ES2329925T3 - Dispositivo de control de un vastago del tapon. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de control para un vástago del tapón (4) para regular el flujo de salida de metal líquido a través de un orificio calibrado de un receptáculo de colada que comprende medios de motor (6), adecuados para accionar medios de elevación y descenso (2) del vástago del tapón (4) por medio de unos primeros medios de accionamiento (7) y segundos medios de accionamiento (14, 14''), los últimos siendo adecuados para convertir un movimiento giratorio de los primeros medios de accionamiento (7) en un movimiento de traslación de los medios de elevación y descenso (2), caracterizado porque dicho segundos medios de accionamiento (14, 14'') son elementos longitudinales flexibles y están fijados en un primer extremo de los mismos a medios de elevación y descenso (2) y en un segundo extremo de los mismos a un elemento de anclaje (9), integral con dichos primeros medios de accionamiento (7).
Description
Dispositivo de control de un vástago del
tapón.
La presente invención se refiere a un
dispositivo de control de un tapón, en particular de un vástago del
tapón utilizado para regular el flujo de salida del acero líquido a
través de la cuchara o de la artesa de colada.
El vástago del tapón, o simplemente tapón, es el
dispositivo el cual interacciona con un taladro o boquilla
calibrada para regular el flujo de salida del acero líquido a través
de una cuchara o una artesa de colada. La regulación continua del
tapón tiene lugar como una función del nivel de acero en la
lingotera el cual se supervisa de forma continua mediante un sensor
radiactivo que envía una señal a un control lógico programable el
cual, a su vez, controla el motor del dispositivo para controlar o
desplazar el tapón. El dispositivo de control debe controlar el
tapón de modo que se garantice continuamente un menisco estable en
el receptáculo de colada y por lo tanto debe permitir una alta
velocidad de funcionamiento de dicho tapón, especialmente para
velocidades de colada elevadas. Son conocidos dos tipos de
dispositivos de control: uno electromecánico y otro hidráulico.
Habiendo definido el comportamiento de un tapón como el tiempo que
le lleva alcanzar el 60% de la etapa que representa un movimiento
vertical del tapón de 2 mm, el comportamiento de un tapón
electromecánico es alrededor de 75 milisegundos, mientras el
comportamiento de un tapón hidráulico es alrededor de los 50
milisegundos. A pesar del tipo de motor, el tiempo de respuesta está
limitado por el juego mecánico del sistema, lo cual evita un
control preciso de la posición de funcionamiento.
Los dispositivos electromecánicos regulan el
movimiento del tapón por medio de un motor eléctrico y un sistema
que comprende un tornillo sin fin y una cremallera o, en algunos
casos, por medio de un sistema de piñón y cremallera. Un ejemplo de
un dispositivo electromecánico para controlar el tapón se describe
en el documento US 5 674 426. Las desventajas de estos dispositivos
son: bajos tiempos de respuesta; complejidad de las piezas; número
mayor de componentes mecánicos que producen juego, con el
consiguiente control impreciso de la regulación y la necesidad de
llevar a cabo mantenimiento en el sistema.
Dada la presencia de juego, la posición del
vástago del tapón también debe ser medida por medio de un
transductor lineal directamente en el brazo del tapón, dicho sensor
típicamente siendo delicado y estando sometidos a un funcionamiento
defectuoso.
Por otra parte, los dispositivos hidráulicos o
hidrodinámicos permiten una mejor respuesta comparada con los
dispositivos electromecánicos; sin embargo, requieren la presencia
de unidades y válvulas de control que requieren una cierta cantidad
de espacio e implican un incremento notable en los costes. También
en este caso la presencia de un alto número de piezas que se mueven
sometidas a desgaste entre el vástago de elevación, el cual regula
el movimiento hacia arriba y hacia abajo del tapón, y el servomotor
y la presencia de un sistema de filtrado de aceite, los cuales se
deben mantener constantemente eficaces, hacen necesario un
mantenimiento frecuente.
Un ejemplo de un dispositivo hidráulico para
controlar el vástago se describe en el documento US 5 421 559. En
este dispositivo el movimiento vertical al vástago de elevación se
transmite mediante un elemento rígido integral con el mismo,
conectado a un extremo de un conjunto de accionamiento por medio del
vástago de un pistón que desliza en el interior de un cilindro.
Además, un sistema costoso de válvulas está provisto para controlar
el flujo del fluido hidráulico hacia, desde y entre lados opuestos
del pistón.
Por lo tanto, existe la necesidad de un
dispositivo de control innovador del vástago del tapón que permita
superar las desventajas anteriormente mencionadas.
Un objeto principal de la presente invención es
producir un dispositivo de control de un vástago del tapón, o
simplemente tapón, el cual permite una alta velocidad de
funcionamiento del tapón, con unas dimensiones globales
reducidas.
Otro objeto es eliminar el juego de todos los
componentes implicados en el movimiento del tapón, permitiendo de
ese modo una mayor precisión y una regulación más precisa del flujo
de acero. La ausencia de juego también permite que sea regulada la
posición del vástago del tapón utilizando un sensor angular colocado
en los medios de motor, ventajosamente un reductor. Este sensor,
integrado en los medios de motor, es de forma notoria mucho menos
delicado que un transductor lineal y por lo tanto menos sujeto a un
mal funcionamiento.
Un objeto adicional es producir un dispositivo
que no requiera mantenimiento.
Por lo tanto, para lograr los objetivos
establecidos antes, la presente invención proporciona un dispositivo
de control para un tapón según las características reivindicadas en
la reivindicación 1.
De forma ventajosa, la presencia de un número
mínimo de piezas móviles entre el vástago de elevación y el motor y
la ausencia de juego entre dichas piezas permite tiempos de
respuesta bajos y un control preciso del movimiento.
El dispositivo de la invención también tiene un
alto nivel de rigidez lo cual permite una trasmisión precisa del
movimiento.
Las reivindicaciones subordinadas describen
formas de realización preferidas de la invención.
Características y ventajas adicionales de la
invención se pondrán de manifiesto a la luz de la descripción
detallada de una forma de realización preferida, aunque no
exclusiva, de un dispositivo de control de un vástago del tapón, o
tapón, ilustrado, a título de ejemplo no limitativo, con la ayuda de
los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 representa una vista lateral del
dispositivo de control según la invención;
la figura 2 representa una sección según el
plano A-A del dispositivo de la figura 1;
la figura 3 representa una sección según el
plano B-B del dispositivo de la invención.
Con referencia a las figuras, se representa un
dispositivo de control para un tapón, indicado globalmente con el
número de referencia 1. Este dispositivo comprende:
- medios de motor 6,
- un árbol de accionamiento 7,
- medios de conversión del movimiento 14,
14';
- una varilla o vástago de elevación y descenso
2;
- un elemento o brazo de conexión 3.
Los medios de motor, por ejemplo un motor de
engranajes planetarios 6, imparten el movimiento a la varilla o
vástago de elevación y descenso 2, alojado en un bastidor de
retención 5. Dicho motor de engranajes 6, o motor, tiene
dimensiones reducidas, especialmente las dimensiones axiales; tiene
una baja inercia, juego reducido, alta rigidez y alta potencia.
El motor de engranajes de accionamiento directo
6 está enchavetado sobre un extremo del árbol de accionamiento 7,
esencialmente horizontal y que pasa a través del bastidor de
retención 5, mientras en el otro extremo del mismo una palanca que
se puede extraer 8 está instalada para el control manual del vástago
2. Tanto el motor como la palanca para el control manual son
exteriores al bastidor de retención.
De forma ventajosa, la suspensión que soporta el
árbol no requiere mantenimiento y está lubricada de por vida y,
estando precargada, está desprovista de mantenimiento.
El dispositivo de control comprende dos correas
opuestas 14, 14', o cables o cadenas o bien otros elementos
flexibles similares, preferiblemente fabricados de acero de resorte,
cada uno de los cuales está fijado, en un extremo, al vástago 2 y,
en el otro extremo, a la placa de anclaje 9 integral con el árbol de
accionamiento 7. Las correas, o cables o cadenas también puede ser
no metálicos.
La función de las correas 14, 14' es transformar
el movimiento giratorio del árbol de accionamiento 7 en el
movimiento de traslación de la varilla o vástago de elevación y
descenso 2. Una correa eleva el vástago, mientras la otra lo
desciende: de este modo dichas correas están siempre y únicamente
sometidas a tensiones de tracción.
La utilización de correas principalmente permite
obtener dos ventajas importantes:
- evitar el juego, el cual está presente en los
sistemas de tornillo y cremallera o de piñón y cremallera
convencionales;
- y evitar el mantenimiento, ya que las correas
son elementos no sujetos a desgaste.
De forma ventajosa, en el interior del
dispositivo de la invención está provista una guía longitudinal de
arrastre 11 fabricada en una protrusión del vástago 2 y, en el
ejemplo de las figuras, encarada hacia el lado del accionamiento
manual. Dicha guía 11 desliza en el interior de cuatro elementos de
rodadura 12, por ejemplo rodillos, fijados al bastidor de retención
5. Dos de los rodillos 12 son excéntricos de modo que el juego
entre la guía longitudinal 11 y dichos rodillos se puede absorber y
eliminar. Este sistema de guía lineal permite un movimiento preciso
y rápido del vástago 2 y no requiere mantenimiento ya que los
elementos de rodadura están lubricados de por vida; además, la guía
longitudinal 11 es resistente a elevadas cargas de trabajo y al
desgaste, gracias al endurecimiento de las superficies de la misma
por medio de un tratamiento térmico especial.
Después de que el movimiento haya sido
transmitido al vástago 2, dicho vástago permite que el tapón
refractario 4 se desplace hacia arriba o hacia abajo por medio de
un elemento o brazo de conexión esencialmente horizontal 3.
De forma ventajosa, en el caso de un fallo
repentino de potencia o en cualquier otra situación de emergencia,
el tapón refractario 4 puede descender por gravedad para interrumpir
el flujo de acero a través del orificio de descarga de la cuchara:
el descenso del tapón 2 por gravedad se hace posible mediante el
motor de engranajes 6 el cual, como se ha mencionado antes en este
documento, es del tipo con una baja inercia y también es reversible.
Por lo tanto, no se requieren condensadores eléctricos
convencionales en el dispositivo de la invención para garantizar un
movimiento de cierre de emergencia.
Con respecto a la regulación manual, la palanca
de control 8 puede ser conectada rápidamente por medio de un
acoplamiento específico. Para bloquear el vástago 2 verticalmente en
cualquier posición se utiliza un volante de mano de frenado. La
palanca de control manual del tapón también se puede extraer
rápidamente.
De forma ventajosa, está provisto un resorte 10,
sobre cual descansa el vástago 2, tanto por medio de un soporte en
voladizo como directamente. La función del resorte 10 es compensar
las masas en juego del sistema y reducir la fuerza de accionamiento
requerida por el operario durante las fases de regulación manual por
medio de la palanca específica 8.
El motor de engranajes planetarios 6, utilizado
en el dispositivo de la invención, está compuesto de un motor sin
escobillas de corriente alterna y un conjunto de reducción
planetaria de dos etapas, con la primera etapa integrada dentro de
la segunda y un piñón de entrada del conjunto de reducción
enchavetado directamente sobre el árbol de accionamiento. De forma
ventajosa, de este modo la dimensión axial se reduce por encima del
50%. Además, también se obtienen valores elevados de la rigidez a
la torsión, un juego angular reducido, con un valor máximo de 1
minuto de arco y una alta precisión y fiabilidad.
En el ejemplo del dispositivo de la invención
indicado en las figuras, el desplazamiento total del vástago 2 y
por consiguiente el movimiento máximo del tapón 4 es igual a 100
mm.
Con el dispositivo de control según la presente
invención es posible obtener un tiempo de respuesta en la etapa, y
por consiguiente un comportamiento, igual a aquél del dispositivo
hidrodinámico, esto es, aproximadamente 50 milisegundos, mientras
al mismo tiempo se eliminan todas las desventajas de los
dispositivos de control de la técnica anterior.
Finalmente, la presente invención también se
puede aplicar a otros elementos de cierre reconocidos, distintos
del tapón o del vástago del tapón 2.
Las formas de realización particulares descritas
en este documento no limitan el contenido de esta solicitud, la
cual cubre toda las variantes de la invención definida por las
reivindicaciones.
Claims (9)
1. Dispositivo de control para un vástago del
tapón (4) para regular el flujo de salida de metal líquido a través
de un orificio calibrado de un receptáculo de colada que comprende
medios de motor (6), adecuados para accionar medios de elevación y
descenso (2) del vástago del tapón (4) por medio de unos primeros
medios de accionamiento (7) y segundos medios de accionamiento (14,
14'), los últimos siendo adecuados para convertir un movimiento
giratorio de los primeros medios de accionamiento (7) en un
movimiento de traslación de los medios de elevación y descenso (2),
caracterizado porque dicho segundos medios de accionamiento
(14, 14') son elementos longitudinales flexibles y están fijados en
un primer extremo de los mismos a medios de elevación y descenso
(2) y en un segundo extremo de los mismos a un elemento de anclaje
(9), integral con dichos primeros medios de accionamiento (7).
2. Dispositivo de control según la
reivindicación 1 en el que dichos segundos medios de accionamiento
son correas.
3. Dispositivo de control según la
reivindicación 1 en el que dichos segundos medios de accionamiento
son cables.
4. Dispositivo de control según la
reivindicación 1 en el que dichos segundos medios de accionamiento
son cadenas.
5. Dispositivo de control según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores en el que está provisto un elemento
de guía (11), integral con los medios de elevación y accionamiento
(2), adecuado para deslizar en el interior de elementos de rodadura
(12) fijados a un bastidor (5) del dispositivo.
6. Dispositivo de control según la
reivindicación 5 en el que dichos elementos de rodadura (12) son
rodillos.
7. Dispositivo de control según la
reivindicación 6 en el que algunos de dichos elementos de rodadura
(12) son excéntricos.
8. Dispositivo de control según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores en el que están provistos medios
elásticos (10) sobre los cuales descansan los medios de elevación y
descenso (2).
9. Dispositivo de control según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores en el que los medios de motor están
compuestos por un conjunto de reducción planetaria (6).
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