CN104822475A

CN104822475A - 阻塞器控制装置

Info

Publication number: CN104822475A
Application number: CN201380058254.2A
Authority: CN
Inventors: 安德烈·德卢卡; 斯特凡诺·德尔特德斯科
Original assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Current assignee: Danieli and C Officine Meccaniche SpA
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2015-08-05
Also published as: US10024455B2; US20150292645A1; ES2625018T3; WO2014072943A3; WO2014072943A2; EP2916979B1; EP2916979A2; ITMI20121914A1

Abstract

一种用于阻塞器(3)的控制装置(1)包括：外壳体(10)；滑动经过所述壳体(10)的控制杆(6)，其刚性地可附接于所述阻塞器(3)；液压回路(20)，其包括双动的液压缸(21)和可逆的液压泵(9)，所述液压缸(21)具有第一室和第二室(21a、b)，活塞(22)在所述第一室和第二室(21a、b)之间滑动，所述液压泵(9)分别地借助于所述液压回路(20)的第一分支和第二分支(20a、b)直接地连接于所述第一室和第二室(21a、b)，所述活塞被刚性地附接于所述控制杆(6)，所述液压回路(20)被整个地容纳在所述外壳体(10)中；控制回路(30)，其被连接于所述液压回路(20)以控制所述活塞(22)的位置。

Description

阻塞器控制装置

发明领域

本发明涉及用于可以被用于调整钢水从钢水包或中间包的流出的阻塞器(stopper)的控制装置。

现有技术水平

阻塞器或阻塞器杆是钢厂中已知的构件，其通过与被校准的洞或孔口的互相作用调整钢水浇铸物从钢水包或中间包朝向钢锭模的流出。

典型地，阻塞器根据钢锭模中的钢的水平而被连续地调整。这样的水平被放射性的传感器监视，也是连续地，放射性的传感器把信号发送至控制机动化的阻塞器控制装置的可编程逻辑控制器(被称为PLC)。阻塞器必须被控制从而保证稳定的弯液面(meniscus)的在所有的操作性的条件中在钢锭模中的存在。控制装置必须因此保证阻塞器的高的致动速度，特别是高的浇铸速度。

具有两个类型的在上文提到的领域中已知的控制装置：电动机械的和液压的。电动机械的装置借助于电马达和被连接于马达的机构来调整阻塞器的位移，包括蜗轮或小齿轮和各自的机架。电动机械的装置的主要的缺点是：

-慢的响应时间

-复杂的零件

-相对于其他的解决方案的高的数量的机械部件，这意味着空隙，以及作为结果的非精确的阻塞器位置控制以及对频繁的维护操作以检查和调整这样的空隙的需要。

此外，因为所述空隙的存在，所以阻塞器的位置必须借助于直接地在阻塞器保持器臂上的线性位移传感器被确定。这样的类型的传感器通常易于发生故障。

液压的或水动力的装置，代替地，允许获得相对于电磁的装置的更好的响应，但是通常需要液压控制单元和阀的存在，具有作为结果的尺寸和成本的很大的增加。此外在这种情况下，频繁的维护被需要，由于，特别地，高的数量的经受在起重杆(其调整阻塞器的向上或向下运动)与伺服马达之间的磨损的可移动的零件的存在以及对油过滤器系统的存在的需要。此外，常规的液压装置是耗散类型的：实际上，它们要求流体被伺服阀连续地向上游循环，这允许仅当被要求时的朝向液压致动器的通路。这种类型的装置要求很大的量的被外部源提供的流体并且意味着用于产生流体循环的能量的连续的消耗。

液压的阻塞器控制装置的一个实例在专利US5421559中被描述。在这样的装置中，起重杆的竖直运动借助于与其成一体的刚性的外构件被传递并且借助于在缸中滑动的活塞的杆被连接于驱动单元。复杂的阀系统另外被提供以用于控制用于致动活塞的液压流体的流动。这种解决方案意味着装置必须借助于管子被连接于其的用于液压流体的外部罐的存在。此外，刚性构件和起重杆之间的连接决定了对于这种类型的装置也存在空隙。此外，通常被包括在常规的液压装置中的伺服阀决定多个缺点，主要的几个缺点是：

-伺服阀的慢的操作速度，具有作为结果的液压回路的低的总体的反应性；

-开放回路操作，具有作为结果的对提供外部液压附接部的需要；

-高的运行和维护成本，因为伺服阀通常地具有短的寿命周期。

发明概述

因此，本发明的一个特别的任务是提供用于阻塞器的控制装置，其允许调整钢水的经过钢水包或中间包的流出，这解决上文关于所提到的现有技术描述的缺点。具体地，意图提供是守恒的装置，即仅消耗为了移动阻塞器所需要的能量的量。

一个另外的目的是提供允许达到在反应性和精确度的方面的良好的性能水平同时保证小的尺寸的装置。

另一个目的是消除所有的在阻塞器致动中所涉及的部件的游隙，从而允许更精确地调整钢流动。

另一个目的是制造具有低的维护水平的液压装置。

本发明的一个另外的目的是提供用于被液压回路控制的阻塞器的液压控制装置，其在大小上、在液压管线的长度和作为整体被需要的流体的量的方面比已知的解决方案小得多。

这样的目的通过用于阻塞器的控制装置而达到，所述装置包括：

-外壳体，

-滑动经过所述壳体的控制杆，其刚性地可附接于所述阻塞器，

-液压回路，其包括双动的液压缸和可逆的液压泵，所述液压缸具有第一室和第二室，活塞在所述第一室和第二室之间滑动，所述液压泵被连接于所述第一室和第二室，所述活塞被刚性地附接于所述控制杆，

-控制回路，其被连接于所述液压回路以控制所述活塞的位置，

所述装置的特征在于，所述可逆的泵分别地借助于所述液压回路的第一分支和第二分支直接地连接于所述液压致动器的所述第一室和第二室。

根据本发明的一个另外的方面，上文提到的问题借助于包括以下的设备被解决：

-钢液容器，其包括用于所述钢液的流动的排泄洞，

-阻塞器，其在所述排泄洞上工作以调整所述钢的流动，

-用于所述阻塞器的控制装置，包括：

-外壳体，

-滑动经过所述壳体的控制杆，其可刚性地附接于所述阻塞器，

-液压回路，其包括双动的液压缸和可逆的液压泵，所述液压缸具有第一室和第二室，活塞在所述第一室和第二室之间滑动，所述液压泵被连接于所述第一室和第二室，所述活塞被附接于所述控制杆，

附图简述

参照附图，鉴于根据以非限制性的实施例的方式图示的根据本发明的用于阻塞器的控制装置的优选的但是非排他性的实施方案的详细描述，本发明的另外的特征和优点将是更明显的，在附图中：

-图1是根据本发明的用于调整浇铸物流出的阻塞器的控制装置的轴侧投影图；

-图2是图1中的装置的侧视剖视图；

-图3是用于致动图1中的控制装置的液压图解。

发明的详细描述

参照附图，阻塞器3的液压控制装置(仅部分地示出)，通过调整其的高度，以参考数字1作为整体指示。阻塞器3允许调整用于熔融金属的容器4(仅部分地示出)的排泄洞(未示出)的打开的程度。容器4典型地由中间包组成。钢的从容器4的排泄洞的流出物被收集在钢锭模(未示出)中。

液压装置1包括杠杆(在附图中未示出)，借助于杠杆，阻塞器3的位置可以在液压装置1发生故障的情况下或在紧急情况中被手动地调整。

液压装置1包括容纳框架10，封闭的被加压的液压回路20被设置在其中。相对于在常规的耗散式液压装置中使用的开放类型的液压回路(其典型地包括液压单元)，液压回路20以非常小的尺寸为特征。液压回路20包括被连接于阻塞器3的液压致动器21以调整其高度。液压致动器21是双动类型的，包括第一室和第二室21a、b，活塞22在第一室和第二室21a、b之间滑动，活塞22被刚性地连接于第一上杆31a并且被刚性地连接于第二下杆31b，第二下杆31b相对于杆31a平衡并且具有与其相等的直径。两个室21a和21b可选择地借助于通常开放的旁通阀21c(仅在图3中图解地示出)或已校准的孔口被连通，以使杆的向下的运动在紧急的情况下更快并且使手动致动更容易。在本发明的可能的变化形式中，不具有旁通阀21c。在同一个轴向方向的两个方向滑动的中央活塞22与液压致动器21的纵向轴线X重合。控制杆6借助于被放置在控制杆6的第一轴向端部6a上并且例如由包括被沿着轴线X对准的螺钉6c的螺纹耦合部组成的刚性的轴向附接部被连接于上杆31a。控制杆6因此借助于与上杆31a的耦合被刚性地连接于活塞22。控制杆6滑动穿过壳体10的与轴线X同轴的洞10a。活塞22的朝向液压致动器21的轴向端部中的一个或另一个的滑动导致控制杆6沿着轴线X的一致的运动。控制杆6和轴线X的对准有利地被多个具有球再循环件(ball recirculation)的线性引导器7的效果保持。

液压装置还包括被刚性地连接于控制杆6的臂8。臂8在近似地正交于轴线X的方向在第一端部9a和第二端部8b之间延伸。第一端部8a例如借助于螺纹耦合部被刚性地连接于控制杆6的第二端部6b，与第一端部6a轴向地平衡。第二端部8b被刚性地连接于阻塞器3，例如通过螺纹耦合部。控制杆6的运动借助于臂8被传递至阻塞器3。

为了控制活塞22的位移，液压回路20包括可逆的泵9，可逆的泵9分别地借助于液压回路20的第一分支和第二分支20a、b被连接于致动器的第一室和第二室21a、b。泵9被放置在框架10内侧，有利地在下杆31b的侧部。

可逆的容积泵9的在一个方向或在另一个方向的旋转允许把油直接地发送至致动器21的室21a、b中的一个或另一个，从而确定活塞22的和杆31的分别地在一个方向或在相反的方向的运动。根据本发明的另一个变化形式，另一种等效的流体可以代替油被在回路20中使用。

第一和第二分支20a、b被在可逆的泵9的上游连接于存储器或补充源(top-up source)27，其允许补充任何流体的从液压回路20的损失。第一和第二止回阀28a、b被取向从而防止从泵9至补充源27的流动并且允许在相反的方向的流动，被设置在补充源27和可逆的泵9之间分别地在第二分支20a、b上。

泵9由电马达19(有利地是无刷或步进类型)致动，以固定的方式或借助于已知的类型的快速连接器19a，例如凸缘快速连接器或球连接器或卡口连接器，连接于电马达19。在一个可能的变化形式中，致动器21可以被从接合于可逆的泵9和电马达19的框架10抽出，借助于在控制杆6和活塞22之间的快速连接器(未示出)。

可逆的泵9的和无刷马达19的使用允许把致动器21的第一室和第二室21a、b直接地连接于泵9，从而避免通常地在其他的液压回路中使用的伺服阀的使用。此外，这允许减少在液压回路20中需要的流体的量和回路本身的总的长度。对于液压回路20的操作所需要的流体的量，通过流体和在补充源27中存在的流体的循环量给出，可以有利地被包括在0.05和0.5升之间，优选地在0.1和0.2升之间。流体在其中循环的液压管线的总的长度有利地被包括在0.5和2米之间，优选地在1和1.5米之间。

活塞22的在缸中的位置因此取决于泵9的马达19的角位置，而缸的运动速度取决于泵9的角速度。可逆的容积泵9允许移位被控制系统要求的实际上需要移动活塞22的液体的量(特别是小的油体积可以流动)。液压回路20是封闭的并且被加压的，即没有液压控制单元，并且因此相同量的流体始终在其中循环。泵9的马达19决定液压回路20中的流体的每次运动：因此，如果马达19不操作泵9，那么在液压回路20的每个点中的流体的流动是实质上零并且活塞22不运动。因此制造的装置是守恒类型的，因为能量消耗与活塞22的位移直接地相关。实际上，装置1仅消耗为了移位阻塞器3所需要的能量并且，当阻塞器3的位移不被要求时，因为回路中的流体是静态的，所以不具有能量消耗。可逆的泵9以及因此致动器21被以受控的方式控制。为了允许控制可逆的泵9和致动器21，液压装置1包括被连接于液压回路20的控制回路30。控制回路30可以例如是基于预测的方法或在根据某些操作性的参数的测量以反馈起作用。在其中控制系统20是反馈类型的情况下，其可以有利地包括检测钢的在钢锭模中的液位的液位传感器25和用于检测活塞22的位置的压力传感器24。液位传感器25检测钢锭模中的钢液弯液面的水平，使得为了获得所要求的弯液面水平所需要的钢的从容器4的流出可以被识别。控制回路30还包括电马达19借助于其被控制的控制单元26。控制单元26被连接于位置传感器24并且被连接于位置传感器25，从而能够获得反馈控制，包括：

-第一控制步骤，在其中控制单元26从传感器25接收与弯液面的水平相关的数据；

-第二控制步骤，在其中控制单元26决定阻塞器3必须被带至的位置，即活塞22必须被带至的位置；

-第三控制步骤，在其中基于被从位置传感器24接收的活塞22的位置确定必须被赋予活塞22以到达在所述第二控制步骤期间被确定的位置的位移；

-第四控制步骤，在其中控制单元26控制电马达19以激活泵9以把油发送至第一或第二分支20a、b，使得活塞22可以到达在所述第二控制步骤期间被确定的位置。

控制被连续地实施。

在附图中示出的实施方案中，封闭的并且被加压的液压回路20有利地被整个地容纳在容纳框架10中。在其他的实施方案中，回路的一部分例如液压致动器可以被置于容纳框架10外部但是被靠近于其连接的区域。在所有的情况下，液压回路20是封闭的并且被加压的并且因此没有外部附接部也不需要在框架10外部的油罐。液压回路20可以有利地被在框架10内侧密封从而与外部环境隔离，在本发明的使用的范围内，外部环境通常由于泥土、灰尘或类似物的存在是非常恶劣的。这允许避免过度的部件磨损并且保证系统的持续长的时间的良好的操作，把维护操作限制至最小。

通过包括在其中仅最小的量(即为了运动液压致动器的活塞所必需的量)的油被运动的封闭的被加压的液压系统，本发明的装置不确定能量的浪费并且因此是守恒的。这种类型的装置的使用还允许获得以高的效率和高的反应性为特征的液压装置；这被允许达到高的操作速度的电马达控制的液压泵的使用进一步促进。

一个另外的优点是在上杆31a、控制杆6、臂8和阻塞器3之间的刚性的附接，这允许消除或最小化活塞22和阻塞器3之间的总体的游隙。

Claims

1.一种用于阻塞器(3)的控制装置(1)，所述装置(1)是可使用的以调整钢水从容器(4)的流出，所述装置(1)包括：

-外壳体(10)，

-控制杆(6)，其滑动穿过所述壳体(10)，是刚性地可附接于所述阻塞器(3)的，

-液压回路(20)，其包括双动的液压缸(21)和可逆的液压泵(9)，所述液压缸(21)具有第一室和第二室(21a、b)，活塞(22)在所述第一室和第二室(21a、b)之间滑动，所述液压泵(9)被连接于所述第一室和第二室(21a、b)，所述活塞被附接于所述控制杆(6)，

-控制回路(30)，其被连接于所述液压回路(20)以控制所述活塞(22)的位置，

其特征在于，所述可逆的泵(9)分别地借助于所述液压回路(20)的第一分支和第二分支(20a、b)直接地连接于所述液压致动器(21)的所述第一室和所述第二室(21a、b)。

2.根据权利要求1所述的控制装置(1)，其中所述回路(20)被整个地容纳在所述外壳体(10)中。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置(1)，其中所述可逆的泵(9)借助于被连接于所述控制回路(30)的电马达(19)被致动。

4.根据权利要求3所述的控制装置(1)，其中所述可逆的泵(9)和所述电马达(19)被以固定的方式连接于彼此。

5.根据权利要求3所述的控制装置(1)，其中所述可逆的泵(9)和所述电马达(19)借助于快速连接器(19a)被连接于彼此。

6.根据前述权利要求中任一项所述的控制装置(1)，其中所述控制回路(30)是反馈控制的。

7.根据权利要求6所述的控制装置(1)，其中所述控制回路(30)包括位置传感器(24)以探测所述活塞(22)的位置，所述位置传感器(24)被容纳在所述外壳体(10)中。

8.根据权利要求7所述的控制装置(1)，其中所述控制回路(30)包括被连接于所述电马达(19)并且被连接于所述位置传感器(24)的控制单元(26)。

9.根据权利要求6、7和8所述的控制装置(1)，其中所述控制回路(30)包括液位传感器(25)以测量钢液在钢锭模中的水平，所述液位传感器(25)被连接于所述控制单元(26)。

10.根据权利要求1所述的控制装置(1)，其中所述液压回路(20)包括旁通阀(21c)以把所述液压致动器(21)的所述第一室和所述第二室(21a、b)置于连通中。

11.一种设备，包括：

-钢液容器(4)，其包括用于所述钢液的流动的排泄洞，

-阻塞器(3)，其在所述排泄洞上工作以调整所述钢的流动，

-根据前述权利要求中的一项或多项所述的用于所述阻塞器(3)的控制装置(1)。