CN107572381A - 恒流量浇注的铸造起重机副钩提升速度制定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及恒流量浇注的铸造起重机副钩提升速度制定方法，包括：（1）按工艺要求确定浇注流量，以恒流量浇注为原则，建立剩余钢液体积与时间的函数关系；（2）建立倾倒的不同阶段的倾倒角与时间的函数关系；（3）根据副钩吊点速度与倾倒角之间的关系得到铸造起重机副钩提升速度与时间的函数关系。扩展到不同时段浇注不同流量的工艺过程，可以制定各时段副钩提升速度与时间的关系。本发明建立了浇注钢液时副钩提升速度的变化规律，按此方法能实现钢液全程或分时段恒流量浇注，有益于提升后续钢材热连轧的质量或大型铸件的成品率，为铸造起重机智能化控制提供了方法依据。

Description

恒流量浇注的铸造起重机副钩提升速度制定方法

技术领域

本发明涉及恒流量浇注的铸造起重机副钩提升速度制定方法，可应用于铸造起重机领域。

背景技术

经济的快速发展和持续的基础建设的需要，推动了钢材的产量上升。铸造起重机倾倒钢液恒流量浇注工艺对于钢材的性能有着极其重要的影响。在钢包的倾翻过程中，操作人员按下铸造起重机副起升机构开关实现钢包的倾倒，钢包在各时段的翻转位移也不能精准控制；而且，再此过程中，往往还需要地面导向人员的协同工作来完成整个钢液倾倒过程，对于每天会达到数十次钢包倾倒的大型炼钢厂，这种重复的倾倒过程也无法实现倾倒工艺的高稳定性，对于操作人员的劳动强度和熟练程度也是巨大的挑战，也影响后续热连轧型材或者浇铸件的质量。

目前，铸造起重机新技术的发展相当迅速，许多公司为克服钢包浇注的稳定性问题，进行了大量的工艺过程设计和研究。但是，钢包浇注流量不稳定的问题依然存在，影响了钢材的性能。为此，提出了本发明恒流量浇注的铸造起重机副钩提升速度制定方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足而提出恒流量浇注的铸造起重机副钩提升速度制定方法。使用本方法，可以得到各时段副钩提升速度与时间的关系，有益于钢材的性能提升和铸造起重机的智能化的发展。

本发明针对图1两个主钩3吊着钢包1、副钩2提升运动倾倒钢液和图2倾倒过程的工艺，以钢液恒流量浇注为原则，以钢液体积变化为变量，根据钢包的原始尺寸，钢包围绕旋转中心每旋转一个时间段到达下一个位置计算一次铸造起重机副钩的提升速度，直到提供的浇注时间结束为止。

本发明涉及恒流量浇注的铸造起重机副钩提升速度制定方法，包括如下步骤。

（1）按工艺要求确定浇注流量，以恒流量浇注为原则，建立剩余钢液体积与时间的函数关系。

根据图3所示，钢包高为H,根据《钢铁厂设计》知H=D。

钢液液面直径d

mD/D=x/0.075D

x=0.075mD

d=D+2x=D+0.15mD

钢液总体积

V ₁ =1/3πD（R ² +r ² +Rr）

=1/3πmD((0.85/2×D)²+(0.85D+0.15mD)²/4+0.85D×(0.85D+0.15mD))。

钢液恒定流速为

v= V ₁ /T

式中T为提供的总的倾倒时间,即钢液开始从钢包中流出到钢液全部倒完的时间。

剩余钢液体积

V _剩= V ₁ -iv t ^， （n=0,1,2﹒﹒﹒t）。

式中，t ^， 为浇注的时间间隔，i为时间间隔的个数。

钢包1在倾倒钢液4时，有两个特殊状态，一种状态是当包底完全被钢水覆盖时，整个钢液4形成一个斜截圆台体。随着倾翻角度的增大，钢液4从钢包中不断流出，这时钢包1中的钢液4形成一个不规则的马蹄形状。对于斜截圆台体和不规则的马蹄形状来说，找不到合适的体积公式计算，为解决这一难题，根据钢包1的几何形状是一个上口大下口小的倒圆台体，可以把钢液设想成为一个圆柱体，直径取钢液表面半径和包底半径的平均值，即R=(2×0.85D+0.15mD)/4，在钢包设计中，其锥度一般很小，因此这种假设是能够成立的。因此在钢包1倾翻过程中，当包底完全被钢液覆盖时，整个钢液体积是一个斜截圆柱体，当包底露出时，整个钢液是马蹄形，可以找到合适的体积公式进行计算。

（2）建立倾倒的不同阶段的倾倒角与时间的函数关系。

1)从开始倾翻到钢包底部还未露出以前。

设原钢液上口直径Ф ₁，下口直径为Ф ₂，高为h,当倾翻角度为a时，整个钢液4形成一个斜截圆柱体其长边高度与短边高度分别为h₂和h₁,其半径R=(Ф ₁+Ф ₂)/4,如图4所示。

R=(Ф ₁+Ф ₂)/4

=(2×0.85D+0.15mD)/4

假想钢液为圆柱体的体积

V _剩 =πR ²(h ₁+h ₂)/2

=πR ²(D+D-2Rtana)/2

= V ₁ -i v t ^， （i=1,2,…,n）

tana= D/R-( V ₁ -i v t ^， )/(πR ³)

a=arctan(D/R-( V ₁ -i v t ^， )/(πR ³))

a _n = arctan(D/R-( V ₁ -i v t ^， )/(πR ³))- arctan(D/R-( V ₁ -(i-1)v t ^， )/(πR ³)),（i=1,2,…,n）。

2）当倾翻到钢包包底裸露时。

此时，倾翻角为a,钢包中的钢液4开始逐渐裸露包底，钢包中的钢液4形成一马蹄形状，从包底处截开，在截面G-G处可看到2β，如图6所示。

根据图5，临界角a ₂的正切值

tana ₂=2D/R

a ₂= arctan(2D/R)。

根据图6，假想钢液为马蹄状时的体积

V _剩= R ³ tana(sinβ+(π-β)cosβ-sin ³ β/3)

cosβ=( D·cot a-R)/ R

sinβ=sqr(1- cos ² β)=sqr(1-(( D·cot a-R)/ R)²)

β=arccos(( D·cot a-R)/ R)

同上述过程，求解a ^, 和a _n ^, 。

（3）根据副钩2吊点速度与倾倒角之间的关系得到铸造起重机副钩提升速度与时间的函数关系。

根据图1和图2中，铸造起重机主钩3吊着钢包主钩吊点，维持钢包1在空中的平衡，副钩2提升，完成倾倒作业。弧EF为C点运动轨迹。由图可知钢包1倾斜角度由0^o到γ时副钩2吊点位置A点与C点的连线AC与弧EF相切。设钢包1的倾翻角度为a，当钢包1倾斜角度a=γ时，AC与Y轴平行，并且当钢包1由γ倾翻至90^o时，AC始终与Y轴平行。

当a∈[0^o,γ]时，吊点A的横坐标为

X_A=L_OC×cos(γ- a)+L_AC×sin(γ- a)

Y_A= L_OC×sin(γ- a)-L_AC×cos(γ- a)

X_A ² + Y_A ²= L_OC ²+ L_AC ²。

当a∈[γ,90^o]时，吊点A的横坐标为：

X_A=L_OC×cos(γ- a)

Y_A= L_OC×sin(γ- a)+ L_AC

X_A ² + (Y_A- L_AC ²)=L_OC ²。

根据上述计算关系可知，当a∈[0°，γ]时，副钩吊点以o（0,0）为旋转中心，sqr(L_OC ²+L_AC ²)为半径画弧，当 a∈[γ，90°]时，副钩2吊点以（0, L_AC）为旋转中心，L_OC为半径画弧，整个过程即为副钩2吊点的运行轨迹。

根据钢包1倾倒钢液4，确定副钩2吊点路程与a之间的关系。

当a∈[0°,a ₂]时，钢液4浇注的时间间隔内，副钩2吊点走过的距离

S=2πsqr(L_OC ²+ L_AC ²) a _n /360。

当a∈[a ₂,γ]时，钢液4浇注的时间间隔内，副钩2吊点走过的距离

S=2πsqr(L_OC ²+ L_AC ²) a _n ^, /360。

当a∈[γ,90°]时，钢液4浇注的时间间隔内，副钩2吊点走过的距离

S=2πL_OC a _n ^, /360。

副钩2吊点的提升速度为

V _y= S/ t ^， sin(φ+a)。

本发明的有益效果是，使钢液恒流量浇注，有益于提升钢材性能，建立了副钩提升速度与时间的函数关系，为铸造起重机智能化提供数学依据。

附图说明

图1为钢包倾0°、90°时示意图，图中(a)，钢包倾斜0°，图中(b)，钢包倾斜90°，其中，A为副钩吊点、C为钢包旋转施力点、o为钢包旋转中心、γ(定值)为OC与X轴夹角、φ(定值)为OA与Y轴夹角。 图2为钢包倾斜30°、γ时示意图，图中(a)，钢包倾斜30°，图中(b)，钢包倾斜γ，其中，B为铸造起重机主钩吊点、弧EF为C点运动轨迹。

图3为钢包具体尺寸示意图。

图4为钢包开始倾倒钢液示意图。

图5为钢包倾翻a ₂角示意图。

图6为钢包包底裸露示意图。

图7为钢包倾倒钢水吊点轨迹示意图。

图中，1为钢包，2为副钩，3为主钩,4为钢液。

具体实施方式

下面结合附图，以铸造起重机钢包为例，对本发明做进一步说明。

图1与图2所示，给出了副钩吊点轨迹确定的依据。

图3所示，给出了钢包之间的尺寸关系，根据各自起重量的铸造起重机，计算钢包尺寸，得到钢包的具体数值，按工艺要求确定浇注流量，以恒流量浇注为原则，建立剩余钢液体积与时间的函数关系。

图4所示，给出了钢包旋转到钢液开始准备流出的特殊位置，在此条件下，开始整个倾倒过程，计算此情况下倾倒角度与时间的关系函数。

图5所示，给出了钢包倾倒钢液包底开始裸露的特殊位置，在此情况下，计算临界角a ₂的值。

图6所示，给出了钢包旋转到钢包裸露，计算此情况下倾倒角度与时间的关系函数。

图7所示，给出了钢包倾倒钢液吊点的轨迹，根据钢包围绕旋转中心每旋转时间间隔到达下一个位置时，确定旋转角计算范围，确定相应的计算公式，计算副钩提升速度。

以上实施实例仅对说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴。

Claims (6)

1.恒流量浇注的铸造起重机副钩提升速度制定方法，包括如下步骤：（1）按工艺要求确定浇注流量，以恒流量浇注为原则，建立剩余钢液体积与时间的函数关系；（2）建立倾倒的不同阶段的倾倒角与时间的函数关系；（3）根据副钩吊点速度与倾倒角之间的关系得到铸造起重机副钩提升速度与时间的函数关系。

2.根据权利要求1所述步骤 (1) 的关系式为：V _剩=V ₁-ivt ^， ,i=1,2,…,n，其中钢包内钢液总体积为V ₁，v为浇注恒定流量，总倾倒时间为T,时间间隔段数为n,时间间隔为t ^，=T/n,n值越大，其精度越高。

3.根据权利要求1所述步骤(2)的关系式为：

1)从开始倾翻到钢包底部还未露出以前

a=arctan(D/R-(V ₁ -iv t ^， )/(πR ³))（i=1,2,…,n）

a _n =arctan(D/R-(V ₁ -iv t ^， )/(πR ³))-arctan(D/R-(V ₁ -(i-1)v t ^， )/(πR ³))

其中a为倾倒角,D为钢包上口直径，R为钢液平均半径，a _n 为不同时间间隔内钢包转过的角度

2）当倾翻到钢包包底裸露时

V _剩=R ³ tana(sqr(1-((D·cota-R)/R)²)+(π-arccos((D·cota-R)/R))·(D·cota-R)/R-（sqr(1-((D·cota-R)/R)²)）³/3)。

4.根据权利要求1所述步骤(3)的关系式为，

当a∈[0°,a ₂]时，钢液浇注的时间间隔内，副钩吊点走过的距离

S=2πsqr(L_OC ²+ L_AC ²)a _n /360

当a∈[a ₂,γ]时，钢液浇注的时间间隔内，副钩吊点走过的距离

S=2πsqr(L_OC ²+ L_AC ²)a _n ^, /360

当a∈[γ,90°]时，钢液浇注的时间间隔内，副钩吊点走过的距离

S=2πL_OC a _n ^, /360

副钩吊点的提升速度为

V _y=S/t ^， sin(φ+a)。

5.恒流量浇注的铸造起重机副钩提升速度制定方法可以根据时段不同设定不同浇注流量完成方法的制定，对于制定浇注不同时段流量不同的铸件的副钩提升速度的方法，同样在该权利保护范围之内。

6.对于本发明涉及的方法，不局限与钢液的浇注，对于其它金属液体或非金属液体的浇注和浇灌，应用本发明的方法设计铸造起重机，都在本权利的保护范围之内。