攀鋼新3#高爐爐前液壓泥炮開口機(jī)的遙控改造

攀 鋼 技 術(shù) 49 攀 鋼 新 3#高爐爐前液壓泥炮開口機(jī)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(duì) 攀 鋼 新 3#高爐的液壓泥炮、開口機(jī)的 遙控 改造進(jìn)行了總結(jié) 。 實(shí)踐表明 ， 通過對(duì)高爐液壓泥炮 、 開口機(jī) 進(jìn)行 遙控 改造 ， 改進(jìn)了液壓泥炮、開口機(jī)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(qiáng)化的生產(chǎn)要求 。 關(guān)鍵詞： 高爐； 開口機(jī)； 液壓泥炮 ； 遙控 0 引言 開口機(jī)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(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行保證鐵口的準(zhǔn)確打開，確保出鐵的準(zhǔn)點(diǎn)；液壓泥炮可靠、穩(wěn)定運(yùn)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(jī)和液壓泥炮的可靠運(yùn)行關(guān)系到高爐能否高效生產(chǎn)。 攀鋼新 3#高爐爐容 2000 2005 年 12月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)有 3 個(gè)鐵口，每個(gè)鐵口分別設(shè)置同側(cè)布置的一臺(tái)開口機(jī)、一臺(tái)液壓炮和一套相應(yīng)的液壓系統(tǒng)，采用手動(dòng)操作液壓閥操作開口機(jī)及液壓炮的動(dòng)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(dǎo)致 1#、 3#鐵口開口機(jī)及泥炮的操作環(huán)境惡化，除塵裝置運(yùn)行時(shí)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(jī)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 2 3 人才能完成；設(shè)備操作的準(zhǔn)確可靠性也受到嚴(yán)重的影響，同時(shí)給安全生產(chǎn)帶來隱患。為此攀鋼決定針對(duì) 1#、 3#鐵口液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行遙控改造，提高操作的準(zhǔn)確可靠性和改善操作環(huán)境。 1 開口機(jī)及泥炮現(xiàn)狀 開口機(jī)液壓控制系統(tǒng)現(xiàn)狀 開口機(jī)液壓控制系統(tǒng)原理如圖 1 所示。主要功能包括：開口機(jī)的回轉(zhuǎn)臂的回轉(zhuǎn)、鉆桿的進(jìn)給、沖擊等運(yùn)動(dòng)。當(dāng)高爐需要出鐵時(shí)，系統(tǒng)壓力油經(jīng)過手動(dòng)操作液壓換向閥 于右位，液壓油經(jīng)過液控單向閥 速閥 入油缸無 桿腔，同時(shí)壓力油打開液控單向閥 桿腔的回油經(jīng)過調(diào)速閥 速，然后經(jīng)液控單向閥 口機(jī)的旋轉(zhuǎn)臂在旋轉(zhuǎn)液壓缸的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)到工作位置；然后手動(dòng)切換液動(dòng)換向閥 35，使其處于左位，壓力油通過換向閥 35、入液壓馬達(dá)，速，流回油箱，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)在液壓油的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)鑿巖機(jī)朝爐口方向前進(jìn)，手動(dòng)切換液動(dòng)換向閥 36，使其處于左位，壓力油通過換向閥 37、調(diào)速閥 入液壓 箱，液壓馬達(dá)在液壓油的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)鑿巖機(jī)開始正常鉆孔，如果需要沖擊時(shí)，手動(dòng)切換液動(dòng)換向 閥 其處于左位，沖擊機(jī)開始沖擊運(yùn)動(dòng)。 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(shí)用泥泡快速的堵上鐵口，其主要?jiǎng)幼靼ɑ剞D(zhuǎn)和打泥等運(yùn)動(dòng)。 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(dòng)回路。系統(tǒng)壓力油經(jīng)過手動(dòng)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 入油缸無桿腔，同時(shí)壓力油打開液控單向閥 62，有桿腔的回油經(jīng)過順序閥 61、液控單向閥 62 進(jìn)入油缸無桿腔，形成差動(dòng)回路，使液壓缸的活塞桿快速的帶動(dòng)液壓炮身旋轉(zhuǎn)至鐵口位 置；退炮時(shí)，系統(tǒng)壓力油經(jīng)過單向閥 60、順序閥 61 進(jìn)入液壓缸的有桿腔，同時(shí)壓力控制油打開無桿腔的液控單向閥 桿 50 2009 年第 32 卷第 3 期 圖 1 開口機(jī)液壓控制系統(tǒng)原理 圖 2 腔的回油經(jīng)過液控單向閥 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(dòng)，另外在進(jìn)炮時(shí)，形成差動(dòng)回路，以便油缸帶動(dòng)炮身快速的轉(zhuǎn)到工作位置，同時(shí)，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(yùn)行。 該液壓控制系統(tǒng)沿用了國(guó)內(nèi)高爐應(yīng)用最為廣泛的手動(dòng)操作系統(tǒng)，不能接收外來自動(dòng)控制攀 鋼 技 術(shù) 51 的信 號(hào)。 2 改造方案 （ 1）手動(dòng)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(chǎng)的實(shí)際情況，在 1#、 3#鐵口對(duì)面的廠房邊跨上選擇合適的位置分別安裝高溫?cái)z像頭 4套，在操作室通過工業(yè)電視來觀測(cè)、操作鐵口，同時(shí)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(dòng)，不會(huì)對(duì)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(yuǎn) 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：液壓炮旋轉(zhuǎn)控制回路液壓炮打泥控制回路、開口機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制回路、進(jìn)給馬達(dá)控制回路、鑿巖機(jī)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)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(jī)傾斜調(diào)整機(jī)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(chǔ)備或積壓的產(chǎn)品，每個(gè)鐵口新增 地操作臺(tái)，設(shè)在廠房立柱旁的走臺(tái)上，遠(yuǎn)程終端一臺(tái)，高溫?cái)z像頭四套，其中 就地操作臺(tái)和 有的控制系統(tǒng)是開環(huán)控制。 改造后由于新就地操作臺(tái)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(shí)也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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)成冗余液壓系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可靠性。但是改造后對(duì)油液的清潔度要求達(dá)到 8，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(hào)高爐爐前設(shè)備控制系統(tǒng)采用了無線遙控技術(shù)，同時(shí)攀鋼的一些起重運(yùn)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(yuǎn)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(chǎng)操作中顯得更加靈活，可以在出鐵場(chǎng)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(dòng)，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(dòng)量大，對(duì) 油液的清潔度要求達(dá)到 8才能確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性；對(duì)維修的要求較高，投資也較高；需要對(duì)無線控制液壓炮和開口機(jī)進(jìn)行技術(shù)研究。 最后根據(jù)開口機(jī)泥泡操作室的環(huán)境因素和開口機(jī)泥泡液壓控制原理，確定改造原則，以上幾個(gè)方案的分析對(duì)比綜合應(yīng)用，取其優(yōu)勢(shì)：改造時(shí)，盡量減少對(duì)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套系統(tǒng)共同維護(hù)，同時(shí)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(dòng)閥組不接受控制信號(hào)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(chǎng)任意位置能開鐵口、堵鐵口問題；用 成遙控功能。 3 改造實(shí)施內(nèi)容 增加鐵口監(jiān)視裝置 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(cè)鐵口情況并操作開口機(jī)和液壓泥炮。 在 1#、 3#鐵口對(duì)面的廠房邊跨上選擇合適的位置分別安裝 4個(gè)高溫?cái)z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(duì)監(jiān)視畫面進(jìn)行分割同時(shí)顯示，監(jiān)視鐵口兩側(cè)是否冒泥、打泥標(biāo)識(shí)量、鉆孔深度及更換鉆 桿等內(nèi)容。 無線遙控裝置 增設(shè)開口機(jī)、泥炮的無線遙控操作，遙控系統(tǒng)的有效距離為 100 150 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 52 2009 年第 32 卷第 3 期 發(fā)射機(jī)、遙控接收機(jī)，通過 成信號(hào)相連 和控制。遙控發(fā)射機(jī)如圖 3 所示。 圖 3 遙控發(fā)射機(jī)示意圖 每套遙控系統(tǒng)均有其唯一的 18 位地址碼，無重復(fù)，避免系統(tǒng)之間可能產(chǎn)生的干擾和錯(cuò)誤指令；遙控系統(tǒng)均配設(shè)有自動(dòng)關(guān)閉功能，當(dāng)發(fā)射系統(tǒng)所傳送的連續(xù)信號(hào)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(hào)時(shí)，接收系統(tǒng)將自動(dòng)關(guān)閉，無任何有效輸出，反應(yīng)時(shí)間小于 s；確保系統(tǒng)安全。 每個(gè)鐵口各用一套遙控系統(tǒng)，是唯一的，相互間不能混用。 新增液壓閥臺(tái)、 遠(yuǎn)程操作臺(tái) （ 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(chǎng)的實(shí)際情況，在最合適的位置無線遙控操作開口機(jī)和液壓泥炮。 同時(shí)增加遠(yuǎn)程操作臺(tái)和遠(yuǎn)程終端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作開口機(jī)和液壓泥炮的油泵、開鐵口機(jī)和泥泡。遠(yuǎn)程操作臺(tái)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(shí)，利用現(xiàn)有液壓控制系統(tǒng)維持生產(chǎn)。所有設(shè)備動(dòng)作換向采用常規(guī)電液換向閥控制。 （ 2）比例閥：新增閥臺(tái)中開鐵口機(jī)回轉(zhuǎn)油缸的控制采用電液比例閥控制，其余設(shè)備動(dòng)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原先導(dǎo)油泵。為了保證系統(tǒng)過濾精度，增加先導(dǎo)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(duì)開鐵口機(jī)回轉(zhuǎn)進(jìn)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(jī)構(gòu)所需流量來確定，而是根據(jù)比例閥進(jìn)出口 壓差按其工作曲線來選擇。這一點(diǎn)對(duì)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(gè)較好的分辨率， （ 3）開口機(jī)泥炮液壓原理：開鐵口機(jī)液壓控制系統(tǒng)與原液壓系統(tǒng)通過手動(dòng)球閥并在一起的，兩個(gè)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(dòng)球閥并在一起的，兩個(gè)系統(tǒng)可以相互切換。 增設(shè)檢測(cè)系統(tǒng) 檢測(cè)系統(tǒng)包括開鐵口機(jī)回轉(zhuǎn)油缸壓力和流量檢測(cè)，開鐵口機(jī)送進(jìn)馬達(dá)壓力檢測(cè)以及開鐵口機(jī)鉆孔深度檢測(cè)，壓力和流量檢測(cè)元件設(shè)置在新增液壓閥臺(tái)上，鐵口深度檢測(cè)編碼器與開鐵口機(jī)進(jìn)給液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)軸連接 ，可以通過轉(zhuǎn)數(shù)反映開口深度，當(dāng)鉆進(jìn)速度的達(dá)到最大時(shí)候視為（送進(jìn)馬達(dá)的流量變化來判斷）鉆穿。各個(gè)檢測(cè)參數(shù)均通過 制實(shí)現(xiàn)每個(gè)開鐵口機(jī)設(shè)備的動(dòng)作參數(shù)顯示、記錄。以便于工藝查詢及自動(dòng)化操作。 增設(shè)自動(dòng)控制系統(tǒng) 新增液壓閥臺(tái)電控系統(tǒng) 主要包括 場(chǎng)手動(dòng)操作臺(tái)、監(jiān)控臺(tái)等。通過編制開鐵口程序，可以實(shí)現(xiàn)打開鐵口的自動(dòng)化。并可以顯示并記錄鐵口深度，炮泥強(qiáng)度等相關(guān)工藝數(shù)據(jù)。 控制系統(tǒng)采用西門子 個(gè)鐵口一套，用網(wǎng)絡(luò)連接在一起。 新 3號(hào)高爐無線遙控系統(tǒng)原理見圖 4。 攀 鋼 技 術(shù) 53 圖 4 新 3號(hào)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 鐵口操作模式 （ 1）無線遙控裝置操作模式。在岀鐵場(chǎng)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(chǎng)手動(dòng)操作臺(tái)操作模式轉(zhuǎn)換在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作臺(tái)上進(jìn)行。 （ 2）現(xiàn)有手動(dòng)操作液壓閥操作模式。在開口機(jī)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(shí)采用，與改造后的系統(tǒng)通過手動(dòng)球閥轉(zhuǎn)換。 （ 3）現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作臺(tái)操作模式。在新增現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作臺(tái)旁，為次要操作模式，無線遙控裝置出故障時(shí)采用，同時(shí)設(shè)置在 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(duì)攀鋼新 3#高爐爐前液壓泥泡開口機(jī)的遙控改造和連續(xù)使用，具有良好的使用效果和經(jīng)濟(jì)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(shí)，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(dòng)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(jī)工作。 （ 2） 采用了 全液壓傳動(dòng)系統(tǒng)及遠(yuǎn)程手動(dòng)，在生產(chǎn)實(shí)踐中，遙控操作開鐵口機(jī)有著傳統(tǒng)開鐵口機(jī)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，控制系統(tǒng)的優(yōu)異性，使得開 鐵口機(jī)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作更為平穩(wěn)，延長(zhǎng)開鐵口機(jī)的使用壽命。 （ 3）采用多種監(jiān)測(cè)手段，能得到比靠經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)更為準(zhǔn)確的鐵口深度、開口壓力等工藝數(shù)據(jù)，有利于改進(jìn)爐前生產(chǎn)狀況。 （ 4）采用 制為將來實(shí)現(xiàn)程序化控制，自動(dòng)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(jìn)。 （ 1）耐高溫檢測(cè)困難。編碼器等電氣元件都需要安裝在開鐵口機(jī)上，需要接近 1 000 的高溫環(huán)境，必須做好保護(hù)措施。 （ 2）手動(dòng)操