CN113832277B - 一种高炉出铁智能判定及自动开口控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，包括：检测准备打开的铁口号；智能判定并选择开口钻杆的直径；执行自动换钎操作；执行自动加泥操作；检测当前出铁口是否出喷；计算开铁口的开口时机；执行移盖机升降和前进、后退；执行开口机自动开口操作；检测铁口是否钻通及其钻通深度。本发明能够结合历史数据和经验数据，利用自动化的手段进行高炉出铁口的开口过程控制。

Description

一种高炉出铁智能判定及自动开口控制方法

技术领域

本发明涉及一种钢铁冶炼工艺，更具体地说，涉及一种高炉出铁智能判定及自动开口控制方法。

背景技术

高炉冶炼是将入炉的铁矿石利用焦炭(部分用煤粉、天然气等替代)还原成液态熔融铁水(不溶于铁水的部分成为炉渣)，生成的铁水和炉渣通过铁口孔道排出的工艺。国内外现有的高炉开口时机的判断都是靠操作工的经验，而开口操作都是通过人工控制遥控器或者现场控制手柄分步操作移盖机、开口机等。

现有的高炉开口机开口操作流程是：泥炮炮头冷却后，进行清理作业，清理完毕后，人工进行泥炮加炮泥和开口机换钎操作。操作工利用人工经验判定到开口时机时，利用遥控器分步操作移盖机提升—移盖机后退—开口机旋转——开口机挂钩—开口机小车前进—钻杆对位—钻孔(含正打、逆打、旋转)—钻通后开口机小车后退—开口机抬升—开口机后退—移盖机前进—移盖机下放到位。

中国专利CN201410428346.1，一种高炉开铁口的方法及高炉开铁口设备系统公开了一种高炉开口方法。该专利先采用机械开铁口机从出铁口基准点沿预设的出铁通道方向往高炉内钻孔，当机械开铁口机的钻杆钻至预设位置处时，将钻杆退出出铁通道；再采用激光开铁口机产生激光，该激光沿着机械开铁口机钻设的孔道打通出铁通道。该专利主要是检测铁口深度，而非智能化判断开口时机、智能实现开口出铁的方式。

中国专利CN201821012435.8，一键式自动开铁口机公开了一种铁口机。该专利涉及一键式自动开铁口机，是一种专用于开铁口的设备，而非高炉开铁口智能化控制方法。

中国专利CN201811550689.X，一种测量高炉铁口深度的方法和开铁口机，公开了一种测量高炉铁口深度的方法，用检测钎子移动距离的位移传感器和用检测钎子钻铁口时压力变化的压力传感器检测铁口深度。该专利主要是检测铁口深度，而非智能化判断开口时机、智能实现开口出铁的方式。

可见，现有技术虽然公开了钢铁冶炼工艺中的多个方面，但均没有涉及到如何智能控制高炉出铁设备的自动开口控制方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种高炉出铁智能判定及自动开口控制方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，包括：检测准备打开的铁口号；智能判定并选择开口钻杆的直径；执行自动换钎操作；执行自动加泥操作；检测当前出铁口是否出喷；计算开铁口的开口时机；执行移盖机升降和前进、后退；执行开口机自动开口操作；检测铁口是否钻通及其钻通深度。

进一步地，智能判定开口钻杆直径的步骤包括：根据高炉生产状况智能判断是否可执行智能模式；如果满足智能模式，则根据该铁口前次铁的出铁时间情况选择钻杆直径，如果该铁口前次铁的出铁时间长，则选择大号钻杆；如果该铁口前次铁的出铁时间短，则判定是否是紧急堵口情况，若不是，则选择小号钻杆；若是，则进一步判断储渣量高低，若高，则选择大号钻杆；若不高，则进一步判断前次铁的铁口深度，如果偏浅，则选择中号钻杆；若深度正常，则进一步判断炉体1-30层热负荷瞬时升高是否超过某特定范围或其绝对值是否超过某特定范围、或者炉温是否超出控制范围、或者风压是否偏高、或者料速是否偏快、或者储渣量升高且渣流偏小等情况，若是，则选择大号钻杆；若否，则返回选择中号钻杆。

进一步地，执行自动换钎操作的步骤包括：换钎机处于待机位置；将换钎机托举上升；换钎机抓紧钻杆并前进；换钎机的夹钳伸出并夹紧钻杆；将开口机前进并正旋；待钻杆装入开口机夹具后，换钎机的夹钳松开；开口机后退；换钎机的夹钳收回；换钎机托举下降；开口机中心钩托住钻杆；换钎机后退到待机位。

进一步地，执行自动加泥操作的步骤包括：泥炮处于待机位置；将AGV小车运行到取框位；导轨抱闸开，加泥机机器人小车行进到工作位置，导轨抱闸关；检测泥炮位置及泥筐位置；加泥机机器人抓炮泥并旋转到泥炮口；装炮泥直到装满到设定值；加泥机的机器人回原位；泥炮的活塞前进。

进一步地，计算开铁口的开口时机的步骤包括：检测高炉的炉缸温度；判断正在出铁的铁口前次铁的出铁时间、紧急堵口情况及当前渣流状态；检测正在出铁的铁口出喷；判定需要打开下个铁口。

进一步地，检测移盖机升降信号包括：读取高炉出铁口移盖机升降过程中液压系统的压力变化反馈信号；在液压管道安装的溢流阀检测压力变化反馈，如果检测的压力降低到提升到位压力的

时，则判断移盖机下放信号到位；若压力变化反馈压力升高到某特定值并触碰到机械限位，则判断移盖机抬升信号到位。

进一步地，检测移盖机行走信号包括：读取移盖机远端安装的传感器的信号，所述传感器和油缸相连；根据移盖机远端的传感器信号判断移盖机是否前进或后退到位。

进一步地，执行开口机开口操作的步骤包括：检测开铁口准备联锁条件是否满足，所述开铁口联锁条件包括自动换钎操作结束，自动加泥操作结束，水冲渣系统已启动，除尘系统已启动，泥炮在待机位，移盖机后退到待机位，开口机的位置状态等；根据正在出铁的铁口的喷溅状态及持续出铁时间执行开口机对检测到的计划出铁的铁口的开口操作。

进一步地，检测当前出铁口是否出喷的步骤包括：利用高温红外热成像设备检测铁口的温度呈现范围，因此判断铁口的喷溅状态。

进一步地，检测铁口是否钻通及其钻通深度的步骤包括：利用旋转变压器对钻杆的进程进行定位，通过液压系统的压力拐点以及定位情况判定铁口深度。

在上述技术方案中，本发明能够结合历史数据和经验数据，利用智能判定手段和自动化的控制手段进行高炉出铁口的开口过程控制。

附图说明

图1是本发明的高炉出铁智能判定及自动开口控制方法的流程图；

图2是判定开口钻杆直径的步骤流程图；

图3是执行自动换钎操作的步骤流程图；

图4是执行自动加泥操作的步骤流程图；

图5是计算开口机的开口时机的步骤流程图；

图6a是检测移盖机升降信号的流程图；

图6b是检测移盖机行走信号的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供一种高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，如图1所示，其主要包括以下步骤：

步骤1：检测准备打开的铁口号；

步骤2：智能判定并选择开口钻杆的直径；

步骤3：执行自动换钎操作；

步骤4：执行自动加泥操作；

步骤5：检测当前出铁口是否出喷；

步骤6：计算开铁口的开口时机；

步骤7：执行移盖机升降和前进、后退；

步骤8：执行开口机自动开口操作；

步骤9：检测出铁口是否钻通及其钻通深度。

在步骤1中，本发明在自动控制程序窗口留有可输入计划打开的铁口号的输入界面，自动控制程序可自动采集输入信号，并传输到控制程序内。

在步骤2中，本发明根据前次铁的铁口深度，当前的渣流、铁流、炉体热负荷及瞬时变化量、料速、炉温、风压等参数，整合经验数据，最终形成智能判别流程和控制程序，给出开铁口时合适的钻杆直径，智能判定钻杆直径程序涉及的算法包括线性算法、加权算法等。

如图2所示，智能判定开口钻杆直径的步骤包括：

步骤2.1：根据高炉生产状况智能判断是否可执行智能模式；

步骤2.2：如果满足智能模式，则根据该铁口前次铁的出铁时间情况选择钻杆直径，如果该铁口的出铁时间长，则选择大号钻杆；

步骤2.3：如果该铁口前次铁的出铁时间短，则判定是否是紧急堵口情况，若不是，则选择小号钻杆；

步骤2.4：若是，则进一步判断储渣量高低，若高，则选择大号钻杆，

步骤2.5：若不高，则进一步判断前次铁的铁口深度，如果偏浅，则选择中号钻杆；

步骤2.6：若深度正常，则进一步判断炉体1-30层热负荷瞬时升高是否超过某特定范围或其绝对值是否超过某特定范围、或者炉温是否超出控制范围、或者风压是否偏高、或者料速是否偏快、或者储渣量升高且渣流偏小等情况，若是，则选择大号钻杆；若否，则返回选择中号钻杆。

在步骤3中，执行自动换钎操作是在当前出铁的铁口出铁时间超过设定值后，智能化检测到下次计划打开的铁口的开口机进入“待换钎”位，根据钻杆智能判定程序模型提示的钻杆直径，自动执行装钎操作。

如图3所示，执行自动换钎操作的步骤包括：

步骤3.1：换钎机处于待机位置；

步骤3.2：将换钎机托举上升；

步骤3.3：换钎机抓紧钻杆并前进；

步骤3.4：换钎机的夹钳伸出并夹紧钻杆；

步骤3.5：将开口机前进并正旋；

步骤3.6：待钻杆装入开口机夹具后，换钎机的夹钳松开；

步骤3.7：开口机后退；

步骤3.8：换钎机的夹钳收回；

步骤3.9：换钎机托举下降；

步骤3.10：开口机中心钩托住钻杆；

步骤3.11：换钎机后退到待机位。

在本发明中，执行自动换钎操作的自动换钎机控制系统是通过独立PLC控制的，主要负责开口机的拆钎、装钎操作。控制系统包括换钎机自动模式、换钎机手动模式、休止、紧停、故障报警及复位处理、集控室操作、现场操作等操作模式；包括换钎机夹钳、举升、托举、行走等动作压力信号检测，开口机小车前进、夹钳松开、夹钳收紧、钻杆正转、中心钩旋进、中心钩旋出、中心钩松开、中心钩收紧等压力信号检测，液压油液位和温度、钎杆位有无准备好钎杆、钻杆型号、钻杆数量等信号检测，钻杆规格和数量输入窗口，信号输入和输出控制、联锁条件信号检测；手动控制模式时包括液压泵动作指令、换钎机动作指令、开口机动作指令等。

作为本发明的一种优选实施方式，执行自动换钎操作的自动换钎机控制系统带有故障报警及复位处理诊断模块，可以实时查看故障情况和原因、解决办法、复位到正常等。

在步骤4中，执行自动加泥操作在铁口发出堵口信号达到设定时间间隔后，控制程序执行智能检验，判定已拔炮、泥炮处于“待机”位、活塞后退到“待机”位、机器人小车处于“待机”位、AGV小车在“待机”位、信号检测无故障、设备无故障、铁口其它设备无操作动作等联锁条件满足时，AGV小车前进到取筐位，机器人小车前进到“加泥”工作位，根据设定的加泥量执行自动加泥操作(自动加泥机有红外检测信号可判定加泥后泥缸剩余间隙)，自动加泥机固有的控制程序判定加泥到设定值或者泥缸剩余间隙上限后，停止加泥操作，进入“待机”位。

如图4所示，执行自动加泥操作的步骤包括：

步骤4.1：泥炮处于待机位置；

步骤4.2：将AGV小车运行到取框位；

步骤4.3：导轨抱闸开，加泥机机器人小车行进到工作位置，导轨抱闸关；

步骤4.4：检测泥炮位置及泥框位置；

步骤4.5：加泥机机器人抓炮泥并旋转到泥炮口；

步骤4.6：装炮泥直到装满到设定值；

步骤4.7：加泥机的机器人回原位；

步骤4.8：泥炮的活塞前进。

在本发明中，执行自动加泥操作的自动加泥机控制系统是通过独立PLC控制的，主要完成泥炮的自动加泥操作。控制系统包括加泥机自动模式、加泥机手动模式、休止、自动启动、自动暂停、故障报警及复位处理、集控室操作、现场操作等操作模式；包括AGV电量、AGV车号、开口机角度、泥炮角度、油量、压力、顶泥距离、装泥高度、加泥数量、泥炮活塞位置、通讯、信号输入和输出控制、自动联锁条件等信号检测，包括加泥数量设定、AGV路线输入窗口；手动控制模式时包括机器人动作指令、加泥机动作指令、开口机动作指令、AGV动作指令等。

作为本发明的一种优选实施方式，执行自动加泥操作的自动加泥机控制系统有故障报警及复位处理诊断模块，可以实时查看故障情况和原因、解决办法、复位到正常等。

在步骤5中，检测当前铁口是否出喷采用高温红外热成像设备来实现，通过温度呈现范围不同对喷溅状态进行判定，该高温红外热成像设备无需机械结构，可调整视角，安装于风口平台支撑梁上。

在步骤6中，智能化判别开口时机通过整合经验数据，根据铁口喷溅状态的视频检测结果以及出铁时间，编制成程序智能判定出铁口开口时机，根据该判定输出结果，以及采集的铁口号，检测联锁条件(包括自动换钎操作结束，自动加泥操作结束，水冲渣系统已启动，除尘系统已启动，泥炮在待机位，移盖机后退到待机位，开口机的位置状态等)满足时，自动执行开口控制程序，调用移盖机自动控制程序、开口机自动控制程序。开口过程中，根据铁口深度和指数函数关系控制雾化冷却水的流量。

如图5所示，步骤6中，计算开铁口的开口时机的步骤包括：

步骤6.1：检测高炉的炉缸温度；

步骤6.2：判断正在出铁的铁口前次铁的出铁时间、紧急堵口情况及当前渣流状态；

步骤6.3：检测正在出铁的铁口出喷；

步骤6.4：判定需要打开下个铁口。

在步骤7中，检测移盖机升降、行走信号主要包括升降信号的检测和走行信号的检测(原有限位开关和传感器无法满足高温环境以及容易被渣铁烧损)，其中提升到位信号通过液压系统的压力变化反馈，下放到位信号通过液压管道安装溢流阀，检测压力变化反馈(压力降低到提升到位压力的

)，走行信号采用远端安装传感器，油缸处引出信号线和传感器相连，实现准确定位和信号检测，并将检测信号传输到控制程序。

如图6a所示，步骤7中，检测移盖机升降信号包括：

步骤7.1：读取高炉出铁口移盖机升降过程中液压系统的压力变化反馈信号。

步骤7.2：在液压管道安装的溢流阀检测压力变化反馈，如果检测的压力降低到提升到位压力的

时，则判断移盖机下放信号到位。

步骤7.3：若压力变化反馈压力升高到某特定值(1.8MPa)并触碰到机械限位，则判断移盖机抬升信号到位。

如图6b所示，步骤7中，检测移盖机行走信号包括：

步骤7.4：读取移盖机远端安装的传感器的信号，该传感器和油缸相连，可实现准确定位和信号检测。

步骤7.5：根据移盖机远端的传感器信号可判断移盖机是否前进或后退到位。

在本发明中，检测移盖机升降、行走信号的移盖机自动控制系统是通过PLC控制的，主要完成移盖机的前进、后退、提升、下放等动作。控制系统包括自动、手动、紧停、集控室操作、现场操作等操作模式；包括移盖机状态信号、油路压力信号、自动联锁条件信号检测；手动控制模式是通过HMI系统采用步控方式实现的，包括移盖机的分步动作指令。

在步骤8中，执行开口机开口操作分两步走：

1.首先检测开铁口准备联锁条件是否满足。该步骤中，开口联锁条件包括自动换钎操作是否结束，自动加泥操作是否结束，移盖机是否后退到待机位，泥炮是否在待机位，受铁鱼雷罐是否到位，除尘系统是否打开，水渣是否已启动；

2.根据正在出铁的铁口的喷溅状态及持续出铁时间执行开口机对检测到的计划出铁的铁口的开口操作。

在步骤8中，执行开口机开口操作的开口机自动控制系统是通过PLC控制的，主要负责开口机的自动操作，执行开口动作。控制系统包括自动、手动、紧停、集控室操作、现场操作等操作模式；包括压力信号、位置信号、油路压力、自动联锁条件信号等检测；手动控制模式是通过HMI系统实现的，包括开口机分步动作指令。在开口时，移盖机的动作顺序是：检测其是否放在主沟上，如果是，则先抬升到位、再后退到位，待开口结束后，移盖机前进到位后，再下放到主沟上。

在步骤9中，检测铁口是否钻通及其钻通深度是二个独立的检测步骤。检测铁口是否钻通采用旋转变压器，消除高温环境的干扰，对钻杆的进程进行定位，通过液压系统的压力拐点以及定位情况判定铁口深度，并传输到终端控制平台。

本发明针对开口时钻杆是否对准泥套中心区域的解决办法在于：

(1)改进开口机抱闸的材质，使用耐磨钢，提高抱闸的耐磨性能，对炉皮上的挂钩进行优化调整，缩小两边滑动挡板的间隙，提高开口机挂钩的固定精度，避免开口机因挂钩偏移或者钻铁口过程中因钻杆摆动而造成钻杆偏离铁口眼。

(2)在开口机侧方安装视频监控检测系统，判定开口机钻杆是否对准泥套中心区域，并反馈信号。

本发明的方法借助传感器、编码器以及激光、红外摄像等检测的信号结果通过硬接线或者网络通讯方式连入现场开口、堵口以及单体设备控制程序的控制器PLC中，PLC中的程序通过检测信号与专家指令进行各种逻辑函数运算，带有“是”、“否”反馈，满足“是”时控制相关设备间进行联动，如果反馈“否”时，自动弹出相关报警画面和故障情况，指导操作者排除故障。通过信号检测和各种逻辑运算以及“是”、“否”反馈，可实现闭环精确控制。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，其特征在于，包括：

检测准备打开的铁口号；

智能判定并选择开口钻杆的直径；

执行自动换钎操作；

执行自动加泥操作；

检测当前出铁口是否出喷；

计算开铁口的开口时机；

执行移盖机升降和前进、后退；

执行开口机自动开口操作；

检测铁口是否钻通及其钻通深度，

其中，所述智能判定开口钻杆直径的步骤包括：

根据高炉生产状况智能判断是否可执行智能模式；

如果满足智能模式，则根据该铁口前次铁的出铁时间情况选择钻杆直径，如果该铁口的出铁时间长，则选择大号钻杆；

如果该铁口前次铁的出铁时间短，则判定是否是紧急堵口情况，若不是，则选择小号钻杆；

若是，则进一步判断储渣量高低，若高，则选择大号钻杆；

若不高，则进一步判断前次铁的铁口深度，如果偏浅，则选择中号钻杆；

若深度正常，则进一步判断炉体1-30层热负荷瞬时升高是否超过某特定范围或其绝对值是否超过某特定范围、或者炉温是否超出控制范围、或者风压是否偏高、或者料速是否偏快、或者储渣量升高且渣流偏小情况，若是，则选择大号钻杆；若否，则返回选择中号钻杆，

其中，所述计算开铁口的开口时机的步骤包括：

检测高炉的炉缸温度；

判断正在出铁的铁口前次铁的出铁时间、紧急堵口情况及当前渣流状态；

检测正在出铁的铁口出喷；

判定需要打开下个铁口。

2.如权利要求1所述的高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，其特征在于，所述执行自动换钎操作的步骤包括：

换钎机处于待机位置；

将换钎机托举上升；

换钎机抓紧钻杆并前进；

换钎机的夹钳伸出并夹紧钻杆；

将开口机前进并正旋；

待钻杆装入开口机夹具后，换钎机的夹钳松开；

开口机后退；

换钎机的夹钳收回；

换钎机托举下降；

开口机中心钩托住钻杆；

换钎机后退到待机位。

3.如权利要求1所述的高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，其特征在于，所述执行自动加泥操作的步骤包括：

泥炮处于待机位置；

将AGV小车运行到取框位；

导轨抱闸开，加泥机机器人小车行进到工作位置，导轨抱闸关；

检测泥炮位置及泥筐位置；

加泥机机器人抓炮泥并旋转到泥炮口；

装炮泥直到装满到设定值；

加泥机的机器人回原位；

泥炮的活塞前进。

4.如权利要求1所述的高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，其特征在于，所述检测铁口是否出喷的步骤包括：

利用高温红外热成像设备检测铁口的温度呈现范围，以此判断铁口的喷溅状态。

5.如权利要求1所述的高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，其特征在于，检测移盖机升降信号包括：

读取高炉出铁口移盖机升降过程中液压系统的压力变化反馈信号；

在液压管道安装的溢流阀检测压力变化反馈，如果检测的压力降低到提升到位压力的时，则判断移盖机下放信号到位；

若压力变化反馈压力升高到某特定值并触碰到机械限位，则判断移盖机抬升信号到位。

6.如权利要求1所述的高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，其特征在于，检测移盖机行走信号包括：

读取移盖机远端安装的传感器的信号，所述传感器和油缸相连；

根据移盖机远端的传感器信号判断移盖机是否前进或后退到位。

7.如权利要求1所述的高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，其特征在于，所述执行开口机开口操作的步骤包括：

检测开铁口准备联锁条件是否满足，所述开铁口联锁条件包括自动换钎操作结束，自动加泥操作结束，水冲渣系统已启动，除尘系统已启动，泥炮在待机位，移盖机后退到待机位，开口机的位置状态；

根据正在出铁的铁口的喷溅状态及持续出铁时间执行开口机对检测到的计划出铁的铁口的开口操作。

8.如权利要求1所述的高炉出铁智能判定及自动开口控制方法，其特征在于，所述检测铁口是否钻通及其钻通深度的步骤包括：

利用旋转变压器对钻杆的进程进行定位，通过液压系统的压力拐点以及定位情况判定铁口深度。

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