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1　背景介紹

在鋼鐵行業(yè)中，結(jié)晶器保護(hù)渣是連鑄鋼坯生產(chǎn)中非常重要的添加材料，保護(hù)渣要想達(dá)到良好的使用效果，需遵循“勤加、少加、均勻加”的原則，保護(hù)渣厚度維持在50mm±10mm左右，它的作用有以下幾點(diǎn)：

（1）有效防止鋼水液面的二次氧化。保護(hù)渣加入到結(jié)晶器內(nèi)的鋼液面上，熔化后形成一定厚度的液渣層，均勻覆蓋鋼液面，防止鋼液的二次氧化。

（2）減少鋼液的熱量損失，降低鋼水的過(guò)熱度。

（3）保護(hù)渣可有效吸收其他雜質(zhì)。

（4）保護(hù)渣具有均勻傳熱的功能。保護(hù)渣熔化形成的液渣，若能均勻流入結(jié)晶器壁與凝固坯殼間，便能形成均勻的渣膜，可以減小上部的傳熱速率，加大下部傳熱速率，從而改善傳熱的均勻性，提高鑄坯質(zhì)量。

（5）改善鑄坯潤(rùn)滑的作用。保護(hù)渣熔化流入結(jié)晶器壁與凝固坯殼間形成的渣膜可起到潤(rùn)滑劑的作用，減少拉坯阻力，防止坯殼與結(jié)晶器壁的粘結(jié)。隨著拉速的不斷提高，因結(jié)晶器振動(dòng)頻率的提高使保護(hù)渣難以流入鑄坯與結(jié)晶器間的通道，保護(hù)渣消耗量減少，拉坯摩擦阻力增加，當(dāng)阻力超過(guò)坯殼強(qiáng)度時(shí)，會(huì)引起漏鋼事故。

目前國(guó)內(nèi)大部分鋼廠添加保護(hù)渣的工作是人工來(lái)完成，人工加渣存在下列問(wèn)題：

（1）保護(hù)渣的厚度由操作工的經(jīng)驗(yàn)來(lái)控制，導(dǎo)致鋼水面保護(hù)渣厚度不均勻的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生；

（2）需要時(shí)刻保持渣厚，操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度大；

（3）現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度高，灰塵較大，鋼渣飛濺，對(duì)操作工的身體健康產(chǎn)生很大影響；

目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出各種類型的自動(dòng)加渣系統(tǒng)，典型的自動(dòng)加渣系統(tǒng)有以下幾種：

（1）重力輸送保護(hù)渣加渣：該裝置主要是靠保護(hù)渣的自身重量來(lái)向結(jié)晶器輸送，但經(jīng)常出現(xiàn)渣料阻塞料管及出料口，效果不太理想。

（2）機(jī)械式輸送加渣機(jī)：該裝置主要問(wèn)題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、占地面積大，操作相對(duì)困難。當(dāng)鋼種和拉速變化時(shí)，不能定量調(diào)節(jié)保護(hù)渣。在使用過(guò)程中運(yùn)行調(diào)試復(fù)雜，操作不方便。

（3）氣動(dòng)輸送加渣機(jī)：保護(hù)渣的加渣量隨時(shí)調(diào)節(jié)困難，只能滿足單一拉速和單一鋼種的生產(chǎn)要求，并且其動(dòng)力源同時(shí)需要電力和氣力兩種。

以上三種自動(dòng)加渣系統(tǒng)只能針對(duì)特定的連鑄機(jī)，加渣方式過(guò)于單一，對(duì)于復(fù)雜的連鑄機(jī)鋼坯生產(chǎn)線無(wú)法完全覆蓋鋼水液面進(jìn)行加渣，并且可控性、局限性較大，在我公司未開(kāi)發(fā)該系統(tǒng)前，市場(chǎng)上還沒(méi)有出現(xiàn)能滿足方、板坯兩用連鑄的自動(dòng)加渣機(jī)。
基于湖南湘潭鋼鐵集團(tuán)寬厚板廠連鑄機(jī)為方板坯兩用連鑄機(jī)，板坯斷面：2250mm×300mm；方坯斷面：465mm×400mm，型號(hào)種類多，普通的自動(dòng)加渣系統(tǒng)無(wú)法滿足該連鑄機(jī)自動(dòng)加渣的要求。為了解決該問(wèn)題，針對(duì)連鑄機(jī)的不同生產(chǎn)斷面設(shè)計(jì)相應(yīng)的加渣路徑，我公司提出了用工業(yè)機(jī)器人替代人工手動(dòng)加渣的方法，解決了加渣不均勻的問(wèn)題，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，成功實(shí)現(xiàn)了方、板坯加渣自動(dòng)化操作，得到了客戶的高度認(rèn)可。

2 項(xiàng)目實(shí)施

（1）我公司開(kāi)發(fā)的機(jī)器人自動(dòng)加渣系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)屬于首套能同時(shí)滿足方板坯等多種型號(hào)生產(chǎn)的自動(dòng)加渣設(shè)備。

（2）系統(tǒng)主要由保護(hù)渣存儲(chǔ)料倉(cāng)、送料軟管、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人導(dǎo)軌、加渣機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)組成。由工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、上位系統(tǒng)、工業(yè)交換機(jī)等組成工業(yè)以太網(wǎng)（PROFINET）通訊系統(tǒng)，通訊非常方便。

機(jī)器人自動(dòng)加渣系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)器人自動(dòng)加渣系統(tǒng)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示：

圖2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖

（3）系統(tǒng)運(yùn)用RobotStudio、Solidworks等仿真軟件進(jìn)行電腦模擬仿真，仿真的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)更改設(shè)計(jì)，項(xiàng)目施工成功率大幅度提升。

（4）開(kāi)發(fā)了方板坯生產(chǎn)型號(hào)自動(dòng)選擇系統(tǒng)，當(dāng)不同的型號(hào)生產(chǎn)時(shí)，機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行該型號(hào)的加渣路徑，如生產(chǎn)板坯2250mm時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行2250型號(hào)的加渣路徑，生產(chǎn)方坯430mm×340mm時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行方坯加渣路線。

（5）系統(tǒng)解決了操作工加渣時(shí)會(huì)出現(xiàn)的斷面保護(hù)渣不均勻現(xiàn)象，利用機(jī)器人的靈活性，使得保護(hù)渣基本全覆蓋鋼水液面，解決了加渣死角地問(wèn)題。機(jī)器人到達(dá)工作位后，按照預(yù)設(shè)軌跡進(jìn)行加渣。螺旋加渣機(jī)構(gòu)在機(jī)器人運(yùn)行的軌跡下，能有效地避開(kāi)水口及其他干擾，進(jìn)而將結(jié)晶器保護(hù)渣均勻無(wú)死角地加入結(jié)晶器內(nèi)。

（6）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從保護(hù)渣的儲(chǔ)存加熱到輸送，全流程實(shí)現(xiàn)了保護(hù)渣到鋼水中的過(guò)程，并且過(guò)程渣量可控，減少了人為干預(yù)，提高了鋼坯質(zhì)量穩(wěn)定性。系統(tǒng)進(jìn)行了嚴(yán)密的計(jì)算，包括料倉(cāng)的環(huán)境空間和存儲(chǔ)料的大小。使用自動(dòng)加渣系統(tǒng)一個(gè)澆次僅需進(jìn)行1~2次的人工對(duì)料倉(cāng)添渣。而原來(lái)是每包料需要人工填放在結(jié)晶器蓋板進(jìn)行加渣。

（7）在此系統(tǒng)中，我們運(yùn)用安全掃描儀設(shè)備進(jìn)行人身與設(shè)備的安全防護(hù)，通過(guò)軟件設(shè)定了警告與禁止安全保護(hù)區(qū)域，當(dāng)操作人員或其他人員與設(shè)備進(jìn)入安全警告區(qū)域時(shí)，發(fā)出安全警告提示，進(jìn)入禁止區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)立即停止作業(yè)，提高了人身與設(shè)備的安全性。

（8）開(kāi)發(fā)了緊急停止加渣作業(yè)功能，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)出現(xiàn)緊急情況時(shí)（如中包漏鋼、結(jié)晶器鋼水外溢等嚴(yán)重情況），操作工啟動(dòng)該功能，迅速將加渣桿收回并回到待機(jī)位，便于操作人員進(jìn)行緊急情況處理。

（9）系統(tǒng)的移植性和擴(kuò)展性方便，在寬厚板另一臺(tái)鑄機(jī)的板坯應(yīng)用過(guò)程中，基本通過(guò)移植即可用，減少了研發(fā)投入成本，目前在短短一年，已完成2臺(tái)推廣，并且在其它鋼鐵廠也開(kāi)始了方案制定和推廣計(jì)劃。

3　效益分析

機(jī)器人自動(dòng)加渣系統(tǒng)是針對(duì)鋼廠實(shí)際情況開(kāi)發(fā)的智能控制設(shè)備，用一套自動(dòng)加渣系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)連鑄方、板坯兩用鑄機(jī)自動(dòng)加渣，主要效益有：

（1）經(jīng)濟(jì)效益

減少操作工2名，因是四班三運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)際可減少8人，目前該系統(tǒng)在湘鋼已投用2套。每年可直接節(jié)約人力成本。2×8×10萬(wàn)=160萬(wàn)元。

（2）間接效益

·　減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，不再需要人手動(dòng)加料和加渣。

·　可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)。

·　保持保護(hù)渣的加渣均勻性，而原手動(dòng)

加渣均勻性無(wú)法得到保證，減少了保護(hù)渣在加渣過(guò)程中的浪費(fèi)。

·　提高了鑄坯質(zhì)量。

（3）安全效益

減少人員在連鑄平臺(tái)上的作業(yè)頻繁程度，降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，如2016年10月寬厚板6#鑄機(jī)鋼水噴濺事故，引起人員重傷的事故。在項(xiàng)目施工前需要2~3人在平臺(tái)作業(yè)，施工后只需1人作業(yè)。

（4）社會(huì)效益

通過(guò)該系統(tǒng)的研發(fā)，給冶金行業(yè)加渣和物料傳輸?shù)壬a(chǎn)線提供一種新的思路和借鑒方法，同時(shí)以該系統(tǒng)為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，提高了鋼鐵企業(yè)的自動(dòng)化水平，在目前我省冶金行業(yè)智能制造水平不高的前提下，增強(qiáng)了冶金企業(yè)智能制造的能做好的信心，同時(shí)在行業(yè)中也起到了帶頭作用。

4　項(xiàng)目總結(jié)

機(jī)器人自動(dòng)加渣系統(tǒng)是針對(duì)鋼廠實(shí)際情況開(kāi)發(fā)的智能控制設(shè)備，用一套自動(dòng)加渣系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)連鑄方、板坯兩用鑄機(jī)自動(dòng)加渣，本系統(tǒng)能自動(dòng)控制保護(hù)渣在結(jié)晶器液面上的均布覆蓋，保證保護(hù)渣更好的發(fā)揮其作用保證鋼水拉坯質(zhì)量，能減少人工操作帶來(lái)的各種不穩(wěn)定性和人力資源的浪費(fèi)，同時(shí)在鑄機(jī)的方坯、板坯轉(zhuǎn)換生產(chǎn)時(shí)，可以通過(guò)一鍵切換進(jìn)行自動(dòng)加渣的模式切換，從而滿足方板坯兩用自動(dòng)加渣功能。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年12月刊