智能机器人助力电弧炉炼钢提升安全与效率

智能机器人助力电弧炉炼钢提升安全与效率

在钢铁行业的转型升级浪潮中，数字化与智能化技术正为传统电弧炉炼钢带来新的生机。借助先进的传感器、大数据分析和人工智能等技术，电弧炉炼钢的生产过程实现了精准监控、实时优化和智能决策。这不仅大大降低了能耗、提高了生产效率，还提升了产品质量和生产稳定性。全球金属行业的媒体《世界金属导报》推出了“数字化智能化驱动电弧炉炼钢新发展”专题报道，深入探索电弧炉炼钢背后的技术创新与实践，呈现钢铁行业绿色发展新愿景。

本文将介绍一种通过智能机器人进行钢样采集、除渣和炉内检查的新方法，这种方法有效提高了钢铁厂的运营安全性与效率。考虑到电弧炉（EAF）所处的极端工作环境，采用了新型机器人技术，显著减少了人员接触风险，提高了作业准确性，同时提升了生产效率。具备多功能工具的高速精密工业机器人能够灵活应用于新建及已有工厂。这些定制化的机器人解决方案不仅促进了钢铁厂的数字化转型，也符合工业4.0的理念，推动了从人工操作到远程监督的转变，为提升长期竞争力奠定了基础。

1. 引言

随着智能化与创新生产技术的引入，钢铁厂正积极进行技术升级，推动生产链中各个环节（包括机械、工具、操作人员和智能服务）之间的协同作业。智能能源管理技术作为一种关键应用，致力于提高能源效率，并为生产链提供支持系统基础设施。这一变革不仅有助于保护工人的健康与安全，改善工作环境，塑造健康的工作文化，还将提升生产效率，推动钢铁行业的可持续发展。

其中，钢水取样和温度测量是传统炼钢过程中面临的挑战之一。这个过程通常发生在恶劣的工作环境中，历史上一直难以简单地将工业机器人集成到该领域。然而，近年来，机器人技术的进步和定制化设计打破了这一限制，使机器人在钢铁行业的应用从其他领域的成功经验中得到了借鉴和实现。

相比传统机械手，六轴工业机器人为钢铁生产提供了更高的灵活性。机器人可以配置工具更换系统，支持多种任务执行，如钢水温度测量、样本采集和耐火材料检查等。这些机器人方案可灵活适用于不同规模和布局的工厂，从大型电弧炉到二次精炼炉（如LFs和VODs等）的狭窄空间也能高效作业。

在电弧炉下部的偏心炉底出钢（EBT）区域，机器人系统的集成也大大提升了自动化水平。它能够实现EBT清理、氧气喷枪开启操作及钢样采集等任务。所有这些操作均通过远程控制完成，有效保障了操作人员的安全。

2. 电弧炉采样机器人

炼钢过程的第一阶段是废钢的初步熔化，主要分为四个阶段：装料与熔化、精炼、出钢以及出钢后的检查。在精炼阶段，钢水的温度和成分必须精确监控，通过实验室分析来调整化学成分。传统方法是将热电偶传感器（用于温度测量）和填充胶囊（用于取样）插入钢水中进行测量，这通常需要人工操作，存在安全隐患。

使用六轴工业机器人，则能在电弧炉的不同配置中灵活应用。机器人以其高速、高精度的运动能力，完成包括温度测量、样本采集和耐火材料检查在内的多项任务。此外，机器人还可以执行其他操作，如自动装填和丢弃点火筒，增加工艺附加功能，进一步优化生产流程。

3. 电弧炉检测摄像机

电弧炉的监控需要通过专用工具来完成，特诺恩公司与合作伙伴共同开发的专用摄像头系统，具有360°全方位观测能力，能够实时监控炉壳内部和耐火材料的状态。这对于及时预见潜在损坏和防止灾难性事故至关重要。

该监控工具由同一台机器人操作，通过配备带摄像头的伸缩臂，能够在不到30秒内提供炉内的全面扫描记录。熔炉操作人员可在远程监控系统上实时查看五个摄像头的影像，确保及时采取必要措施。未来，该系统还将引入视频处理技术，自动识别耐火材料中的缺陷和漏水情况，并估算钢水高度，进一步提高监控精度。

4. 偏心炉底出钢服务机器人

出钢操作可以通过安装在EBT附近的专用机器人来优化。PolyEBT机器人配备多功能工具系统，包括氧气喷枪和钢样取样喷枪。氧气喷枪用于清理EBT或者在发生堵塞时进行开启操作，而取样喷枪则用于从钢包中取样，从而提高整个出钢过程的效率。

此外，PolyEBT机器人还配备了专有的点火筒，可在没有外部火焰或氧气流的情况下，通过感应加热实现喷枪的自动点燃。这种高效的点火方式降低了操作的复杂性，提高了点火可靠性，确保了高效、安全的作业。

5. 结论

数字化转型正在推动炼钢行业向更高效、更安全的方向发展。通过最大限度减少操作人员暴露在恶劣环境中的时间，机器人技术使得人员角色从手动操作转向更具监督性质的角色。这一转变不仅提高了工作安全性，还提升了生产效率。

随着技术创新的持续推进，炼钢行业的生产方式将更加高效、灵活，并能够应对全球市场中的不确定性和挑战。这种创新和升级的能力，确保了钢铁行业在未来的竞争力，并推动了绿色、可持续发展目标的实现。