高废钢比条件下的角度自适应吹气赶渣系统及赶渣方法
阅读说明：本技术 高废钢比条件下的角度自适应吹气赶渣系统及赶渣方法 (Angle self-adaptive air blowing and slag removing system and method under high scrap ratio condition ) 是由 刘洋 王良斌 孔勇江 胡念慈 刘昀 严开勇 刘海 邓攀 杨新泉 李华 于 2021-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了高废钢比条件下的角度自适应吹气赶渣系统,包括用于盛装铁水的铁水罐、铁水罐两侧设置有耳轴,铁水罐上设置有角度仪,还包括吹气赶渣系统,所述吹气赶渣系统包括吹气赶渣枪,吹气赶渣枪通过枪体固定框架固定,枪体固定框架上安装有枪体旋转机构,在吹气赶渣枪后端设置枪体升降系统和压力传感器,枪体旋转机构通过连接支架与横移机构相连接,横移机构设置在水平固定框架内且与横移驱动系统相连,并在横移机构端部设置有位移传感器,水平固定框架设置在支柱上；在铁水罐上方还设置有摄像头。本发明还提供了吹气赶渣方法。本发明能避免铁水罐表面有硬质废钢或者钢渣粘结,吹气赶渣枪强行插入而导致枪体弯曲或传动系统损坏的情况发生。(The invention discloses an angle self-adaptive air blowing and slag removing system under the condition of high scrap steel ratio, which comprises a hot metal ladle for containing hot metal, wherein trunnions are arranged on two sides of the hot metal ladle, an angle gauge is arranged on the hot metal ladle, the angle gauge also comprises an air blowing and slag removing system, the air blowing and slag removing system comprises an air blowing and slag removing gun, the air blowing and slag removing gun is fixed through a gun body fixing frame, a gun body rotating mechanism is arranged on the gun body fixing frame, a gun body lifting system and a pressure sensor are arranged at the rear end of the air blowing and slag removing gun, the gun body rotating mechanism is connected with a transverse moving mechanism through a connecting frame, the transverse moving mechanism is arranged in a horizontal fixing frame and is connected with a transverse moving driving system, a displacement sensor is arranged at the end part of the transverse moving mechanism, and the horizontal fixing frame is arranged on a support; a camera is also arranged above the hot metal ladle. The invention also provides a method for blowing gas to remove slag. The invention can avoid the situation that the gun body is bent or the transmission system is damaged due to the forced insertion of the air blowing and slag removing gun because the surface of the hot metal ladle is bonded by hard scrap steel or steel slag.)
技术领域
本发明涉及一种吹气赶渣系统，具体涉及一种高废钢比条件下的角度自适应吹气赶渣系统，属于炼钢铁水扒渣
技术领域
。背景技术
铁水脱硫吹气赶渣就是通过将带气压的赶渣枪插入到铁水中，利用空气动能将铁水罐表面的渣聚集起来，以减少扒渣的次数、提高扒渣效率，并降低扒渣铁损。目前，由于各大钢厂都追求大废钢比，以此来实现低成本冶炼。这就导致铁水扒渣的时候铁水量比原来有一定程度上的减少，而原来铁水罐的倾角就无法满足扒渣的需求，因此必须根据铁水量来调整铁水罐倾角，同时吹气赶渣枪的角度也需要进行调整，但目前市场上现有吹气赶渣系统均不具备该功能，无法满足高废钢比生产条件下吹气赶渣及扒渣的需求。
现有技术中已经有部分对于吹气赶渣系统的研究。比如公开号为CN 106319149 A的中国发明专利公开了一种吹气赶渣枪枪头更换小车及其使用方法，该装置及方法涉及熔融金属的撇渣设备领域，其装置包括枪头、枪头连接件和底座，其特征是：还包括水平轨道、储存箱、横移驱动器和弹簧组件，各条水平轨道水平且互相平行地固定在底座上，横移驱动器的驱动杆连接储存箱，每个箱体单元的顶部各设一个弹簧组件。该方法特征是：按存放、连接、横移和更换步骤依次实施。此发明结构简单，拆装方便，耗时少，用人少，成本低，但该专利无法满足废钢比条件下铁水罐倾翻角度的最优化和吹氩自动控制；
又比如公开号为CN 107502697 A的中国发明专利公开了一种铁水脱硫吹气赶渣装置，其装置包括铁水罐和扒渣机，包括用于对铁水罐内铁水进行吹气的吹气结构，所述吹气结构由吹气枪和伸缩杆构成。在实际使用时，由于吹气枪通过伸缩杆来控制对铁水罐内铁水的吹扫，从而使得吹气枪可以伸缩控制。这样的改进让装置整体占用的空间大幅度缩减，从而让机械结构更加轻量化，也让机构尺度及结构更为紧凑，让实际的操作空间具有较大的工作空间/体积比，为操作提高了很好的空间支持。尤其适用于空间较为紧凑的铁水脱硫吹气赶渣操作之中，但该专利无法满足废钢比条件下铁水罐倾翻角度的最优化和吹氩自动控制；
公开号为CN 106335746 A的中国发明专利公开了一种旋转式吹气赶渣装置，该装置包括枪管，其特征是：还包括升降系统、角度调节系统和回转系统，升降系统包括：升降轨道、升降小车、主动链轮、从动链轮、链条、轴承组和转动驱动装置；角度调节系统包括：耳板、铰接座和角度调节装置；回转系统包括：上轴承座、下轴承座、回转架和回转驱动装置。其结构简单，使用方便，适应性强，但该专利无法满足废钢比条件下铁水罐倾翻角度的最优化和吹氩自动控制；
公开号为CN 106337103 A的中国发明专利公开了一种旋转式吹气赶渣装置组件及其使用方法，该装置组件包括旋转式吹气赶渣装置、枪头夹持装置、枪头自动连接装置、枪头更换小车和拆除工具，其特征是：所述的旋转式吹气赶渣装置包括升降系统、角度调节系统、回转系统和枪管；所述的枪头更换小车包括枪头、枪头连接件、底座、水平轨道、储存箱、横移驱动器和弹簧组件。其使用方法特征是：包括调节旋转式吹气赶渣装置、夹持枪头、自动连接枪头、使用枪头更换小车和拆除吹气赶渣枪这5个步骤。其结构简单，使用方便，适应性强，但该专利无法满足废钢比条件下铁水罐倾翻角度的最优化和吹氩自动控制。
综上所述，在现有技术中，未发现能有效实现高废钢比条件下角度自适应的吹气赶渣技术及控制方法。
发明内容
为了解决现有问题，本发明公开了一种高废钢比条件下的角度自适应吹气赶渣系统，整体系统结构简单、控制可靠，全程不需要人为干预；通过摄像头和图像识别能够实现铁水与罐沿距离的自动识别，满足不同铁水重量条件下铁水罐最佳倾角的自动控制，并通过角度仪能够实现铁水罐倾动角度的实时测量；系统能够根据铁水罐倾角实现水平固定框架移动距离的自动计算，并能够通过位移传感器实现位移距离的实时监测；利用横移驱动系统能够实现整个吹气赶渣系统的快速横向运动；系统能够根据铁水罐倾角实现吹气赶渣枪插入距离的自动计算，并通过压力信号对比，避免了铁水罐表面有硬质废钢或者钢渣粘结，吹气赶渣枪强行插入而导致枪体弯曲或传动系统损坏的情况发生。
本发明是这样实现的：
一种高废钢比条件下的角度自适应吹气赶渣系统，包括用于盛装铁水的铁水罐、铁水罐两侧设置有耳轴，铁水罐上设置有角度仪，还包括吹气赶渣系统，所述吹气赶渣系统包括吹气赶渣枪，吹气赶渣枪通过枪体固定框架固定，枪体固定框架上安装有枪体旋转机构，在吹气赶渣枪后端设置枪体升降系统和压力传感器，枪体旋转机构通过连接支架与横移机构相连接，横移机构设置在水平固定框架内且与横移驱动系统相连，并在横移机构端部设置有位移传感器，水平固定框架设置在支柱上；在铁水罐上方还设置有摄像头。
更进一步的方案是：
所述耳轴在倾翻装置带动下实现铁水罐角度的旋转。
更进一步的方案是：
所述支柱一端固定在地基上，另一端固定有水平固定框架。
本申请中，铁水罐是盛铁水的容器，主要用来盛铁水；在耳轴上安装有角度仪，可以实时测量铁水罐的倾斜角度。水平固定框架里安装有横移机构和横移驱动系统，由于横移驱动系统一端与水平固定框架固定，另一端与横移机构连接，这样在横移驱动系统的作用下能实现横移机构水平移动；横移机构上固定安装有连接支架，连接支架上设计有枪体旋转机构。枪体旋转机构的传动方式可以为齿轮传动、轴旋转等。枪体固定框架固定在枪体旋转机构上，这样在枪体旋转机构的作用下能够绕枪体固定框架的中心点旋转；枪体固定框架内安装有吹气赶渣枪、枪体升降系统，其中枪体升降系统一端固定在枪体固定框架上，另一端与吹气赶渣枪相连，这样在枪体升降系统的作用下能够实现吹气赶渣枪沿枪体固定框架方向上的升降；在枪体升降系统的末端设计有压力传感器，能实现吹气赶渣枪升降过程中枪体所受压力的实时检测；在铁水罐的斜上方设计有摄像头，能够通过图像识别来判断铁水液面是否接近罐沿，并以此来实现不同铁水罐装入量条件下铁水罐倾动角度的计算。
在整个系统中，铁水罐与水平面的倾角为a，由角度仪实时测量而来；铁水罐耳轴中心线与立柱中心线的水平距离为L，铁水罐耳轴中心线与横移机构中心线的垂直距离为H，铁水罐耳轴距离罐沿的垂直距离为H2，初始条件下吹气赶渣枪旋转中心点距离立柱中心线的水平距离为L1，吹气赶渣枪最终位置的中心线与铁水罐外沿的距离为D，吹气赶渣枪顶点(最低点)距离水平固定框架中心线的距离为H1，铁水罐的外径为C，铁水罐不同铁水装入量条件下吹气赶渣枪的水平移动距离设定值为S，吹气赶渣枪向下的移动距离设定值为E，吹气赶渣枪插入铁水液面以下的深度设定值为T设。
本发明还提供了一种高废钢比条件下的角度自适应吹气赶渣方法，具体包括：
1)铁水罐到达扒渣位之后，倾动系统驱动铁水罐沿耳轴中心线进行旋转，同时摄像头实时检测铁水与铁水罐罐沿之间的距离，当检测到距离≤50mm或者铁水罐的倾角a＜50°时，倾动系统停止倾翻，并利用抱闸将铁水罐位置锁死，进行下一步；如果检测到铁水与铁水罐罐沿之间的距离＞50mm且铁水罐的倾角a≥50°时，倾动系统继续倾翻；
2)横移驱动系统(传动方式可以是链条式、气缸、油缸等方式)启动，并带动横移机构向左移动，其移动距离设定值S的计算公式如下：
在横移机构移动过程中，安装在横移驱动系统上的位移传感器对移动距离进行实时检测，当移动距离达到设定值S后，横移机构停止运行，进行下一步；
3)吹气赶渣枪气源启动，并向吹气赶渣枪供气；
4)枪体固定框架初始状态下与横移机构垂直，吹气赶渣枪也与横移机构垂直。当接到枪体旋转信号之后，枪体固定框架在枪体旋转机构的作用下顺时针方向旋转，当旋转角度达到(90-a)°之后，枪体固定框架停止旋转，进行下一步；
5)枪体升降系统推动吹气赶渣枪下降，其伸出距离设定值E的计算公式如下：
当伸出距离达到设定值E后，枪体升降系统停止运行，进行下一步；在枪体下降过程中，通过压力传感器实时检测枪体压力，当枪体压力超过设定值F设时，说明铁水罐表面有硬质废钢或者钢渣粘结，枪体回收，直接结束，这样可以有效保护枪体，避免硬件设备受损；
6)当扒渣结束信号到来之后，吹气赶渣枪缩回并将角度回位，横移机构回位，整个流程结束。
更进一步的方案是：
所述深度设定值T设的值为800mm-1500mm。
本发明专利具有如下优点：
①本整体系统结构简单、控制可靠，全程不需要人为干预；
②通过摄像头和图像识别能够实现铁水与罐沿距离的自动识别，满足不同铁水重量条件下铁水罐最佳倾角的自动控制，并通过角度仪能够实现铁水罐倾动角度的实时测量；
③系统能够根据铁水罐倾角实现水平固定框架移动距离的自动计算，并能够通过位移传感器实现位移距离的实时监测；
④利用横移驱动系统能够实现整个吹气赶渣系统的快速横向运动；
⑤系统能够根据铁水罐倾角实现吹气赶渣枪插入距离的自动计算，并通过压力信号对比，避免了铁水罐表面有硬质废钢或者钢渣粘结，吹气赶渣枪强行插入而导致枪体弯曲或传动系统损坏的情况发生。
附图说明
图1是本专利的设备整体布局图；
图2是本专利带尺寸标注的设备整体布局图。
图中标记为，铁水罐1、铁水2、耳轴3、角度仪4、吹气赶渣枪5、枪体固定框架6、枪体旋转机构7、枪体升降系统8、压力传感器9、连接支架10、横移机构11、水平固定框架12、横移驱动系统13、位移传感器14、支柱15、摄像头16。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如附图1、图2：一种高废钢比条件下的角度自适应吹气赶渣系统包括铁水罐1、铁水2、耳轴3、角度仪4、吹气赶渣枪5、枪体固定框架6、枪体旋转机构7、枪体升降系统8、压力传感器9、连接支架10、横移机构11、水平固定框架12、横移驱动系统13、位移传感器14、支柱15和摄像头16。
其系统组成如下：铁水罐1是盛铁水2的容器，主要用来盛铁水2，铁水罐1的两侧设计有耳轴3，通过倾翻装置带动耳轴3可以实现铁水罐1角度的旋转；在耳轴3上安装有角度仪4，可以实时测量铁水罐1的倾斜角度；吹气赶渣系统包括吹气赶渣枪5、枪体固定框架6、枪体旋转机构7、枪体升降系统8、压力传感器9、连接支架10、横移机构11、水平固定框架12、横移驱动系统13、位移传感器14和支柱15；其中支柱15一端固定在地基上，另一端固定有水平固定框架12；水平固定框架12里安装有横移机构11和横移驱动系统13，由于横移驱动系统13一端与水平固定框架12固定，另一端与横移机构11连接，这样在横移驱动系统13的作用下能实现横移机构11水平移动；横移机构11上固定安装有连接支架10，连接支架10上设计有枪体旋转机构7(其传动方式可以为齿轮传动、轴旋转等)；枪体固定框架6固定在枪体旋转机构7上，这样在枪体旋转机构7的作用下能够绕枪体固定框架6的中心点旋转；枪体固定框架6内安装有吹气赶渣枪5、枪体升降系统8，其中枪体升降系统8一端固定在枪体固定框架6上，另一端与吹气赶渣枪5相连，这样在枪体升降系统8的作用下能够实现吹气赶渣枪5沿枪体固定框架6方向上的升降；在枪体升降系统8的末端设计有压力传感器9，能实现吹气赶渣枪5升降过程中枪体所受压力的实时检测；在铁水罐1的斜上方设计有摄像头16，能够通过图像识别来判断铁水液面是否接近罐沿，并以此来实现不同铁水罐装入量条件下铁水罐倾动角度的计算。
在整个系统中，铁水罐1与水平面的倾角为a，由角度仪4实时测量而来；铁水罐1耳轴3中心线与立柱15中心线的水平距离为L，铁水罐1耳轴3中心线与横移机构11中心线的垂直距离为H，铁水罐1耳轴3距离罐沿的垂直距离为H2，初始条件下吹气赶渣枪5旋转中心点距离立柱15中心线的水平距离为L1，吹气赶渣枪5最终位置的中心线与铁水罐1外沿的距离为D，吹气赶渣枪5顶点(最低点)距离水平固定框架12中心线的距离为H1，铁水罐1的外径为C，铁水罐1不同铁水2装入量条件下吹气赶渣枪5的水平移动距离设定值为S，吹气赶渣枪5向下的移动距离设定值为E，吹气赶渣枪5插入铁水液面以下的深度设定值为T设(一般设定值为800mm-1500mm)。
整个吹气赶渣系统的控制流程和工作原理如下：
1、铁水罐1到达扒渣位之后，倾动系统驱动铁水罐1沿耳轴3中心线进行旋转，同时摄像头16实时检测铁水2与铁水罐1罐沿之间的距离，当检测到距离≤50mm或者铁水罐1的倾角a＜50°时，倾动系统停止倾翻，并利用抱闸将铁水罐1位置锁死，进行下一步；如果检测到铁水2与铁水罐1罐沿之间的距离＞50mm且铁水罐1的倾角a≥50°时，倾动系统继续倾翻；
2、横移驱动系统13(传动方式可以是链条式、气缸、油缸等方式)启动，并带动横移机构11向左移动，其移动距离设定值S的计算公式如下：
在横移机构11移动过程中，安装在横移驱动系统13上的位移传感器14对移动距离进行实时检测，当移动距离达到设定值S后，横移机构11停止运行，进行下一步；
3、吹气赶渣枪5气源启动，并向吹气赶渣枪5供气；
4、枪体固定框架6初始状态下与横移机构11垂直，吹气赶渣枪5也与横移机构11垂直。当接到枪体旋转信号之后，枪体固定框架6在枪体旋转机构7的作用下顺时针方向旋转，当旋转角度达到(90-a)°之后，枪体固定框架6停止旋转，进行下一步；
5、枪体升降系统8推动吹气赶渣枪5下降，其伸出距离设定值E的计算公式如下：
当伸出距离达到设定值E后，枪体升降系统8停止运行，进行下一步；在枪体下降过程中，通过压力传感器9实时检测枪体压力，当枪体压力超过设定值F设时，说明铁水罐1表面有硬质废钢或者钢渣粘结，枪体回收，直接结束，这样可以有效保护枪体，避免硬件设备受损；
6、当扒渣结束信号到来之后，吹气赶渣枪5缩回并将角度回位，横移机构回位，整个流程结束。
本发明专利开发了一种高废钢比条件下的角度自适应吹气赶渣系统，整体系统结构简单、控制可靠，全程不需要人为干预；通过摄像头和图像识别能够实现铁水与罐沿距离的自动识别，满足不同铁水重量条件下铁水罐最佳倾角的自动控制，并通过角度仪能够实现铁水罐倾动角度的实时测量；系统能够根据铁水罐倾角实现水平固定框架移动距离的自动计算，并能够通过位移传感器实现位移距离的实时监测；利用横移驱动系统能够实现整个吹气赶渣系统的快速横向运动；系统能够根据铁水罐倾角实现吹气赶渣枪插入距离的自动计算，并通过压力信号对比，避免了铁水罐表面有硬质废钢或者钢渣粘结，吹气赶渣枪强行插入而导致枪体弯曲或传动系统损坏的情况发生。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
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