CN112427633B - 一种大包长水口吹扫方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大包长水口吹扫方法及装置，包括以下步骤：S1、利用氧气对长水口的碗部及内壁进行吹扫；S2、对长水口内壁进行拍摄成像；S3、若内壁成像呈完整圆形比例≤93％时，利用燃气重新对长水口的碗部及内壁进行吹扫，待燃气燃火后，再利用氧气进一步吹扫助燃，完成后重复步骤S2；S4、若内壁成像呈完整圆形比例＞93％时，将长水口套用到下一炉大包上继续使用。本发明可保证大包开浇钢流不受残钢阻力，防止钢水反呕事故发生，有效减轻工人劳动强度，避免员工在高温区域进行常规或紧急异常事故处置作业，降低安全风险；机器成像不受主观因素影响，判定稳定可靠；启用燃氧喷吹，吹扫火力猛，保证长水口得到彻底清理。

Description

一种大包长水口吹扫方法及装置

技术领域

本发明涉及钢铁冶金连铸机机器人自动化浇注的技术领域，更具体地说，它涉及一种大包长水口吹扫方法及装置。

背景技术

在连铸大包浇注过程中，为了防止钢水与空气接触而造成二次氧化，都会采用大包长水口进行保护浇注。在大包长水口循环使用中，每一炉大包钢水浇完切换至下一炉前，都要将大包长水口拆下，由操作工用氧气管吹扫长水口碗部及内壁粘附的残钢和残渣，之后用肉眼检查判定碗部及内壁已彻底清理干净，才能继续投入使用。否则，长水口碗部及内壁粘附有残钢和残渣，在大包开浇时，钢水因不能顺利从大包流出，引发钢水从长水口碗部呕出事故，迫使浇注中断。

随着炼钢连铸技术的不断进步，为了减少员工的劳动强度，实现连铸浇注无人化，不少钢厂现已在连铸机上安装了机器人，专门用于拆装和吹扫大包长水口，以取代人工操作大包长水口。但机器人在吹扫大包长水口时，它仅按设定路径、设定时长，对大包长水口进行吹扫，而无法判定长水口碗部及内壁是否已吹扫干净。若遇到浇注钢水温度低，或机器人拆卸大包长水口耗时长，则长水口碗部及内壁粘附的残钢、残渣，就很难单靠氧气吹扫干净，这样的长水口再次投入使用时，很容易引发钢水反呕事故。增大安全风险，增加处理难度，对连铸的连续性生产及铸坯质量产生很严重的影响。

以上两种方法都有不足之处。第一种传统的方式，用人工操作氧管进行吹扫，这种吹扫方式的缺点：

1、员工劳动强度大，效率低。特别是夏季，人体直接饱受高温液态金属的炙烤。此外，在进行吹扫操作时，必须两人互相配合，一人吹扫，一人调节氧气阀门大小；

2、不安全。人员操作时，须手拿长氧管进行吹扫，有烫伤或回火烧伤的安全隐患；

3、单靠氧气吹扫，水口内壁黑渣无法吹扫干净；

4、全靠人的肉眼判断也难免出现误判，进而导致大包钢水反呕等恶性事故。

第二种机器人方法，自动浇钢系统机器人自动套装水口，每炉浇注完钢水后由机器人机械臂拆卸下长水口，叉带长水口移至吹扫区吹扫。这种吹扫方式的优点是减轻工人劳动强度，但也还有以下缺点：

1、自动吹扫系统也是用氧气直接吹扫，水口内若出现温度较低的黑渣，氧气便无法直接吹扫干净，再次投入使用极易引起钢水流出不畅致反呕现象；

2、因自动吹扫结束后，系统不会检查判断长水口是否已吹扫干净，而直接投入使用，也会因长水口吹扫不彻底导致开浇大包钢水呕出的事故。

可见，采用这两种常用的方法，均不能100％保证长水口在再次投入使用前，确保大包长水口已彻底吹扫干净，进而无法保证大包钢水开浇时是否会反呕，也就难以保证浇注过程稳定顺行。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种大包长水口吹扫方法。本方法可保证大包开浇钢流不受残钢阻力，防止钢水反呕事故发生，有效减轻工人劳动强度，避免员工在高温区域进行常规或紧急异常事故处置作业，降低安全风险；机器成像不受主观因素影响，判定稳定可靠；启用燃氧喷吹，吹扫火力猛，保证长水口得到彻底清理。本发明的目的之二在于提供一种大包长水口吹扫装置。本装置结构紧凑，氧气管和燃气管的安装位置配合合理，结合上述方法使用，可直接由环管进行氧气吹扫，对于环状的长水口碗部及内壁吹扫更加干净，同时能适时配合燃气点火后进行进一步的吹扫，具有更好的清理残钢的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种大包长水口吹扫方法，包括以下步骤：

S1、利用氧气对长水口的碗部及内壁进行吹扫；

S2、对长水口内壁进行拍摄成像；

S3、若内壁成像呈完整圆形比例≤93％时，利用燃气重新对长水口的碗部及内壁进行吹扫，待燃气燃火后，再利用氧气进一步吹扫助燃，完成后重复步骤S2；

S4、若内壁成像呈完整圆形比例＞93％时，将长水口套用到下一炉大包上继续使用。

在其中一个实施例中，在所述步骤S1中，氧气吹扫的方式为：利用机械臂夹取长水口至吹扫装置的喷头下方，使所述喷头吹扫出氧气，并使所述长水口绕所述喷头做环绕运动。

在其中一个实施例中，在氧气吹扫过程中，所述长水口与所述喷头的距离为2～4cm，所述长水口做环绕运动的时间为80～100s，且所述长水口环绕一周的时间为7～9s。

在其中一个实施例中，在所述步骤S3中，燃气吹扫和氧气助燃的方式为：利用机械臂夹取所述长水口回到所述喷头下方，先使所述喷头吹扫出燃气，实现燃气点火后再重复步骤S1。

在其中一个实施例中，所述燃气点火的时间为4～6s。

在其中一个实施例中，在所述步骤S3和步骤S4中，将所述步骤S2所得内壁成像输入到MATLAB图像处理系统中，通过所述MATLAB图像处理系统将所述内壁成像与完整圆形图案进行比对，获得所述内壁成像所占完整圆形图案比例。

一种大包长水口吹扫装置，包括氧气管和燃气管，所述氧气管包括相连通的总管和环管，所述环管所形成的圆环直径小于长水口的内径，且所述环管上设有多个喷气孔；所述燃气管的出气口延伸至所述环管的圆心处。

在其中一个实施例中，还包括除尘罩，所述氧气管和所述燃气管均通过固定底板安装在所述除尘罩内侧顶面，所述除尘罩的内径大于长水口的外径。

在其中一个实施例中，所述环管所形成的圆环直径为长水口内径的

所述环管呈水平布置且其圆心位于所述除尘罩的中心轴上。

在其中一个实施例中，所述除尘罩的内侧壁上设有用于感应机械臂位置的限位触发器，所述氧气管的总管上设有第一阀门，所述燃气管上设有第二阀门，所述限位触发器、所述第一阀门、所述第二阀门和机械臂均分别与一控制系统信号连接。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明可保证大包开浇钢流不受残钢阻力，防止钢水反呕事故发生，有效减轻工人劳动强度，避免员工在高温区域进行常规或紧急异常事故处置作业，降低安全风险；机器成像不受主观因素影响，判定稳定可靠；启用燃氧喷吹，吹扫火力猛，保证长水口得到彻底清理。

2、在利用氧气吹扫以及进一步燃氧喷吹的过程中，可通过控制机械臂在设定的圆环路径上运动，从而夹取长水口围绕喷头做环绕运动，这样可以保证每次的氧气吹扫作业或者燃氧喷吹作业均能均匀地作用到长水口内壁的各个位置，从而进一步保证长水口内壁得到更干净的清洁，使大包开浇钢水流出无阻碍，顺利实现大包钢水连续浇注。

3、在氧气吹扫过程中，长水口与喷头的距离为3cm，喷头位于长水口上方中心位置，长水口做环绕运动的时间为90s，且长水口环绕一周的时间为8s左右。这么设置可使长水口转动有10圈以上，保证内壁的每个角落均被吹扫装置的喷头从不同的角度进行吹扫，避免喷头所形成的气流喷出方向过于集中，若长水口不做环绕运动则有可能使部分位置经常出现清理不干净的残钢和残渣。

4、本装置结构紧凑，氧气管和燃气管的安装位置配合合理，结合上述方法使用，可直接由环管进行氧气吹扫，对于环状的长水口碗部及内壁吹扫更加干净，同时能适时配合燃气点火后进行进一步的吹扫，具有更好的清理残钢的效果。

附图说明

图1是本发明一种大包长水口吹扫装置的结构示意图。

图中：1-氧气管，11-总管，12-环管，2-燃气管，3-除尘罩，4-固定底板，5-第一阀门，6-第二阀门，7-限位触发器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

一种大包长水口吹扫方法，包括以下步骤：

S1、利用氧气对长水口的碗部及内壁进行吹扫；

S2、对长水口内壁进行拍摄成像；

S3、若内壁成像呈完整圆形比例≤93％时，利用燃气重新对长水口的碗部及内壁进行深度吹扫，即待燃气燃火后，再利用氧气进一步吹扫助燃，完成后重复步骤S2；

S4、若内壁成像呈完整圆形比例＞93％时，将长水口套用到下一炉大包上继续使用。

本发明可保证大包开浇钢流不受残钢阻力，防止钢水反呕事故发生，有效减轻工人劳动强度，避免员工在高温区域进行常规或紧急异常事故处置作业，降低安全风险；机器成像不受主观因素影响，判定稳定可靠；启用燃氧喷吹，吹扫火力猛，保证长水口得到彻底清理。

本发明的方法是先通过氧气的吹扫来完成大部分长水口的清理，并通过拍摄成像后，与完整的圆形进行比对，只有符合内壁成像呈完整圆形比例＞93％时，才能进入下一步工序，而未达标的长水口则重复回到喷头处，利用燃气进行深度吹扫，由于经过40～50min浇注过的大包长水口，其内壁温度可达到800～1000℃，只要使燃气接触到内壁即可完成点火，继续吹扫燃气的同时并进一步重新吹扫出氧气进行助燃，这是为了避免有时长水口的内壁粘附的钢渣比较多，单独靠喷吹氧气清扫，融化钢渣的温度可能不够，导致清扫慢且不干净。因此，为了减少燃气消耗，平常只使用氧气吹扫，若发现此类情况即氧气不足以清理干净时，即可采用增设喷吹燃气的方法，形成火炬式吹扫，清扫的效果会更快更好。本方法确保了内部粘附的残钢、残渣，不会影响下一炉钢水的倒入，使长水口可以不断地循环利用，实现大包钢水的连续浇注，而且保证了每一个长水口都能被清理干净，保证大包换包开浇时，钢流能顺利从大包长水口流导入中间包内，避免受残钢阻力而出现钢水反呕事故。

在其中一个实施例中，在步骤S1中，氧气吹扫的方式为：利用机械臂夹取长水口至吹扫装置的喷头下方，使喷头吹扫出氧气，并使长水口绕喷头做环绕运动。在利用氧气吹扫以及进一步燃氧喷吹的过程中，可通过控制机械臂在设定的圆环路径上运动，从而夹取长水口围绕喷头做环绕运动，这样可以保证每次的氧气吹扫作业或者燃氧喷吹作业均能均匀地作用到长水口内壁的各个位置，从而进一步保证长水口内壁得到更干净的清洁，使大包开浇钢水流出无阻碍，顺利实现大包钢水连续浇注。另外，根据工厂生产和浇注流水线等实际情况，该吹扫方式也可以是移动吹扫装置的喷头至长水口上方，而为了保证吹扫氧气的稳定性以及连接的氧气管不易受外力扭曲而造成供气不足，最好是使长水口做环绕运动，吹扫装置的喷头可以对应长水口的中心，也可以对应偏离中心而靠近长水口内壁一侧，但偏离中心设置时则需要相对略快地转动长水口，才能使长水口做环绕运动来保证氧气吹扫的均匀性。例如，在氧气吹扫过程中，长水口与喷头的距离为3cm，避免吹扫时产生粉尘等直接冲进喷头而造成堵塞，喷头位于长水口上方中心位置，长水口做环绕运动的时间为90s，且长水口环绕一周的时间为8s左右。这么设置可使长水口转动有10圈以上，保证内壁的每个角落均被吹扫装置的喷头从不同的角度进行吹扫，避免喷头所形成的气流喷出方向过于集中，若长水口不做环绕运动则有可能使部分位置经常出现清理不干净的残钢和残渣。

在其中一个实施例中，在步骤S3中，在氧气助燃的前提下，使用燃气深度吹扫，即燃气吹扫和氧气助燃的方式为：利用机械臂夹取长水口回到喷头下方，先使喷头吹扫出燃气，实现燃气点火后再重复步骤S1。这么设置是为了节省空间，可通过设置对应程序来实现，这样就无需设置多个喷头，用同一个喷头进行吹扫操作，第一次使用喷头时，只通过氧气吹扫，而经过拍摄发现残钢余量不合格，即采用燃气吹扫点火并配合氧气助燃的方式来进一步清理大包长水口，该结构设置可在同一工位安装，只需要控制对应的燃气管和氧气管的开关即可。燃气点火的时间为5s。由于经过40～50min浇注过的大包长水口，其内壁温度可达到800～1000℃，燃气喷扫5s基本能实现点火并形成一定规模的火炬，此时加入氧气吹扫，即可形成火炬式吹扫，清扫的效果会更快更好。

在步骤S3和步骤S4中，将步骤S2所得内壁成像输入到MATLAB图像处理系统中，通过MATLAB图像处理系统将内壁成像与完整圆形图案进行比对，获得内壁成像所占完整圆形图案比例。MATLAB图像处理系统是基于MATLAB这个软件的一个简单的数字图像处理系统，该系统包括采集模块、分析处理模块、结果储存及图像显示模块，即如采集模块接收拍摄成像的图片，然后通过MATLAB软件的分析处理，对拍摄图像进行转换，例如转换为灰度图像或二值图像，然后与完整圆形图案进行比对，即可通过灰度的贴合度，计算得出其内壁形成完整圆形的比例，达到比对的目的。

如图1所示，一种大包长水口吹扫装置，包括氧气管1和燃气管2，氧气管1包括相连通的总管11和环管12，环管12所形成的圆环直径小于长水口的内径，且环管12上设有多个喷气孔；燃气管2的出气口延伸至环管12的圆心处。本装置结构紧凑，氧气管1和燃气管2的安装位置配合合理，结合上述方法使用，可直接由环管12进行氧气吹扫，对于环状的长水口碗部及内壁吹扫更加干净，同时能适时配合燃气点火后进行进一步的吹扫，具有更好的清理残钢的效果。该吹扫装置可更好地实现上述方法中的氧气吹扫，以及后续配合燃气吹扫点火后的氧气吹扫助燃，氧气管1和燃气管2的位置不会互相干扰，而且通过对应通入不同的气体，即可实现吹扫气体的控制，而且，氧气管1的环管12贴合长水口的形状，能使喷扫出的氧气对长水口碗部及内壁有更好的清理效果。

在其中一个实施例中，本装置还包括除尘罩3，氧气管1和燃气管2均通过固定底板4安装在除尘罩3内侧顶面，除尘罩3的内径大于长水口的外径。在氧气管1和燃气管2进行喷扫的地方，增加设置除尘罩3，用于防止吹扫过程中，残渣、粉尘等飞溅而造成环境污染，甚至对现场工作人员造成安全风险。在除尘罩3上还可设置吸尘装置等，把可能产生的残渣、粉尘等吸走，尤其是对于第一次只利用氧气吹扫时的情况，没有燃气点火形成的火炬，不易将残钢残渣烧毁，吹走后需要利用吸尘装置吸走，避免重新落入长水口中而需要重新吹扫。

在其中一个实施例中，环管12所形成的圆环直径为长水口内径的一半或略大，环管12呈水平布置且其圆心位于除尘罩3的中心轴上。环管12位于中部，通过其底部的多个喷气孔进行氧气吹扫，而且由于吹扫时，长水口需要在机械臂的带动下做环绕运动，环管12水平布置后，即使不同的喷气孔安装可能存在误差，但长水口每次吹扫需要转动10圈左右，已消除这些误差可能造成吹扫清理效果的影响。除尘罩3的内侧壁上设有用于感应机械臂位置的限位触发器7，氧气管1的总管11上设有第一阀门5，燃气管2上设有第二阀门6，第一阀门5、第二阀门6均为电磁阀，限位触发器7、第一阀门5、第二阀门6和机械臂均分别与一控制系统信号连接。

本装置可通过控制系统如PLC控制系统进行统一控制，在更换大包需要吹扫长水口重复利用过程中，大包长水口被机械臂按设定路线，送到长水口吹扫除尘罩6里，长水口上表面距环管12正下方3cm位置停滞，由限位触发器7发送信号，启动氧气管1的总管11上的第一阀门5，氧气通过环管12上的喷气孔喷出。机械臂按设定圆环路径，叉带着长水口绕吹扫装置做环绕运动90s，实现对长水口碗部及水口内壁进行清扫。之后机械臂叉带长水口到高清摄像处进行拍摄成像，判定内壁成像呈完整圆形的比例＞93％时，系统程序执行长水口可以重复使用步骤，长水口被套装到下一炉大包水口进行浇注作业。

而当内壁成像呈完整圆形的比例≤93％时，则判定长水口吹扫不合格，机械臂再次将长水口叉送到吹扫装置的环管12下方3cm位置处，由限位触发器7发送信号，先自动启动燃气管2上的第二阀门6，燃气通过中心的燃气管2从中心喷出，实现燃气点火5s后，启动第一阀门5，氧气通过环管12喷出，形成助燃火焰，机械臂按设定圆环路径，叉带着长水口绕吹扫枪喷头做环绕运动90s，实现对长水口碗部及水口内壁进行深度清扫。之后机械臂叉带长水口到高清摄像处再次拍摄成像，判定内壁成像呈完整圆形的比例＞93％时，系统程序执行长水口可以重复使用步骤，长水口被套装到下一炉大包水口进行浇注作业。若内壁成像呈完整圆形的比例还是≤93％时，则再次重复以上步骤进行燃氧喷吹，再次深度清扫。直至长水口被彻底吹扫干净，才可继续投入使用。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括在“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90°或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大包长水口吹扫装置，其特征在于，包括氧气管(1)、燃气管(2)和除尘罩(3)，所述氧气管(1)包括相连通的总管(11)和环管(12)，所述环管(12)所形成的圆环直径小于长水口的内径，且所述环管(12)上设有多个喷气孔；所述燃气管(2)的出气口延伸至所述环管(12)的圆心处，所述氧气管(1)和所述燃气管(2)均通过固定底板(4)安装在所述除尘罩(3)内侧顶面，所述除尘罩(3)的内径大于长水口的外径，所述除尘罩(3)的内侧壁上设有用于感应机械臂位置的限位触发器(7)，所述氧气管(1)的总管(11)上设有第一阀门(5)，所述燃气管(2)上设有第二阀门(6)，所述限位触发器(7)、所述第一阀门(5)、所述第二阀门(6)和机械臂均分别与一控制系统信号连接，所述除尘罩(3)上设置吸尘装置。

2.如权利要求1所述大包长水口吹扫装置，其特征在于，所述环管(12)所形成的圆环直径为长水口内径的

所述环管(12)呈水平布置且其圆心位于所述除尘罩(3)的中心轴上。

3.一种大包长水口吹扫方法，使用如权利要求1所述的大包长水口吹扫装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用氧气对长水口的碗部及内壁进行吹扫；

S2、对长水口内壁进行拍摄成像；

S3、若内壁成像呈完整圆形比例≤93％时，利用燃气重新对长水口的碗部及内壁进行吹扫，待燃气燃火后，再利用氧气进一步吹扫助燃，完成后重复步骤S2；

S4、若内壁成像呈完整圆形比例＞93％时，将长水口套用到下一炉大包上继续使用。

4.如权利要求3所述大包长水口吹扫方法，其特征在于，在所述步骤S1 中，氧气吹扫的方式为：利用机械臂夹取长水口至吹扫装置的喷头下方，使所述喷头吹扫出氧气，并使所述长水口绕所述喷头做环绕运动。

5.如权利要求4所述大包长水口吹扫方法，其特征在于，在氧气吹扫过程中，所述长水口与所述喷头的距离为2～4cm，所述长水口做环绕运动的时间为80～100s，且所述长水口环绕一周的时间为7～9s。

6.如权利要求4或5所述大包长水口吹扫方法，其特征在于，在所述步骤S3中，燃气吹扫和氧气助燃的方式为：利用机械臂夹取所述长水口回到所述喷头下方，先使所述喷头吹扫出燃气，实现燃气点火后再重复步骤S1。

7.如权利要求6所述大包长水口吹扫方法，其特征在于，所述燃气点火的时间为4～6s。

8.如权利要求3或4或5或7所述大包长水口吹扫方法，其特征在于，在所述步骤S3和步骤S4中，将所述步骤S2所得内壁成像输入到MATLAB图像处理系统中，通过所述MATLAB图像处理系统将所述内壁成像与完整圆形图案进行比对，获得所述内壁成像所占完整圆形图案比例。

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