[摘 要]目前我国电石冶炼行业生产环境危险恶劣、劳动强度大，出炉环节基本采用人工或半自动作业方式，存在重大安全隐患，严重威胁了作业工人的生命安全，急需能够替代一线作业工人出炉的智能化机器人生产系统，以降低作业工人的劳动强度和安全风险。大容量电石炉冶炼出炉工艺要求，突破极端恶劣工况下出炉机器人构型创成及结构优化、基于机器人的出炉专用工具及被动容差快换技术、复杂作业空间下的出炉机器人轨迹规划技术等关键技术。以数据采集和分析结果为依据，制定一套适用于大容量专用电石炉的生产工艺，形成电石冶炼机器人标准化作业规范，对机器人周边设备进行适应性改造和整合，建立可推广的电石冶炼机器人系统应用示范车间，实现电石冶炼机器人系统示范应用。
[关键词]电石 出炉 机器人
中图分类号：TP3-4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0216-01
一、前言
金泥化工单台年产10万吨电石炉是原化工部第一设计院（现中国天辰工程有限公司）设计，核心生产设备单台年产10万吨全密闭型电石炉，由金泥集团公司联合中国天辰工程有限公司、中钢集团吉林机电设备有限公司开发，是目前国内自主开发设计的单台产能最大的全密闭型电石炉，在试生产过程中发现电石出炉岗位存在劳动强度大、作业环境较为恶劣、安全系数低等现象。金泥化工根据自身实际情况，联合行业内知名厂家结合金泥化工单台年产10万吨全密闭型电石炉炉型，研究开发一台适合在金泥化工炉前烧炉眼、开眼、带钎、堵眼、清炉舌等工艺环节的自动出炉机器人，促进产业技术升级。
二、电石炉专用出炉机器人研发
金泥化工单台年产10万吨电石炉由金泥集团公司联合中国天辰工程有限公司、中钢集团吉林机电设备有限公司开发，是目前国内自主开发设计的单台产能最大的全密闭型电石炉。而国内大部分出炉机械装置均为匹配30000KVA-40500KVA电石炉炉型设备，若生搬硬套直接采购，将会存在出炉机力量薄弱、不能有效打开炉眼、带钎深度不够、炉眼角度不正等一系列问题，制约金泥化工电石炉正常运转。
2.1电石炉专用出炉机器人研发内容
金泥化工自动出炉系统研究的主要包括：气压传动系统、机械传动系统、智能控制系统、视频监控系统、远程操控系统、工具架以及辅助专用工具；操作人员在中控室内通过人机交互平台可远程操控机器人完成：自动烧穿、自动开眼、自动带钎、自动堵眼和清炉舌等作业。
2.2电石炉专用出炉机器人特点
系统的将出炉作业人员从炉前环境温度高、劳动强度大、安全风险高的人工作业现状中解放出来，充分满足了电石炉前作业的生产要求，作业效率明显提高。采用该机器人系统后，单台电石炉出炉岗位可以减少至2人，既保证安全生产又实现了减员增效。
2.3电石炉专用出炉机器人工艺操作流程
（1）烧眼：烧穿器采用母线直连的连接方式，烧穿器承受的电流在5000A左右，既提高了系统安全性又减少了故障点。
（2）开眼：主控室操作人员通过远程控制，自动抓取开眼工具，等待自动程序执行完成
（3）引料：当需要引料时，主控室操作人员通过远程控制，自动抓取开眼工具，等待自动程序执行完成，此时小车会移动到程序设定的位置。
（4）堵眼：當需要堵眼时，主控室操作人员通过远程控制，自动抓取堵眼工具并自动对准程序里标定好的炉眼位置，进行堵眼工作。
（5）清理炉舌：当需要清理炉舌时，主控室操作人员通过远程控制，自动抓取清理炉舌工具并自动对准程序里标定好的炉眼位置，进行清理炉舌工作。出料完成后，操作员可以控制机器完成对炉舌上粘附电石的完全清理，具有较高的清炉舌效率。
（6）修眼出料完成后，操作人员可以控制机器人清理炉眼，维护炉眼形状，提高再次出炉时的电石流速以及便于再次开眼、堵眼。
三、主要技术创新点
本项目（全自动化出炉机器人）技术层级为国内一流。可实现通过人机交互平台可远程操控机器人完成：自动搭电、自动烧穿、自动开眼、自动带钎、自动堵眼和清炉舌等作业，可以稳定生产工艺、提高产量，充分满足了电石炉前作业的生产要求。
1、气压传动系统：可以输出大推力。
2、机械传动系统：利用伺服电机和变频器进行精确控制。
3、智能控制系统：PLC控制，自动化程度化高。
4、视频监控系统：一个全局摄像头、四个局部摄像头可实现全方位监控。
5、远程操控系统：人机交互平台，操作环境安全、干净。自动化控制，人员绝对安全。
四、生产实践与应用效果
本技术成果应用后，截止目前运转良好。可有效减轻人员劳动强度及调整炉况。
1、在人工开眼的出炉操作中，由于吹氧管和钢钎只有Ф20mm，捅出炉眼小，溶融电石通过很困难，出炉口容易堵塞。
2、人工堵眼操作时，堵眼深浅难以控制，存在弊端。堵眼过浅，炉门会过热，炉墙砖衬有可能被烧坏。
3、开眼时，钢筋、钢板、吹氧管、氧气等材料消耗很大。
4、使用智能出炉机器人系统，将出炉作业人员从安全风险高、劳动强度大、炉前温度高的人工作业现状中解放出来。
5、操作人员在中控室内通过人机交互平台可远程操控机器人完成：自动搭电、自动烧穿、自动开眼、自动带钎、自动堵眼和清炉舌等作业，可以稳定生产工艺、提高产量，充分满足了电石炉前作业的生产要求，作业效率明显提高。
6、 保证了安全生产又实现了减员增效。
五、经济效益和社会效益
项目投运后，每台炉每班节省人工2人，单台炉合计8人，按人均工资7万/年计算，每年节约人工费用56万元，并大大降低人员劳动强度与提高安全系数。使用出炉机后，按每吨电石节约1kg钢材，按每吨钢材5000元计算，每年单台炉节约钢材44吨，每年节约钢材费用22万元。且使用出炉机后，出炉力量加强，电石炉产量预计提高3%，每年增产电石约2600吨。每吨按照3000元计算，每年可增效780万元。减少工人劳动强度及降低作业安全风险；节本增效，提升电石产量；企业自动化水平新亮点 。
六、结语
受生产环境的限制和安全生产的要求，电石行业使用出炉机器人是大势所趋。金泥化工根据自身实际情况，联合行业内知名厂家结合单台年产10万吨全密闭型电石炉炉型，研究开发一台适合在金泥化工炉前烧炉眼、开眼、带钎、堵眼、清炉舌等工艺环节的自动出炉机器人，促进产业技术升级。并在实际应用中取得了良好的效果。
