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连铸工艺中有许多对铸坯质量至关重要的非连续性操作,必须在靠近钢水的危险区 域进行。幸运的是,机器人和机器视觉技术的最新发展使许多这样的操作得以全自 动进行⸺取代了人工控制的半自动机械手。普锐特冶金技术开发的LiquiRob系 统用于执行长水口操作、探头操作和中间包覆盖剂添加等任务已有相当长的时间。 现在,我们在它的功能清单中又增加了全自动钢包连接。
长期以来,钢铁企业一直在努力为生产人员改善工作条件 和提高现场安全水平。因此,在连铸领域,自动操作和机 械手已经成为了标准配置。它们是执行许多工艺不可缺少 且对产品质量至关重要的非连续性操作的必需工具。这样 的操作包括:
- 将设备与钢包连接或脱开:滑动水口液压缸,气体接 头,电信号连接器,钢包长水口
- 滑动水口卡住时的钢包烧氧
- 用覆盖剂覆盖中间包内的钢水
- 温度和伴生元素(氧,氢)含量的测量
- 中间包钢水取样
遗憾的是,目前执行这些操作使用的装置有明显缺点:只 能半自动操作,操作人员至少需要在危险区域停留一段时 间;设备大多针对某项具体任务而设计,难以修改或增加 功能。
通过结合机器人和机器视觉技术的最新成果,我们的LiquiRob 系统能够完全取代人工控制的半自动机械手执行上述所有连铸 操作,使业界朝着全自动运行和零工伤的最终目标又迈进了一 大步。
全自动钢包连接
钢包回转台加载侧周围区域成为了普锐特冶金技术近期工作 的重点:这是一个特别关键的区域,这里有大量的操作必须 直接在装满钢水的钢包上进行⸺有时甚至是在钢包下方。绝 大多数连铸机在装满钢水的钢包到达回转台时,都是由操作 人员将液压缸插入滑动水口。另外还有一系列人工操作,即 不同介质的连接,比如密封用氩气、滑动水口冷却用空气和 探渣电信号。
为了全自动执行这些操作,LiquiRob系统采用了标准的六轴 工业机器人。它们能够耐受钢厂的恶劣环境条件,可靠地完成 液压缸安装和介质连接任务。由于机器人必须准确地选取和定 位不同的部件,我们开发了一种用来连接机器人和标准化工具 的气动工具快换装置。将介质或滑动水口液压缸与钢包连接或 脱开的操作程序通过人机界面远程启动。与连铸机可编程逻辑 控制器的通信接口保证了在启动任何操作程序之前满足所有必 要的前提条件(比如回转台位置和高度)。机器人系统的另一个 重要方面是安全设计,目的是防止可能位于机器人附近的人员 受到伤害。机器人周围设置带有安全锁的围栏,能够保证机器 人只有在确认安全门关闭并锁定,与外界隔绝的情况下才能动 作。除了在钢包回转台周围执行操作的新功能,LiquiRob还 能帮助其他许多操作实现自动化,通过减少钢水附近的人员活 动而大幅度提高工作场所的安全水平。
LiquiRob直接在装满钢 水的钢包上或者下方进行 操作⸺大大提高了连铸 生产的安全性。
自动长水口操作
为了控制从钢包到中间包的钢流,并且防止钢水吸氧,在打开 钢包滑动水口之前必须安装长水口。这项操作通常利用一个简 单的机械臂或液压机械手人工完成,这就需要工人在钢水附近 停留。为了提高安全性,这项任务可以由LiquiRob全自动执 行。机器人依靠机器视觉精确定位,将长水口连接到钢包水口 上。长水口采用了一种能够保证两部分紧密连接的新式卡口机 构。它可以调节长水口和钢包水口之间的夹紧力,还能在滑动 水口打开和关闭时随其一起动作,消除了任何相对移动。使用 机械手安装长水口时钢包水口端部耐材的磨损也得以避免。
探头操作
与长水口或滑动水口操作不同,机器人执行中间包测量或取样 操作时,其动作不受连铸机上任何移动设备的准确位置的影 响。因此,执行这些任务时无需依靠相机和机器人自适应路 径。借助于自动工具快换装置,执行长水口操作的同一台机器 人也能被用来执行温度和成分(氧、氢等)的测量。
中间包覆盖剂添加
中间包内的钢水需要避免吸收环境中的氧气,通常使用中间包 覆盖剂达到这一目的。这时,一般由操作人员进入中间包区 域, 将成袋的覆盖剂抛到中间包内。执行长水口操作的 LiquiRob能够承载高负荷,所以很容易使用一把料铲装满覆盖 剂,将其倒在中间包内的多个位置。为了实现高速添加,使用 不同的覆盖剂样品进行了大量试验。目前达到的水平是,添加 90千克覆盖剂用时不到10秒。按照这样的速度,覆盖剂添加的 时间要求很容易满足。
工业机器人专为以极高的速度和精度重复同样的动 作而设计。显然,我们在钢厂很少遇到这样的情 况。举例来说,钢包在钢包回转台上的位置精度的 典型值是每个水平方向±250mm数量级。另外, 回转台抬起和降下钢包的动作没有准确定位,这意 味着不同钢包的位置可能有很大差别。所以,为了 让机器人能够以任何方式与设备互动,首先必须识 别出设备的准确位置。
LiquiRob依靠立体相机系统解决了这个问题,后者 能够准确地识别特殊目标物在三维空间中的位置。 这些目标物安放在钢包和钢包回转台上的预设位 置。位置测量的高度可靠性是LiquiRob能够在多尘 的连铸生产现场成功应用的关键因素之一。