CN106148638A - 转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统及伸缩管组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统及伸缩管组件，包括回转架、升降部分，其回转架与回转驱动连接，回转架上连接升降部分，升降部分上安装多层伸缩管组件，多层伸缩管组件下端作为复合探头的连接端；多层伸缩管组件有中空腔作为复合探头管线通道，回转架上部安装复合探头管线收放机构，升降部分的升降驱动也安装在回转架上端。多层伸缩管组件设计成既是缸体又是活塞的双气缸组合体。升降部分包括连接在回转架上的竖直导轨与滑板构成的运动副及其驱动，多层伸缩管组件连接在滑板上。多层伸缩管组件配合升降部分使系统整体高度大大缩小，回转架由电机驱动更换工位。在转炉控制室工作站的控制下，准确、安全、稳定地取样、采集信号。

Description

转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统及伸缩 管组件

技术领域

本发明涉及一种转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统及伸缩管组件，用于转炉炼钢终点参数检测，兼有钢液样本提取功能之用的复合探头自动送进钢液面下和提取出来的装置。

背景技术

在转炉炼钢的生产工艺过程中，需要准确检测转炉熔池钢水的温度、碳含量、氧含量等技术指标，特别是终点钢水的技术指标，以确保最终钢产品的质量。传统的检测手段是在转炉处于垂直状态的情况下，将其旋转平倒下来，人工操作对钢水取样，通过检测，分析取样钢水的温、碳、氧，确定的钢水的终点的技术指标(俗称经验炼钢)但此方法有以下弊端：

其一，把转炉平倒下来，容易溅渣，喷火，工作环境恶劣，工人劳动强度大，又影响工人的人生安全。

其二，在全连铸生产的紧张节奏情况下，由于每倒一次炉需要3—5分钟，因而延长了转炉的冶炼周期，不利于生产节奏的组织，进而影响了钢的产量。

其三，倒炉检测方法对能源造成消耗，终点炼钢钢水的指标控制有很大的负面影响，既降低了钢的质量，又形成了转炉自动炼钢的瓶颈，突破它自动炼钢才能得以实现。

其四，早年设计并制造的TCO投弹式检测设备(专利号为CN101020939A)虽说价廉、实用、但是由于炉内每炉的变化，投弹的位置的不同，检测的结果也不同，且检测合格率只能达到85％左右，这又阻拦了TCO发明内容的进一步发展且不能留样。

鉴于上述人工倒炉检测方法可存在的种种不足，科研人员设计了与氧枪平行布置的副枪，通过插入炼钢转炉的密封烟罩顶部的副枪将检测探头垂直插入钢水中进行温、碳、氧的检测，从而指导了控制终点出钢。

副枪检测在炼钢行业属先进的终点检测技术，它有效地克服了人工倒 炉弊端，可大幅度的提高转炉炼钢的自动化进程。然而，目前，国内只有少数几家大型钢厂，如武钢、宝钢等采用副枪检测技术，而其它中小型钢厂若采用此项选进技术，受如下因素制约：其一，是副枪设备要求空间大，厂放足够高；其二成本投资大，一般副枪设备约需2000万元左右，而维护成本也可达400万以上，所以国内目前只有150吨以上大型炉子才能安装。

发明内容

为了更好的实现终点炼钢自动化检测，本发明设计一种转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统，适用于中小型的需要。利用烟罩上方的观火孔直接将复合探头插入钢水中并取样。

本发明的技术方案：本发明的转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统包括回转架、升降部分，其回转架与回转驱动连接，回转架上连接升降部分，升降部分上安装多层伸缩管组件，多层伸缩管组件下端作为复合探头的连接端；多层伸缩管组件有中空腔作为复合探头管线通道，回转架上部安装复合探头管线收放机构，升降部分的升降驱动也安装在回转架上端。

所述的多层伸缩管组件包括缸体、活塞和进出气口，第一缸体上端连接在法兰盘上，第一缸体上部有伸出进气口，下部有回缩进气口；第二缸体由第一缸体下端置于第一缸体中，第一缸体下端连接带密封环的第一轴套与第二缸体外径匹配，第二缸体的上端连接第一活塞环与第一缸体的内径匹配；第二缸体为双壁，其双壁与上下环形端面形成夹层腔，双壁上有外壁气口和内壁气口，外壁气口在上部与回缩进气口对应，内壁气口在下部；活塞杆由第二缸体下端置于第二缸体中，第二缸体下端连接带密封环的第二轴套与活塞杆外径匹配，活塞杆的上端连接第二活塞环与第二缸体的内径匹配，第二轴套与第二活塞环之间构成控制腔，内壁气口与控制腔对应，活塞杆有中孔作为复合探头管线通道。

所述的回转架包括回转柱，回转柱上端有回转轴安装在现场支撑架上，回转柱下端与回转驱动的从动齿轮的中轴连接，回转驱动包括电机，与电机连接的主动齿轮，与主动齿轮啮合的从动齿轮；回转柱由上到下连接多个水平支撑板，水平支撑板外端与升降部分连接。

所述的复合探头管线收放机构包括安装在回转架上端的软质水管收放卷筒、软质气管和信号线共用的收放卷筒和安装在升降部分上的导向滑轮。

安装在回转架上端的收放卷筒和安装在升降部分竖直导轨上的导向滑轮。

所述的升降部分包括连接在回转架外侧的竖直导轨和与竖直导轨匹配的滑板构成的运动副，滑板的上端通过钢丝绳、滑轮组与安装在回转架上端的升降驱动连接，多层伸缩管组件连接在滑板上。

所述的回转架设有定位机构，定位机构包括从动齿轮的端面上开有同直径的三个定位孔，三个定位孔处在同心圆上，分布在不同的圆心角；与三个定位孔配合的定位销安装在安装座上，安装座固定在支撑架上，定位销下端与电磁铁的动体相连。

所述的复合探头管线收放机构包括在软质水管收放卷筒，软质气管和信号线共用的收放卷筒。

本发明的一种多层伸缩管组件包括缸体、活塞和进出气口，第一缸体上端连接在法兰盘上，第一缸体上部有伸出进气口，下部有回缩进气口；第二缸体由第一缸体下端置于第一缸体中，第一缸体下端连接带密封环的第一轴套与第二缸体外径匹配，第二缸体的上端连接第一活塞环与第一缸体的内径匹配；第二缸体为双壁，其双壁与上下环形端面形成夹层腔，双壁上有外壁气口和内壁气口，外壁气口在上部与回缩进气口对应，内壁气口在下部；活塞杆由第二缸体下端置于第二缸体中，第二缸体下端连接带密封环的第二轴套与活塞杆外径匹配，活塞杆的上端连接第二活塞环与第二缸体的内径匹配，第二轴套与第二活塞环之间构成控制腔，内壁气口与控制腔对应，活塞杆有中孔作为复合探头管线通道。

所述活塞杆为双夹层，双夹层形成中心孔、第一环形腔、第二环形腔，第一环形腔与第二环形腔的底部有联通孔，其中一个环形腔的上部有进水连接孔，另一个环形腔的上部有出水连接孔，第一环形腔和第二环形腔4d4组成冷却水通道；中心孔为上下通孔，作为吹气通道和信号线通道。

发明的优点：本发明可以达到副枪功能要求即：测量钢水温度；测量钢水中的碳含量；测量钢水中的氧含量；测量液位；取样分析。

本发明的探头自动送取系统是一种坚固耐用性能十分可靠，价格只有副枪的1/4，且维修方便，维修费用低。是中小型转炉炼钢提高钢的品位，降低成本，降低劳动强度，加大安全系数，实现自动化，模型炼钢不可缺少的设备系统。

本发明的升降部分与多层伸缩管组件结合，大大地缩小了安装空间，适于范围更广。

本发明的多层伸缩管组件结构巧妙，适合高温环境需要，安全可靠，可方便地伸缩，能够自动清除复合探头的灰渣。

本发明的回转架与定位机构配合能满足探头安装、采样、探头返回卸下三个工位的要求，与定位机构配合，且每个工位准确、安全、稳定。

本发明的复合探头管线收放机构在控制系统的控制下，保证管线与升降部分同步运行。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2是多层伸缩管组件结构示意图。

图3是从动齿轮的下端面视图。

具体实施方式

图1为本发明的一种实施例示意图：

本发明的一种转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统包括回转架、升降部分，回转架1与回转驱动2连接，回转架1上连接升降部分3，升降部分3上安装多层伸缩管组件4，多层伸缩管组件4下端作为复合探头的连接端；多层伸缩管组件4有中空腔作为复合探头管线通道，回转架1上部安装复合探头管线收放机构5，升降部分3的升降驱动也安装在回转架2上端。

所述的升降部分3包括连接在回转架1外侧的竖直导轨3a和与竖直导轨3a匹配的滑板3b构成的运动副，滑板3b的上端通过钢丝绳与升降驱动3c、滑轮组3d与安装在回转架1上端的升降驱动3e连接，多层伸缩管组件4连接在滑板3b上。

所述的复合探头管线收放机构5包括在软质水管收放卷筒5a，软质气管和信号线共用的收放卷筒5b。在升降部分上安装导向滑轮5c。管线包括水气输送软管和信号线。

现场支撑架7包括上支架7a和下支架7b。

所述的回转架包括回转柱1a，回转柱1a上端有回转轴1b安装在现场支撑架上，回转柱1a下端与回转驱动2的从动齿轮2c的中轴连接，回转驱动2包括电机2a，与电机2a连接的主动齿轮2b，与主动齿轮2b啮合的 从动齿轮2c；回转柱1a由上到下连接多个水平支撑板1c，水平支撑板1c外端与升降部分3连接。回转驱动电机2a用支架安装在下支架7b上方。回转柱1a两端装有双列向心球面轴承和推动球轴承，并设有防尘圈套。

所述的升降部分3包括连接在回转架2上的竖直导轨3a和与之匹配的滑板3b，滑板3b通过钢丝绳3c、滑轮组3d与安装在回转架2上端的升降驱动3e连接。升降驱动3e用卷杨机。滑轮组3d安装在竖直导轨3a上端。

所述的复合探头管线收放机构5包括安装在回转架1上端的收放卷筒5a、5b和安装在升降部分的竖直导轨3a上的导向滑轮5c。

滑板3b下行靠重力，此时，卷扬机只作放绳旋向旋转；上行靠卷杨机动力提升，滑板3b上下运动使其多层伸缩组件4牵引其内联的管线也随之上下移动，而装有棘轮机构的水管(软质)收放卷筒5a、气管(软质)和信号共用的收放卷筒5b的收放线速度与滑板滑板3b的速度保持同步。

图3是从动齿轮的下端面视图：回转架1设有定位机构，定位机构包括从动齿轮2c的端面上开有同直径的三个定位孔2c1、2c2、2c3，三个定位孔2c1、2c2、2c3处在同心圆上，分布在不同的圆心角；本实施例的第一定位孔2c1圆心角为0度、第二定位孔2c2圆心角为90度，第三定位孔2c3圆心角为30度位置；第一定位孔圆心角为0度为探头安装工位，第二第二定位孔2c2在圆心角90度处为采样工位，第三定位孔2c3在圆心角为30度处，为探头返回卸下工位。与三个定位孔2c1、2c2、2c3配合的定位销6a安装在安装座6b上，安装座6b固定在下支架7b上，定位销6a下端与电磁铁6c的动体相连。定位销6a由电磁铁控制其插入定位孔锁定或抽出释放。三个定位孔2c1、2c2、2c3分布在的圆心角由现场工位决定。电磁铁6c接受指令动作，推拉定位销6a插入或退出丛动齿轮2c上的定位孔中，从而实现了回转架1在0度插装复合探头工位；在30度下缷已用复探头工位；在90度将复合探头送进转炉采样工位，实现个工位的锁定与转换。

图2是多层伸缩管组件结构示意图：本发明的一种多层伸缩管组件4包括缸体、活塞和进出气口，第一缸体4a上端连接在法兰盘4b上，第一缸体4a上部有伸出进气口4a2，下部有回缩进气口4a3；第二缸体4c由第一缸体4a下端置于第一缸体4a中，第一缸体4a下端连接带密封环的第一轴套4a1与第二缸体4c外径匹配，第二缸体4c的上端连接第一活塞环4c1与第一缸体4a的内径匹配；第二缸体4c为双壁，其双壁与上下环 形端面形成夹层腔4c2，双壁上有外壁气口4c3和内壁气口4c4，外壁气口4c3在上部与回缩进气口4a3对应，内壁气口4c4在下部；活塞杆4d由第二缸体4c下端置于第二缸体4c中，第二缸体4c下端连接带密封环的第二轴套4c5与活塞杆4d外径匹配，活塞杆4d的上端连接第二活塞环4d1与第二缸体4c的内径匹配，第二轴套4c5与第二活塞环4d1之间构成控制腔4c6，内壁气口4c4与控制腔4c6对应，活塞杆4d有中孔4d2作为复合探头管线通道。多层伸缩管组件第一缸体4a安放在滑板3b的U型槽内，用半圆环卡箍3d锁紧。

所述活塞杆4d为双夹层，双夹层形成中心孔4d2、第一环形腔4d3、第二环形腔4d4，第一环形腔4d3与第二环形腔4d4的底部有联通孔4d5，其中一个环形腔的上部有进水连接孔4d6，另一个环形腔的上部有出水连接孔4d7，使第一环形腔4d3和第二环形腔4d4组成冷却水通道；中心孔4d2为上下通孔，作为吹气通道和信号线通道。

多层伸缩管组件工作原理和过程：第一缸体4a上部的伸出进气口4a2和下部的回缩进气口4a3通过管路和换向阀与气源连接。当需要伸出时，伸出进气口4a2进压力气，对第二缸体4c上部环形端面和活塞杆4d上部环形端面施压，对第二缸体4c和活塞杆4d伸出，此时，回缩进气口4a3作为排气口；当需要缩回时，回缩进气口4a3进压力气，压力气通过第二缸体4c外壁气口4c3进入夹层腔4c2对第二缸体4c上部环形内端面施压，同时通过第二缸体4c内壁气口4c4进入活塞杆4d上端第二活塞环4d1与第二轴套4c5之间的控制腔4c6，对活塞杆4d的第二活塞环4d1向上施压，使第二缸体4c和活塞杆4d缩回，此时，伸出进气口4a2作为排气口。

本发明的回转驱动、定位销控制电磁铁驱动、升降驱动、多层伸缩管组件伸缩驱动等均有转炉炼钢控制系统统一设定程序控制。

本发明的工作过程：回转架1在0度，定位销6a由电磁铁控制其插入第一定位孔2c1锁定，安装复合探头，完毕后，电磁铁6c释放，定位销6a抽出。电机2a驱动回转架1转动到第二定位孔2c2即90度处的采样工位，定位销6a由电磁铁控制其插入第二定位孔2c2锁定，升降驱动工作，滑板3b带动多层伸缩管组件4下降，同时气路控制多层伸缩管组件伸出，将复合探头送进转炉钢水熔池内采样和取信号，此时冷却水在活塞杆4d内循环冷却；采样完毕，升降驱动工作，滑板3b带动多层伸缩管组件4 升起，同时，气路控制多层伸缩管组件缩回；上升到位后，电磁铁6c释放，电机2a驱动回转架1回转到第三定位孔2c3即30度处，定位销6a由电磁铁控制其插入第三定位孔2c3锁定，缷下已用复合探头8。

电磁铁6c接受指令动作，推拉定位销6a插入或退出丛动齿轮2c上的不同定位孔中，从而实现了回转架1在0度安装复合探头工位；在90度将复合探头送进转炉采样，在30度缷下已用复合探头；实现各工位的锁定与转换。

本发明的核心是安装复合探头的多层伸缩管组件被设计成既是缸体又是活塞的双气缸组合体。气缸上是供水管(软质)、气管(软质)和信号线出入的法兰盘，配合升降部分使系统整体高度大大缩小，配合回转部分和复合探头管线收放机构，在转炉控制室工作站的控制下，准确、安全、稳定地取样、采集信号，依据本系统的检测结果调整给氧量和转炉入炉各种材料量，可大幅度提高炼钢自动化水平。

Claims (10)

1.一种转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统，包括回转架、升降部分，其特征在于：回转架(1)与升降部分(3)连接，升降部分(3)上安装多层伸缩管组件(4)，多层伸缩管组件(4)下端作为复合探头(8)的连接端；回转架(1)下部与回转驱动(2)连接，回转架(1)上部安装复合探头管线收放机构(5)，升降部分(3)的升降驱动也安装在回转架(2)上端；多层伸缩管组件(4)有中空腔作为复合探头管线通道。

2.根据权利要求1所述的转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统，其特征在于：多层伸缩管组件(4)包括缸体、活塞和进出气口，第一缸体(4a)上端连接在法兰盘(4b)上，第一缸体(4a)上部有伸出进气口(4a2)，下部有回缩进气口(4a3)；第二缸体(4c)由第一缸体(4a)下端置于第一缸体(4a)中，第一缸体(4a)下端连接带密封环的第一轴套(4a1)与第二缸体(4c)外径匹配，第二缸体(4c)的上端连接第一活塞环(4c1)与第一缸体(4a)的内径匹配；第二缸体(4c)为双壁，其双壁与上下环形端面形成夹层腔(4c2)，双壁上有外壁气口(4c3)和内壁气口(4c4)，外壁气口(4c3)在上部与回缩进气口(4a3)对应，内壁气口(4c4)在下部；活塞杆(4d)由第二缸体(4c)下端置于第二缸体(4c)中，第二缸体(4c)下端连接带密封环的第二轴套(4c5)与活塞杆(4d)外径匹配，活塞杆(4d)的上端连接第二活塞环(4d1)与第二缸体(4c)的内径匹配，第二轴套(4c5)与第二活塞环(4d1)之间构成控制腔(4c6)，内壁气口(4c4)与控制腔(4c6)对应，活塞杆(4d)有中孔(4d2)作为复合探头管线通道。

3.根据权利要求2所述的转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统，其特征在于：活塞杆(4d)为双夹层，双夹层形成中心孔(4d2)、第一环形腔(4d3)、第二环形腔(4d4)，第一环形腔(4d3)与第二环形腔(4d4)的底部有联通孔(4d5)，其中一个环形腔的上部有进水连接孔(4c6)，另一个环形腔的上部有出水连接孔(4c7)，第一环形腔(4d3)和第二环形腔(4d4)组成冷却水通道；中心孔(4d2)为上下通孔，作为吹气通道和信号线通道。

4.根据权利要求1或2所述的转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统，其特征在于：回转架包括回转柱(1a)，回转柱(1a)上端有回转轴(1b)安装在现场支撑架上，回转柱(1a)下端与回转驱动(2)的从动齿轮(2c)的中轴连接，回转驱动(2)包括电机(2a)，与电机(2a)连接的主动齿轮(2b)，与主动齿轮(2b)啮合的从动齿轮(2c)；回转柱(1a)由上到下连接多个水平支撑板(1c)，水平支撑板(1c)外端与升降部分(3)连接。

5.根据权利要求1或2所述的转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统，其特征在于：复合探头管线收放机构(5)包括安装在回转架(1)上端的软质水管收放卷筒(5a)、软质气管和信号线共用的收放卷筒(5b)和安装在升降部分上的导向滑轮(5c)。

6.根据权利要求1或2所述的转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统，其特征在于：升降部分(3)包括连接在回转架(1)外侧的竖直导轨(3a)和与竖直导轨(3a)匹配的滑板(3b)构成的运动副，滑板(3b)的上端通过钢丝绳(3c)、滑轮组(3d)与安装在回转架(1)上端的升降驱动(3e)连接，多层伸缩管组件(4)连接在滑板(3b)上。

7.根据权利要求1或2所述的转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统，其特征在于：回转架(1)设有定位机构，定位机构包括从动齿轮(2c)的端面上开有同直径的三个定位孔(2c1、2c2、2c3)，三个定位孔(2c1、2c2、2c3)处在同心圆上，分布在不同的圆心角；与三个定位孔(2c1、2c2、2c3)配合的定位销(6a)安装在安装座(6b)上，安装座(6b)固定在支撑架上，定位销(6a)下端与电磁铁(6c)的动体相连。

8.根据权利要求4所述的转炉炼钢终点参数检测兼钢液提样探头自动送取系统，其特征在于：回转架(1)设有定位机构，定位机构包括从动齿轮(2c)的端面上开有同直径的三个定位孔(2c1、2c2、2c3)，三个定位孔(2c1、2c2、2c3)处在同心圆上，分布在不同的圆心角；与三个定位孔(2c1、2c2、2c3)配合的定位销(6a)安装在安装座(6b)上，安装座(6b)固定在现场支撑架上，定位销(6a)下端与电磁铁(6c)的动体相连。

9.一种权利要求1～8之一所用的多层伸缩管组件，包括缸体、活塞和进出气口，其特征在于：多层伸缩管组件(4)包括缸体、活塞和进出气口，第一缸体(4a)上端连接在法兰盘(4b)上，第一缸体(4a)上部有伸出进气口(4a2)，下部有回缩进气口(4a3)；第二缸体(4c)由第一缸体(4a)下端置于第一缸体(4a)中，第一缸体(4a)下端连接带密封环的第一轴套(4a1)与第二缸体(4c)外径匹配，第二缸体(4c)的上端连接第一活塞环(4c1)与第一缸体(4a)的内径匹配；第二缸体(4c)为双壁，其双壁与上下环形端面形成夹层腔(4c2)，双壁上有外壁气口(4c3)和内壁气口(4c4)，外壁气口(4c3)在上部与回缩进气口(4a3)对应，内壁气口(4c4)在下部；活塞杆(4d)由第二缸体(4c)下端置于第二缸体(4c)中，第二缸体(4c)下端连接带密封环的第二轴套(4c5)与活塞杆(4d)外径匹配，活塞杆(4d)的上端连接第二活塞环(4d1)与第二缸体(4c)的内径匹配，第二轴套(4c5)与第二活塞环(4d1)之间构成控制腔(4c6)，内壁气口(4c4)与控制腔(4c6)对应，活塞杆(4d)有中孔(4d2)作为复合探头管线通道。

10.根据权利要求9所述多层伸缩管组件，其特征在于：活塞杆(4d)为双夹层，双夹层形成中心孔(4d2)、第一环形腔(4d3)、第二环形腔(4d4)，第一环形腔(4d3)与第二环形腔(4d4)的底部有联通孔(4d5)，其中一个环形腔的上部有进水连接孔(4d6)，另一个环形腔的上部有出水连接孔(4d7)，与第一环形腔(4d3)和第二环形腔(4d4)组成冷却水通道；中心孔(4d2)为上下通孔，作为吹气通道和信号线通道。