一种钢包底吹氩自动对接装置及其使用方法
阅读说明：本技术 一种钢包底吹氩自动对接装置及其使用方法 (Automatic butt joint device for ladle bottom argon blowing and use method thereof ) 是由 刘洪银 李俊玉 刘亚军 王利 张庆峰 亓伟伟 邹春峰 胡增跃 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及钢铁冶金技术领域,具体为一种钢包底吹氩自动对接装置及其使用方法,该装置包括发射器和接收器,发射器包括定位头和外部吹氩装置,接收器包括接收碗口和钢包的氩气接口；外部吹氩装置包括氩气管连接头,氩气管连接头的轴线与定位头的中轴线重合,氩气管连接头嵌入在定位头内部并与定位头滑动连接,接收碗口的接收碗口顶部的内表面与定位头的面相适应,氩气接口的氩气接口内表面的形状与氩气管连接头外表面的形状相适应,通过电磁铁控制定位头与接收碗口顶部完全重合后,控制氩气管连接头与氩气接口内表面连接,提高钢包底吹氩自动对接精度和对接成功率,操作工艺简单,自动化程度高,减少工人劳动强度。(The invention relates to the technical field of ferrous metallurgy, in particular to a ladle bottom argon blowing automatic butt joint device and a using method thereof, wherein the device comprises a transmitter and a receiver, the transmitter comprises a positioning head and an external argon blowing device, and the receiver comprises a receiving bowl opening and an argon interface of a ladle; outside argon blowing device includes the argon gas pipe connector, the axis of argon gas pipe connector and the axis coincidence of location head, the embedding of argon gas pipe connector is inside at the location head and with location head sliding connection, the internal surface at the receipt bowl mouth top of receiving bowl mouth suits with the face of location head, the shape of the argon gas interface internal surface of argon gas interface suits with the shape of argon gas pipe connector surface, through electro-magnet control location head and the complete coincidence back in receipt bowl mouth top, control argon gas pipe connector and argon gas interface internal surface connection, improve automatic butt joint precision of argon blowing at the bottom of the ladle and butt joint success rate, the operation is simple, the automation is high, reduce workman intensity of labour.)
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体地讲，本发明涉及一种钢包底吹氩自动对接装置及其使用方法。
背景技术
在炼钢流程中的LF精炼炉精炼时，需采用钢包底吹氩工艺来搅拌钢水或促进夹杂物上浮，钢包底吹氩工艺是通过钢包底部的透气砖向钢包内钢水吹氩气的工艺，透气砖的一端连接氩气管，另一端与钢水接触。由于钢包在炼钢流程中频繁的更换位置，需采用天车或钢包车等装置来移动钢包，因此钢包中的氩气管和外部氩气源无法保持常连接状态，在LF精炼过程中外部氩气源与钢包中的氩气管连接，在LF精炼结束后外部氩气源与钢包中的氩气管断开，目前多是采用人工将外部氩气源和钢包中氩气管进行连接或断开，人工将外部氩气源和钢包中氩气管进行连接或断开的过程中，钢包周围的高温环境严重危害职工的身体健康，且有一定的安全隐患。
目前公开的现有技术中有采用自动对接的方式连接外部氩气源和钢包中氩气管的报道，比如公开的专利CN 202010638540.8《钢包自动吹氩对接装置和钢包氩气对接及钢包吹氩方法》，公开了钢包自动吹氩对接装置以及钢包氩气对接及钢包吹氩方法，该装置包括发射装置和接收装置，发射装置包括发射器、发射气缸、连通杆、弹簧、第一氩气管、第二氩气管，接收装置包括接收器和第三氩气管；发射器包括中心开有氩气通道的球面连接头和滑杆，发射气缸包括柱塞和第一气缸腔及第二气缸腔，第二氩气管连通于第一气缸腔，弹簧连接于连通杆，连通杆插入穿过柱塞，一端连接于滑杆并与氩气通道连通，另一端连通于第一氩气管；接收器包括接收碗口、连接管和氩气管道，接收碗口内设置有内球面容置腔，氩气管道的一端连通于内球面容置腔，另一端连通于第三氩气管，该发明实现了钢包氩气自动对接和钢包通气吹氩的双气双通双控。但由于接收装置(通过法兰连接在钢包上)和发射装置(发射装置的底座通过螺栓固定在钢包车上)均为固定设置，无法移动，且接受碗口的接收面积有限，若由于钢包位置偏差导致“发射装置发射的球面连接头不在碗口的接收面积之内或者球面连接头与接收碗口的中轴线不重合”，则无法实现钢包氩气对接或对接不紧密，延误钢包精炼炉的正常吹氩工作，虽然配备有弹簧4可横向摆动发射装置，但通过人工方式调整弹簧比较繁琐，操作不便捷。
公开的专利201510742461.0《一种磁力自动对准吹氩连接装置及其对接与分离方法》，该发明公开了一种磁力自动对准吹氩连接装置及其对接与分离方法，连接装置包括公头组件和母头组件；公头组件包括连接大包的大包固定块、公头、以及连接大包固定块和公头的柔性拉伸弹簧，导气管贯穿于大包固定块及公头之间；母头组件包括非导磁导向块、磁力激励装置，所述磁力激励装置的铁芯轴线上设置有贯穿的通氩导管，铁芯上部设有永磁磁钢。本发明通过激励磁力激励装置吸引设有弹簧的公头组件向铁芯部位靠近吸合，在一定范围内，可通过非导磁导向块实现大包车连接母头和大包连接公头的自动对准，在公头、母头完全对准后，采用永磁铁进行吸合，避免了电磁线圈长时间工作而导致的失效，增加了自动连接装置使用的可靠性以及使用寿命。但由于现场工艺条件复杂，大包都是通过行车进行吊运，无法保证大包位置精准无偏差的坐落至规定位置，若钢包位置出现偏差可导致公头组件和母头组件的中轴线不重合，会影响对接精度。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题，针对以上问题，本发明提供一种钢包底吹氩自动对接装置及其使用方法，该装置含有一个定位头，定位头可将外部吹氩装置定位至钢包的氩气接口位置处，并实现氩气接口中轴线和外部吹氩装置中轴线的重合，从而提高对接精度。
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：一种钢包底吹氩自动对接装置，包括发射器和接收器，所述的发射器包括定位头和外部吹氩装置，所述的接收器包括接收碗口和钢包的氩气接口；所述的外部吹氩装置包括氩气管连接头，所述的氩气管连接头的轴线与定位头的中轴线重合，氩气管连接头嵌入在定位头内部并与定位头滑动连接，所述的接收碗口的接收碗口顶部的内表面与定位头的面相适应，定位头可以只上半部为半球体，也可以全部设定为球体。接受碗口顶部内表面需与定位头的面相适应，优选的，接受碗口顶部内表面和定位头的面设定为球面，所述的氩气接口的氩气接口内表面的形状与氩气管连接头外表面的形状相适应，控制定位头与接收碗口顶部完全重合后，控制氩气管连接头与氩气接口内表面连接，开启外部氩气源后，钢包底吹氩开始。
所述的外部吹氩装置还包括：管状联通杆、外部吹氩装置底座和氩气管，所述的管状联通杆将氩气管连接头和氩气管连通，所述的管状联通杆贯穿外部吹氩装置底座并与外部吹氩装置底座固定连接。
优选的，所述的定位头为球体。
进一步的，所述的定位头的内部埋设有若干个电磁铁一，电磁铁一均匀分布水平过定位头的重心的剖面上，过定位头球心处开有竖直贯穿的孔洞，氩气管连接头设置在孔洞内。所述的电磁铁一到定位头球心的距离为1/2定位头的半径。
进一步的，所述的孔洞内加工有环状卡槽限制位。
进一步的，所述的外部氩气管底座的内部埋有外部氩气管底座电磁铁二，电磁铁二均匀分布。电磁铁二到外部氩气管底座的中轴线的距离与电磁铁一到定位头球心的距离相等，有利于电磁铁一和永磁体之间在电磁作用力下的位置对中，有利于电磁铁一和电磁铁二之间的电磁作用力达到最大值。
进一步的，所述的氩气接口周围埋有永磁体，永磁体均匀分布在氩气接口内。永磁体到氩气接口的中轴线的距离与电磁铁一到定位头球心的距离相等。
优选的，所述的电磁铁一、电磁铁二和永磁体都为圆周阵列分布，沿圆周分布有利于将电磁铁一、电磁铁二和永磁体的位置规范化，有利于产生规则的磁场。
进一步的，所述的电磁铁一、电磁铁二和永磁体的数量相同，比如设置有4～8个取偶数个。
进一步的，所述氩气管连接头的材质为铜质。
进一步的，所述的外部吹氩装置为轴对称物体，氩气接口为轴对称物体，接收碗口为轴对称物体，氩气接口的对称轴与接收碗口的对称轴相重合，接收碗口内表面形状为内圆弧面，优选的，该接收碗口内表面形状为渐变内圆锥面，接收碗口顶部内表面为球面，接收碗口顶部与氩气接口固定连接，接收碗口顶部与氩气接口的连接处的内表面为圆柱面。
一种能钢包底吹氩自动对接装置的使用方法包括以下步骤：
步骤1:开启定位头中电磁铁一的电流流动开关，电磁铁一产生磁力，电磁铁一与钢包的氩气接口处的永磁体相吸引，电磁铁一被吸引至接收碗口顶部中，接收碗口顶部的内表面与定位头的外表面完全重合，此时定位头处于氩气接口的正下方；
由于定位头内部的氩气管连接头与管状联通杆相连接，定位头会带动外部吹氩装置运动至接收碗口顶部的正下方处，在外部吹氩装置底座的自身重力作用下，定位头的孔洞的中轴线垂直向下，此时外部吹氩装置所受重力和定位头对外部吹氩装置的拉力大小相等、方向相反，外部吹氩装置的中轴线、定位头的孔洞的中轴线、接收碗口的中轴线、氩气接口的中轴线重合为一条线，外部吹氩装置和和氩气接口精准对中。
步骤2、开启外部吹氩装置底座上电磁铁的电流流向开关，外部吹氩装置产生磁力，外部吹氩装置与定位头相吸引，外部吹氩装置垂直上升，氩气管连接头也被连带垂直上升，氩气管连接头被顶入氩气接口内，氩气管连接头与氩气接口相连通，实现外部吹氩装置与氩气接口的自动对接，开启外部氩气源，钢包底吹氩开始。
步骤3：钢包底吹氩吹氩结束后，关闭外部氩气源，然后通过开关改变定位头电磁铁一中的电流流动方向，使电磁铁一的磁极反转，电磁铁一与钢包的氩气接口处的永磁体相排斥，定位头也与外部吹氩装置相排斥，电磁排斥力使定位头垂直向下运动、外部吹氩装置也垂直向下运动，氩气管连接头被连带向下运动，外部吹氩装置与氩气接口的连接断开。
步骤4：关闭定位头中电磁铁一的电流开关和外部吹氩装置底座上电磁铁二的电流开关，该炉钢水的钢包底吹氩结束。
在本步骤1中先通过磁力吸引使定位头运行至氩气接口的正下方，同时在外部吹氩装置自身重力作用下，外部吹氩装置重心和定位头球心的连线为垂直向下的状态，外部吹氩装置为悬吊状态，由于外部吹氩装置为轴对称物体，因此外部吹氩装置对称轴为垂直状态，氩气管接头也被定位为垂直状态且位于氩气接口的正下方，能实现外部吹氩装置和氩气接口的精准对中。
在步骤2、3中通过控制定位头中电磁铁一电流的流向和吹氩装置底座中电磁铁二电流的流向能控制定位头、外部吹氩装置、氩气接口之间的吸引或排斥状态，从而实现钢包底吹氩装置的自动对接或断开，操作工艺简单，自动化程度高。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本申请所述的技术中，先通过定位头与氩气接口之间的磁力使定位头运行至氩气接口正下方，同时在外部吹氩装置自身重力作用下，外部吹氩装置为悬吊状态，定位头对外部吹氩装置的拉力和外部吹氩装置的重力大小相等、方向相反，由于外部吹氩装置的重力垂直向下方向，因此定位头和外部吹氩装置的拉力为垂直向上方向，也即定位头球心和外部吹氩装置重心的连线为竖直的状态，外部吹氩装置的中轴线、定位头孔洞的中轴线、接收碗口的轴向线、氩气接口的中轴线全部重合为一条线，从而能将氩气管接头也定位为竖直状态且位于氩气接口正下方，能实现外部吹氩装置位置和氩气接口位置的精准对中，提高钢包底吹氩自动对接精度和对接成功率。
2、本申请所述的技术中通过控制定位头中电磁铁一电流的流向和吹氩装置底座中电磁铁二电流的流向来控制定位头、外部吹氩装置、氩气接口之间的吸引或排斥状态，从而实现钢包底吹氩装置的自动对接或断开，操作工艺简单，自动化程度高，减少工人劳动强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种钢包底吹氩自动对接装置示意图；
图2为本申请提供的一种钢包底吹氩自动对接装置完成对接后的示意图；
图3为图1中AA位置处的横向剖面示意图；
图4为图1中BB位置处的横向剖面示意图；
图5为图1中CC位置处的横向剖面示意图。
附图标记：1、氩气管连接头；2、定位头；3、限位；4、管状连通杆；5、外部吹氩装置底座；6、氩气管；7、接收碗口；8、接收碗口顶部；9、氩气接口内表面；10、氩气接口；11、孔洞；12、电磁铁一；13、电磁铁二；14、永磁体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-5
实施例一
本发明提供如下技术方案：一种钢包底吹氩自动对接装置包括发射器和接收器，所述的发射器包括定位头2和外部吹氩装置，所述的接收器包括接收碗口7和钢包的氩气接口10；所述的外部吹氩装置包括氩气管连接头1，所述的氩气管连接头1的轴线与定位头2的中轴线重合，氩气管连接头1嵌入在定位头2内部并与定位头2滑动连接，所述的接收碗口7的接收碗口顶部8的内表面与定位头的球面相适应，所述的氩气接口10的氩气接口内表面9的形状与氩气管连接头1外表面的形状相适应，控制定位头2与接收碗口顶部8完全重合后，控制氩气管连接头1与氩气接口内表面9连接，开启外部氩气源后，钢包底吹氩开始。
所述的外部吹氩装置还包括：管状联通杆4、外部吹氩装置底座5和氩气管6，所述的管状联通杆4将氩气管连接头1和氩气管6连通，所述的管状联通杆4贯穿外部吹氩装置底座5并与外部吹氩装置底座5固定连接。
定位头2的内部埋设有若干个电磁铁一12，电磁铁一12均匀分布水平圆周剖面上，过定位头2球心处开有竖直贯穿的孔洞11，氩气管连接头1设置在孔洞11内。所述的电磁铁一12到定位头球心的距离为1/2定位头的半径。
孔洞11内加工有环状卡槽限制位3，如图2所示，孔洞11的内径大于环状卡槽限制位3的直径，环状卡槽限制位3的直径大于氩气管连接头的直径，氩气管连接头上设置有环状限位块，环状限位块与环状卡槽限制位3直径相等，环状卡槽限制位3可阻止氩气管连接头1向下运动，但氩气管连接头1可向上自由运动。
外部氩气管底座5的内部埋有外部氩气管底座电磁铁二13，电磁铁二13圆周均匀分布。电磁铁二到外部氩气管底座的中轴线的距离与电磁铁一12到定位头2球心的距离相等。
氩气接口10周围埋有永磁体14，永磁体14圆周均匀分布在氩气接口10内。永磁体14到氩气接口10的中轴线的距离与电磁铁一12到定位头2球心的距离相等。
电磁铁一、电磁铁二和永磁体的数量相同，比如设置有4～8个取偶数个。
所述氩气管连接头1的材质为铜质。
外部吹氩装置为轴对称物体，氩气接口为轴对称物体，接收碗口7为轴对称物体，氩气接口的对称轴与接收碗口的对称轴相重合，接收碗口7内表面形状为内圆弧面，接收碗口顶部内表面为球面，接收碗口顶部与氩气接口固定连接，接收碗口顶部与氩气接口的连接处的内表面为圆柱面。
一种能钢包底吹氩自动对接装置的使用方法包括以下步骤：
步骤1:开启定位头中电磁铁12的电流流动开关，定位头12产生磁力，电磁铁一12与钢包的氩气接口处的永磁体14相吸引，电磁铁一12被吸引至接收碗口顶部8中，接收碗口顶部8的内表面与定位头2的外表面完全重合，此时定位头2处于氩气接口10的正下方；
由于定位头2内部的氩气管连接头1与管状联通杆4相连接，定位头2会带动外部吹氩装置运动至接收碗口顶部8的正下方处，在外部吹氩装置底座5的自身重力作用下，孔洞11的中轴线垂直向下，此时外部吹氩装置所受重力和定位头2对外部吹氩装置的拉力大小相等、方向相反，外部吹氩装置的中轴线、定位头孔洞11的中轴线、接收碗口7的中轴线、氩气接口10的中轴线重合为一条线，外部吹氩装置和和氩气接口10精准对中。
步骤2、开启外部吹氩装置底座上电磁铁13的电流流向开关，外部吹氩装置产生磁力，外部吹氩装置与定位头2相吸引，外部吹氩装置垂直上升，氩气管连接头1也被连带垂直上升，氩气管连接头1被顶入氩气接口10内，氩气管连接头1与氩气接口10相连通，实现外部吹氩装置与氩气接口10的自动对接，开启外部氩气源，钢包底吹氩开始。
步骤3：钢包底吹氩吹氩结束后，关闭外部氩气源，然后通过开关改变定位头电磁铁一12中的电流流动方向，使定位头电磁铁一12的磁极反转，定位头电磁铁一12与钢包的氩气接口处的永磁体14相排斥，定位头2也与外部吹氩装置相排斥，电磁排斥力使定位头2垂直向下运动、外部吹氩装置也垂直向下运动，氩气管连接头1被连带向下运动，外部吹氩装置与氩气接口10的连接断开。
步骤4：关闭定位头中电磁铁一12的电流开关和外部吹氩装置底座上电磁铁二13的电流开关，该炉钢水的钢包底吹氩结束。
在本步骤1中先通过磁力吸引使电磁铁一12运行至氩气接口10的正下方，同时在外部吹氩装置自身重力作用下，外部吹氩装置重心和定位头2球心的连线为垂直向下的状态，外部吹氩装置为悬吊状态，外部吹氩装置由定位头、管状联通杆、外部吹氩装置底座和氩气管组成，未施加磁力时,其状态为“外部吹氩装置底座位于钢包车上(但不与钢包车固定连接)，管状联通杆位于外部吹氩装置底座的中轴线上，定位头位于外部吹氩装置底座的正上方”，管状联通杆起连接定位头并支撑定位头位于外部吹氩装置底座正上方的作用，氩气管起联通外部氩气源的作用。施加磁力后，定位头产生磁力，定位头与钢包的氩气接口处的永磁体相吸引，通过定位头与氩气接口之间的磁力使定位头运行至氩气接口正下方，此时定位头带动外部吹氩装置运行至氩气接口正下方，也带动外部吹氩装置底座离开钢包车，同时在外部吹氩装置自身重力作用下，外部吹氩装置为悬吊状态，由于外部吹氩装置为轴对称物体，因此外部吹氩装置对称轴为垂直状态，氩气管接头1也被定位为垂直状态且位于氩气接口10的正下方，能实现外部吹氩装置和氩气接口的精准对中。
在步骤2、3中通过控制定位头中电磁铁一12电流的流向和吹氩装置底座中电磁铁二13电流的流向能控制定位头2、外部吹氩装置、氩气接口10之间的吸引或排斥状态，从而实现钢包底吹氩装置的自动对接或断开，操作工艺简单，自动化程度高。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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