CN113215363A - 一种铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统 - Google Patents

一种铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，包括钢包、倾动系统、吹气赶渣系统、摄像机和控制系统，钢包与倾动系统连接，吹气赶渣系统和摄像机布置于钢包上方，倾动系统带动钢包转动倾斜，吹气赶渣系统用于向钢包中钢水吹气，使钢水液面分成钢渣液面与钢水液面，摄像机用于采集钢渣液面和钢水液面的面积大小，控制系统分别与倾动系统、吹气赶渣系统和摄像机连接。本发明结构简单、控制可靠，全程不需要人为干预，能实现一键智能化吹气赶渣操作。

Description

一种铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统。
背景技术
铁水脱硫吹气赶渣就是将铁水罐倾动到扒渣角度之后，将枪体插入到钢水中并利用枪中的气压将铁水表面的渣吹向一侧富集的过程，其工艺过程对降低扒渣难度和铁损有很大的帮助，但目前主要存在如下问题：
1、吹气赶渣过程全程需要人工进行操作，缺乏自动控制系统；
2、铁水罐在倾翻过程中角度难以最优化控制，倾动角度过小增加了扒渣困难，倾动角度过大容易溢出铁水，造成安全隐患；
3、因铁水罐倾角不一样、钢水重量不一样导致钢渣液面高度难以准确测量，吹气赶渣枪插入钢水的深度存在较大的误差，影响吹气赶渣效果。
为了了解国内外技术现状，对国内外吹气赶渣技术进行了检索，经在有关文献数据库中检索，共查到关于吹气赶渣的相关专利4篇，其具体情况如下：
1、宝钢工程技术集团有限公司开发了一种铁水预处理吹气赶渣设备(俞文燕、孟海平、薛一晟、胡建勋、章文超.铁水预处理吹气赶渣设备.中国,发明专利,CN 101928801B.2012.09.12.)，其设备设置在铁水罐扒渣要平台上，它包括导轨、回转支座、可调支座、导向辊、导向链轮、升降驱动装置、升降小车、吹气杆以及耐材段，升降驱动装置通过导向链轮传动升降小车沿导轨上下运动。回转支座连接导轨上部，可调支座以及可调支座均固定在扒渣机平台上。吹气杆设置在升降小罡，耐材段连接在吹气杆下部。在扒渣机工作时，将吹气杆插入铁水包内吹氮气。随着扒渣过程的进行，渣量不断减少，铁水裸露面不断扩大，一直到渣几乎完全扒除。采用此发明的吹气赶渣设备，可缩短扒渣时间2分钟，降低铁损20％以上，产生较好的经济效益，但该专利主要侧重于机构研究，没有解决现有技术问题；
2、河钢股份有限公司承德分公司开发了一种铁水预处理辅助扒渣吹气赶渣装置(杨博涵、齐平、王新宝、简虎、李园园、金涛.铁水预处理辅助扒渣吹气赶渣装置.中国,发明专利,CN 107287376 A.2017.10.24.)，其包括吹气管、用于使所述吹气管前后移动的输送机构和设于所述输送机构上方且能够带动所述输送机构上下移动的两套提升机构，所述输送机构与两套所述提升机构均为铰接连接，当两套提升机构控制的升降行程不同时，能够使所述输送机构带动所述吹气管向上或向下旋转一定的角度使所述吹气管的端部接近或远离需扒渣的铁水，以解决现有扒渣作业存在的工序时间长、效率低下、铁损率偏高、设备寿命较短等问题，有效提高铁水预处理扒渣作业的效率、缩短铁水预处理时间、降低扒渣铁损率，但该专利没有涉及控制系统及方法；
3、北京利尔高温材料股份有限公司开发了一种铁水包用吹气赶渣喷枪及其制备方法(赵冉、张晓波、万小宝、丁海瑞、刘丽、曹仁峰、赵现华、范玉龙、刘美荣、车晓梅.一种铁水包用吹气赶渣喷枪及其制备方法.中国,发明专利,CN 105819871 A.2016.08.03.)，其原料包括以下重量份的组分：骨料35-95份、共磨粉15-60份、铝酸钙水泥2-8份、钢纤维0.2-3份。此发明的吹气赶渣喷枪具有良好的抵抗铁水、铁水渣的侵蚀性能，具有较好的热震稳定性、高温烧结性能，耐火材料与内芯钢管结合牢固，从而减少在使用过程产生的断裂、剥落损坏并减缓铁水渣的侵蚀冲刷损坏，但该专利是涉及到枪体耐材，没有涉及控制方法；
4、宝钢工程技术集团有限公司开发了一种用于吹气赶渣枪枪头的自动连接装置及其使用方法(马立国.用于吹气赶渣枪枪头的自动连接装置及其使用方法.中国,发明专利,CN 106319148 A.2017.01.11.)，其主要包括枪管升降装置，其特征是：还包括枪头连接装置，枪管升降装置包括升降小车、转动驱动器和轴承组；枪头连接装置包括枪管基件、枪管扣件和枪头连接件。一种用于吹气赶渣枪枪头的自动国连接装置的及其使用方法，其特征是：按如下步骤实施：准备；安装；拆卸。此发明结构简单，拆装方便，耗时少，用人少，成本低，但该专利主要涉及枪头结构，没有涉及控制方法。
综上所述，在所查公开发表文献中，未发现能有效解决现有吹气赶渣技术问题的控制方法及相关技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，结构简单、控制可靠，全程不需要人为干预，能实现一键智能化吹气赶渣操作。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，包括钢包1、倾动系统、吹气赶渣系统、摄像机和控制系统，钢包与倾动系统连接，吹气赶渣系统和摄像机布置于钢包上方，倾动系统带动钢包转动倾斜，吹气赶渣系统用于向钢包中钢水吹气，使钢水液面分成钢渣液面与钢水液面，摄像机用于采集钢渣液面和钢水液面的面积大小，控制系统分别与倾动系统、吹气赶渣系统和摄像机连接。
按照上述技术方案，钢包的两侧设有耳轴，倾动系统与耳轴连接，通过耳轴带动钢包转动；倾动系统连接有编码器。
按照上述技术方案，倾动系统包括电机和传动机构，电机通过传动机构与耳轴连接，编码器设置于电机输出轴或耳轴上，电机和编码器均与控制系统连接。
按照上述技术方案，吹气赶渣系统包括吹气赶渣枪和传动系统，吹气赶渣枪的出气口朝向钢包，吹气赶渣枪的进气口连接有气源，传动系统与吹气赶渣枪连接，传动系统上设有力传感器。
按照上述技术方案，吹气赶渣系统还包括固定框架，固定框架固定布置，吹气赶渣枪与固定框架之间设有滑轮，传动系统带动吹气赶渣枪通过滑轮沿固定框架做直线升降移动。
按照上述技术方案，吹气赶渣枪上设有吹气枪极限开关。
按照上述技术方案，吹气赶渣枪上设有压力调节阀和流量调节阀，压力调节阀和流量调节阀与控制系统连接。
按照上述技术方案，传动系统带动吹气赶渣枪下降，并通过力传感器时刻检测记录传动系统的力F2并与上一时刻的力值进行对比；当瞬时值与前一秒F2的差值≥50N时，传动系统停止运动，并进行下一步；如果当下降深度h小于预设深度时h设，且传动吹气枪极限开关与机械限位接触，系统认定下降深度故障，需人工干预。
按照上述技术方案，摄像机带有识别算法，摄像机采集并实时计算钢水液面和钢渣液面两个区域大小的面积，钢水液面区域的面积记为S1，钢渣液面区域的面积记为S2，当S1≤0.4S2时，使吹气气压P1增大，延迟t秒继续检测钢水液面和钢渣液面两个区域大小的面积大小，若S1≤0.4S2，重复增大吹气气压P1并延时t秒检测，直至S1＞0.4S2时，固定系统压力，扒渣结束停止吹气，传动系统带动吹气赶渣枪上升回至原位。
按照上述技术方案，t为8～12。
本发明具有以下有益效果：
1、本系统结构简单、控制可靠，全程不需要人为干预，能实现一键智能化吹气赶渣操作。
2、利用编码器对钢包倾动角度进行实时测量，并限定了最大倾角，有效保障了钢包倾动过程中的安全性，避免了因倾动角度过大而导致的钢水溢出问题；通过力传感器能实时检测枪体升降过程中的接触力的大小，并通过力的突变确定吹气钢渣枪是否接触钢水，该方式有效降低了枪体插入深度误差，保障吹气赶渣效果；通过带识别算法摄像机对钢水液面和钢渣液面的自动对比，实现压力调节阀的自动调节，有效保障了吹气赶渣效果最佳，有效降低了扒渣铁损。
附图说明
图1是本发明实施例中铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图中，1-钢包、2-吹气赶渣枪、3-钢渣界面、3.1-钢水液面、3.2-钢渣液面、4-机械限位、5-吹气枪极限开关、6-滑轮、7-传动系统、8-流量调节阀、9-压力调节阀、10-气源、11-力传感器、12-固定框架、13-摄像机、14-耳轴、15-倾动系统、16-编码器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，包括钢包1、倾动系统15、吹气赶渣系统、摄像机13和控制系统，钢包1与倾动系统15连接，吹气赶渣系统和摄像机13布置于钢包1上方，倾动系统15带动钢包1转动倾斜，吹气赶渣系统用于向钢包1中钢水吹气，使钢水液面3.1分成钢渣液面3.2与钢水液面3.1，摄像机13用于采集钢渣液面3.2和钢水液面3.1的面积大小，控制系统分别与倾动系统15、吹气赶渣系统和摄像机13连接，控制系统控制倾动系统15、吹气赶渣系统和摄像机13运转。
进一步地，钢包1的两侧设有耳轴14，倾动系统15与耳轴14连接，通过耳轴14带动钢包1转动；倾动系统15连接有编码器16。
进一步地，倾动系统15包括电机和传动机构，电机通过传动机构与耳轴14连接，编码器16设置于电机输出轴或耳轴14上，电机和编码器16均与控制系统连接。
进一步地，传动机构可为传动齿轮组。
进一步地，吹气赶渣系统包括吹气赶渣枪2和传动系统7，吹气赶渣枪2的出气口朝向钢包1，吹气赶渣枪2的进气口连接有气源10，传动系统7与吹气赶渣枪2连接，传动系统7上设有力传感器11。
进一步地，传动系统7和力传感器11与控制系统连接；力传感器11也可设置于传动系统7和吹气赶渣枪2之间。
进一步地，吹气赶渣系统还包括固定框架12，固定框架12固定布置，吹气赶渣枪2与固定框架12之间设有滑轮6，传动系统7带动吹气赶渣枪2通过滑轮6沿固定框架12做直线升降移动。
进一步地，吹气赶渣枪2上设有吹气枪极限开关5，固定框架12上设有机械限位4，吹气赶渣枪2下降至吹气枪极限开关5与机械限位4接触，传动系统7停止带动吹气赶渣枪2下降。
进一步地，吹气赶渣枪2上设有压力调节阀9和流量调节阀8，压力调节阀9和流量调节阀8与控制系统连接。
进一步地，传动系统7启动，并带动吹气赶渣枪2下降，并通过力传感器11时刻检测记录传动系统7的力F2并与上一时刻的力值进行对比；当瞬时值与前一秒F2的差值≥50N时(说明此时吹气赶渣枪2已经和钢渣界面3接触)，传动系统7开始计时，并开始记录枪体下降的深度h，当下降深度h达到预设深度h设时(800mm≤h设≤1000mm，系统会根据钢种自动选择预设深度)，传动系统7停止运动，并进行下一步；如果当下降深度h小于预设深度时h设，且传动吹气枪极限开关5与机械限位4接触，系统认定下降深度故障，需人工干预。
进一步地，摄像机13带有识别算法，摄像机13采集并实时计算钢水液面3.1和钢渣液面3.2两个区域大小的面积，钢水液面3.1区域的面积记为S1，钢渣液面3.2区域的面积记为S2，当S1≤0.4S2时，调节压力调节阀9并使吹气赶渣枪2的吹气气压P1增大10％，延迟t秒继续检测钢水液面3.1和钢渣液面3.2两个区域大小的面积大小，若S1≤0.4S2，重复增大吹气气压P1并延时t秒检测，直至S1＞0.4S2时，固定系统压力，进行下一步，扒渣结束停止吹气，传动系统7带动吹气赶渣枪2上升回至原位。
进一步地，t为8～12。
进一步地，控制系统通过编码器、力传感器和摄像机采集相应信息，根据采集的信息控制吹气赶渣枪、倾动系统、传动系统、流量调节阀和压力调节阀动作。
本发明的工作原理：如附图1和图2所示：一种铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统包括钢包1、吹气赶渣枪2、钢渣界面3、钢水液面3.1、钢渣液面3.2、机械限位4、吹气枪极限开关5、滑轮6、传动系统7、流量调节阀8、压力调节阀9、气源10、力传感器11、固定框架12、摄像机13、耳轴14、倾动系统15和编码器16。
其系统组成如下：钢包1是用来装钢水的，其两侧设计有耳轴14，每个耳轴14均连接有倾动系统15；通过倾动系统15可以实现钢包1的旋转，并通过倾动系统15相连的编码器16可以实现钢包1倾动角度的精准控制；钢水液面3是指钢包1内钢水和表面钢渣的结合面，当吹气赶渣枪2插入到钢水中并向钢水吹气时，钢水液面3就会分成钢水液面3.1和钢渣液面3.2，其中钢水液面3.1是钢水直接与空气接触的区域，钢渣液面3.2是钢水表面钢渣聚集的区域，通过带识别算法的摄像机13能采集并实时计算两个区域大小的面积；吹气赶渣系统主要包括吹气赶渣枪2、机械限位4、吹气枪极限开关5、滑轮6、传动系统7、流量调节阀8、压力调节阀9、气源10、力传感器11和固定框架12；其中吹气赶渣枪2顶端设计有气源10主要用来提供吹气介质，并能够通过流量调节阀8和压力调节阀9对进气压力和流量进行调控；传动系统7一端固定在基础上，另一端与吹气赶渣枪相连，并能够带动吹气赶渣枪2上下升降；传动系统7上设计有力传感器11，能够吹气赶渣枪2升降过程中的力进行实时测量；固定框架12固定在基础上，其表面上设计有多个滑轮6，主要用来降低吹气赶渣枪2升降过程中的阻力并对其进行导向；固定框架12下部固接有机械限位4，吹气赶渣枪2上设计有极限开关5，能够对吹气赶渣枪最低位进行限制。
吹气赶渣控制系统的工作原理如下：
1、系统根据钢包1内钢水的重量自动给出钢包1的倾动角度α(α≤45°)，并利用倾动系统15将钢包1进行倾动，同时利用编码器16对钢包倾动角度α进行测量；当α＞45°时，倾动系统强制停止；当α≤45°且到达系统计算的倾动角度时，倾动系统停止运行并抱死，并进行下一步；
2、气源气源10打开，并通过流量调节阀8和压力调节阀9将系统压力调至指定气压P1和指定流量V1，并进行下一步；
3、传动系统7启动，并带动吹气赶渣枪2下降，并通过力传感器11时刻记录传动系统的力F2并与下一时刻的力值进行对比；当瞬时值与前后一秒F2的差值≥50N时(说明此时吹气赶渣枪2已经和钢渣界面3接触)，传动系统开始计时，并开始记录枪体下降的深度h，当下降深度h达到预设深度h设时(800mm≤h设≤1000mm，系统会根据钢种自动选择预设深度)，传动系统7停止运动，并进行下一步；如果当下降深度h小于预设深度时h设，且传动吹气枪极限开关5与机械限位4接触，系统认定下降深度故障，需人工确认；
4、带识别算法的摄像机13采集并实时计算钢水液面3.1和钢渣液面3.2两个区域大小的面积(S1和S2)，当S1≤0.4S2时，调节压力调节阀9并使P1增大10％，延迟10秒继续检测钢水液面3.1和钢渣液面3.2两个区域大小的面积大小(S1和S2)，当S1＞0.4S2时，固定系统压力，进行下一步；如果S1仍≤0.4S2，重复该步骤；
5、当系统收到扒渣结束信号时，传动系统7启动，并带动吹气赶渣枪2上升，待枪体回到原始位置后，传动系统7停止，流量调节阀8和压力调节阀9关闭，进行下一步；
6、倾动系统15旋转并带动钢包1回到垂直初始位，流程结束。
本发明专利开发了一种铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，整体系统结构简单、控制可靠，全程不需要人为干预，能实现一键智能化吹气赶渣操作；利用编码器对钢包倾动角度进行实时测量，并限定了最大倾角，有效保障了钢包倾动过程中的安全性，避免了因倾动角度过大而导致的钢水溢出问题；通过力传感器能实时检测枪体升降过程中的接触力的大小，并通过力的突变确定吹气钢渣枪是否接触钢水，该方式有效降低了枪体插入深度误差，保障吹气赶渣效果；通过带识别算法摄像机对钢水液面和钢渣液面的自动对比，实现压力调节阀的自动调节，有效保障了吹气赶渣效果最佳，有效降低了扒渣铁损。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，其特征在于，包括钢包、倾动系统、吹气赶渣系统、摄像机和控制系统，钢包与倾动系统连接，吹气赶渣系统和摄像机布置于钢包上方，倾动系统带动钢包转动倾斜，吹气赶渣系统用于向钢包中钢水吹气，使钢水液面分成钢渣液面与钢水液面，摄像机用于采集钢渣液面和钢水液面的面积大小，控制系统分别与倾动系统、吹气赶渣系统和摄像机连接。
2.根据权利要求1所述的铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，其特征在于，钢包的两侧设有耳轴，倾动系统与耳轴连接，通过耳轴带动钢包转动；倾动系统连接有编码器。
3.根据权利要求2所述的铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，其特征在于，倾动系统包括电机和传动机构，电机通过传动机构与耳轴连接，编码器设置于电机输出轴或耳轴上，电机和编码器均与控制系统连接。
4.根据权利要求1所述的铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，其特征在于，吹气赶渣系统包括吹气赶渣枪和传动系统，吹气赶渣枪的出气口朝向钢包，吹气赶渣枪的进气口连接有气源，传动系统与吹气赶渣枪连接，传动系统上设有力传感器。
5.根据权利要求4所述的铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，其特征在于，吹气赶渣系统还包括固定框架，固定框架固定布置，吹气赶渣枪与固定框架之间设有滑轮，传动系统带动吹气赶渣枪通过滑轮沿固定框架做直线升降移动。
6.根据权利要求5所述的铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，其特征在于，吹气赶渣枪上设有吹气枪极限开关。
7.根据权利要求4所述的铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，其特征在于，吹气赶渣枪上设有压力调节阀和流量调节阀，压力调节阀和流量调节阀与控制系统连接。
8.根据权利要求4所述的铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，其特征在于，传动系统带动吹气赶渣枪下降，并通过力传感器时刻检测记录传动系统的力F2并与上一时刻的力值进行对比；当瞬时值与前一秒F2的差值≥50N时，传动系统停止运动，并进行下一步；如果当下降深度h小于预设深度时h设，且传动吹气枪极限开关与机械限位接触，系统认定下降深度故障，需人工干预。
9.根据权利要求1所述的铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，其特征在于，摄像机带有识别算法，摄像机采集并实时计算钢水液面和钢渣液面两个区域大小的面积，钢水液面区域的面积记为S1，钢渣液面区域的面积记为S2，当S1≤0.4S2时，使吹气气压P1增大，延迟t秒继续检测钢水液面和钢渣液面两个区域大小的面积大小，若S1≤0.4S2，重复增大吹气气压P1并延时t秒检测，直至S1＞0.4S2时，固定系统压力，扒渣结束停止吹气，传动系统带动吹气赶渣枪上升回至原位。
10.根据权利要求9所述的铁水脱硫智能吹气赶渣控制系统，其特征在于，t为8～12。
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