-广告-

在钢铁行业转型升级的浪潮中，数字化与智能化技术的融入为传统电炉炼钢注入新的活力。通过先进的传感器、大数据分析和人工智能等，电炉炼钢实现了生产过程的精准监控、实时优化和智能决策。不仅大幅降低能耗、提高生产效率，还提升了产品质量和稳定性。世界金属导报特推出“数智化为电炉炼钢点燃新引擎”专题报道， 深入探寻电炉炼钢数字化、智能化背后的技术奥秘和创新实践，展现钢铁行业的绿色发展新图景。

本文介绍了一种使用智能机器人进行钢样采集、除渣和检查，以提高钢铁厂运营安全性和效率的新方法。针对电弧炉（EAF）的恶劣环境，采用新型机器人技术，减少了人员接触风险，提高了准确性，并提升了生产率。具备多工具功能的高速精密工业机器人确保了其在新建和既有工厂中的灵活性。这些定制化机器人解决方案的集成支持数字化转型，符合工业4.0的原则，并将操作角色从人工转变为监督，从而提高长期竞争力。

1 简介

钢铁厂将采用创新且智能化的生产技术进行升级，旨在促进生产链中所有环节（包括机器、工具、操作人员以及智能服务）之间的无缝协作。这些服务主要包括在整个制造链中支持系统集成的基础设施，以及用于提高能源效率的智能能源管理。这一变革预计还将对工人的健康与安全产生积极影响，这是钢铁行业的主要目标之一，同时也会提高生产效率。主要目标包括：①在短期内（即预防事故）以及长期内保护工人的健康与安全 ；②改善工作环境和安全条件；③塑造一种支持健康与安全的工作文化；④减少冶炼周期，并提高效率。

到目前为止，缺乏最新技术进步的操作环节之一，便是熔炼炉和精炼炉中的钢水取样及温度测量。该环境在整个行业中最为恶劣，历史上一直难以实现工业机器人的简单集成，因为它们可能与这样的环境不兼容。这项工作展示了系统的定制设计以及最新的机器人技术如何打破这一禁忌，将工业机器人已为行业其他领域带来的所有优势都带到了这个领域。

与传统机械手相比，使用六轴工业机器人能够增加必要的灵活性，使系统能够通过单个机器人手臂执行多项任务。该机器人可以配备一个工具更换装置，可提供多个喷枪用于温度测量、样本采集、耐火材料检查等。该原始设备制造商（OEM）解决方案有助于开发和工程设计，使得此类系统适用于不同的工厂布局，从最大的EAFs到二次精炼（如LFs或VODs等）的狭窄区域。

偏心炉底出钢（EBT）的下部区域同样可以通过与机器人系统的集成来受益，例如实现EBT清洁的自动化、当出现障碍时使用氧气喷枪进行开启操作，以及在浇注完成后直接从钢包中采集钢样。

机器人所进行的所有操作均由远程控制室发出指令完成，这极大地提高了操作人员的安全性。

2 EAF 采样机器人

炼钢过程的第一阶段是在电弧炉中对废钢进行初步熔化。该过程可分为四个主要阶段：①装料和熔化；②精炼；③出钢；④出钢后的检查。

在精炼阶段，必须准确掌握钢水的温度，并采集钢样进行实验室分析，以便在出钢前对成分进行化学校正。所采用的方法是将一个热电偶传感器（用于测量温度）和一个填充胶囊（用于取样）插入钢水中几秒钟。测量设备的操作可以由操作人员完成（从安全角度来看这是最差的方法），或者使用基本的机械手（从安全角度来看这是更好的选择，但从生产效率角度来看则较差的选择）在熔炉内部移动到固定位置。

另一方面，使用六轴工业机器人则可以在任何电弧炉配置中实现灵活集成。该过程充分利用了机器人运动的高速和高精度，并且增加了更多功能的可能性，例如点火筒的自动装填和丢弃（通常在传统机械手上手动操作）、用于增加工艺附加功能的多工具管理等。

3 EAF 检测摄像机

电弧炉的监控可以用一种专用工具来完成，这种工具由特诺恩共同开发并获得专利。它配备了一系列摄像头，能够对炉壳内部和耐火材料进行360°全方位观察。这一操作对于预见任何可能的损坏和防止灾难性事故至关重要。

该工具由同一个机器人操作，由一个带有摄像头的延长臂组成，总共配备了5个摄像头，其中4个用于侧视，1个用于炉顶和电极（图1）。这两个组件都有专门的水和空气冷却装置，使其能够在炉内停留必要的时间以进行完整的扫描。

在出钢过程中，机器人可以自动准备好摄像工具，以最大限度地减少等待时间。出钢后，在EBT准备之前或之后（取决于熔炉角度），将摄像工具带入炉内，在不到30s的时间内提供完整的记录。

熔炉操作人员可以在专用监视器上实时监控5个摄像头，以便及时采取任何必要的措施。然后，记录被存储，并可以在任何时候访问，以便对每个视图进行进一步检查。

机器人手臂的灵活性使得其能够更好地配合摄像机臂的使用，例如用于对熔炉其他部位的检查。

未来的发展包括对视频的处理、自动检测耐火材料中的某些缺陷和漏水情况以及留钢高度图像的估计。后者也可以用安装在同一摄像头上的专用传感器进行测量，这些传感器能够精确测量摄像头本身与铁水之间的距离。知道摄像工具的确切位置，凭借机器人编码器的高精度，可以轻松准确地计算出留钢相对于炉壳的实际高度（图2）。

4 EBT 服务机器人

出钢操作可以通过安装在EBT旁边的特定机器人来辅助完成。PolyEBT（或用于喷射熔炉的PolySPOUT）机器人具有多功能工具系统，配有多个氧气喷枪以及一个用于取样的喷枪选件。氧气喷枪用于在发生堵塞时打开EBT，或者在几次出钢后对其进行清洁（图3）。而取样喷枪则用于在出钢后从钢包中采集样本，从而提高整个过程的处理效率。

这些氧气喷枪可以配备一种专有的点火筒，这样在金属预热过程中无需任何外部火焰或氧气流，就能实现可靠且可控的点火。该点火筒由一个金属外壳组成，外壳中装有一种高热动力煤混合物，由于感应线圈加热点火筒（大约5-10s），该混合物会在内部燃烧。当机器人将喷枪定位在打开或清洁位置时，燃烧的煤允许喷枪在稍后阶段被点燃（图4）。

氧气流与煤接触，导致温度迅速升高，达到放热反应开始的温度，从而使得喷枪依靠氧气供应而燃烧。

点火步骤：①用装有接头的氧气喷枪进行准备；②通过感应加热自动预热点火筒；③机器人将喷枪定位在出钢口内；④通过吹氧进行点火。

这样可以在打开氧气流之前，通过机器人手臂实现喷枪的精确、安全和可控的定位。而其他传统方法则需要装有特定粉末混合物的点火筒进行点火，这会增加其复杂性、降低可靠性，并在操作过程中存在危险风险。

图5是在不出钢且钢流不存在时，EBT开启机器人的典型操作的时间范围。所有准备步骤都可以在操作后台自动完成，不会中断熔炉。总停止时间可减少至不到40s。

5 结论

数字化转型使炼钢定位为提升操作人员安全性和优化价值链的驱动力。通过最大限度地减少操作人员暴露在恶劣环境中的时间以及他们与钢水区域的近距离接触，人们将看到人类角色的演变，从手动操作和执行任务转变为更具监督和维护性质的角色，这些角色需要更高的技能水平。

工艺创新对于在复杂的全球市场中保持竞争力至关重要，因为只有高效、具有弹性和经过质量认证的生产方式才能应对不可预测性带来的挑战。

（路俊萍）

《世界金属导报》

2025年第48期 B16