——天业集团密闭电石炉自动化控制及智能出炉机器人研发纪实

陈晓晨

1月28日，新疆天业天能化工有限公司天伟电石厂电石生产车间内，两台智能出炉机器人分置东西，坚守在“自己”的岗位上，在1000℃的电石炉前，自动完成搭电、烧穿、开眼、带钎、堵眼及清炉舌等一系列出炉作业；工人坐在控制室里，吹着空调，仅需动手摁动电钮，满载熔岩般火红电石液的电石锅便精准运至指定地点，安全、智能、高效。

近年来，天业集团通过持续加大科研经费投入与设备设施自动化改造升级，持续提升企业安全生产能力水平，不断降低工人劳动强度，改善员工工作环境。其实施落地的“密闭电石炉自动化控制与节能技术的开发与应用”项目，是对传统电石生产过程控制及出炉系统的革命性改变，通过对电石生产关键过程自动化、智能化及节能控制研究，开发出冶炼控制系统与专用出炉机器人成套技术，重塑了电石生产控制工艺流程，实现了电石生产全过程自动化精准安全控制，有效降低了原材料与辅料消耗，达到了节能增效、减排降耗目的。

研发初心：安全环保以人为本

随着我国生物可降解塑料研发产业的迅猛发展，有力地带动了BDO上游原料——电石用量的大幅增长，电石这一传统产业由此褪去长期以来造就的暗淡印象，开始星光闪耀地站上历史前台，一跃成为新材料产业发展的重要原料来源。

但在2016年之前，我国电石企业生产还普遍停留在人工出炉这样陈旧落后的生产模式上，国内智能出炉机器人相关研究理论始终没能突破工业化应用，工业化亦无成熟的技术可借鉴。彼时的电石生产，人工电石冶炼炉炉内温度高达2000℃，炉前温度也在1000℃，人工作业平台温度将近50-60℃，作业人员烫伤的安全风险和艰苦的作业条件，使得国内电石行业员工流失率居高不下，而智能化全自动出炉技术一直处于被国外企业严密封锁状态，我国电石行业发展举步维艰。

作为引领氯碱化工和农业节水两大行业风向标以及西北最大电石生产企业的大型国有企业集团，打破国外电石行业生产技术垄断，建设安全智能、绿色高效的生产模式，显得尤为迫在眉睫。关键时刻，天业集团一如既往地选择了发扬国企使命担当，挑重担、破藩篱，狠狠立下誓言——

“‘环境优美、技术领先、效益优良、员工幸福’是我们的企业目标，也是我对一万五千名员工的承诺。”天业集团党委书记、董事长宋晓玲动情地表示，“看着和自己孩子年龄差不多的员工在这么艰苦的条件下作业，我夜不能寐。我们党委一班人下定决心，一定要想办法带领团队改变这种现状，改变人们对传统电石行业高耗能、高污染、高风险、强体力的刻板印象。决不让员工处于这种高温、高风险和强体力的工作环境中，也正是这种强烈的愿望和初衷，促使我们下定决心：要不惜一切代价，研发出适合本土的全自动化高智能机器人，让幸福天业成为现实。”

敢为人先：勇做技术集成

没有一口吃就的胖子，亦没有一蹴而就的成功。研发之初，我国电石行业还处在人工出炉作业环节，机械化出炉领域依然处于空白，尚无任何成熟经验可借鉴。举步维艰之际，“走出去，学回来！”宋晓玲当机立断。

至此，新疆天业选派专人远赴日本考察学习，并引进2台日产智能出炉机器人。实际安装后，本土应用并不理想。“引进的2台日产设备为半自动化生产设备，在天能电石实地安装使用中我们发现，引进的设备自动化程度并不高，在实际应用过程中安全系数和生产效率均不突出。”天能电石厂设备科科长王喆介绍道，研发团队激情再次受阻，一系列技术难题错综交织，团队成员士气一落千丈。

原来，研发过程中，因为电石炉存在多变量、非线性、大时滞、强耦合和高噪声等复杂特性，加之数据采集多，历时长，干扰技术研究与规划设计因素过多，致使数据检测极困难，常规技术手段无法有效检测；其次，电石出炉特定在高温环境下，对机器人设备及材料的选型要求高、难度大，要实现标准化远程控制，则需收集大量经验数据并建立庞大的工艺操作数据库，操作难度可想而知。

“遇事就趴下不是天业风格！”关键时刻，宋晓玲把舵定向，坚定地鼓励大家，“全国考察，做技术集成！一定能研发出拥有自主技术产权、切实符合企业实际生产情况的智能出炉机器人！”并将智能出炉机器人项目列为天业集团亟待破解的“头等大事”。项目团队自此踏上外出考察和科技攻关之旅。

矢志不渝：突破“卡脖子”难题

上面举旗定向，下面贯穿始终。聚焦智能出炉关键性技术研发与现场环境提升，天业集团成立专题科研组，研发团队成员上下一心，一场围绕“智能控制、工艺技术、设备设施、安全环保”为核心的调查研究全面铺开；与此同时，一场与员工幸福感息息相关同样又坚苦卓绝的战斗也随即打响。

研发团队针对电石自动化控制水平及机械化程度低、工艺操作控制依靠人工经验、控制以单变量为主等电石生产中存在的诸多“挠头”难题，采取逐条罗列，分步骤研究攻关的“笨办法”：针对配料系统、电极控制系统、净化系统、智能诊断系统展开研究，研究其先进的控制技术以及电石炉控制系统；以半机械式自动出炉机、液压出炉机器人为切入点和突破口，研究出炉作业机械化智能出炉机器人；分析探究炉前人工作业、炉前操作室控制、远程控制室图像控制等领域，研究远程控制技术与出炉作业标准化……

凭借“团结 奉献 拼搏 创新”的天业精神，历经几十次技术研讨、数百次现场试验、上千次设计改良，一个个难题的攻克，一项项科技成果的诞生，无声地记录着天业人孜孜以求、永不言败的智慧和力量——

多变量预测、智能化调控先进控制系统的研究与开发，优化了电石生产工艺，实现了电石冶炼装备更高水平自动化升级；出炉作业专用重载机器人及节能技术的研究与开发，重塑了电石冶炼出炉工艺流程，为实现电石冶炼机器人系统集群化应用提供了一套完整的解决方案；完成对传统技术装备换代升级，使人工出炉流水作业操作动作形成标准化规程，实现出炉机器人远程智能控制“人炉分离”安全操作……获得《一种电石炉导电元件故障预警装置》等6项专利申请及一种电石炉电极长度的测量方法及系统等5项专利授权……

功夫不负有心人。2016年12月，由天业集团历时3年研发、拥有独立自主知识产权的首台智能出炉机器人，在天能电石27#炉前威武亮相，并一次性调试成功。2020年7月，“电石出炉机器人智能控制及节能技术的研究与应用”项目通过八师科技局验收，项目各项指标均达到设计指标。智能出炉机器人的操控性、稳定性和人机交互特性均优于和超过了国外同类产品，成功实现电石出炉全过程的远程自动控制，并率先创造了电石行业女工出炉操作的先例！

“2022年8月，我们这个项目刚刚获得兵团科技进步奖三等奖。”研发团队成员、天能化工有限公司天伟电石厂设备科工程师王明洁淡淡地表示。“天业人嘛，迎难而上、敢想敢拼，多年的老传统就是这么一茬一茬传下来的。”

幸福天业：从汗流浃背到摁电钮吹空调

“以前出炉全靠人捅，七八个人站在50、60℃的炉台上，体力消耗非常大，而且操作时每个人都不一样，大家都是习惯按照自己的工作经验，所以人为的干扰因素太大，由于经验偏差造成人为喷料和烫伤的情况都是有的。”提及智能出炉机器人应用前后的对比，今年49岁、在电石出炉岗位干了17年的天伟电石厂电石一工段出炉工潘国军有说不完的感慨，“现在就不一样了！现在我和同事都是坐在空调房里，动动手指，摁摁电钮，活就干了。”

随着第一台智能出炉机器人的成功研发应用，一时间，这一惠及众多电石产业工人的科研成果，迅速在天业集团天能电石、天辰电石、天伟电石广泛铺开。仅天伟电石，总投资5282.4万元，从2018年至2020年间相继完成12台电石炉智能化出炉机器人改造。项目实施后，单台电石炉操作人员减少4人，职工年均工资按10万元计算，单台电石炉节约人工成本40万元/年，12台电石炉年节约人工成本480万，而且员工劳动强度已不可同日而语极大减轻，出炉作业劳动生产率大幅提升。

“当时我们研发智能出炉机器人主要是出于保证人员安全和改善员工工作环境考虑，没想到项目实施后，因为配合研发了密闭电石炉先进控制系统，产品能耗下降明显，经济效益和环保效益都很显著。按照我们天能电石厂12台电石炉、配合安装36台出炉机器人来核算，从2016年12月上马安装第一台截止到2020年12月安装完最后一台，累计减少电力能源消耗1.5亿kwh，折标准煤1.84万吨；减排CO₂ 8.1万吨、SO₂ 0.22万吨、NO_x 0.54万吨，减少烟尘排放量0.03万吨以上。”宋晓玲表示，“团结 奉献 拼搏 创新”的企业精神是天业多年来形成的文化积淀，靠着这种文化支撑，天业发展一直在路上。现在天业集团累计投入使用智能出炉机器人114台，而且通过信息化与工业化融合，电石生产节能降耗更为可观；其次提高了技术装备的安全保障能力，完善了兵团安全科技支撑体系，实现了兵团“科技强安”目标；三是项目研究的关键技术进一步降低了电石能耗，有效减少了能源消费量，可助力兵团早日实现“碳中和”“碳达峰”。