Введение

 Результатом 4-й промышленной революции должно стать полностью автоматизированное производство. Роботизация рабочих мест и полный уход от ручного труда – это тот минимум, который необходимо выполнить на этом пути.

Исторически в сталеплавильном производстве роботы начали появляться в начале 2000-х годов как развитие манипуляторов для замера температуры и отбора проб жидкого металла. Изначально единственной задачей было обеспечение повышенного уровня безопасности при выполнении этих операций. Со временем робото�� обучали новым функциям, требующих повышенной точности воспроизведения. Современные роботизированные комплексы уже обладают мульти функциональностью и адаптивностью к изменяющимся условиям окружающей производственной среды.

Роботизация непрерывной разливки стали

Крупным полигоном по роботизации производства является участок непрерывной разливки стали. Разливщик стали – это одна из самых тяжёлых и опасных профессий в металлургии. Специфика профессии подразумевает выполнение работ в экстремальных производственных условиях - постоянное взаимодействие с горячим металлом, высокие динамические нагрузки. Но «время героев» остаётся в прошлом и рынок труда вынужден адаптироваться под требования нового поколения рабочих. Современные условия труда, предусматривают абсолютную безопасность и комфорт на рабочем месте. Высококвалифицированные металлурги должны заниматься оптимизацией и развитием технологических процессов, а выполнением тяжёлых и опасных технологических операций займутся роботы.

Существующие на сегодняшний день технологии позволяют полностью заменить ручной труд разливщиков стали и, таким образом, внести большой вклад в развитие промышленной безопасности производства.

Всего на УНРС можно выделить 3 рабочих места разливщиков стали (см. рис. 1):

1. Платформа сталеразливочного ковша

Выполняемые технологические операции

  • Замер температуры металла в промежуточном ковше

  • Замер концентрации водорода в металле

  • Отбор проб металла из промежуточного ковша

  • Подача шлакообразующих и теп��оизолирующих смесей в промковш

  • Прочистка кислородом сталевыпускного отверстия

  • Установка/снятие защитной трубы

2. Платформа с обратной стороны стенда сталеразливочных ковшей

Выполняемые технологические операции

  • Установка гидроцилиндра на шиберный затвор

  • Подключение рабочих сред и электросигналов (аргона, воздуха, детектор шлака)

3. Разливочная площадка

Выполняемые технологические операции

  • Замена погружных стаканов

  • Операции с питателями («фидерами») машины подачи ШОС

  • Автоматический разогрев стаканов

Рис. 1 Спектр решений по роботизации непрерывной разливки стали
Рис. 1 Спектр решений по роботизации непрерывной разливки стали

Драйверами роботизации являются совершенствование следующих показателей производства:

1.       Повышенный уровень безопасности рабочих мест

Роботизация полностью исключает взаимодействие людей с вредными и опасными производственными факторами (рабочая зона оснащается стационарными защитными ограждениями с блокирующимися дверцами, а также системой аварийной остановки категорий 0 либо 1 с максимальным временем останова в 1.1 сек). Полностью исключаются все риски, связанные с ошибочными действиями персонала такими как:

  • повреждение защитной трубы или погружного стакана при перемещении и установке (особенно ак��уально при выполнении операций в ограниченном пространстве)

  • строго вертикальная установка защитной трубы на коллектор шиберного затвора (влияет на гидродинамику потоков в промежуточном ковше)

  • обратный удар в случае открытия защитной трубы «под уровень» металла в промежуточном ковше

2.       Увеличение производительности процесса разливки стали

Достигается за счёт быстрого и точного выполнения технологических операций, таких как:

  • подача порошков в промежуточный ковш (около 600 кг за 5 мин)

  • замена защитных труб сталеразливочного ковша и погружных стаканов (~30-40 сек)

  • инспекция защитной трубы выполняется дистанционно средствами видеонаблюдения

Рис. 2 Подача порошков в промежуточный ковш
Рис. 2 Подача порошков в промежуточный ковш

3.       Совершенствование качества продукции достигается за счёт следующих преимуществ:

  • быстрая подача порошков (ТИС на запуске, после замера температуры) – продолжительность всей операции составляет приблизительно 20 сек

  • воспроизводимость точек замера температуры, концентрации водорода и отбора проб металла (влияет на качество измерений) – точность позиционирования робота составляет 0.06 мм

  • плавная установка и снятие погружного стакана

  • улучшенная прослеживаемость процесса разливки за счёт регистрации данных технологических операций

Рис. 3 Замена погружного стакана
Рис. 3 Замена погружного стакана

При выполнении операций сопряжения робот должен максимально точно определять расположение поверхностей в пространстве. Изменяющиеся температурные условия металлургического производства являются дестабилизирующим фактором. В качестве наиболее практичного метода определения расположения объектов в пространстве, зарекомендовал себя метод лазерного сканирования. Он позволяет точно и быстро (3-4 сек) проводить измерения вне зависимости от расстояния до объектов. В результате робот получает 3D модель целевой области и может точно позиционирова��ься.

Рис. 4 Позиционирование при помощи лазерного сканера
Рис. 4 Позиционирование при помощи лазерного сканера

Типовой промышленный робот имеет 6 осей движения с площадью охвата 2500–3000 мм. Для расширения зоны работы робот устанавливается на дополнительную 7-ю ось, что позволяет ему выполнять все необходимые манипуляции и охватывать все рабочие зоны.

Рис. 5 Пример поворотной дополнительной оси
Рис. 5 Пример поворотной дополнительной оси

Проект по роботизации – это всегда больше, чем просто установка робота на платформу. Изменениям также подлежат узлы и механизмы, с которыми взаимодействует робот. Инфраструктура складирования расходных материалов должна предусматривать их безопасную загрузку и мониторинг остатков.

Поскольку все УНРС различаются по конструкции, то процесс адаптации роботизированных решений является основной задачей во время проектирования и включает в себя следующие дополнительные этапы:

  1. Разработка цифрового двойника нового инфраструктурного проекта УНРС

  2. Автономное обучение робота на макете

Рис. 6 Разработка цифрового двойника
Рис. 6 Разраб��тка цифрового двойника
Рис. 7 Обучение робота на макете
Рис. 7 Обучение робота на макете

Заключение

Роботизация производства – это не задачи для будущего поколения, а это задачи, которые должны решаться уже сейчас, для того чтобы новое поколение металлургов могло продуктивно развиваться в тех условиях, которые полностью соответствуют современным технологическим требованиям.

Вне всяких сомнений в этой гонке технологий победителем окажется тот, кто первый в неё вступает и поддерживает ритм, задаваемый техническим прогрессом. Все базовые решения Индустрии 4.0 уже существуют и развиваются с каждым новым проектом, а научное сообщество уже сейчас задумывается о технологиях для последующих промышленных революций. Технологическая пропасть между лидерами и отстающими растёт каждый год, и чтобы оставаться в группе лидеров предприятиям необходимо непрерывно совершенствовать своё производство.