CN204262052U - 实现将高温铸坯按序直接装炉柔性生产装置 - Google Patents

Abstract

一种实现将高温铸坯按序直接装炉柔性生产装置，属于工业炉技术领域，包括抬升辊装置、平行连杆机构、托钢臂、齿轮箱、冷却水管卷曲装置、升降驱动装置、平移驱动装置、平移驱动同步轴、升降驱动曲柄、升降同步轴、升降随动曲柄。优点在于，钢坯在加热炉内仅进行均热，缩短加热时间，提高加热炉产量，且有效降低加热炉能耗、降低生产成本，提高钢材产品的市场竞争力；同时热坯入炉的钢坯质量好，温度均匀，从而生产事故减少，成材率极大提高；对于高碳钢和合金钢等钢种，有利于减少钢坯表面脱碳，提高产品质量。

Description

实现将高温铸坯按序直接装炉柔性生产装置

技术领域

本实用新型属于工业炉技术领域，特别提供了一种实现将高温铸坯按序直接装炉柔性生产装置，适用于连铸坯热送热装，实现连铸机与轧机间的柔性生产。

背景技术

连铸坯热送热装和直接热轧是综合近年来炼钢、连铸和轧钢的最新技术成果而发展起来的一项新工艺、新技术，它推动了炼钢—连铸—轧钢生产管理的一体化进程，可以取得节能降耗、提高质量和生产率等综合效益。而在棒线材生产中实现连铸坯热送热装的技术难点之一是炼钢连铸和轧钢在工作制度、生产能力等生产节奏不匹配以及连铸坯炉号管理等生产管理问题，具体分析如下：

1、工作制度不同：连铸车间年工作时间较长，事故率较低，生产稳定，年作业率大于85％，而棒线材车间年工作时间较短，生产事故率相对较多，年作业率只有65％～75％。经生产实践得出如下规律：连铸机每天连续浇铸若干炉钢后停机，进行结晶器清理、更换中间包和重新上引锭杆，再进行下一个浇铸周期，每天连续工作时间约22h，停机时间约2h；而轧机连续生产约2.5h，就要进行短暂停机，更换导卫及小修等工作，时间约0.5h，并且每天要进行设备正常检修和换辊换槽等工作，时间约1.5h。

2、生产能力不同：正常情况下，连铸机为棒线材轧机提供单一断面的连铸坯，拉坯速度比较稳定，因此连铸机小时产量恒定不变；而棒线材轧机的小时产量随产品规格不同变化很大，不能完全与连铸机能力匹配，并且轧机在生产稳定的情况下，可以进行升速轧制，即将轧制速度提高约10％，具备快速轧制的能力。

3、连铸坯炉号管理：实际生产中，炉罐号要显示在钢材标牌上，为了方便炉罐号管理，通常同一炉号的钢坯应一次连续生产，因此实现连铸坯热送热装有待解决的生产管理问题是如何实现连铸序号和轧制序号的一致性。

综上所述，在工作制度上，以24h为生产周期，分析得出：铸机可以长时间内稳定生产出连铸坯，而轧机却要频繁停机，导致钢坯被迫下线，不断出现冷坯，严重影响了热送热装率；若在铸机与加热炉间设置保温台架，可以避免冷坯，但是热装温度就会降低，并且钢坯号顺序不能实现一致，给生产管理带来了新的问题；在生产能力上，以3h为生产周期，分析得出：铸机小时产量恒定不变，而轧机在稳定生产的情况下，可以进行快速轧制，此时铸机的能力又明显不能满足轧机的需求，严重制约了生产效率，因此合理解决上述问题对提高连铸坯的热装率和装炉温度至关重要。本发明“将高温铸坯按序直接装炉柔性生产装置及控制方法”正是有针对性地解决铸机与轧机生产节奏不匹配的技术难题，实现真正意义上的柔性生产。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种实现将高温铸坯按序直接装炉柔性生产装置及控制方法，解决了棒线材生产中，铸机与轧机工作制度、生产能力等生产节奏不匹配以及连铸坯炉号管理等生产管理问题，实现真正意义的柔性生产。

本实用新型柔性生产装置主要包括抬升辊装置1、平行连杆机构2、托钢臂3、齿轮箱4、冷却水管卷曲装置5、升降驱动装置6、平移驱动装置7、平移驱动同步轴8、升降驱动曲柄9、升降同步轴10、升降随动曲柄11(见附图)。升降驱动装置6通过销轴与升降驱动曲柄9相连接；升降驱动曲柄9及升降随动曲柄11通过键与升降同步轴10相连接；平行连杆机构2通过销轴与升降随动曲柄11及抬升辊装置1相连接；托钢臂3放置在抬升辊装置1上，随抬升辊装置1进行上升或下降；平移驱动装置7与平移驱动同步轴8相连接；平移驱动同步轴8与齿轮箱4内的传动齿轮通过键相连接；齿轮箱4内的传动齿轮与托钢臂3下部的齿条相啮合，实现托钢臂3的前进或后退；冷却水卷曲装置5中的橡胶软管与托钢臂3上的冷却水管相连接，对托钢臂3进行水冷。

抬升辊装置1采用双轮缘结构，对托钢臂3具有支撑及自导向作用；平行连杆机构2的设计是考虑将升降驱动装置6避开空间紧张区域，便于设备布置及日常检修，其主要由连杆和螺母组成，可进行长度调节；托钢臂3采用耐热钢板焊接而成，传动部分采用H型钢结构，炉内工作部分采用“箱型梁”结构，分为上下两个型腔，采用水冷方式进行冷却，下型腔进水，上型腔回水，托钢臂3与冷却水管卷曲装置5连接；齿轮箱4采用“上、中、下箱体”焊接结构，传动齿轮安装在中、下箱体之间，压轮位于上箱体内，采用偏心结构，有利于压轮及托钢臂3间的间隙调整，避免出现卡死现象；冷却水管卷曲装置5具有自卷曲功能，无单独驱动装置，当托钢臂3前进时，冷却水管带动链轮机构旋转，将配重升起，将动能转换为重力势能；当托钢臂3后退时，配重下降重力势能转化为动能，带动链轮机构旋转，将冷却水管卷曲在滚筒上。升降驱动装置6采用液压缸进行驱动，其底座为焊接结构；平移驱动装置7由电机、制动器、减速机等组成，其通过联轴器与平移驱动同步轴8相连接，从而带动齿轮箱4内的齿轮旋转，利用齿轮与齿条的啮合原理，实现了将齿轮的旋转运动转变为齿条的直线运动，因齿条固定在托钢臂3上，从而实现了托钢臂3的前进与后退；升降驱动曲柄9及升降随动曲柄11分别由钢板焊接而成，升降驱动曲柄9的驱动力臂设计长度大于升降随动曲柄11，充分利用“杠杆原理”，降低了升降驱动装置6的所需动力，节约了能源输入；升降同步轴10由合金钢加工而成，轴上设计有多个键槽，经机加工，确保所有键槽的直线度，升降驱动曲柄9及升降随动曲柄11通过键固定于轴上，因而所有曲柄在升降驱动装置6的作用下同时随轴摆动，保证了动作的一致性。

本实用新型的工作原理：在铸机稳定生产，轧机快速轧制的情况下，柔性生产装置以轧机的生产节奏迅速将连铸坯按序准确地装入加热炉内，但由于铸机的生产能力限制，生产连铸坯的数量不能满足轧机的轧制数量，造成炉尾(预热段)在每一个循环周期内出现一个装坯空位。此循环周期大致为连铸机在热送线上输送单根钢坯的平均周期与轧机轧制单根钢坯的平均周期的公倍数。在一个循环周期内，柔性生产装置的工作行程是固定不变的；下一个循环周期内，柔性生产装置的工作行程为其上一个周期的工作行程加上步进梁的步距(即L_n＝L_n-1+L_步距)。往复循环N个生产周期后，加热炉内出现N个装钢空位，此时轧机已连续生产2.5h，按生产计划轧线开始进入小修或换导卫的工作，时间约为0.5h，在这段时间内，柔性生产装置以铸机的生产节奏对炉内的装钢空位进行依次补齐，其工作行程的规律为L_n＝L_n-1-L_步距。当轧线检修完毕，加热炉内的空位已经填满，柔性生产装置将铸机生产的热坯全部装入炉内，不会造成冷坯的出现，有效地将热缓冲区设置在加热炉内，成功解决铸机与轧机生产节奏不匹配的问题，实现柔性生产。在铸机停机不供坯或换引锭杆的情况下，轧钢车间安排设备检修和换辊换槽等工作，将计划检修时间安排在同一时间，实现两个车间的统一和协调管理。

本实用新型的结构形式：柔性生产装置主要由完全相同的2套平移机构、2套升降机构、4根托钢臂和1套润滑装置等构成。每2根托钢臂组成一个传动控制单元，共2组，其沿加热炉中心线对称布置，分别设有1套平移机构和升降机构对其进行驱动；平移和升降传动机构均用刚性轴进行连接，确保平移和升降两组传动机构能同步动作。平移机构：托钢臂前进、后退动作采用交流变频电动机、制动器、圆柱齿轮减速器、齿轮等驱动装钢臂下部的齿条来实现。压轮轴承采用圆锥滚子轴承，齿轮轴承采用调心滚子轴承，联轴器采用滚珠联轴器，传动底座为焊接件，齿轮采用合金钢；升降机构：托钢臂上升、下降动作由2只液压缸驱动平行四连杆机构带动支撑辊升降，抬升曲柄轴采用铜合金滑动衬套，支承辊采用圆锥滚子轴承；托钢臂：托钢臂为焊接钢结构，齿条为锻件，固定在托钢臂下部；润滑装置：轴承和衬套采用集中干油润滑，齿轮减速箱采用油浴润滑，齿条采用油雾润滑。

本实用新型的动作顺序：热送线辊道将钢坯送至炉前等待→装料悬臂辊道带动钢坯入炉沿炉宽方向定位→悬挂式入炉定位推钢机推正钢坯，并将钢坯沿炉长方向按布料图准确定位→柔性生产装置托起钢坯前进将钢坯送入加热炉内指定空位，下降将钢坯放置在加热炉固定梁上，再后退回原位→加热炉步进机械带动活动梁上升托起钢坯，前进，下降放下钢坯，后退回原位，周而复始，将钢坯送至出料端出炉悬臂辊道出炉，进入轧机轧制。

本实用新型的联锁关系：(1)装料悬臂辊开始装钢，步进梁开始上升；(2)悬臂辊装钢完毕，推钢机推正钢坯并按布料图准确定位，此时步进梁上升并将上升到位安全信号(Ⅰ)返回；(3)安全信号(Ⅰ)确认完毕后，柔性生产装置开始上升，步进梁开始前进并将前进到位安全信号(Ⅱ)返回；(4)安全信号(Ⅱ)确认完毕后，柔性生产装置开始前进，步进梁开始下降并将下降到位安全信号(Ⅲ)返回；(5)安全信号(Ⅲ)确认完毕后，柔性生产装置开始下降，步进梁开始后退并将后退到位安全信号(Ⅳ)返回，此时出料悬臂辊根据轧线的情况可以随时准备送坯；(6)安全信号(Ⅳ)确认完毕后，柔性生产装置开始后退，此时装料悬臂辊根据热送线的情况可以随时装炉，进入下一生产循环。

本实用新型的控制方法：当钢坯入炉后，定位推钢机将钢坯沿炉长方向按布料图进行推正并定位，即在装料端确定钢坯准确的初始位置，由于连铸机为棒线材轧机提供单一断面的连铸坯，因此步进梁的步距设计也是唯一的，这样钢坯在炉内的位置也是准确可靠的，即钢坯在炉内的位置依次为0，L_步距，2L_步距，3L_步距，……NL_步距，(N+1)L_步距，(N+2)L_步距，……(N+n)L_步距，其中N为炉内缓冲钢坯的数量；N+n为炉内布满钢坯的数量，即钢坯入炉后经过步进梁N+n次循环将钢坯准确地放在出料悬臂辊道上。柔性生产装置只有准确无误的将钢坯送至炉内指定的缓冲位置，才能保证均热完毕的钢坯安全出炉送至轧线，因此要求柔性生产装置输送的钢坯在炉内缓冲区的定位必须绝对真实、可靠、且唯一，不然将出现重大安全事故。针对柔性生产装置工作行程的控制要求，独创了一种“多点绝对值认址定位方式”的控制方法用来解决上述问题。托钢臂上安装有若干个感应板与炉内缓冲钢坯的真实位置相对应，即柔性生产装置的每个循环的工作行程，齿轮箱上安装有一定数量的检测元件(数量根据缓冲钢坯数量而定)，通过接通检测元件的不同排列组合，可以生成某一缓冲位置的二进制代码，此代码具有真实的唯一性，控制系统根据读入地址代码校验托钢臂的工作行程，精准地控制其停车位置，并将高温坯料准确无误的定位在炉内的装钢空位，此种控制方法可靠性极高，值得推广。

本实用新型的技术优势：利用柔性生产装置可以成功解决铸机与轧机生产节奏的不匹配问题，很好地利用了加热炉内的空间，将热缓冲区设置在加热炉内，缓冲钢坯在高的炉温作用下不会降温，反而有利于升温，提高了热装温度，钢坯在加热炉内仅进行均热，缩短加热时间，提高加热炉产量，且有效降低加热炉能耗、降低生产成本，提高钢材产品的市场竞争力；同时热坯入炉的钢坯质量好，温度均匀，从而生产事故减少，成材率极大提高；对于高碳钢和合金钢等钢种，有利于减少钢坯表面脱碳，提高产品质量。

附图说明

图1为本实用新型柔性生产装置主视图。其中，抬升辊装置1，平行连杆机构2，托钢臂3，齿轮箱4，冷却水管卷曲装置5。

图2为本实用新型柔性生产装置俯视图。其中，托钢臂3，冷却水管卷曲装置5，升降驱动装置6，平移驱动装置7。

图3为本实用新型柔性生产装置A—A剖面。其中，托钢臂3，平移驱动装置7，平移驱动同步轴8。

图4为本实用新型柔性生产装置B—B剖面。其中，升降驱动曲柄9，升降同步轴10，升降随动曲柄11。

图5为本实用新型柔性生产装置感应板布置图。

图6为本发明柔性生产装置“多点绝对值认址定位方式”二进制代码图。

具体实施方式

图1-图6为本实用新型的一种具体实施方式。

本实用新型包括抬升辊装置1、平行连杆机构2、托钢臂3、齿轮箱4、冷却水管卷曲装置5、升降驱动装置6、平移驱动装置7、平移驱动同步轴8、升降驱动曲柄9、升降同步轴10、升降随动曲柄11；当钢坯入炉定位完毕后，升降驱动装置6驱动升降驱动曲柄9带动升降同步轴10旋转，同时安装在同步轴10上的升降随动曲柄10，随着升降同步轴10旋转一定角度；升降随动曲柄11与抬升辊装置1之间通过平行连杆机构2相连接，抬升辊装置1随着升降驱动曲柄9旋转，同时支撑着托钢臂2进行上升或下降。平移驱动装置7带动安装在平移驱动同步轴8上的齿轮旋转，齿轮与安装在托钢臂3上的齿条相啮合，实现托钢臂3的前进或后退。

抬升辊装置1采用双轮缘结构，对托钢臂3具有支撑及自导向作用；平行连杆机构2的设计是考虑将升降驱动装置6避开空间紧张区域，便于设备布置及日常检修，其主要由连杆和螺母组成，可进行长度调节；托钢臂3采用耐热钢板焊接而成，传动部分采用H型钢结构，炉内工作部分采用“箱型梁”结构，分为上下两个型腔，采用水冷方式进行冷却，下型腔进水，上型腔回水，托钢臂3与冷却水管卷曲装置5连接；齿轮箱4采用“上、中、下箱体”焊接结构，传动齿轮安装在中、下箱体之间，压轮位于上箱体内，采用偏心结构，有利于压轮及托钢臂3间的间隙调整，避免出现卡死现象；冷却水管卷曲装置5具有自卷曲功能，无需驱动装置，当托钢臂3前进时，冷却水管带动链轮机构旋转，将配重升起，将动能转换为重力势能；当托钢臂3后退时，配重下降重力势能转化为动能，带动链轮机构旋转，将冷却水管卷曲在滚筒上。升降驱动装置6采用液压缸进行驱动，其底座为焊接结构；平移驱动装置7由电机、制动器、减速机等组成，其通过联轴器与平移驱动同步轴8相连接，从而带动齿轮箱4内的齿轮旋转，利用齿轮与齿条的啮合原理，实现了将齿轮的旋转运动转变为齿条的直线运动，因齿条固定在托钢臂3上，从而实现了托钢臂3的前进与后退；升降驱动曲柄9及升降随动曲柄11分别由钢板焊接而成，升降驱动曲柄9的驱动力臂设计长度大于升降随动曲柄11，充分利用“杠杆原理”，降低了升降驱动装置6的所需动力，节约了能源输入；升降同步轴10由合金钢加工而成，轴上设计有多个键槽，经机加工，确保所有键槽的直线度，升降驱动曲柄9及升降随动曲柄11通过键固定于轴上，因而所有曲柄在升降驱动装置6的作用下同时随轴摆动，保证了动作的一致性。

本实用新型的控制方法：柔性生产装置托钢臂3的升降速度和位置的控制方式采用位移传感器及接近开关的“主从”控制模式，以位移传感器为主要检测元件，参与程序控制，实现钢坯的“轻拿轻放”，避免对设备的直接冲击或损坏；接近开关为辅助检测元件，对执行机构的真实位置进行实际确认，避免假信号的出现导致安全生产事故。柔性生产装置托钢臂2的前进和后退采用安装在齿轮箱传动齿轮轴端的绝对型编码器控制其速度及位置，用接近开关对编码器进行清零，避免累积误差，并且以“多点绝对值认址定位方式”对托钢臂3的速度拐点及装坯位置进行确认，因为感应板直接安装在托钢臂3上，所以检测元件检测的是托钢臂3的实际位置并将其生成二进制代码返回控制系统进行确认，从而保证了柔性生产装置填补装钢空位的工作行程准确可靠且唯一。

Claims (5)

1.一种实现将高温铸坯按序直接装炉柔性生产装置，其特征在于，包括抬升辊装置、平行连杆机构、托钢臂、齿轮箱、冷却水管卷曲装置、升降驱动装置、平移驱动装置、平移驱动同步轴、升降驱动曲柄、升降同步轴、升降随动曲柄；升降驱动装置(6)通过销轴与升降驱动曲柄(9)相连接；升降驱动曲柄(9)及升降随动曲柄(11)通过键与升降同步轴(10)相连接；平行连杆机构(2)通过销轴与升降随动曲柄(11)及抬升辊装置(1)相连接；托钢臂(3)放置在抬升辊装置(1)上，随抬升辊装置(1)进行上升或下降；平移驱动装置(7)与平移驱动同步轴(8)相连接；平移驱动同步轴(8)与齿轮箱(4)内的传动齿轮通过键相连接；齿轮箱(4)内的传动齿轮与托钢臂(3)下部的齿条相啮合；冷却水卷曲装置(5)中的橡胶软管与托钢臂(3)上的冷却水管相连接。

2.根据权利要求1所述的柔性生产装置，其特征在于，抬升辊装置(1)采用双轮缘结构。

3.根据权利要求1所述的柔性生产装置，其特征在于，托钢臂(3)采用耐热钢板焊接而成，传动部分采用H型钢结构，炉内工作部分采用“箱型梁”结构，分为上下两个型腔，托钢臂(3)与冷却水管卷曲装置(5)连接；齿轮箱(4)采用“上、中、下箱体”焊接结构，传动齿轮安装在中、下箱体之间，压轮位于上箱体内，采用偏心结构。

4.根据权利要求1所述的柔性生产装置，其特征在于，平移驱动装置(7)由电机、制动器、减速机组成，其通过联轴器与平移驱动同步轴(8)相连接。

5.根据权利要求1所述的柔性生产装置，其特征在于，升降驱动曲柄(9)及升降随动曲柄(11)分别由钢板焊接而成，升降驱动曲柄(9)的驱动力臂设计长度大于升降随动曲柄(11)，升降同步轴(10)由合金钢加工而成，轴上设计有多个键槽，升降驱动曲柄(9)及升降随动曲柄(11)通过键固定于轴上。