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1、#*攀钢新攀钢新 3# #高炉炉前液压泥炮开口机的遥控改造高炉炉前液压泥炮开口机的遥控改造唐 炜，杜斯宏，林千谷，于天齐（新钢钒炼铁厂）摘摘 要：要：对攀钢新 3#高炉的液压泥炮、开口机的遥控改造进行了总结。实践表明，通过对高炉液压泥炮、开口机进行遥控改造，改进了液压泥炮、开口机的设备性能，降低炉前设备故障率，提高操作的可靠性和改善操作环境，满足了高炉不断强化的生产要求。 关键词：关键词：高炉；开口机；液压泥炮；遥控0 引言引言 开口机和液压泥炮是高炉炉前四大件中最重要的两件，其中开口机的稳定运行保证铁口的准确打开，确保出铁的准点；液压泥炮可靠、稳定运行关系铁口能否正常堵住、能否保持正常深度及
2、高炉生产能否顺行，所以开口机和液压泥炮的可靠运行关系到高炉能否高效生产。攀钢新 3#高炉炉容 2000 m3，于 2005 年 12 月建成投产，设计有 3 个铁口，每个铁口分别设置同侧布置的一台开口机、一台液压炮和一套相应的液压系统，采用手动操作液压阀操作开口机及液压炮的动作。由于 2006 年新 3#高炉除尘系统工程改造原因，炉前 1#、3#铁口上方已安装除尘罩，导致 1#、3#铁口开口机及泥炮的操作环境恶化，除尘装置运行时抽起的烟尘完全阻挡了操作室的观察角度，操作室充满烟尘，操作视线受阻，开口机开铁口、换钻杆及液压泥炮堵口等本可一人完成的工作，现在需要 23 人才能完成；设备操作的准确可
3、靠性也受到严重的影响，同时给安全生产带来隐患。为此攀钢决定针对 1#、3#铁口液压控制系统进行遥控改造，提高操作的准确可靠性和改善操作环境。1 1 开口机及泥炮现状开口机及泥炮现状1.1 开口机液压控制系统现状开口机液压控制系统原理如图 1 所示。主要功能包括：开口机的回转臂的回转、钻杆的进给、冲击等运动。当高炉需要出铁时，系统压力油经过手动操作液压换向阀 36.3 处于右位，液压油经过液控单向阀 58.3、调速阀 46.1 进入油缸无杆腔，同时压力油打开液控单向阀 45.2，有杆腔的回油经过调速阀 46.2 调速，然后经液控单向阀 45.2流回油箱，开口机的旋转臂在旋转液压缸的驱动下转到工作
4、位置；然后手动切换液动换向阀 35，使其处于左位，压力油通过换向阀 35、调速阀 38.1进入液压马达，同时马达回油经过调速阀 38.2 调速，流回油箱，驱动马达在液压油的驱动下带动凿岩机朝炉口方向前进，手动切换液动换向阀36，使其处于左位，压力油通过换向阀 37、调速阀 38.4 进入液压箱，液压马达在液压油的驱动下带动凿岩机开始正常钻孔，如果需要冲击时，手动切换液动换向阀 36.1，使其处于左位，冲击机开始冲击运动。1.2 泥炮液压控制系统现状泥炮液压控制系统原理如图 2 所示。液压炮的作用是在铁口需要关闭时用泥泡快速的堵上铁口，其主要动作包括回转和打泥等运动。从图 2 可知：液压炮旋转堵
5、铁口的工作过程中，其控制系统为差动回路。系统压力油经过手动操作液压换向阀 57 处于右位，一路液压油经过前置块中液控单向阀 58.3 进入油缸无杆腔，同时压力油打开液控单向阀 62，有杆腔的回油经过顺序阀 61、液控单向阀 62 进入油缸无杆腔，形成差动回路，使液压缸的活塞杆快速的带动液压炮身旋转至铁口位置；退炮时，系统压力油经过单向阀 60、顺序阀 61 进入液压缸的有杆腔，同时压力控制油打开无杆腔的液控单向阀 58.3，无杆#*图图 1 1 开口开口机液压控制系统原理机液压控制系统原理#*图图2 2 . .液压泥炮控制系统原理液压泥炮控制系统原理腔的回油经过液控单向阀58.3、液压换向阀5
6、7流回油箱。 其前置块主要用来控制转炮油缸，其主要作用锁紧转炮油缸，确保液压炮能够停在任意位置而不自行滑动，另外在进炮时，形成差动回路，以便油缸带动炮身快速的转到工作位置，同时，顺序阀可以使无杆腔现成一定的背压，确保泥炮平稳运行。该液压控制系统沿用了国内高炉应用最为广泛的手动操作系统，不能接收外来自动控制的信号。2 改造方案改造方案 （1）手动监控系统 现有的控制系统和操作方式不变，根据现场的实际情况，在1#、3#铁口对面的厂房边跨上选择合适的位置分别安装高温摄像头4套，在操作室通过工业电视来观测、操作铁口，同时将现有操作室的窗户密封、加装空调，改善工作环境。 改造后，通过摄像头观察铁口，方便
7、操作；投资省；不涉及液压系统的改动，不会对生产造成影响；但没有从根本上解决操作室周围的烟尘污染，控制方式也不灵活。（2）远程控制系统 在原控制系统上并联一套电液比例控制系，和原控制系统构成冗余系统，两套系统可以相互切换。 在原操作室新安装一套比例控制阀组，包括：液压炮旋转控制回路液压炮打泥控制回路、开口机旋转机构控制回路、进给马达控制回路、凿岩机旋转马达控制回路（全部采用比例控制系统），冲击回路（普通电磁换向阀控制），机倾斜调整机构控制回路（维持原有系统），其中：比例阀优先选用公司有储备或积压的产品，每个铁口新增PLC控制器，就地操作台，设在厂房立柱旁的走台上，远程终端一台，高温摄像头四套，其
8、中PLC到远程终端采用光纤连接，就地操作台和PLC以及放大器采用电缆连接，所有的控制系统是开环控制。 改造后由于新就地操作台的布置位置较好，周围环境较好，可以改善操作人员的工作环境，同时也可以实现远程操作；通过摄像头观察铁口，更加有利于操作；和现有控制系统构成冗余液压系统，提高了系统的可靠性。但是改造后对油液的清洁度要求达到NAS78，才能确保系统的稳定性；投资也较高。 （3）遥控系统 在原控制系统上并联一套电液比例控制系统，和原控制系统构成冗余系统，两套系统可以相互切换，其中电液比例阀的控制选择无线遥控。无线遥控技术已经成功地应用在高炉炉前设备控制系统和吊车控制系统上。其中宝钢4号高炉炉前设
9、备控制系统采用了无线遥控技术，同时攀钢的一些起重运输设备如新三高炉炉前吊车上也应用了无线遥控技术。 在原操作室新安装一套比例阀组，与远程控制系统相同，所有的控制系统采用开环控制，液压系统的控制采用无线遥控。 改造后的控制方式彻底改变了传统的操作方式，在现场操作中显得更加灵活，可以在出铁场范围内选择最佳操作位置和观察位置；操作方式更加灵活，即可以手动，又可以遥控；和现有控#*制系统构成冗余液压系统，提高了系统的可靠性；但液压系统的改动量大，对油液的清洁度要求达到AS78才能确保系统的稳定性；对维修的要求较高，投资也较高；需要对无线控制液压炮和开口机进行技术研究。最后根据开口机泥泡操作室的环境因素
10、和开口机泥泡液压控制原理，确定改造原则，以上几个方案的分析对比综合应用，取其优势：改造时，尽量减少对生产的影响，改造后的新系统和现有系统相结合，构成冗余液压系统，通过球阀切换，在调试初期，利用原有控制系统维持生产，待新系统调试正常后，再投入新系统。在以后的使用过程中考虑两套系统共同维护，同时具备工作能力。用工业电视摄像解决操作室内操作视野问题；用液压控制阀组解决原手动阀组不接受控制信号问题，构成冗余液压系统并可切换；用遥控器解决在岀铁场任意位置能开铁口、堵铁口问题；用PLC计算机建立以上系统的控制中心，完成遥控功能。3 改造实施内容改造实施内容3.1 增加铁口监视装置根据现场实际情况，改善现有
11、操作室的工作环境，通过工业电视来观测铁口情况并操作开口机和液压泥炮。在1#、3#铁口对面的厂房边跨上选择合适的位置分别安装4个高温摄像头，铁口控制室分别设置大屏幕彩色监视器和画面分割器对监视画面进行分割同时显示，监视铁口两侧是否冒泥、打泥标识量、钻孔深度及更换钻杆等内容。3.2 无线遥控装置增设开口机、泥炮的无线遥控操作，遥控系统的有效距离为 100150 m，无线遥控可在炉前任意安全操作位置。新增无线遥控装置包括遥控发射机、遥控接收机，通过 S7-300 完成信号相连和控制。遥控发射机如图 3 所示。图图 3 3 遥控发射机示意图遥控发射机示意图每套遥控系统均有其唯一的 18 位地址码，无重
12、复，避免系统之间可能产生的干扰和错误指令；遥控系统均配设有自动关闭功能，当发射系统所传送的连续信号中断，例如发射系统超出有效使用距离、供电不足、受同频干扰或失效等，接收系统未能收到有效传输信号时，接收系统将自动关闭，无任何有效输出，反应时间小于 0.55 s；确保系统安全。每个铁口各用一套遥控系统，是唯一的，相互间不能混用。3.3 新增液压阀台、远程操作台（1）原则：在原控制系统上并联电液比例控制系统，和原控制系统构成冗余系统，两套系统可以相互切换，电液比例阀选择无线遥控控制。操作人员可根据现场的实际情况，在最合适的位置无线遥控操作开口机和液压泥炮。同时增加远程操作台和远程终端，实现远程操作开
13、口机和液压泥炮的油泵、开铁口机和泥泡。远程操作台由原来两地操作改为三地操作。在新增液压控制系统调试初期或以后生产中出现故障时，利用现有液压控制系统维持生产。所有设备动作换向采用常规电液换向阀控制。#*（2）比例阀：新增阀台中开铁口机回转油缸的控制采用电液比例阀控制，其余设备动作换向采用常规电液换向阀控制，电液换向阀的控制油取自原先导油泵。为了保证系统过滤精度，增加先导油控制回路过滤器及系统压油过滤器。比例阀组包括比例阀及比例放大器，对开铁口机回转进行速度控制，其最重要的特征是输出流量与输入电流成正比。比例方向流量阀的规格选择，不是按执行机构所需流量来确定，而是根据比例阀进出口压差按其工作曲线来
14、选择。这一点对比例阀的使用非常重要，所选择阀的电流调节范围应超过 20%，这样能有一个较好的分辨率， （3）开口机泥炮液压原理：开铁口机液压控制系统与原液压系统通过手动球阀并在一起的，两个系统可以相互切换，液压泥炮控制系统同样与原液压系统通过手动球阀并在一起的，两个系统可以相互切换。3.4 增设检测系统检测系统包括开铁口机回转油缸压力和流量检测，开铁口机送进马达压力检测以及开铁口机钻孔深度检测，压力和流量检测元件设置在新增液压阀台上，铁口深度检测编码器与开铁口机进给液压马达旋转轴连接，可以通过转数反映开口深度，当钻进速度的达到最大时候视为（送进马达的流量变化来判断）钻穿。各个检测参数均通过PL
15、C 控制实现每个开铁口机设备的动作参数显示、记录。以便于工艺查询及自动化操作。3.5 增设自动控制系统新增液压阀台电控系统主要包括PLC控制柜、现场手动操作台、监控台等。通过编制开铁口程序，可以实现打开铁口的自动化。并可以显示并记录铁口深度，炮泥强度等相关工艺数据。控制系统采用西门子S7-300系统，每个铁口一套，用网络连接在一起。新3号高炉无线遥控系统原理见图4。图图4 4 新新3 3号高炉无线遥控系统原理图号高炉无线遥控系统原理图图图4 4 新新3 3# #高炉无线遥控系统原理高炉无线遥控系统原理3.6 铁口操作模式（1）无线遥控装置操作模式。在岀铁场任一区域内，为主操作模式，改造后正常生
16、产采用，与现场手动操作台操作模式转换在现场手动操作台上进行。（2）现有手动操作液压阀操作模式。在开口机泥泡操作室内，改造前或改造后遥控系统出现故障保产时采用，与改造后的系统通过手动球阀转换。（3）现场手动操作台操作模式。在新增现场手动操作台旁，为次要操作模式，无线遥控装置出故障时采用，同时设置在PLC故障状态下能紧急操作泥炮及开口机功能。以上三种操作模式中其中一种模式被选择则其余模式均被否定。4 改造效果与不足改造效果与不足通过对攀钢新3#高炉炉前液压泥泡开口机的遥控改造和连续使用，具有良好的使用效果和经济效益。 操作指令操作编码器调制器功率放大器主 PLC工控机发射天线接收天线输出电路指令译
17、码器调制器接收指令就地 PLC就地操作台#*（1）优化操作方式，使开铁口工作更方便、安全。以往在操作室操作时，需要一人操作，一人在铁口旁指挥。改造后不仅提高高炉自动化水平，而且保证人身安全，能选择在方便、安全位置遥控操作开铁口机工作。（2）采用了 PLC 加全液压传动系统及远程手动，在生产实践中，遥控操作开铁口机有着传统开铁口机无法比拟的优点，控制系统的优异性，使得开铁口机旋转动作更为平稳，延长开铁口机的使用寿命。（3）采用多种监测手段，能得到比靠经验目测更为准确的铁口深度、开口压力等工艺数据，有利于改进炉前生产状况。（4）采用 PLC 控制为将来实现程序化控制，自动化生产打下良好基础。该遥控系统也存在一些不足或缺陷，需要在以后工作中加以改进。（1）耐高温检测困难。编码器等电气元件都需要安装在开铁口机上，需要接近 1 000 的高温环境，必须做好保护措施。（2）手动操作阀台与遥控操作阀台的切换。手动液压阀台操作与无线遥控操作、电气手动操作之间的切换是通过十几个手动球阀进行切换的。在切换过程中大概需要 23 min，若遇到突发现象时，会对生产产生一定影响。（3）遥控器上未设置油泵启停开关。在使用过程中，对油泵的启停需要在操作台上操作，给油泵的启停操作带来不便。（4）要使比例阀较好应用，油液的清洁度达到NAS78是其最基本的要求。编 辑 姜 敏收稿日期：2009-04-12