CN102350494B - 一种控制金属液体倾倒流量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制金属液体倾倒流量的方法及装置，利用行车主钩吊住金属罐，行车副钩钩住金属罐后下部的吊盘，通过控制行车副钩向上提升的运动为变速运动来控制金属液体的流量进而控制二次烟气的发生量及铸件的质量。该装置包括控制器、变频器及操作箱及连接电缆，操作箱设在行车操作室内，控制器中设有控制行车副钩驱动电机转速的程序，该控制器通过变频器直接控制电机转速。与现有技术相比，本发明通过控制行车副钩的上升运动由匀速运动改为变速运动，使金属液体从金属罐倒入冶炼炉或铸造模中的流量均匀且可控，从而减少二次烟气的发生量，同时提高铸件的质量。

Description

一种控制金属液体倾倒流量的方法及装置

技术领域

本发明涉及冶炼及铸造和环保领域，尤其是涉及一种控制金属液体倾倒流量的方法及装置。

背景技术

冶金及铸造行业中，经常需要将已熔化好的金属液体倾倒至转炉、电炉、氩氧炉等工业冶炼炉中进行再次冶炼或将已冶炼好的金属液体倾倒至铸造模中进行定型铸造。一般金属罐由行车主钩吊住，另由行车副钩钩住金属罐后下部的吊盘，然后向上提升，金属液体即从金属罐中被倾倒入冶炼炉或铸造模中。在此过程中，由于高温金属液体流与周围空气的摩擦和热质交换以及金属液体进炉或进模后对炉或模中空气的挤压，导致大量烟气产生，这些烟气在行业中被称为二次烟气。金属液体倾倒的速度越快即流量越大，烟气的发生量越大。在这些过程中，目前所有的行车副钩的上升运动均为匀速运动，而金属罐外形为圆台形，因此金属液体流出的过程为流量从小至大再至小的过程，产生的烟气量亦由从小至大再至小的过程。另外在铸造的浇铸过程中，由于浇铸速度的不均匀可使铸件质量不稳定。

目前国内外对转炉二次烟气的处理方法有两种：第一、在转炉炉门上方设置排烟罩以排走铁水倒入时产生的二次烟气，排烟罩收集的烟气送入除尘器进行净化处理。这种方法的优点是除尘规模较小，投资和运行费用较低；缺点是仍有大量二次烟气不能进入排烟罩而逸至厂房外，严重污染了环境。第二、在转炉上方的厂房顶上设置排烟罩以捕集二次排烟罩未能收集的烟气，在本行业被称为三次烟气除尘。这种方法的优点是铁水倒入转炉过程中产生的烟气均能被捕集，但大大增加了除尘的基建投资和运行费用。国内外对电弧炉和氩氧炉二次烟气的处理方法是：在电炉上方的厂房顶上设置排烟罩，以排走铁水倒入电弧炉时产生的烟气。屋顶排烟罩捕集的烟气送至除尘器净化处理。由于二次烟气发生量的峰值较大，故设置的除尘系统比较庞大，除尘基建投资和运行费用均大幅度增加。国内外对金属液体浇铸过程中产生的二次烟气由于其发生量不大而未作处理，而由于人工控制金属液体流量的不稳定性导致铸件的质量亦不稳定。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种控制金属液体倾倒入冶炼炉或铸造模中的流量均匀且可控，从而减少二次烟气发生量及其峰值的方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种控制金属液体倾倒流量的方法，利用行车主钩吊住金属罐，行车副钩钩住金属罐后下部的吊盘，其特征在于，该方法通过控制行车副钩向上提升的运动为变速运动，控制金属液体的流量进而控制二次烟气的发生量。

所述的控制行车副钩向上提升的运动为变速运动，变速运动的过程可由图1和图2及以下数学模型描述：

基本假设以及参数设置：

1.主钩位于金属罐中心轴上，且在罐口的中心轴截面两侧，并通过一根钢丝绳固定在行车上；副钩位于金属罐底部的最左(右)边，并通过一条钢丝绳向上拉升。

2.金属液体流量设为A(m³/s)；金属罐高为H，上底面半径为R₁，下底面半径为R₀(R₀＜R₁)，金属罐为圆台形，副钩抬升的速度为(U，V)，U表示水平分速度，V表示垂直向上的分速度。

计算过程

倾倒金属液体的过程，是由于金属罐绕主钩做平面旋转运动所致。设旋转角为

则圆台与上底面成角

在图1和图2所示的坐标中，设液面与上底面的夹角为

则液面方程为：

上底面和下底面方程分别为：

z＝R₁tanβ，z＝R₀tanβ

圆台侧面方程为：

$z\cot \mathrm{\β}=\sqrt{x^2+y^2}$

流出液体就是如图1和图2中阴影部分。用与z轴倾斜的平面(该平面与z轴的交点至三维坐标原点距离h＞0)去截圆台，截面在阴影部分内为一弓形，该弓形的面积

当液面与金属罐侧面相交时，即时间t∈[0，t₁]时：

当液面与金属罐下底面相交时，即时间t∈(t₁，t₂]时：

${\∫}_{R_0\tan \mathrm{\β}}^{R_2\tan \mathrm{\β}}s\left(h\right)\mathrm{dh}=\mathrm{At}---\left(3\right)$

给定A、H、R₁、R₀等参数后，即可通过上述公式(1)、(2)、(3)求解出旋转角

与时间t的关系式，进而求出副钩抬升的速度(U、V)。

一种控制金属液体倾倒流量的装置，该装置包括控制器、变频器及操作箱，所述的控制器、变频器及操作箱经电缆连接，所述的操作箱设在行车操作室内，其特征在于，所述的控制器中设有依据上述数学模型而编制的控制行车副钩电机转速的程序，该控制器通过变频器直接控制行车副钩电机的转速。

所述的控制器为可固化程序的单片机。

所述的控制器通过控制行车副钩电机转速调节行车副钩上升的速度。

该装置与行车副钩中现有的控制装置并联连接，并可以切换使用。

与现有技术相比，本发明通过控制行车副钩的上升运动由匀速运动改为变速运动，使铁水从铁水罐倒入冶炼炉或铸造模中的流量均匀且可控，从而减少二次烟气的发生量。同时在金属铸造过程中可控制金属铸件的质量。

附图说明

图1为金属液面与金属罐侧面相交时的示意图。

图2为金属液面与金属罐下底面相交时的示意图。

图3为本装置的结构示意图。

图中1为操作箱、2为控制器、3为变频器、4为行车副钩电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种控制金属液体倾倒流量的装置，其结构如图3所示，该装置包括操作箱1、控制器2及变频器3，操作箱1、控制器2及变频器3经电缆连接，控制器2中设有控制行车副钩电机转速的程序，变频器3则直接控制电机转速，操作箱1设在行车操作室中，可通过控制器2和变频器3对行车副钩电机进行操作。控制器2中设有调节行车副钩上升速度的程序，而且该程序的运行可使金属液体倒入冶炼炉或铸造模中的流量均匀可控。本控制装置与行车副钩上已有控制装置并联，这样两种装置可根据工艺需要切换使用，使用的控制器2为可固化程序的单片机，但面板上可修改部分参数，如金属液体流量A及金属罐的几何参数。

一种金属液体倾倒流量的方法，利用行车主钩吊住金属罐，行车副钩钩住金属罐后下部的吊盘，该方法通过控制行车副钩向上提升的运动为变速运动，控制金属液体的流量进而控制二次烟气的发生量。当需要金属罐向冶炼炉或铸造模中倒入金属液体时，行车操作工启动设在行车操作室中的操作箱上的开关，控制器通过变频器启动行车副钩电机并对转速进行控制。

所述的控制行车副钩向上提升的运动为变速运动，变速运动的过程可由图1和图2及以下数学模型描述：

基本假设以及参数设置：

1.主钩位于金属罐中心轴上，且在罐口的中心轴两侧，并通过一根钢丝绳固定在行车上；副钩位于金属罐底部的最左(右)边，并通过一条钢丝绳向上拉升。

2.金属液体流量设为A(m³/s)；金属罐高为H，上底面半径为R₁，下底面半径为R₀(R₀＜R₁)，金属罐为圆台形，副钩抬升的速度为(U，V)，U表示水平分速度，V表示垂直向上的分速度。

计算过程

倾倒金属液体的过程，是由于金属罐绕主钩做平面旋转运动所致。设旋转角为

则圆台与上底面成角

在图1和图2所示的坐标中，设液面与上底面的夹角为

则液面方程为：

上底面和下底面方程分别为：

z＝R₁tanβ，z＝R₀tanβ

圆台侧面方程为：

$z\cot \mathrm{\β}=\sqrt{x^2+y^2}$

流出液体就是如图1和图2中阴影部分。用与z轴倾斜的平面(该平面与z轴的交点至三维坐标原点距离h＞0)去截圆台，截面在阴影部分内为一弓形，该弓形的面积

当液面与金属罐侧面相交时，即时间t∈[0，t₁]时：

当液面与金属罐下底面相交时，即时间t∈(t₁，t₂]时：

${\∫}_{R_0\tan \mathrm{\β}}^{R_1\tan \mathrm{\β}}s\left(h\right)\mathrm{dh}=\mathrm{At}---\left(3\right)$

给定A、H、R₁、R₀等参数后，即可通过上述公式(1)、(2)、(3)求解出旋转角

与时间t的关系式，进而求出副钩抬升的速度(U、V)。

Claims (1)

1.一种控制金属液体倾倒流量的方法，利用行车主钩吊住金属罐，行车副钩钩住金属罐后下部的吊盘，其特征在于，该方法通过控制行车副钩向上提升的运动为变速运动来控制金属液体的流量进而控制二次烟气的发生量及铸件的质量；

所述的控制行车副钩向上提升的运动为变速运动，其运动过程由以下数学模型描述：

当液面与铁水罐侧面相交时，即时间t∈[0,t₁]时:

当液面与铁水罐的下底面相交时，即时间t∈[t₁,t₂]时：

${\∫}_{R_0\tan \mathrm{\β}}^{R_1\tan \mathrm{\β}}S\left(h\right)\mathrm{dh}=\mathrm{At}---\left(3\right)$

式中，h为三维坐标原点至液面与z轴交点的距离，R₁为金属罐上底面半径，R₀为金属罐下底面半径，R₀＜R₁，β为金属罐的圆台角，

为液面与金属罐的上底面的夹角，t₁为金属罐开始倾倒至液面到达下底面的时间，t₂为金属罐内液面到达下底面开始至金属液体全部倒完的时间，A为金属液体的流量，t为金属液体的倾倒时间。

Images