中冶南方自动化全流程智能化机器人测温取样系统揭秘

来源：新材料智库

近年来，智能制造渐入公众视野，成为钢铁行业实施创新驱动发展的突破口。测温定氧、取样破渣作为钢铁冶金工艺中的重要环节，目前大多由人工完成，劳工强度大，工作环境恶劣，测温精度不高，取样成功率较低，打造安全又高效的“测温取样机器人”对于推动我国钢铁行业智能化进程具有重要意义。

中冶南方自动化率先采用机器人与自动供料系统紧密配合的一体式智能测温取样方案，完全替代人工，在提高作业安全系数、有效避免安全事故的同时，保证了测温取样数据的准确性、实时性，提升了现场作业效率，实现了测温取样的无人化、智能化作业，为钢铁行业全智能化生产的实现迈出了重要一步。

1基于全流程的智能化设计理念的系统设备

中冶南方自动化全流程智能化机器人测温取样系统基于先进的控制理念，将创新设计的自动供料系统设备与六轴机器人控制技术进行集成，充分利用机器人的灵活性驱动测温取样枪杆，配合自动供料设备进行测温取样及探头剔除更换，信息交互无缝衔接，功能结构协调统一，从而高效率、高精度地完成整个测温取样流程。

系统作业周期为全自动运行，操作人员一键启动自动测温、定氧、取样、破渣，中间过程无需再次干预，单次测温、取样周期作业时间可控制在50s内，并通过激光测距仪对钢包液位深度进行精准测量，根据反馈数据即时计算，动态调节机器人下探深度，保证测温取样准确性。根据项目现场数据反馈，钢水温度测成率 ≥98%，钢水取样成功率 ≥98% ，探头自动装夹及拆除成功率 ≥99%，钢水液面检测精度±20mm，探头插入钢液重复定位偏差≤2mm，测温取样系统各项指标处于国内领先水平。

1.1功能先进的全自动智能化料仓

不同于其他的简陋的“储物柜”或者“货架式”的料仓，中冶南方自动化首创的全自动智能化系统料仓，采用PLC控制，由储料仓、分送机构、筛选剔除机构、探头自动定位推装系统以及电控系统等构成。可根据外形防错、特征识别及测枪系统信号，进行物料合格及正反监测判定，配合料库内外部不合格探头回收机构，对设备不同状态下的不合格或反料进行回收或剔除，同时在安装探头的过程中对探头套装是否到位进行检测并自动调整。

该料仓可按照项目需求，存储多种类型的探头，适应测温、取样、定氧、定氢等不同的工艺要求，一次储存可多达200支以上，可按照作业要求自动分料，自动推装不同类型的探头，并识别各类探头余量，及时反馈缺料报警提示。

除此之外，料仓采用双出料口设计，可同时出料也可交替出料。既能保证高频率出料效率又可互为冗余系统，当其中一套出料装置故障或检修时由另一套出料机构完成生产工作。

1.2国内独创的测温取样枪杆

中冶南方自动化自主设计研发的测温取样枪杆系统，可根据不同功能需求兼容测温、取样、定氧等功能。该系统采用分体式的设计，安装于机器人第六轴前端，方便安装维护，可配合快换机构实现不同功能枪体自动更换。

测温枪杆表面采用纳米材料，耐高温，可减少钢渣附着。枪体采用高品质钢材加工制造，具有耐高温，强度好，硬度高等特点。在枪体直杆部分，设置有独特的机械结构，有效防止探头在测温取样过程中脱落。同时，在电控系统中增加了校枪提示功能，现场维护人员在收到提示后，可进行手动校枪。该系统各项技术均为国内独创。

2良好的扩展性可满足各类工艺需求

为满足现场各类工艺需求，充分考虑系统功能的完整性，中冶南方自动化在设计和系统集成过程中，充分考虑测温取样工艺的实际需求，加入了“菜单式”服务项目，包含：机器人及防护服、自动料仓、测枪系统、激光测距、机器人防碰撞系统、枪体快换装置、枪杆清渣装置、自动拔料机构、探头灭火装置、废旧探头自动归集装置、校枪提示、探头防滑落等，可根据各种工况环境进行选择，确保系统的稳定性、可靠性。比如：增设废旧探头自动归集装置，可对测温、定氧、取样、定氢等多类型废旧探头进行分拣，方便后续工序的处理；枪杆清渣装置可有效去除枪杆长期使用附着的钢渣，有效保证后续探头的套装精度。

基于系统的完整性，该系统可应用于LF炉、RH炉、出铁平台铁水检测、转炉吹氩站、连铸平台等区域，可实现测温、取样、定氢、定氧、破渣等功能。基于平台较好的拓展性，可根据工艺需求增设系统，实现自动加覆盖剂、自动送样等功能，进一步推进整个工艺平台的无人化和智能化建设。

3技术创新确保系统的安全性

安全无小事。对于钢厂应用来说，除了系统性能外，优先考虑的就是安全性。中冶南方自动化从人员的安全防护、设备的安全防护、火灾的安全防护三个方面进行技术创新，将安全性贯穿于设计的全流程。

3.1人员的安全防护

在项目布局设计时，合理规划设备工作主体区域与人员通道，实现人机分离。在机器人工作区域内配置区域安全传感器、电子围栏以及报警提示装置，防止通行人员误闯入造成的安全事故。当人员进入工作区域时，控制系统会根据安全等级划分进行自动识别（如：警示区域，减速区域，停机区域等），机器人运行动作对应受限，保证人员安全。在极端情况下，如果区域安全传感器发生故障，还可按下人员附近的急停按钮，使系统紧急停止运行。

3.2设备的安全防护

为保证系统的安全性，充分考虑现场环境对设备的影响，在机器人外部装备有特殊隔热材料制成的隔热服，有效防止钢水飞溅对机器人的损害，同时考虑机器人自身散热，在隔热服内部加装有循环风冷系统，以保证机器人的安全稳定运行。对自动料仓、机器人控制柜采用加装防尘柜、隔热材料等方式，提高防护等级，有效避免工作现场带电粉尘对柜体内元器件造成的不利影响，确保设备安全运行。

针对机器人不同的工作区域，制定了多区域急停方式，在兼顾人员安全的同时，确保设备安全，使机器人在钢包内急停时，能以最安全的方式返回至原位后停止，避免机器人长时间停止在钢包中。同时，针对机器人在运动过程中，可能会发生的碰撞，制定了多条件检测防撞机制，利用扭矩检测、运行时间检测来判断机器人的运动是否正常，如有异常及时回原位。

3.3火灾的安全防护

在实际作业过程中，测温取样探头在离开钢水后，可能会出现探头纸杆着火或携带火苗情况，这些探头很可能会引燃现场的其他物品，造成火灾隐患。中冶南方自动化机器人测温取样系统中设计的灭火机构，对机器人完成测温、定氧、取样后的探头先冷却再拆除，可避免火灾的发生。

4领先技术优势得到钢铁企业充分认可

随着市场的不断深入，中冶南方自动化测温取样系统技术标准化程度不断提高，形成了可推广可复制的成功经验，项目实施投产速度逐步加快，已批量应用于多家钢铁企业，在湖北新冶钢4#LF炉，宝武集团鄂城钢铁1#、2#、3#转炉吹氩站，宝武集团鄂城钢铁方坯连铸平台，河钢集团石家庄钢铁LF炉等工序得到成功推广，系统应用效果得到广泛好评。

在国家大力推进智能制造的浪潮里，“炫”、“大”、“快”似乎成了技术追随的方向。中冶南方自动化坚守着“做一个项目，树一座丰碑”的工匠精神显得尤为可贵。前方道路漫漫，我们期待中冶南方自动化在智能化改造的道路上继续迈出坚实的新步伐，助力中国智能制造从理念走向实践，建设更加美好的未来。