——天業集團密閉電石爐自動化控制及智能出爐機器人研發紀實

陳曉晨

1月28日，新疆天業天能化工有限公司天偉電石廠電石生產車間內，兩臺智能出爐機器人分置東西，堅守在“自己”的崗位上，在1000℃的電石爐前，自動完成搭電、燒穿、開眼、帶釬、堵眼及清爐舌等一系列出爐作業；工人坐在控制室里，吹著空調，僅需動手摁動電鈕，滿載熔巖般火紅電石液的電石鍋便精準運至指定地點，安全、智能、高效。

近年來，天業集團通過持續加大科研經費投入與設備設施自動化改造升級，持續提升企業安全生產能力水平，不斷降低工人勞動強度，改善員工工作環境。其實施落地的“密閉電石爐自動化控制與節能技術的開發與應用”項目，是對傳統電石生產過程控制及出爐系統的革命性改變，通過對電石生產關鍵過程自動化、智能化及節能控制研究，開發出冶煉控制系統與專用出爐機器人成套技術，重塑了電石生產控制工藝流程，實現了電石生產全過程自動化精準安全控制，有效降低了原材料與輔料消耗，達到了節能增效、減排降耗目的。

研發初心：安全環保以人為本

隨著我國生物可降解塑料研發產業的迅猛發展，有力地帶動了BDO上游原料——電石用量的大幅增長，電石這一傳統產業由此褪去長期以來造就的暗淡印象，開始星光閃耀地站上歷史前臺，一躍成為新材料產業發展的重要原料來源。

但在2016年之前，我國電石企業生產還普遍停留在人工出爐這樣陳舊落后的生產模式上，國內智能出爐機器人相關研究理論始終沒能突破工業化應用，工業化亦無成熟的技術可借鑒。彼時的電石生產，人工電石冶煉爐爐內溫度高達2000℃，爐前溫度也在1000℃，人工作業平臺溫度將近50-60℃，作業人員燙傷的安全風險和艱苦的作業條件，使得國內電石行業員工流失率居高不下，而智能化全自動出爐技術一直處于被國外企業嚴密封鎖狀態，我國電石行業發展舉步維艱。

作為引領氯堿化工和農業節水兩大行業風向標以及西北最大電石生產企業的大型國有企業集團，打破國外電石行業生產技術壟斷，建設安全智能、綠色高效的生產模式，顯得尤為迫在眉睫。關鍵時刻，天業集團一如既往地選擇了發揚國企使命擔當，挑重擔、破藩籬，狠狠立下誓言——

“‘環境優美、技術領先、效益優良、員工幸福’是我們的企業目標，也是我對一萬五千名員工的承諾。”天業集團黨委書記、董事長宋曉玲動情地表示，“看著和自己孩子年齡差不多的員工在這么艱苦的條件下作業，我夜不能寐。我們黨委一班人下定決心，一定要想辦法帶領團隊改變這種現狀，改變人們對傳統電石行業高耗能、高污染、高風險、強體力的刻板印象。決不讓員工處于這種高溫、高風險和強體力的工作環境中，也正是這種強烈的愿望和初衷，促使我們下定決心：要不惜一切代價，研發出適合本土的全自動化高智能機器人，讓幸福天業成為現實。”

敢為人先：勇做技術集成

沒有一口吃就的胖子，亦沒有一蹴而就的成功。研發之初，我國電石行業還處在人工出爐作業環節，機械化出爐領域依然處于空白，尚無任何成熟經驗可借鑒。舉步維艱之際，“走出去，學回來！”宋曉玲當機立斷。

至此，新疆天業選派專人遠赴日本考察學習，并引進2臺日產智能出爐機器人。實際安裝后，本土應用并不理想。“引進的2臺日產設備為半自動化生產設備，在天能電石實地安裝使用中我們發現，引進的設備自動化程度并不高，在實際應用過程中安全系數和生產效率均不突出。”天能電石廠設備科科長王喆介紹道，研發團隊激情再次受阻，一系列技術難題錯綜交織，團隊成員士氣一落千丈。

原來，研發過程中，因為電石爐存在多變量、非線性、大時滯、強耦合和高噪聲等復雜特性，加之數據采集多，歷時長，干擾技術研究與規劃設計因素過多，致使數據檢測極困難，常規技術手段無法有效檢測；其次，電石出爐特定在高溫環境下，對機器人設備及材料的選型要求高、難度大，要實現標準化遠程控制，則需收集大量經驗數據并建立龐大的工藝操作數據庫，操作難度可想而知。

“遇事就趴下不是天業風格！”關鍵時刻，宋曉玲把舵定向，堅定地鼓勵大家，“全國考察，做技術集成！一定能研發出擁有自主技術產權、切實符合企業實際生產情況的智能出爐機器人！”并將智能出爐機器人項目列為天業集團亟待破解的“頭等大事”。項目團隊自此踏上外出考察和科技攻關之旅。

矢志不渝：突破“卡脖子”難題

上面舉旗定向，下面貫穿始終。聚焦智能出爐關鍵性技術研發與現場環境提升，天業集團成立專題科研組，研發團隊成員上下一心，一場圍繞“智能控制、工藝技術、設備設施、安全環保”為核心的調查研究全面鋪開；與此同時，一場與員工幸福感息息相關同樣又堅苦卓絕的戰斗也隨即打響。

研發團隊針對電石自動化控制水平及機械化程度低、工藝操作控制依靠人工經驗、控制以單變量為主等電石生產中存在的諸多“撓頭”難題，采取逐條羅列，分步驟研究攻關的“笨辦法”：針對配料系統、電極控制系統、凈化系統、智能診斷系統展開研究，研究其先進的控制技術以及電石爐控制系統；以半機械式自動出爐機、液壓出爐機器人為切入點和突破口，研究出爐作業機械化智能出爐機器人；分析探究爐前人工作業、爐前操作室控制、遠程控制室圖像控制等領域，研究遠程控制技術與出爐作業標準化……

憑借“團結 奉獻 拼搏 創新”的天業精神，歷經幾十次技術研討、數百次現場試驗、上千次設計改良，一個個難題的攻克，一項項科技成果的誕生，無聲地記錄著天業人孜孜以求、永不言敗的智慧和力量——

多變量預測、智能化調控先進控制系統的研究與開發，優化了電石生產工藝，實現了電石冶煉裝備更高水平自動化升級；出爐作業專用重載機器人及節能技術的研究與開發，重塑了電石冶煉出爐工藝流程，為實現電石冶煉機器人系統集群化應用提供了一套完整的解決方案；完成對傳統技術裝備換代升級，使人工出爐流水作業操作動作形成標準化規程，實現出爐機器人遠程智能控制“人爐分離”安全操作……獲得《一種電石爐導電元件故障預警裝置》等6項專利申請及一種電石爐電極長度的測量方法及系統等5項專利授權……

功夫不負有心人。2016年12月，由天業集團歷時3年研發、擁有獨立自主知識產權的首臺智能出爐機器人，在天能電石27#爐前威武亮相，并一次性調試成功。2020年7月，“電石出爐機器人智能控制及節能技術的研究與應用”項目通過八師科技局驗收，項目各項指標均達到設計指標。智能出爐機器人的操控性、穩定性和人機交互特性均優于和超過了國外同類產品，成功實現電石出爐全過程的遠程自動控制，并率先創造了電石行業女工出爐操作的先例！

“2022年8月，我們這個項目剛剛獲得兵團科技進步獎三等獎。”研發團隊成員、天能化工有限公司天偉電石廠設備科工程師王明潔淡淡地表示。“天業人嘛，迎難而上、敢想敢拼，多年的老傳統就是這么一茬一茬傳下來的。”

幸福天業：從汗流浹背到摁電鈕吹空調

“以前出爐全靠人捅，七八個人站在50、60℃的爐臺上，體力消耗非常大，而且操作時每個人都不一樣，大家都是習慣按照自己的工作經驗，所以人為的干擾因素太大，由于經驗偏差造成人為噴料和燙傷的情況都是有的。”提及智能出爐機器人應用前后的對比，今年49歲、在電石出爐崗位干了17年的天偉電石廠電石一工段出爐工潘國軍有說不完的感慨，“現在就不一樣了！現在我和同事都是坐在空調房里，動動手指，摁摁電鈕，活就干了。”

隨著第一臺智能出爐機器人的成功研發應用，一時間，這一惠及眾多電石產業工人的科研成果，迅速在天業集團天能電石、天辰電石、天偉電石廣泛鋪開。僅天偉電石，總投資5282.4萬元，從2018年至2020年間相繼完成12臺電石爐智能化出爐機器人改造。項目實施后，單臺電石爐操作人員減少4人，職工年均工資按10萬元計算，單臺電石爐節約人工成本40萬元/年，12臺電石爐年節約人工成本480萬，而且員工勞動強度已不可同日而語極大減輕，出爐作業勞動生產率大幅提升。

“當時我們研發智能出爐機器人主要是出于保證人員安全和改善員工工作環境考慮，沒想到項目實施后，因為配合研發了密閉電石爐先進控制系統，產品能耗下降明顯，經濟效益和環保效益都很顯著。按照我們天能電石廠12臺電石爐、配合安裝36臺出爐機器人來核算，從2016年12月上馬安裝第一臺截止到2020年12月安裝完最后一臺，累計減少電力能源消耗1.5億kwh，折標準煤1.84萬噸；減排CO₂ 8.1萬噸、SO₂ 0.22萬噸、NO_x 0.54萬噸，減少煙塵排放量0.03萬噸以上。”宋曉玲表示，“團結 奉獻 拼搏 創新”的企業精神是天業多年來形成的文化積淀，靠著這種文化支撐，天業發展一直在路上。現在天業集團累計投入使用智能出爐機器人114臺，而且通過信息化與工業化融合，電石生產節能降耗更為可觀；其次提高了技術裝備的安全保障能力，完善了兵團安全科技支撐體系，實現了兵團“科技強安”目標；三是項目研究的關鍵技術進一步降低了電石能耗，有效減少了能源消費量，可助力兵團早日實現“碳中和”“碳達峰”。