CN105219924A - 一种磁力自动对准吹氩连接装置及其对接与分离方法 - Google Patents

Abstract

本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。

Description

一种磁力自动对准吹氩连接装置及其对接与分离方法

技术领域

本发明涉及LF炉炉外精炼生产领域，尤其涉及一种磁力自动对准吹氩连接装置及其对接与分离方法。

技术背景

在转炉炼钢生产中，越来越多的品种钢由钢包精炼炉(简称LF炉)转炉炼钢仅仅成为升温和去碳的生产手段，这大大提高了炼钢的生产能力，降低了生产成本。

LF炉炉外精炼是在钢包加入合金原料时，通过对钢包底部吹入氩气等惰性气体，使钢水在钢包内产生环流，对钢水进行充分搅拌，使添加在钢水中的合金、脱氢剂、脱硫剂等快速熔化、分散，促使钢液成分和温度均匀，氩气泡吸附钢液中的夹杂物，去除钢中的非金属夹杂，从而达到净化钢水、提高钢材品质的目的。目前，国内炼钢厂中的钢包包底吹氩连接装置最主要存在的两大问题是：一、吹氩连接装置的对准定位问题，主要靠锥面压弧形面进行对准导向；二、吹氩装置连接后，气体的密封问题，主要靠球面的模糊接触进行气体密封；目前，钢包吹氩连接装置的定位大多都是通过在大包车上安装限位块，进行模糊定位，然后再将钢包下落，但由于钢包下落过程中，大包车上的连接母头受到很大挤压力，且钢包下落过程中晃动量很大，其两者的刚性碰撞容易破坏连接装置，多次使用后，其起密封作用的球面就会失效，造成氩气大量泄漏，达不到预期氩气压强要求，严重影响钢包精炼品质。另外，如专利CN102051446A提到的一种电磁式自动吹氩连接器，在整个工作过程中，均采用电磁线圈提供励磁去吸引大包上的公头组件，并在工作过程需持续进行供电，虽很好的解决了吹氩连接装置的导向对准问题，但在这样长时间的工况下，电磁铁很容易失效，造成连接装置受高气压而冲开，甚至可能造成整包钢水直接报废，严重的影响着LF炉炉外精炼生产。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种磁力自动对准吹氩连接装置及其对接与分离方法，通过电磁部分对大包氩气连接公头进行对准导向，采用永磁部分对连接装置进行吸合密封，有效解决了传统包底吹氩连接装置靠大包自重进行挤压导向及压紧密封的缺陷。采用的电磁导向对准与永磁密封的方法，大大缩短了包底吹氩装置的连接时间，同时，采用电磁和永磁相结合的方法，改进了磁式连接装置的可靠性及使用寿命。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：

一种磁力自动对准吹氩连接装置，包括公头组件和母头组件，所述公头组件安装在大包上，母头组件安装在大包车上；

所述母头组件包括非导磁导向块5和磁力激励装置；磁力激励装置位于非导磁导向块5的下部；磁力激励装置包括铁芯11、电磁线圈9和永磁磁钢8；所述电磁线圈9绕制在铁芯11的下部外围；所述永磁磁钢8设置在铁芯11的上部外围，且永磁磁钢8朝向铁芯11的一侧极性相同；所述铁芯11中心开有一条沿其轴线方向的第一通孔，第一通孔内设置有贯穿其中的通气导管，并且铁芯11上表面与通气导管之间的接合表面设置有O型密封圈6；

所述公头组件包括用于连接大包的大包固定块2、由导磁材料制成的公头4、连接在大包固定块2和公头4之间的柔性拉伸弹簧3、以及导气管1；所述大包固定块2和公头4的中心均开有第二通孔；导气管1通过第一通孔贯穿于大包固定块2及公头4之间；所述非导磁导向块5为中心设有带圆台形开口的圆柱体结构，圆台形开口的直径由上到下逐渐变小；

所述公头4为圆台形，其直径由上到下逐渐变小；其大小和形状与非导磁导向块中心的圆台形开口适配。

所述铁芯上表面的中心位置开有一个凹槽；所述公头的下表面(接合面)设有凸台；连接母头组件与连接公头组件接触时，所述凹槽与凸台形成密封配合，形成对氩气的一级密封；另外，所述铁芯上表面的凹槽外周还开设有O型密封槽，用于放置O型密封圈，形成对氩气的二次密封。

所述第二通孔直径较铁芯中心的第一通孔直径大2mm-3mm；避免对接因错位引起的通道截面积变化。

所述铁芯为矫顽力较小的铁磁材料制成的中心开有通孔的圆柱体结构，优选矫顽力为40kA/m～80KA/m的铁磁材料制成的铁芯。

所述永磁磁钢8包括N个条形结构磁钢，N个条形结构磁钢沿径向均匀分布在铁芯11周围，永磁磁钢8朝向铁芯11的一侧极性相同。

所述N取值为3-12中的一种。

一种磁力自动对准吹氩连接装置的对接与分离方法，包括以下步骤：

当公头组件随大包运送到预定位置时，点动电磁线圈的电源，使磁力激励装置开始工作，在一定距离范围内，吸引连接有柔性拉伸弹簧的公头沿非磁性导向块向磁力激励装置的铁芯运动，直到铁芯上的凹槽与公头的下表面的凸台对准吸合；然后，开启通气导管上的氩气阀门开关，进行吹氩；吹氩工作结束后，点动电磁线圈的电源，完成磁力激励装置的退磁，公头所受磁力消失，在弹簧拉力作用下，公头复位，即完成了单包钢水吹氩的自动对接与分离。

电磁线圈的供电过程为：点动回位按钮，给电磁线圈一个脉冲电流，电磁线圈瞬间通电；电磁线圈在运行过程不通电，只是点动开启，再点动就关闭电磁铁。

上述电磁线圈激励电源的电压为20～48VDC，电流为10～50A；电磁线圈的匝数200～1500匝；磁力激励装置直径200～350mm，高度100～250mm，其距离铁芯上表面50mm处电磁力F≥50N；上述尺寸为整个磁力激励装置，包括铁芯、电磁线圈和永磁磁钢在内的整个磁力激励装置的尺寸；当公头组件随大包运送到预定位置时，公头的中心轴线与铁芯的中心轴线之间的水平偏差允许范围为：R≤90mm，公头在铁芯垂直方向上允许最大高度：h≤50mm。

本发明通过激励母头磁力激励装置吸引设有弹簧的公头组件向电永磁铁芯部位靠近吸合，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，采用永磁电磁铁进行吸合，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，大大缩短了钢包底吹氩装置的连接时间，提高了精炼生产效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1.本发明磁力自动对准吹氩装置的对准问题，结合磁力和圆台形侧面对公头进行吸引、导向，利用弹簧的伸缩、摆动提供一定范围的位置误差补偿，降低了大包吊车工人人工对准的操作难度。

2.本发明磁力自动对准吹氩装置的密封性问题，采用铁芯端面中心位置开凹槽，与公头凸台的密封配合，形成对氩气的一级密封，利用铁芯端面开设O型密封槽，以放置O型密封圈，两对接面在强磁力的吸合下，形成对氩气的二次密封，大大提高了吹氩装置密封的可靠性。

3.本发明磁力自动对准吹氩装置的零件可靠性问题，该装置整个工作过程中，均利用磁力来牵引执行，较传统的机械式对准装置，无须利用大包自重对弧面和球面之间产生的刚性挤压来进行对准与密封，降低了装置因面与线长时间往复碰撞工作下产生疲劳失效的风险，改善了包底吹氩装置的使用寿命，提高了装置长时间运行的可靠性。

4.现有的电磁式自动吹氩连接器，在整个工作过程中，均采用电磁线圈提供励磁去吸引大包上的公头组件，并在工作过程需持续进行供电，在长时间的工况下，电磁铁很容易失效，造成连接装置受高气压而冲开，甚至可能造成整包钢水直接报废，严重的影响着LF炉炉外精炼生产。本发明采用永磁电磁铁进行吸合，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。

附图说明

图1为本发明工作示意图；

图2为本发明磁力激励装置及对接处密封结构图；

附图标记说明：

1-通气导管2-大包固定块3-柔性拉伸弹簧4-公头5-非导磁导向块6-O型密封圈7-非磁性锰板8-永磁磁钢9-电磁线圈10-顶板11-铁芯12-钟盖

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1：

如图1所示为本发明工作示意图，图2为本发明磁力激励装置及对接处密封结构图，该磁力激励装置主要由永磁磁钢8、电磁线圈9构成，磁钢同一极都朝同一侧，在未点动电磁电源时，磁力激励装置对外未表现磁性，一旦点动电磁电源后，磁力激励装置对外表现出强磁性，再点动电磁电源，磁性又恢复到初始状态。当公头组件随大包运送到预定位置，这时点动电磁电源，磁力激励装置开始工作，在一定距离范围内，吸引设有柔性拉伸弹簧3的公头组件沿母头非磁性导向块5向磁力激励装置铁芯11运动直到铁芯凹槽与导气管1凸台对准吸合，然后开启氩气阀门开关进行吹氩，铁芯4端面中心位置开有一凹槽，与设有凸台的公头4密封配合，形成对氩气的一级密封，另外，在同一端面开设O型密封槽，以放置O型密封圈6，形成对氩气的二次密封，其O型密封槽直径稍大于中心孔直径；吹氩工作结束后，只需点动电磁电源，即可完成磁力激励装置的退磁，公头4所受磁力消失，在弹簧3拉力作用下，公头4复位，即完成了单包钢水吹氩的自动对接与分离。

实施例2：

本实施例中，激励电压：20～48VDC，电流：10～50A，线圈匝数200～1500匝，磁力激励装置直径200～350mm，高度100～250mm，其距离铁芯端面50mm处保证电磁力F≥50N，在本实施例条件下，其铁芯吸附表面磁通量密度≥8000Gs，其公头被吸合后所受电磁力F≥5000N，其公头在铁芯上方的水平偏差允许范围：R≤90mm，公头在铁芯垂直方向上允许最大高度：h≤50mm。

以上仅是本发明的某种优选实施方式，应当指出的是，上述实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所确定的范围为准。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种磁力自动对准吹氩连接装置，其特征在于，包括公头组件和母头组件，所述公头组件安装在大包上，母头组件安装在大包车上；

所述母头组件包括非导磁导向块(5)和磁力激励装置；磁力激励装置位于非导磁导向块(5)的下部；磁力激励装置包括铁芯(11)、电磁线圈(9)和永磁磁钢(8)；所述电磁线圈(9)绕制在铁芯(11)的下部外围；所述永磁磁钢(8)设置在铁芯(11)的上部外围，且永磁磁钢(8)朝向铁芯(11)的一侧极性相同；所述铁芯(11)中心开有一条沿其轴线方向的第一通孔，第一通孔内设置有贯穿其中的通气导管，并且铁芯(11)上表面与通气导管之间的接合表面设置有O型密封圈(6)；

所述公头组件包括用于连接大包的大包固定块(2)、由导磁材料制成的公头(4)、连接在大包固定块(2)和公头(4)之间的柔性拉伸弹簧(3)、以及导气管(1)；所述大包固定块(2)和公头(4)的中心均开有第二通孔；导气管(1)通过第一通孔贯穿于大包固定块(2)及公头(4)之间；所述非导磁导向块(5)为中心设有带圆台形开口的圆柱体结构，圆台形开口的直径由上到下逐渐变小；

所述公头(4)为圆台形，其直径由上到下逐渐变小；其大小和形状与非导磁导向块中心的圆台形开口适配。

2.根据权利要求1所述的磁力自动对准吹氩连接装置，其特征在于，所述铁芯上表面的中心位置开有一个凹槽；所述公头的下表面设有凸台；连接母头组件与连接公头组件接触时，所述凹槽与凸台形成密封配合；所述铁芯上表面的凹槽外周还开设有O型密封槽，用于放置O型密封圈。

3.根据权利要求2所述的磁力自动对准吹氩连接装置，其特征在于，所述第二通孔直径较铁芯中心的第一通孔直径大2mm-3mm。

4.根据权利要求3所述的磁力自动对准吹氩连接装置，其特征在于，所述铁芯为矫顽力为40kA/m～80KA/m的铁磁材料制成的中心开有通孔的圆柱体结构。

5.根据权利要求4所述的磁力自动对准吹氩连接装置，其特征在于，所述永磁磁钢(8)包括N个条形结构磁钢，N个条形结构磁钢沿径向均匀分布在铁芯(11)周围，永磁磁钢(8)朝向铁芯(11)的一侧极性相同。

6.根据权利要求5所述的磁力自动对准吹氩连接装置，其特征在于，所述N取值为3-12中的一种。

7.根据权利要求2～6中任一项所述的磁力自动对准吹氩连接装置的对接与分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

当公头组件随大包运送到预定位置时，点动电磁线圈的电源，使磁力激励装置开始工作，在一定距离范围内，吸引连接有柔性拉伸弹簧的公头沿非磁性导向块向磁力激励装置的铁芯运动，直到铁芯上的凹槽与公头的下表面的凸台对准吸合；然后，开启通气导管上的氩气阀门开关，进行吹氩；吹氩工作结束后，点动电磁线圈的电源，完成磁力激励装置的退磁，公头所受磁力消失，在弹簧拉力作用下，公头复位，即完成了单包钢水吹氩的自动对接与分离。

8.根据权利要求7所述的磁力自动对准吹氩连接装置的对接与分离方法，其特征在于，电磁线圈的激励电压为20～48VDC，电流为10～50A；电磁线圈的匝数200～1500匝；磁力激励装置直径200～350mm，高度100～250mm，其距离铁芯上表面50mm处电磁力F≥50N；当公头组件随大包运送到预定位置时，公头的中心轴线与铁芯的中心轴线之间的水平偏差允许范围为：R≤90mm，公头在铁芯垂直方向上允许最大高度：h≤50mm。