摘要：随着现代炼铁技术的快速发展，对高炉炉前液压设备的技术性能提出了新的要求，开口机和液压炮作为冶炼高炉的主要炉前设备，其运行效率成为业内关注的焦点。在当前的社会背景下，考虑炉前高温工况、环境等影响，传统的手工操作方式较为落后，劳动效率低，安全性差，不利于大型冶炼企业的长期发展。然而，为了降低炉前操作工的工作强度，提高劳动效率，提升高炉设备整体的自动化控制水平，对炉前液压系统进行升级改造已是迫在眉睫。基于此，文章根据当前这一现实背景，主要针对炉前设备液压炮和开口机进行自动化控制升级设计，从而改善以往的纯手工模式操作，通过对控制系统的自动化升级，劳动效率得到提高，生产力水平稳步提升，为自动化控制在高炉炼铁生产的推广起到积极作用。
关键词：高炉炼铁 炉前设备 自动化控制
1前言
伴随着高炉大型化、高效化、长寿化，自动化、清洁化技术的进步，生产现场对高炉炉前设备及操作环境的要求越来越高，尤其是跟生产密切相关的开口机和液压炮是高炉炉前的关键设备。开口机控制系统和各执行机构的稳定运行才能保证铁口的准点打开和出铁工作的正常有序组织；液压炮控制系统和各执行机构可靠、稳定运行关系到铁口能否正常堵住及铁口能否保持正常深度，是高炉生产能否顺利进行的关键。现阶段，随着炉前作业的持续高温，高强度的工作状态，以及炉前多尘的恶劣环境因素影响，都在极力开发推广自动打开铁口装置，这对炉前设备的性能提出更高要求。因此，积极改善炉前工作环境、利用前沿的控制技术以及科技手段，对炉前液压控制装置系统进行改造升级是冶炼企业急需解决的重大问题，也是企业提高冶炼效益的关键。
2炉前设备控制工艺及自动化控制需求
2.1开口机运行要求
根据开口机的运行要求，本次改造设计将开口机分为三部分控制。一是旋转臂旋转系统。当系统接到操作员发出的旋转向前指令，开口机根据系统预先设定的速度由停止状态转向铁口工作区位置，等待下一操作命令；二是推进轨梁倾斜系统。当系统接到操作员发出给倾斜机构向前倾斜指令时，倾斜机构根据系统设定的输出速度驱动推进梁对准出铁口；三是安装在开口机推进梁的凿岩机，在马达的驱动下钻机连同钻杆一起向铁口钻进，与炮泥接触后，操作员控制凿岩机以驱动钻杆旋转，并根据进给速度和硬点发出冲击命令，直到铁口打开。
2.2液压炮运行要求
液压炮作为炉前设备的特殊机械，其主要实现的功能是在铁水从高炉出铁口排出后，将其通道进行封堵。其中，封堵的压力要满足整个冶炼风压的阻力和铁水通道的阻力，并且炮泥压入铁水通道并堵塞，对出铁口周围的炉墙进行修补，确保铁水通道的密实性效果。同时，为避免液压炮钻进速度过快，冲击力过大，导致铁口炉壁被损坏，但又要满足维护检修和调试的速度要求，故对液压炮的回转速度进行精确的控制，从而符合运行要求。
2.3实施自动化控制的目标达成
（1）液压控制系统完成改造后，90%以上的操作由遥控系统完成，手动操作为备用；（2）针对炉前视线、指挥员信息传递不及时问题。改造后开口机和液压炮系统可实现5~100米遥控操作，利用遥控器可以在炉前任意安全位置对开口机和液压炮进行控制，只需1人操作即可，不仅提升了炉前操作的安全性，同时还降低了人工支出成本； （3）利用遥控完成开口机和液压炮的操作，符合高炉出铁生产要求，将正常打开铁口时间控制在5min以内，一次性铁口开启率占80%以上；（4）远程遥控与手动操作灵活切换、方便可靠，每人每次的切换时间控制在1min之内。
3炉前液压控制程序改进研究
本次改进设计思路，是将遥控控制系统与原液压控制系统并联，原执行机构不做改动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实施改造后，遥控液压控制作为主操作控制系统，当遥控系统发生故障时，可以通过遥控器和手动控制切换阀切换，切换至操作台利用人工对其进行控制。当选择遥控液压炮时，自动激活液压炮油泵开启，利用遥控器可完成液压炮的回转和打泥控制，此时其它控制开关失效；当选择开口机时，此时系统自动激活开口机油泵开启，利用遥控器可对开口机的旋转臂旋转控制，前后倾斜，钻头正反转以及冲击动作等控制，此时其它开关同样失效。同时，在设定回转速度1、2、3档位参数时，应根据高炉生产工艺调整设定。本次改进根据现场实践经验，提出三种速度方案。1档设定为全速的25%；2档设定为全速的50%；3档设定为全速的85%，实际应用中可根据操作规程及工艺要求，对PLC程序中的电流输入参数进行修改，可实现在0~100的速度范围内无极调速，满足不同生产工艺需求。
3.1回转臂旋转动作程序改进
（1）启动液压炮开关，液压炮油泵被激活，利用遥控对液压炮回转动作进行控制。为液压炮回转设定旋转速度：封堵铁口时，回转速度宜设定为3档；拔炮和调试时，为规避对铁口泥套遭到破坏，回转速度设定为1档并配合“回转操作手柄”进行点动；回转到停放位过程中，速度宜设定为2档。
（2）启动开口机开关，激活开口机泵，利用遥控可对开口机回转动作控制。为开口机回转设定旋转速度：当回转方向为开铁口时，回转速度宜设定为2档；为避免打开铁口时开口机被铁水烧坏，此时需要快速回转，其回转速度设定为3档；做铁口泥套或开口机调试时，为避免冲击损坏设备，回转速度宜设定为1档。
3.2开口机倾斜油缸动作程序改进
启动开口机控制开关，激活开口机泵后，开口机持续升压，利用遥控对开口机实施控制。当操作者确定要开铁口作业时，向前用力推动倾斜油缸控制手柄，开口机推进梁前进对准铁口；假如此时操作者确定不需要打开铁口或者铁口已经开启，可以向后拉动控制手柄，此时开口机推进梁倾斜向后抬起后退，离开铁口。
3.3开口机钻杆送进及调速程序改进
启动开口机控制开关，激活开口机泵，开口机持续升压，利用遥控对开口机实施控制。当需要打开铁口时，向前推动送进控制手柄，开口机钻杆在液压马达驱动装置和传动链条驱动作用下向前挺进，将开口机钻杆送进至铁口接触面开始打开铁口操作。当铁口被打开，操作遥控面板控制手柄向后扳动，同理作用下，钻机抬起向后退回至停止位置。
3.4开口机钻头旋转、冲击程序改进
启动开口机控制开关，激活开口机泵，开口机升压，利用遥控对开口机实施控制。操作者打开铁口，在控制面板板扳动钻头正转手柄，此时钻头在凿岩机的控制下顺时针转动，开始钻削炮泥，在铁口打开过程中，要同时开启空气吹扫装置，以便将铁口通道炮泥碎屑排除。如果钻头故障需要更换钻头时，此时打开控制面板的反转手柄开关，反转作用下钻头自动脱落，方便钻头更换。但同时要开启空气雾化装置，可以快速冷却钻杆，避免更换钻头是灼伤。当钻进过程遇到质地较硬的硬块，在控制面板板扳动冲击手柄，随着旋转和给进压力的持续增高，钻头在凿岩机的强大冲击力作用下将硬块震碎。
3.5液压炮打泥程序改进
启动液压炮控制开关，液压炮泵被激活，液压炮升压，利用遥控对液压炮实施控制。当操作工判断液压炮旋转至工作区并对准铁口时，利用遥控操作打泥手柄，实施打泥操作。
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论文作者:曹元鹏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第13期
论文发表时间:2019/11/8
标签：液压论文; 高炉论文; 速度论文; 钻头论文; 操作论文; 钻杆论文; 手柄论文; 《电力设备》2019年第13期论文;