CN106270469B - 一种钢锭智能浇注系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及优质钢锭制造领域，具体地说是一种钢锭智能浇注系统，可以使钢锭按照事先设计的浇注速度曲线进行浇注，使钢锭具有稳定的内部质量。该智能浇注系统包括：智能浇钢车、低温降钢水包、液压系统、车载电源、辅料自动添加系统、智能浇钢车液压传动机构、数据存储及处理系统、模内金属液位测量系统、滑动水口控制系统、无线远程遥控操作系统、钢水包水口及气密保护系统。本发明可以使钢锭按照事先设计的浇注速度曲线进行全气密保护自动浇注和无线远程遥控操作，避免钢水发生二次氧化和人为操作引起的不确定性，使钢锭内部质量稳定，工艺稳定性极高，适用于所有底注钢锭的浇注。

Description

一种钢锭智能浇注系统

技术领域

本发明涉及优质钢锭制造领域，具体地说是一种钢锭智能浇注系统，可以使钢锭按照事先设计的浇注速度曲线进行浇注，使钢锭具有稳定的内部质量。

背景技术

钢锭是锻件所需的坯料，只有内部质量较好的钢锭才能制备出优质的锻件产品。当前，国内大部分特钢企业依然采用吊车吊挂钢水包进行钢锭的浇注，浇注过程中，不稳定因素较多。由于钢水包吊挂位置较高，浇注过程中，钢水包水口很难与中注管对齐，常造成钢水散流、冲刷中注管耐火材料等事件发生，有时由于水口与中注管对不正，还会发生钢水喷溅事故。

此外，由于没有钢水包称重设备，每一炉钢水的浇注速度、浇注时间都变化。这些浇注参数的变化将关系到钢锭内部质量的稳定性，常常会使钢锭出现缩孔疏松、偏析、夹渣等缺陷，为了保证钢锭锻后产品不出现质量问题，急需解决以上钢锭浇注问题，而钢锭智能浇注系统的开发，能够很好地稳定钢锭的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢锭智能浇注系统，解决钢锭中出现的缩孔疏松、偏析、夹渣等缺陷，影响钢锭内部质量的稳定性问题。

本发明的技术方案是：

一种钢锭智能浇注系统，该智能浇注系统包括：智能浇钢车、低温降钢水包、液压系统、车载电源、辅料自动添加系统、智能浇钢车液压传动机构、数据存储及处理系统、模内金属液位测量系统、滑动水口控制系统、无线远程遥控操作系统、钢水包水口及气密保护系统，具体结构如下：

智能浇钢车上设置低温降钢水包、液压系统、车载电源、辅料自动添加系统、智能浇钢车液压传动机构、数据存储及处理系统；其中，液压系统与智能浇钢车液压传动机构、数据存储及处理系统连接，车载电源与电气系统相连，辅料自动添加系统放置在智能浇钢车车架下端；智能浇钢车车架上设置滑动水口控制系统和钢水包水口及气密保护系统；无线远程遥控操作系统分别通过控制面板与液压系统、电气系统、辅料自动添加系统、滑动水口控制系统对应；

钢锭模落入浇注坑内，浇注坑两侧有导轨，智能浇钢车设置于导轨上，低温降钢水包落入智能浇钢车内，低温降钢水包下端需与滑动水口控制系统相连；在浇注过程中，通过数据储存及处理系统，使各部分协调工作，按照事先设计浇注曲线运行。

所述的钢锭智能浇注系统，低温降钢水包的钢水下降温度≤0.3℃/min；钢水包壁由耐火材料组成，紧贴低温降钢水包钢板层增加了一层低密度纳米纤维板≥20mm，打结料采用轻质耐火材料。

所述的钢锭智能浇注系统，滑动水口控制系统控制水口开度大小，以保证钢水液位的匀速上升，进给精度：±1mm，最大进给速度：100mm/s，控制智能浇钢车的液压系统，指令由数据存储及处理系统完成。

所述的钢锭智能浇注系统，智能浇钢车的主体结构如下：

1)车主体框架从上至下依次为上层框架、中间框架、车架，上层框架设有落包导向座，中间留有落包空间；上层框架与中间框架之间安装升降机构，中间框架与车架间安装横移机构；

2)走行传动装置：智能浇钢车为八轮结构，走行传动装置采用分散驱动方式，共四套驱动；

3)升降机构：升降机构包含配套使用的四套升降油缸及四套导向装置；

4)横移机构：横移机构安装在车架与中间框架之间，由配套使用的横移油缸、重载滚轮小车、限位装置、导轨装配组成；

智能浇钢车液压传动机构包括走行传动装置、横移机构、升降机构，在数据存储及处理系统指令下，通过横移机构驱动低温降钢水包横向移动，通过升降机构驱动低温降钢水包上下移动；

5)钢包放置支架及称量系统：钢水包放置支架及称量系统上设置钢水包称重传感器，通过钢水包称重传感器称重钢水及低温降钢水包重量；

6)测温平台：测温平台与智能浇钢车对应，通过测温平台上的测温枪显示钢水温度；

7)液压系统：给滑动水口控制系统提供动力；

8)电气系统：指令、分配及控制各个部分运行。

所述的钢锭智能浇注系统，辅料自动添加系统包括：加料仓、称料仓、传动输送装置，加料仓下部为称料仓，加料仓和称料仓设置于传动输送装置上，通过辅料自动添加系统给模内上升钢水液自动添加辅料；辅料自动添加系统的进料漏斗使用齿轮落料机构，每次落料量为20～50g，辅材上料精度：3％；辅材运输系统具有调速功能，运输速度：20～300mm/s，十秒内最大下料量应满足5～10kg。

所述的钢锭智能浇注系统，数据储存及处理系统具有可编程控制器和工控机，将温度、浇注速度、钢水重量变化数值记录下来；同时，将记录数值与预先设定数值进行对比，能够指令电气系统、滑动水口控制系统运行，使实际运行参数与预先设定数值相近，把握钢水浇注速度；模内液面高度、钢水重量、钢水温度数据，经过可编程控制器和工控机数据采集、储存及数据运算后，矫正钢水流量数据输出：模内液面高度、钢水重量、钢水温度和钢水流量，并控制滑动水口控制系统。

所述的钢锭智能浇注系统，模内金属液位测量系统具有测量模内钢水液面高度功能，根据预先锭型高度与体积的关系来修正钢水浇注速度，从而控制滑动水口的开口度。

所述的钢锭智能浇注系统，钢水包水口及气密保护系统具有气密保护罩，在钢水浇注时，通过钢水包水口及气密保护系统，钢流完全进入气密保护罩内，隔绝钢流与大气相接触，避免钢水二次氧化，提高钢锭纯净度。

所述的钢锭智能浇注系统，无线远程遥控操作系统具有无线控制手柄和可编程控制器，无线控制手柄发出指令，通过可编程控制器将智能浇钢车液压系统、电气系统、辅料自动添加系统、滑动水口控制系统控制统一集成于控制面板，实现钢锭浇注过程的远程遥控，避免人工高温作业，降低劳动强度。

本发明的优点及有益效果是：

本发明使钢锭按照事先设计的浇注速度曲线进行全气密保护自动浇注和无线远程遥控操作，避免钢水发生二次氧化和人为操作引起的不确定性，使钢锭内部质量稳定。该智能浇注系统设有低温降钢水包、滑动水口控制系统、智能浇钢车、辅料自动添加系统、模内金属液位测量系统、数据存储及处理系统、气密保护系统、钢水浇注远程遥控系统。利用以上智能浇注系统，可实现钢锭按照事先设计的浇注速度曲线进行全气密保护自动浇注和无线远程遥控操作，工艺稳定性极高。本发明适用于所有底注钢锭的浇注。

附图说明

图1智能浇注系统的结构示意图。

图中，1.智能浇钢车；2.低温降钢水包；3.液压系统；4.钢水包称重传感器；5.车载电源；6.辅料自动添加系统；7.智能浇钢车液压传动机构；8.数据存储及处理系统；9.模内金属液位测量系统；10.滑动水口控制系统；11.无线远程遥控操作系统；12.钢水包水口及气密保护系统。

图2钢锭智能浇注过程图。

图3使用智能浇注系统浇注的钢锭图。

图4智能浇钢车的结构示意图。

图中，3.液压系统；101.导轨；102.走行传动装置；103.电气系统；104.横移机构；105.升降机构；106.钢水包放置支架及称量系统；107.测温平台；108.测温枪；109.上层框架；110.落包导向座；111.中间框架；112.车架。

图5辅料自动添加系统的结构示意图。图中，13.加料仓；14.称料仓；15.传动输送装置。

图6数据储存及处理系统的原理图。

图7无线远程遥控操作系统的原理图。

具体实施方式

如图1-图4所示，本发明智能浇注系统主要包括：智能浇钢车1、低温降钢水包2、液压系统3、钢水包称重传感器4、车载电源5、辅料自动添加系统6、智能浇钢车液压传动机构7、数据存储及处理系统8、模内金属液位测量系统9、滑动水口控制系统10、无线远程遥控操作系统11、钢水包水口及气密保护系统12等，其具体结构和使用方法如下：

智能浇钢车1上设置低温降钢水包2、液压系统3、车载电源5、辅料自动添加系统6、智能浇钢车液压传动机构7、数据存储及处理系统8。其中，液压系统3与智能浇钢车液压传动机构7、数据存储及处理系统8连接，智能浇钢车液压传动机构7包括横移机构104、升降机构105，在数据存储及处理系统8指令下，通过走行传动装置102可以驱动智能浇钢车1沿着轨道移动，通过横移机构104可以驱动低温降钢水包2横向移动，通过升降机构105可以驱动低温降钢水包2上下移动。车载电源5与电气系统103相连，通过电气系统103对智能浇注系统进行电气控制。辅料自动添加系统6放置在智能浇钢车车架112下端，与低温降钢水包2对应，通过辅料自动添加系统6可以给模内(钢锭模内)上升钢水液自动添加保护渣。

无线远程遥控操作系统11分别通过控制面板与液压系统3、电气系统103、辅料自动添加系统6、滑动水口控制系统10对应，进行远程控制。

智能浇钢车车架112上设置模内金属液位测量系统9、滑动水口控制系统10和钢水包水口及气密保护系统12，通过模内金属液位测量系统9可以测量低温降钢水包2中的钢水液位，通过滑动水口控制系统10可以调节水口流量。

钢水包放置支架及称量系统106上设置钢水包称重传感器4，通过钢水包称重传感器4测定低温降钢水包2中的钢水重量。

钢锭模落入浇注坑内，浇注坑两侧有导轨101，智能浇钢车1设置于导轨101上，低温降钢水包2落入智能浇钢车1内，低温降钢水包2下端需与滑动水口控制系统10相连，在智能浇钢车1下有辅料自动添加系统6，除此还有模内金属液位测量系统9。在浇注过程中，通过数据储存及处理系统8，使各部分协调工作，按照事先设计浇注曲线运行。

该智能浇注系统中所涉及的低温降钢水包2具有较好的保温性能，钢水下降温度≤0.3℃/min。钢水包壁由多层耐火材料组成，与常规钢水包结构相比，紧贴低温降钢水包2钢板层增加了一层低密度纳米纤维板≥20mm，打结料采用轻质耐火材料。

该智能浇注系统中所涉及的滑动水口控制系统10，具有关开水口及调节水口流量的作用。滑动水口控制系统10能够控制水口开度大小，以保证钢水液位的匀速上升，进给精度：±1mm，最大进给速度：100mm/s，控制智能浇钢车1的液压系统3，指令由数据存储及处理系统8完成。

如图4所示，该智能浇注系统中所涉及的智能浇钢车1具有运送低温降钢水包2，调整低温降钢水包2与中注管高度以及称重功能。如图4所示，智能浇钢车1的主体结构如下：1)车主体框架从上至下依次为上层框架109、中间框架111、车架112，上层框架109设有落包导向座110，中间留有一定的落包空间。上层框架109与中间框架111之间安装升降机构105，中间框架111与车架112间安装横移机构104。2)走行传动装置102：智能浇钢车为八轮结构，走行传动装置102采用分散驱动方式，共四套驱动。3)升降机构105：升降机构105包含配套使用的四套升降油缸及四套导向装置。4)横移机构104：横移机构104安装在车架112与中间框架111之间，由配套使用的横移油缸、重载滚轮小车、限位装置、导轨101等装配组成。5)钢包放置支架及称量系统107：称重钢水及低温降钢水包2重量。6)测温平台107：测温平台107与智能浇钢车1对应，通过测温平台107上的测温枪108能显示钢水温度。7)液压系统3：给滑动水口控制系统10提供动力。8)电气系统103：指令、分配及控制各个部分运行。

如图1、图2、图4所示，当盛满钢水的低温降钢水包2入位智能浇钢车1位置后，利用智能浇钢车1上液压系统3及升降机构105、横移机构104，调整低温降钢水包2水口与中注管位置，对齐后，开起氩气保护装置。然后引流，准备浇注，当钢水充满上底盘后，自动加入保护渣，模内钢水的测量由雷达测距系统完成，根据实时浇注数据，进行浇注参数矫正，完成钢水包水口流量的调节，最终完成按照事先设计浇注参数运行。

如图5所示，该智能浇注系统中所涉及的辅料自动添加系统6，主要包括：加料仓13、称料仓14、传动输送装置15等，加料仓13下部为称料仓14，加料仓13和称料仓14设置于传动输送装置15上。辅料自动添加系统6能够给模内上升钢水液自动添加保护渣、发热剂等辅料。该部分进料漏斗使用齿轮落料机构，每次落料量为20～50g，辅材上料精度：3％；辅材运输系统具有调速功能，运输速度：20～300mm/s，十秒内最大下料量应满足5～10kg。其中，齿轮落料机构的结构和机理是：电机带动齿轮，带动皮带输送保护渣。

如图6所示，该智能浇注系统中所涉及的数据储存及处理系统，主要部件有PLC(可编程控制器)和工控机，具有能够将温度、浇注速度、钢水重量变化数值很好地记录下来。同时，它能够将记录数值与预先设定数值进行对比，能够指令电气系统、滑动水口控制系统运行，使实际运行参数与预先设定数值相近，把握钢水浇注速度。模内液面高度、钢水重量、钢水温度等数据，经过PLC和工控机数据采集、储存及数据运算后，矫正钢水流量数据输出：模内液面高度、钢水重量、钢水温度和钢水流量，并控制滑动水口控制系统10。

该智能浇注系统中所涉及的模内金属液位测量系统具有测量模内钢水液面高度功能，能够根据预先锭型高度与体积的关系来修正钢水浇注速度，从而控制滑动水口的开口度。

该智能浇注系统中所涉及的气密保护系统，钢水浇注时，钢流完全进入气密保护罩内，隔绝钢流与大气相接触，能够避免钢水二次氧化，提高钢锭纯净度。

如图7所示，该智能浇注系统中所涉及的无线远程遥控操作系统，主要部件有无线控制手柄和PLC(可编程控制器)。无线控制手柄发出指令，通过PLC将智能浇钢车液压系统、电气系统、辅料自动添加系统、滑动水口控制系统等控制统一集成于控制面板，实现钢锭浇注过程的远程遥控，避免人工高温作业，降低劳动强度。

下面结合附图及实施例进一步详述本发明。

实施例1

本实施例采用本发明制备的浇钢车，浇钢车能承载75吨以上钢水，具体操作过程如下：

钢种42CrMo，钢水80吨，所浇钢锭10吨。首先，将盛钢水的钢水包落入浇钢车内，调整浇钢车位置，使钢水包滑动水口与中注管对齐，定位。然后回到引流工位进行引流操作，再回到定位位置准备浇注。10吨钢锭工艺设计浇注时间：锭身10分钟，冒口5分钟。浇注开始过程如图2所示，钢水实际流量及重量实时显示，钢水进入模具10秒后，按每分钟2公斤自动添加保护渣。浇注完毕后，锭身浇注时间9分钟55秒，冒口5分钟5秒。实际浇注时间与工艺浇注时间基本一致，实际浇注速度与工艺设计浇注速度也基本一致。该智能系统浇注的钢锭如图3所示，经锻造都满足探伤要求。

实施例2

钢种4130，钢水88吨，所浇钢锭11吨。首先，将盛钢水的钢水包落入浇钢车内，调整浇钢车位置，使钢水包滑动水口与中注管对齐，定位。然后回到引流工位进行引流操作，再回到定位位置准备浇注。11吨钢锭工艺设计浇注时间：锭身11分钟，冒口5.5分钟。浇注开始过程如图2所示，钢水实际流量及重量实时显示，钢水进入模具10秒后，按每分钟2公斤自动添加保护渣。浇注完毕后，锭身浇注时间11分钟6秒，冒口5分钟35秒。实际浇注时间与工艺浇注时间基本一致。实际浇注速度与工艺设计浇注速度也基本一致。该智能系统浇注的钢锭如图3所示，经锻造都满足探伤要求。

利用钢锭智能浇注系统，按照浇注工艺要求，共生产2炉42CrMo，5炉4130，浇注时间与所制定的浇注工艺基本一致。通过钢锭智能浇注系统的开发，使钢锭浇注参数得到了稳定的控制，保证了钢锭内部质量一致性，钢锭锻后经检验，都满足探伤、性能要求。

实施例结果表明，本发明智能浇注系统可实现钢锭按照事先设计的浇注速度曲线进行全气密保护自动浇注和无线远程遥控操作，工艺稳定性极高，适用于所有底注钢锭的浇注。

Claims (8)

1.一种钢锭智能浇注系统，其特征在于，该智能浇注系统包括：智能浇钢车、低温降钢水包、液压系统、车载电源、辅料自动添加系统、智能浇钢车液压传动机构、数据存储及处理系统、模内金属液位测量系统、滑动水口控制系统、无线远程遥控操作系统、钢水包水口及气密保护系统，具体结构如下：

智能浇钢车上设置低温降钢水包、液压系统、车载电源、辅料自动添加系统、智能浇钢车液压传动机构、数据存储及处理系统；其中，液压系统与智能浇钢车液压传动机构、数据存储及处理系统连接，车载电源与电气系统相连，辅料自动添加系统放置在智能浇钢车车架下端；智能浇钢车车架上设置滑动水口控制系统和钢水包水口及气密保护系统；无线远程遥控操作系统分别通过控制面板与液压系统、电气系统、辅料自动添加系统、滑动水口控制系统对应；

钢锭模落入浇注坑内，浇注坑两侧有导轨，智能浇钢车设置于导轨上，低温降钢水包落入智能浇钢车内，低温降钢水包下端需与滑动水口控制系统相连；在浇注过程中，通过数据存储及处理系统，使各部分协调工作，按照事先设计浇注曲线运行；

智能浇钢车的主体结构如下：

1）车主体框架从上至下依次为上层框架、中间框架、车架，上层框架设有落包导向座，中间留有落包空间；上层框架与中间框架之间安装升降机构，中间框架与车架间安装横移机构；

2）走行传动装置：智能浇钢车为八轮结构，走行传动装置采用分散驱动方式，共四套驱动；

3）升降机构：升降机构包含配套使用的四套升降油缸及四套导向装置；

4）横移机构：横移机构安装在车架与中间框架之间，由配套使用的横移油缸、重载滚轮小车、限位装置、导轨装配组成；

智能浇钢车液压传动机构包括走行传动装置、横移机构、升降机构，在数据存储及处理系统指令下，通过横移机构驱动低温降钢水包横向移动，通过升降机构驱动低温降钢水包上下移动；

5）钢水包放置支架及称量系统：钢水包放置支架及称量系统上设置钢水包称重传感器，通过钢水包称重传感器称重钢水及低温降钢水包重量；

6）测温平台：测温平台与智能浇钢车对应，通过测温平台上的测温枪显示钢水温度；

7）液压系统：给滑动水口控制系统提供动力；

8）电气系统：指令、分配及控制各个部分运行。

2.按照权利要求1所述的钢锭智能浇注系统，其特征在于，低温降钢水包的钢水下降温度≤0.3℃/min；钢水包壁由耐火材料组成，紧贴低温降钢水包钢板层增加了一层低密度纳米纤维板≥20mm，打结料采用轻质耐火材料。

3.按照权利要求1所述的钢锭智能浇注系统，其特征在于，滑动水口控制系统控制水口开度大小，以保证钢水液位的匀速上升，进给精度：±1mm，最大进给速度：100mm/s，控制智能浇钢车的液压系统，指令由数据存储及处理系统完成。

4.按照权利要求1所述的钢锭智能浇注系统，其特征在于，辅料自动添加系统包括：加料仓、称料仓、传动输送装置，加料仓下部为称料仓，加料仓和称料仓设置于传动输送装置上，通过辅料自动添加系统给模内上升钢水液自动添加辅料；辅料自动添加系统的进料漏斗使用齿轮落料机构，每次落料量为20～50g，辅料上料精度：3%；辅料自动添加系统具有调速功能，运输速度：20～300mm/s，十秒内最大下料量应满足5～10kg。

5.按照权利要求1所述的钢锭智能浇注系统，其特征在于，数据存储及处理系统具有可编程控制器和工控机，将温度、浇注速度、钢水重量变化数值记录下来；同时，将记录数值与预先设定数值进行对比，能够指令电气系统、滑动水口控制系统运行，使实际运行参数与预先设定数值相近，把握钢水浇注速度；模内液面高度、钢水重量、钢水温度数据，经过可编程控制器和工控机数据采集、储存及数据运算后，矫正钢水流量数据输出：模内液面高度、钢水重量、钢水温度和钢水流量，并控制滑动水口控制系统。

6.按照权利要求1所述的钢锭智能浇注系统，其特征在于，模内金属液位测量系统具有测量模内钢水液面高度功能，根据预先锭型高度与体积的关系来修正钢水浇注速度，从而控制滑动水口的开口度。

7.按照权利要求1所述的钢锭智能浇注系统，其特征在于，钢水包水口及气密保护系统具有气密保护罩，在钢水浇注时，通过钢水包水口及气密保护系统，钢流完全进入气密保护罩内，隔绝钢流与大气相接触，避免钢水二次氧化，提高钢锭纯净度。

8.按照权利要求1所述的钢锭智能浇注系统，其特征在于，无线远程遥控操作系统具有无线控制手柄和可编程控制器，无线控制手柄发出指令，通过可编程控制器将智能浇钢车液压系统、电气系统、辅料自动添加系统、滑动水口控制系统控制统一集成于控制面板，实现钢锭浇注过程的远程遥控，避免人工高温作业，降低劳动强度。