张西周 ，李大安
( 宝钢集团八钢公司设备工程部)
摘 要: 高炉铁水取样测温工作涉及高温、有毒、危险等问题。文章介绍了一种高炉铁水取样智能化移动执行系统替代人工取样的方法，该方法采用激光雷达自动化导引、自主定位的方式，实现高炉铁水测温取样工作自动化和智能化，提高了钢铁厂高炉智慧化水平。
关键词: 高炉铁水; 测温; 取样; 机器人
1 引言
高炉炉膛内的铁水温度是反映高炉内部炉热水平的一个重要变量［1］，同时炉前铁水测温取样也是高炉出铁品质控制的重要手段，因此准确测定铁水温度和铁水实时取样分析是确保高炉铁水品质的重要手段。目前国内高炉铁水测温普遍采用插入式热电偶测温的方法，该方法测温准确性高，但是需要人工进行测量且不能连续性测量，而且存在工作环境差、危险性高等问题［2］。也有采用红外辐射式或光耦合式原理进行的连续性测温方式，这种测温方式虽然减轻了工人劳动强度，但出铁水时烟气、粉尘弥漫，测温准确性大大降低，且测温同时仍需要人工进行取样，此种方式未能实现炉前测温取样总体的无人化和智能化。
目前国内钢铁企业的自动化和智能化制造技术在炼钢和连铸等后段工序应用较多，在炼铁工序应用较少，以国内某知名钢铁企业为例，高炉炉前智能化技术仅应用在自动化加炮泥和开口机自动换钎等。笔者认为，国内高炉自动化和智能化技术应用有很大发展空间，文章介绍一种高炉铁水智能取样测温系统，即采用移动执行系统代替人工插入式热电偶测温和插入式取样棒取样的方式，通过采用炉前测温取样新技术，综合提升高炉炉前智能化水平。
1 智能取样测温工艺流程
智能取样测温移动执行系统，由系统携带测温热电偶和取样器，按照铁水生产流程和节奏，自动移动到出铁口进行测温取样。
工艺流程: (1) 移动执行系统根据铁流信号按照固定路线移动至铁水测温取样点; ( 2) 执行机构将取样枪或测温枪从弹仓中取出，根据程序指令插入到铁水液面以下，根据程序指令将测温取样枪投放到铁水中; ( 3) 测温工作。执行机构通过前端激光测距传感器检测自身定位偏差并修整测量程序，完成铁水温度测量过程，获得的温度数据通过无线通讯上传，并在大屏幕上并进行语音播报，同时中控系统记录温度信息; ( 4) 取样工作。执行机构按照设定路径完成取样动作，将取样棒端部放置在冷却水中灭火冷却后，在破样装置内完成破碎，铁样自动掉落在样品盒中。机器人将剩余取样棒推入到铁水中销毁; ( 5) 系统整体完成测温取样工作，移动到初始充电位置，等待人工将铁样取走。
智能取样测温系统工作流程见图 1。
2 移动执行系统各组成部分的重要功能
移动执行系统主体为 AGV 移动平台和机器人执行器两部分，辅助部分为破样装置、测温和取样快换装置、测温棒和取样棒弹舱、自动充电装置和控制通讯系统等。移动测温取样执行系统将机器人的运动控制技术、AGV 导航定位技术、无线通讯技术和多传感器融合技术相结合完成数据采集，并采取智能化算法实现数据优化和预测分析，综合实现现场生产过程自动化、生产数据数字化、生产管理可视化等效果。移动执行系统和辅助系统见图 2。
( 1) AGV 移动平台。AGV 移动平台具备路径规划、目标导航以及 slam 的能力［3］，还要考虑承载能力和环境适应性，所有部件布局时按特殊工作环境做保护处理和隔热处理，周围采用隔热 500 度以上空间隔热板，主体框架采用材料为 Q235A 的方钢和钢板焊接而成。主驱动采用伺服舵轮结构，包含驱动结构和转向机构，解决机器人行走和转向功能。
( 2) 导航系统。移动平台导航方式考虑炉前恶劣的环境情况和导航精度要求，采用激光 slam 技术和磁钉导航［4］结合的方式。激光 slam 导航用于移动平台在炉前行走的定位和路径规划主策略，辅助完成避障功能，磁钉用于在关键点位的精确定位，确保移动平台在炉前窄小空间的运动准确性和安全型。
( 3) 执行系统和快换装置。执行系统采用了一 台六轴机器人，高自由度机器人可以满足测温取样过程对执行系统灵活性的要求和可编程性要求。 机器人前端安装快换装置，随意完成测温探头和取样探头的切换。
( 4) 测温棒和取样棒弹舱。测温棒和取样棒弹舱是为了配合移动执行系统自动更换一次性的测 温棒和取样棒所设计的辅助装置，通过人工一次性 上料后，自动配合移动执行系统进行测温棒和取样 棒送料，可实现计数和缺料状态报警等功能。测温棒和取样棒弹舱见图 3。
3 结语
高炉铁水取样测温智能化前，取样过程中通过观察和人工测温判断铁水实时温度，依靠人工直接观察高温铁水的理化特征评判硅含量乃至物理热及化学热，难免会出现人为误差，同样，使用人工测温，工作劳动强度大，操作难度高，容易产生测量误差。
目前高炉铁水智能化测温取样系统已在八钢第一炼铁分厂使用，总体上实现了高炉平台测温取样自动化和智能化，有效完成了高炉前人流、物流和移动平台流动三者之间的有机结合，提升了高炉炉前的工作环境形象，减轻了炉前工人的工作强度，解决了炉前工作的安全性和可靠性问题，提高了炉前测温取样数据的准确性。
高炉铁水测温取样智能化是钢铁厂高炉智慧化［5］发展的基础，该系统的实际应用将极大促进高 炉炉前智能化水平。
参考文献
［1］潘冬，蒋朝辉，桂卫华． 基于传热模型的高炉出铁场主沟内铁水温度检测［J］． 第 27 届中国过程控制会议 ( CPCC2016) ．
［2］胡纪五，薛秀琴，王为仁． 高炉贴水连续测温技术的研究 ［J］． 仪器仪表学报，1987( 4) : 433 ～ 436．
［3］焦富龙． 基于双目视觉的移动机器人 SLAM 系统设计与实现［D］． 北京: 北京工业大学，2015．
［4］杨利兵，严新平，吴超仲，等． 磁道钉导航控制系统研究 ［J］． 武汉理工大学学报( 交通科学与工程版) ，2002，26 ( 4) : 454 ～ 456．
［5］张建良，周芸，徐润生，等． 中国制造 2025: 推进钢铁企业智慧化［J］． 中国冶金，2016，( 2) : 1 ～ 6．