，同時給安全生產(chǎn)帶來隱患。為此攀鋼決定針對1#、3#鐵口液壓控制系統(tǒng)進行遙控改

3、造，提高操作的準確可靠性和改善操作環(huán)境。1 開口機及泥炮現(xiàn)狀1.1 開口機液壓控制系統(tǒng)現(xiàn)狀開口機液壓控制系統(tǒng)原理如圖1所示。主要功能包括：開口機的回轉(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)、鉆桿的進給、沖擊等運動。當高爐需要出鐵時，系統(tǒng)壓力油經(jīng)過手動操作液壓換向閥36.3處于右位，液壓油經(jīng)過液控單向閥58.3、調(diào)速閥46.1進入油缸無桿腔，同時壓力油打開液控單向閥45.2，有桿腔的回油經(jīng)過調(diào)速閥46.2調(diào)速，然后經(jīng)液控單向閥45.2流回油箱，開口機的旋轉(zhuǎn)臂在旋轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動下轉(zhuǎn)到工作位置；然后手動切換液動換向閥35，使其處于左位，壓力油通過換向閥35、調(diào)速閥38.1進入液壓馬達，同時馬達回油經(jīng)過調(diào)速閥38.2調(diào)速，流回油箱

4、，驅(qū)動馬達在液壓油的驅(qū)動下帶動鑿巖機朝爐口方向前進，手動切換液動換向閥36，使其處于左位，壓力油通過換向閥37、調(diào)速閥38.4進入液壓箱，液壓馬達在液壓油的驅(qū)動下帶動鑿巖機開始正常鉆孔，如果需要沖擊時，手動切換液動換向閥36.1，使其處于左位，沖擊機開始沖擊運動。1.2 泥炮液壓控制系統(tǒng)現(xiàn)狀泥炮液壓控制系統(tǒng)原理如圖2所示。液壓炮的作用是在鐵口需要關(guān)閉時用泥泡快速的堵上鐵口，其主要動作包括回轉(zhuǎn)和打泥等運動。從圖2可知：液壓炮旋轉(zhuǎn)堵鐵口的工作過程中，其控制系統(tǒng)為差動回路。系統(tǒng)壓力油經(jīng)過手動操作液壓換向閥57處于右位，一路液壓油經(jīng)過前置塊中液控單向閥58.3進入油缸無桿腔，同時壓力油打開液控單向閥6

5、2，有桿腔的回油經(jīng)過順序閥61、液控單向閥62進入油缸無桿腔，形成差動回路，使液壓缸的活塞桿快速的帶動液壓炮身旋轉(zhuǎn)至鐵口位置；退炮時，系統(tǒng)壓力油經(jīng)過單向閥60、順序閥61進入液壓缸的有桿腔，同時壓力控制油打開無桿腔的液控單向閥58.3，無桿圖1 開口機液壓控制系統(tǒng)原理圖2 .液壓泥炮控制系統(tǒng)原理腔的回油經(jīng)過液控單向閥58.3、液壓換向閥57流回油箱。 其前置塊主要用來控制轉(zhuǎn)炮油缸，其主要作用鎖緊轉(zhuǎn)炮油缸，確保液壓炮能夠停在任意位置而不自行滑動，另外在進炮時，形成差動回路，以便油缸帶動炮身快速的轉(zhuǎn)到工作位置，同時，順序閥可以使無桿腔現(xiàn)成一定的背壓，確保泥炮平穩(wěn)運行。該液壓控制系統(tǒng)沿用了國內(nèi)高爐應(yīng)

6、用最為廣泛的手動操作系統(tǒng)，不能接收外來自動控制的信號。2 改造方案 （1）手動監(jiān)控系統(tǒng) 現(xiàn)有的控制系統(tǒng)和操作方式不變，根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，在1#、3#鐵口對面的廠房邊跨上選擇合適的位置分別安裝高溫攝像頭4套，在操作室通過工業(yè)電視來觀測、操作鐵口，同時將現(xiàn)有操作室的窗戶密封、加裝空調(diào)，改善工作環(huán)境。 改造后，通過攝像頭觀察鐵口，方便操作；投資??；不涉及液壓系統(tǒng)的改動，不會對生產(chǎn)造成影響；但沒有從根本上解決操作室周圍的煙塵污染，控制方式也不靈活。（2）遠程控制系統(tǒng) 在原控制系統(tǒng)上并聯(lián)一套電液比例控制系，和原控制系統(tǒng)構(gòu)成冗余系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)可以相互切換。 在原操作室新安裝一套比例控制閥組，包括：液壓炮

7、旋轉(zhuǎn)控制回路液壓炮打泥控制回路、開口機旋轉(zhuǎn)機構(gòu)控制回路、進給馬達控制回路、鑿巖機旋轉(zhuǎn)馬達控制回路（全部采用比例控制系統(tǒng)），沖擊回路（普通電磁換向閥控制），機傾斜調(diào)整機構(gòu)控制回路（維持原有系統(tǒng)），其中：比例閥優(yōu)先選用公司有儲備或積壓的產(chǎn)品，每個鐵口新增PLC控制器，就地操作臺，設(shè)在廠房立柱旁的走臺上，遠程終端一臺，高溫攝像頭四套，其中PLC到遠程終端采用光纖連接，就地操作臺和PLC以及放大器采用電纜連接，所有的控制系統(tǒng)是開環(huán)控制。 改造后由于新就地操作臺的布置位置較好，周圍環(huán)境較好，可以改善操作人員的工作環(huán)境，同時也可以實現(xiàn)遠程操作；通過攝像頭觀察鐵口，更加有利于操作；和現(xiàn)有控制系統(tǒng)構(gòu)成冗余液壓

8、系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可靠性。但是改造后對油液的清潔度要求達到NAS78，才能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性；投資也較高。 （3）遙控系統(tǒng) 在原控制系統(tǒng)上并聯(lián)一套電液比例控制系統(tǒng)，和原控制系統(tǒng)構(gòu)成冗余系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)可以相互切換，其中電液比例閥的控制選擇無線遙控。無線遙控技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用在高爐爐前設(shè)備控制系統(tǒng)和吊車控制系統(tǒng)上。其中寶鋼4號高爐爐前設(shè)備控制系統(tǒng)采用了無線遙控技術(shù)，同時攀鋼的一些起重運輸設(shè)備如新三高爐爐前吊車上也應(yīng)用了無線遙控技術(shù)。 在原操作室新安裝一套比例閥組，與遠程控制系統(tǒng)相同，所有的控制系統(tǒng)采用開環(huán)控制，液壓系統(tǒng)的控制采用無線遙控。 改造后的控制方式徹底改變了傳統(tǒng)的操作方式，在現(xiàn)場操作中顯得更

9、加靈活，可以在出鐵場范圍內(nèi)選擇最佳操作位置和觀察位置；操作方式更加靈活，即可以手動，又可以遙控；和現(xiàn)有控制系統(tǒng)構(gòu)成冗余液壓系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可靠性；但液壓系統(tǒng)的改動量大，對油液的清潔度要求達到AS78才能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性；對維修的要求較高，投資也較高；需要對無線控制液壓炮和開口機進行技術(shù)研究。最后根據(jù)開口機泥泡操作室的環(huán)境因素和開口機泥泡液壓控制原理，確定改造原則，以上幾個方案的分析對比綜合應(yīng)用，取其優(yōu)勢：改造時，盡量減少對生產(chǎn)的影響，改造后的新系統(tǒng)和現(xiàn)有系統(tǒng)相結(jié)合，構(gòu)成冗余液壓系統(tǒng)，通過球閥切換，在調(diào)試初期，利用原有控制系統(tǒng)維持生產(chǎn)，待新系統(tǒng)調(diào)試正常后，再投入新系統(tǒng)。在以后的使用過程中考慮兩

10、套系統(tǒng)共同維護，同時具備工作能力。用工業(yè)電視攝像解決操作室內(nèi)操作視野問題；用液壓控制閥組解決原手動閥組不接受控制信號問題，構(gòu)成冗余液壓系統(tǒng)并可切換；用遙控器解決在岀鐵場任意位置能開鐵口、堵鐵口問題；用PLC計算機建立以上系統(tǒng)的控制中心，完成遙控功能。3 改造實施內(nèi)容3.1 增加鐵口監(jiān)視裝置根據(jù)現(xiàn)場實際情況，改善現(xiàn)有操作室的工作環(huán)境，通過工業(yè)電視來觀測鐵口情況并操作開口機和液壓泥炮。在1#、3#鐵口對面的廠房邊跨上選擇合適的位置分別安裝4個高溫攝像頭，鐵口控制室分別設(shè)置大屏幕彩色監(jiān)視器和畫面分割器對監(jiān)視畫面進行分割同時顯示，監(jiān)視鐵口兩側(cè)是否冒泥、打泥標識量、鉆孔深度及更換鉆桿等內(nèi)容。3.2 無線

11、遙控裝置增設(shè)開口機、泥炮的無線遙控操作，遙控系統(tǒng)的有效距離為100150 m，無線遙控可在爐前任意安全操作位置。新增無線遙控裝置包括遙控發(fā)射機、遙控接收機，通過S7-300完成信號相連和控制。遙控發(fā)射機如圖3所示。圖3 遙控發(fā)射機示意圖每套遙控系統(tǒng)均有其唯一的18位地址碼，無重復，避免系統(tǒng)之間可能產(chǎn)生的干擾和錯誤指令；遙控系統(tǒng)均配設(shè)有自動關(guān)閉功能，當發(fā)射系統(tǒng)所傳送的連續(xù)信號中斷，例如發(fā)射系統(tǒng)超出有效使用距離、供電不足、受同頻干擾或失效等，接收系統(tǒng)未能收到有效傳輸信號時，接收系統(tǒng)將自動關(guān)閉，無任何有效輸出，反應(yīng)時間小于0.55 s；確保系統(tǒng)安全。每個鐵口各用一套遙控系統(tǒng)，是唯一的，相互間不能混用

12、。3.3 新增液壓閥臺、遠程操作臺（1）原則：在原控制系統(tǒng)上并聯(lián)電液比例控制系統(tǒng)，和原控制系統(tǒng)構(gòu)成冗余系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)可以相互切換，電液比例閥選擇無線遙控控制。操作人員可根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，在最合適的位置無線遙控操作開口機和液壓泥炮。同時增加遠程操作臺和遠程終端，實現(xiàn)遠程操作開口機和液壓泥炮的油泵、開鐵口機和泥泡。遠程操作臺由原來兩地操作改為三地操作。在新增液壓控制系統(tǒng)調(diào)試初期或以后生產(chǎn)中出現(xiàn)故障時，利用現(xiàn)有液壓控制系統(tǒng)維持生產(chǎn)。所有設(shè)備動作換向采用常規(guī)電液換向閥控制。（2）比例閥：新增閥臺中開鐵口機回轉(zhuǎn)油缸的控制采用電液比例閥控制，其余設(shè)備動作換向采用常規(guī)電液換向閥控制，電液換向閥的控制油取自

13、原先導油泵。為了保證系統(tǒng)過濾精度，增加先導油控制回路過濾器及系統(tǒng)壓油過濾器。比例閥組包括比例閥及比例放大器，對開鐵口機回轉(zhuǎn)進行速度控制，其最重要的特征是輸出流量與輸入電流成正比。比例方向流量閥的規(guī)格選擇，不是按執(zhí)行機構(gòu)所需流量來確定，而是根據(jù)比例閥進出口壓差按其工作曲線來選擇。這一點對比例閥的使用非常重要，所選擇閥的電流調(diào)節(jié)范圍應(yīng)超過20%，這樣能有一個較好的分辨率， （3）開口機泥炮液壓原理：開鐵口機液壓控制系統(tǒng)與原液壓系統(tǒng)通過手動球閥并在一起的，兩個系統(tǒng)可以相互切換，液壓泥炮控制系統(tǒng)同樣與原液壓系統(tǒng)通過手動球閥并在一起的，兩個系統(tǒng)可以相互切換。3.4 增設(shè)檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)包括開鐵口機回轉(zhuǎn)油

14、缸壓力和流量檢測，開鐵口機送進馬達壓力檢測以及開鐵口機鉆孔深度檢測，壓力和流量檢測元件設(shè)置在新增液壓閥臺上，鐵口深度檢測編碼器與開鐵口機進給液壓馬達旋轉(zhuǎn)軸連接，可以通過轉(zhuǎn)數(shù)反映開口深度，當鉆進速度的達到最大時候視為（送進馬達的流量變化來判斷）鉆穿。各個檢測參數(shù)均通過PLC控制實現(xiàn)每個開鐵口機設(shè)備的動作參數(shù)顯示、記錄。以便于工藝查詢及自動化操作。3.5 增設(shè)自動控制系統(tǒng)新增液壓閥臺電控系統(tǒng)主要包括PLC控制柜、現(xiàn)場手動操作臺、監(jiān)控臺等。通過編制開鐵口程序，可以實現(xiàn)打開鐵口的自動化。并可以顯示并記錄鐵口深度，炮泥強度等相關(guān)工藝數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)采用西門子S7-300系統(tǒng)，每個鐵口一套，用網(wǎng)絡(luò)連接在一起

15、。新3號高爐無線遙控系統(tǒng)原理見圖4。操作指令操作編碼器調(diào)制器功率放大器主PLC工控機發(fā)射天線接收天線輸出電路指令譯碼器調(diào)制器接收指令就地PLC就地操作臺圖4 新3號高爐無線遙控系統(tǒng)原理圖圖4 新3#高爐無線遙控系統(tǒng)原理3.6 鐵口操作模式（1）無線遙控裝置操作模式。在岀鐵場任一區(qū)域內(nèi)，為主操作模式，改造后正常生產(chǎn)采用，與現(xiàn)場手動操作臺操作模式轉(zhuǎn)換在現(xiàn)場手動操作臺上進行。（2）現(xiàn)有手動操作液壓閥操作模式。在開口機泥泡操作室內(nèi)，改造前或改造后遙控系統(tǒng)出現(xiàn)故障保產(chǎn)時采用，與改造后的系統(tǒng)通過手動球閥轉(zhuǎn)換。（3）現(xiàn)場手動操作臺操作模式。在新增現(xiàn)場手動操作臺旁，為次要操作模式，無線遙控裝置出故障時采用，同

16、時設(shè)置在PLC故障狀態(tài)下能緊急操作泥炮及開口機功能。以上三種操作模式中其中一種模式被選擇則其余模式均被否定。4 改造效果與不足通過對攀鋼新3#高爐爐前液壓泥泡開口機的遙控改造和連續(xù)使用，具有良好的使用效果和經(jīng)濟效益。 （1）優(yōu)化操作方式，使開鐵口工作更方便、安全。以往在操作室操作時，需要一人操作，一人在鐵口旁指揮。改造后不僅提高高爐自動化水平，而且保證人身安全，能選擇在方便、安全位置遙控操作開鐵口機工作。（2）采用了PLC加全液壓傳動系統(tǒng)及遠程手動，在生產(chǎn)實踐中，遙控操作開鐵口機有著傳統(tǒng)開鐵口機無法比擬的優(yōu)點，控制系統(tǒng)的優(yōu)異性，使得開鐵口機旋轉(zhuǎn)動作更為平穩(wěn)，延長開鐵口機的使用壽命。（3）采用多種監(jiān)測手段，能得到比靠經(jīng)驗?zāi)繙y更為準確的鐵口深度、開口壓力等工藝數(shù)據(jù)，有利于改進爐前生產(chǎn)狀況。（4）采用PLC控制為將來實現(xiàn)程序化控制，自動化生產(chǎn)打下良好基礎(chǔ)。該遙控系統(tǒng)也存在一些不足或缺陷，需要在以后工作中加以改進。（1）耐高溫檢測困難