TWI394618B - 具有至少一個機械臂的連續鑄造設備以及用於操作包含至少一個機械臂的連續鑄造設備的方法 - Google Patents

Description

具有至少一個機械臂的連續鑄造設備以及用於操作包含至少一個機械臂的連續鑄造設備的方法

本發明有關於一種具有至少一連續臂的連續鑄造設備，其用於在連續鑄造設備和接觸指定輔助工具之上實施製程控制或自動化插入。另外，本發明有關於一種用於操作連續鑄造設備的方法，其包含至少一機械臂。

本發明的範圍涵蓋所有類型之連續鑄造設備，其中，來自熔化金屬容器(例如鑄造鑄桶)的熔化金屬經由一中間漏槽注入冷卻鑄模當中，在強力冷卻之下熔化金屬在該處被塑形，形成具有任何所需橫截面的至少部分固化線股，該線股成品最後連續地輸送至連續鑄造設備之外。依據所使用鑄模的特性，該鑄模設備可配備震盪圓管和板狀鑄模、軌道鑄模、具有側板的旋轉鑄造滾輪(兩滾輪鑄造設備)或具有循環皮帶的鑄模。該線股所具有的橫截面可為：厚板、薄板、條帶、鋼塊或鋼條和符合任何所需尺寸的任何其他所需之初始塑形橫截面。

機械臂被使用在連續鑄造設備之上，用於執行定期反覆的工作以及解決危險區域中的操作問題，例如，操作人員容易受到高熱暴露、液態金屬和鑄造金屬股或飛濺溶渣的灼傷等等。機械臂已經使用在開放式的連續鑄造鑄模之中，以方便進行熔浴表面的觀察、消除鑄模壁內壁上硬化的沈積、給進鑄造粉末、量測溫度和取樣等工作。同時，機械臂可使用於：套管、鑄管以及側門噴嘴封閉板的更換，鑄桶和中間漏槽處外流開口的吹開等等。機械臂習知的功能上包含：鑄造線股、切離厚板、鋼塊和鋼條的檢視，在連續鑄造設備的出口區域，利用噴焰消除生產上的缺陷。

例如，在連續鑄造鑄模上使用多功能的機械臂已為EP－B 371 482所揭露，該機械臂一方面從鑄模上的量測儀器接收相關於鑄造程序的資料，另一方面，藉著偵測系統，例如光學偵測系統，獲取鑄模本身上的量測資料，並使用此資料，準備和執行高優先順序所指定的行動方案。此處，同時考慮到一靜止機械臂的使用，該靜止機械臂的位置被特定的選取，以使用在鑄模之上，因此，該靜止機械臂不適合執行靠近連續鑄造鑄模的連續鑄造設備區域所發生的動作。

被同樣指定於連續鑄造設備處之單一工作區域的機械臂在下面專利當中被揭露：US－A 5,067,553、JP－A 5－169206、JP－A 9－109100、JP－A 7－60434和JP－A－293615。

在連續鑄造設備的鑄造平台上廣泛使用機械臂技術已經導致此類機械臂的集中，同時導致實施在侷限區域中的複雜操作。JP－A 3－71959揭露在多股連續鑄造設備之鑄造平台上兩機械臂的使用，每一機械臂被指定一行走路線，同時，機械臂能在此行走路線上假設一操作位置，更換大中間漏槽上的鑄造管，執行中間漏槽和鑄造管開口處的清理工作。每一機械臂被指定一限定的工作區域，使得一機械臂在其他機械臂的工作區域當中工作是不可能的，所以，如果一機械臂失效，則其他機械臂無法承接此工作，在連續鑄造設備上由操作人員進行插入操作是必要的。結果，機械臂的增殖增加了投資成本和操作成本，同時，獨立機械臂的供給率之改善並沒有被達成。

本發明的目的因此在於避免習知技藝的此等缺點和困難，本發明提出一具有至少一前述類型之機械臂的連續鑄造設備和方法，本發明所操作的連續鑄造設備包含一機械臂，該機械臂可在機械臂單一操作位置範圍之外的各種工作位置上執行連續鑄造設備的不同插入作業。

本發明的更一目的在於增加機械臂或若干機械臂的使用利用率和供給率。

依據本發明的下列措施，此目的可被達成：該連續鑄造設備被指定一行走路線；機械臂被指定一行走機構，該行走機構在行走路線上被可位移地導引；在行走路線上，針對該機械臂，至少一停留位置和至少兩操作位置被定義，每一操作位置在僅能從此操作位置接觸到的連續鑄造設備上指定工作區域；機械臂的每一操作位置和指定操作區域或供應區域之間的距離被固定在機械臂的最小和最大工作範圍內；和，該機械臂裝有一資料傳送和接收裝置，該接收裝置藉由信號技術被連接至一中央控制裝置或連續鑄造設備的處理電腦。

在連續鑄造設備上或在連續鑄造設備的區域中，一行走路線的固定，將具有克服機械臂僅有單一操作能力的侷限性，製造更有效率的操作能力，因為該行走路線係以通過若干潛在工作區域來選取，使得此等工作區域位於一可在行走路線上移動的機械臂之預設操作位置的範圍之中。依據不同的需求，該機械臂可由一中央控制裝置或連續鑄造設備的處理電腦所導引，以抵達所需的操作位置，在該處執行必要的插入作業。

機械臂的操作位置定義了機械臂在行走路線上的地點，連續鑄造設備上的單一或多個工作區域將位在機械臂抓爪的範圍當中。在機械臂機座被固定在行走機構之上或可繞著一垂直軸旋轉的機械臂之實施例當中，位在行走路線之上的機械臂之操作位置僅由行走機構的位置來決定。在機械臂的實施例當中，其中，一具有吊臂的旋轉機構安裝在行走機構之上且實際機械臂僅固定在吊臂的突出末端，除了行走機構的位置之外，用於定義機械臂之操作位置，旋轉機構的吊臂之旋轉角度同樣是有決定性的。

機械臂的工作區域為連續鑄造設備上的特殊區域或獨立區域，在該等區域當中，從預設操作位置開始的機械臂執行插入作業。

以空間名詞來定義，供應區域係包含輔助裝置的儲存地方，該輔助裝置例如：工具、設施和針對工具具有固定位置之類似裝置、備件以及將為機械臂所接納和儲存的設施等等。儲存在輔助裝置當中的物件為：第一，用於機械臂的工具，其等為用於執行插入之所需者，例如，夾具、量針、研磨頭；第二，用於連續鑄造設備的備件，例如，鑄管或滑閥板；和，第三，用於連續鑄造設備之連續操作的設施，例如，鑄造粉末。提供在各別供應區域當中的該等工具儲藏和設施儲藏可由靜止或移動輔助裝置來加以形成，當需要時，該移動輔助裝置（例如，一設施滑座）只要被帶入一特定操作位置的供應區域，然後從其供應位置上堆積起來即可。

所謂停留位置之定義為：當機械臂正在執行插入作業並等待來自中央控制裝置或處理電腦的新操作信號之時，機械臂停止在行走路線上的位置。當若干機械臂被各指定一行走路線時，若干停留位置被據此而定義。在具有兩機械臂的實施例裡頭，所對應的兩停留位置較佳地安裝在行走路線的相對立末端。

由機械臂所執行的製程控制或自動化插入作業係同時包含：由操作人員以手動遠距離操控之插入作業的替代可能性。此等手動遠距離控制插入作業可從控制室或藉由其他可攜帶式控制單元來加以執行。

較佳地，用於機械臂之行走路線係由一軌道系統或至少一運行軌道以高架單軌傳送機或起重機過道的形式來加以成形。藉由相對應的控制裝置（例如，位置發送器和位移監控系統），至預設操作位置的移動被達成。

為了能夠提供連續鑄造設備上的工作區域之多樣性功能，其將非常得當的：如果行走路線具有包含習慣性節點的分支。這樣能夠讓操作位置遠離被定義和假設的主要行走路線，同時，若干機械臂可在不相互阻礙的情況下被使用。

替代地，行走路線的獨立區段係以一方式來成形，使得它們能藉由舉起機構的使用來調整高度，或者藉由旋轉機構來被旋轉，為了改變機械臂在行走路線上的操作位置，所以至指定操作區域的最佳可能方式被採用。

每一機械臂被指定一行走機構，依據行走路線的不同，機械臂被支撐或懸吊在行走機構之上。為了增加其操作區域的尺寸，行走機構可被指定一機械臂旋轉機構，藉此，利用機械臂旋轉機構的旋轉位置，機械臂的至少兩操作位置可被定義。較佳地，該旋轉機構包含一延伸吊臂，使得機械臂安裝在延伸吊臂的延長末端之上。該吊臂可依據操作環境的需求來安裝，例如，其高度可同時被調整。

藉著一停（阻）止裝置的使用，該機械臂較佳地被固定在其各別的操作位置之上，以避免插入作業的反作用力所造成的位置改變。

為了迅速且有效地執行連續鑄造設備上的插入作業，其係適當的：如果在行走路線上的機械臂之每一操作位置在連續鑄造設備處被指定至少一操作區域，在輔助裝置處指定一供應區域，例如，工具儲存或設施儲存。因此，在其機械臂可及的範圍內，用於執行一插入作業的所有必須設施，將提供給該機械臂，不需要執行額外的操控動作，來更換工具或輸送備件。

較佳地，當該行走路線係以一架高傳送裝置的運行軌道來成形時，該行走路線可以不同的高度沿著整個連續鑄造設備來延伸，同時，其亦可包含向上和向下斜坡。該行走路線較佳地係侷限於鑄造平台和/或連續鑄造設施的傳送區域。此處，該等行走路線較佳地以水平平面之形式來安裝。

依據一較佳修正例，兩機械臂被安裝在一行走路線之上，其中一機械臂較佳地當作主要機械臂以執行連續鑄造設備上的插入作業，當欲執行的工作發生衝突的時候，或當主要機械臂發生問題時，第二機械臂可當作一輔助機械臂來使用。即將被執行工作的機械臂之間的不同分佈，例如，將各別機械臂的優先順序指定給特定的操作位置，或者利用手動遠距離控制係相當可行的，這些功能係含括在本發明的範疇之內。

本發明同時包含一種用於操作連續鑄造設備的方法，其中，該連續鑄造設備包含至少一機械臂，該機械臂可放置在一停留位置和至少兩操作位置之間的行走路線上面，該方法的特徵在於：控制信號從處理電腦或中央控制裝置傳送至機械臂，依據此等控制信號，機械臂移動至一已選擇操作位置，然後，在連續鑄造設備上執行自動化插入作業，依據即將執行之插入作業的先後順序，處理電腦或中央控制裝置將即將在連續鑄造設施上所執行的插入作業的控制信號傳送至機械臂。

機械臂的操作係由連續鑄造設備的處理電腦或中央控制裝置所定義和控制，機械臂即將執行的活動將影響到即將生產產品的品質。藉著鑄造製程的連續探究、繼以連續收集量測資料和模式計算原始資料的比較，用於優先順序指定的基礎於是形成。

當機械臂前進並收集量測資料的時候，機械臂本身同時在連續鑄造設備上執行鑄造程序狀態的觀察。這些資料被傳送至處理電腦或中央控制裝置，並且為處理電腦或中央控制裝置所處理，這些資料計算的結果被轉換成機械臂或連續鑄造設備的控制信號。

當能在一行走路線上移動的至少兩機械臂被使用時，一能在行走路線上移動並當作主機械臂的第一機械臂接收所有的控制信號並執行連續鑄造設備上的插入作業，而另外一個能在行走路線上移動並當作輔助機械臂的第二機械臂則較佳地被指定在一停留位置上面。

如果控制信號有優先順序的衝突發生，則主要機械臂和輔助機械臂被啟動，兩個機械臂被導引至各別的操作位置，但是兩者同時相互干擾的可能性並不存在。

在一連續鑄造設備的鑄造平台1上面，該鑄造平台1的配置絕無任何的限制，在該圖式當中有一鑄造鑄桶2被表示，該鑄桶2具有：一鑄桶噴嘴3（管套）；一放置其下的中間漏槽4；和，一突進連續鑄模6當中的潛沒鑄管5。另外一個中間漏槽4’以虛線方式及準備之位置表示在鑄造平台1之上。

在此鑄造平台1上，其存有廣泛的可能性來讓一機械臂在鑄造設備上執行處理控制和自動化的插入程序，不管是若干靜止機械臂的操作或是至少一移動式機械臂都是需要的。一行走路線7係以一方式平置在鑄造平台1上面，使得一單一機械臂8沿著行走路線從若干操作位置E1、E2、E3上面來開始服務複數個工作區域A1、A2、A3、A4。機械臂8係以一準備的位置停放在行走路線7的一末端處的停留位置P1上面。另一停留位置，可同樣地被使用，係位於行走路線7的相對末端上。供應區域V1、V2、V3被提供在鑄造平台上的輔助裝置H1、H2、H3處，此些供應區域V1、V2、V3被指定給操作位置E1、E2、E3，並且被建立在機械臂15的範圍之內。如果鑄造平台上的空間條件不允許如此作，則個別供應區域可同樣地建立在機械臂的操作範圍之外。但是，由於用於需要供應移動所消耗時間的緣故，機械臂用於完成一插入作業的操作時間於是被延長。

從操作位置E1，機械臂8可執行工作區域A1（鑄造鑄桶）和A4（中間漏槽）的插入作業，該等區域A1、A4相關於鑄桶噴嘴3和套管以及中間漏槽4的澆入區域。以固定的時間間隔在此些工作區域當中所執行的活動有：例如，套管的更換、藉燃燒清理鑄桶噴嘴或將鑄造粉末給進中間漏槽當中等等。此等插入作業所需的備件和設備，例如，更換的套管、預設品質和數量所需要的特定鑄造粉末等等，將由機械臂從指定供應區域V1處來拿取，在該處，這些設施以立即可供應的形式堆積保存在輔助裝置H1的預先儲存地點上。

從操作位置E2開始，機械臂8可執行操作區域A2（鑄模）和A4（中間漏槽）當中的插入作業，操作區域A2（鑄模）和A4（中間漏槽）係相關於中間漏槽4的澆注區域、潛沒鑄管5以及連續鑄模6的入口側的開口。這些工作區域中的活動將有：例如，將鑄造粉末給進中間漏槽、更換潛沒鑄管、藉由燃燒清理中間漏槽出口開口、觀察鑄模中液浴的高度以及從鑄模當中取樣等等。用於這些插入作業所需的設施和備件將有：例如，一適合於鑄鋼品質的鑄造粉末和特定時間的鑄造條件、潛沒鑄管等等，將被機械臂從供應區域V2中的輔助裝置H2處拿取。

從操作位置E3開始，機械臂8可在工作區域A3（中間漏槽更換機座）處的另一中間漏槽4’上執行插入作業，所需的設施將從供應區域V3中的輔助裝置H3處拿取。

停留位置P2可當作一第二停留位置提供給機械臂，如果僅有一機械臂被提供在鑄造平台上面。替代地，另一機械臂8’可在停留位置P2上等候以執行操作，藉此，一甚為有效的作動方案可被實現。如果，例如，優先順序相同的插入發生，兩者都無法延遲，必須再工作區域A1和工作區域A2當中執行，控制系統或處理電腦會將機械臂8從其停留位置P1導引至操作位置E1，並將機械臂8’從其停留位置P2導引至指定給它的操作位置E2。

圖2和圖3表示一機械臂8在連續鑄造設備上的兩操作位置E1和E2。藉由鑄造鑄桶2、中間漏槽4和連續鑄模6之外形，連續鑄造設備以虛線表示。在鑄造平台1上方一段距離的機械臂行走路線7以兩穿過中間漏槽4和連續鑄模6的直線表示。固定在行走機構10上的是一具有吊臂12的機械臂旋轉機構11，該機械臂旋轉機構11能設定兩彼此相差90°且涵蓋操作位置E1和E2的位置。該機械臂以懸吊的方式被安裝在吊臂12的延長末端之上，並設定兩操作位置E1和E2。在操作位置E1上的吊臂12係以虛線表示，而在操作位置E2上的吊臂12則以實線表示。圖2中的腎形範圍曲線13、14和圖3中的圓形範圍曲線13’、14’表示機械臂15的工作區域A1和A2。在指定給操作位置E1的工作區域A1之內，包含鑄造鑄桶2至鑄模6的所有主要區域皆可被機械臂8所接觸到。從第二操作位置E2，插入作業可在工作區域A2中執行，較佳地，在從中間漏槽4至連續鑄模6的轉變區域當中和連續鑄模6本身上執行。在一位於鑄造平台邊緣上的區域，機械臂被指定一停留位置P1。同時，提供在此停留位置P1之緊鄰附近區域的是一供應位置V1，機械臂可從該供應位置V1拿取所有需用於其操作的輔助項目。獨立於正在進行中的鑄造操作，用於機械臂操作的手動準備工作可在此停留區域不受干擾且安全地執行。

在鑄造平台1之上有一控制台18，從該控制台18藉由處理電腦或中央控制裝置，該連續鑄造設備可以大部分自動化的方式被監控和操作。該處理電腦19或中央控制裝置以及獨立機械臂或多數機械臂被指定資料發送和資料接收裝置20、21，透過此等資料發送和接收裝置，所有需用於插入作業之執行的資訊被發送，較佳地，以無限連接來進行。

為了將機械臂引導至有利的操作位置，行走路線的各種特殊設計皆有可能。利用圖4表示行走路線7的一可上升和可下降行之行走路線區段22，以相對於行走路線之平面的位置，僅以下基部表示的機械臂8能被往上舉進入一上升插入位置E。該行走路線區段22係支撐在上升汽缸23之上，並且為這些汽缸23所適當地定位。在其插入位置E（亦即，該部分係由基礎區域中的機械臂旋轉軸所決定）上，藉由一停（阻）止裝置24，該機械臂8確實地固定在行走路線區段22的其位置當中，一對於機械臂控制係重要的固定點因此被定義。

圖5表示一行走路線區段27，在開始位置時係與行走路線7成一條直線並且已位於旋出位置的該行走路線區段27能夠繞著一垂直旋轉軸26旋轉至一預設的角度位置，該預設角度位置定義機械臂的插入位置E。該行走路線區段27可在軌道29上的一水平面上移動，其中，該軌道29係以一圓形的圓弧段所構成。

另外，藉由鐵軌所習用的傳統連接點，行走路線上亦可分支結構。上坡區段和下坡區段可安裝在行走路線之上，例如，其可使用鈍齒輪機構來克服向上和向下的坡度。

本發明並不侷限於特殊型態之機械臂的使用，但是，特別適用於連續鑄造設備之鑄造平台的扣臂式機械臂或可攜式機械臂，同時，本發明亦適用於全球許多製造商所提供之具有最廣泛操作功能和具有特殊使用功能的機械臂。

A1、A2、A3、A4．．．工作區域

E1、E2、E3．．．操作位置

H1、H2、H3．．．輔助裝置

P1．．．停留位置

P2．．．停留位置

V1、V2、V3．．．供應區域

1．．．鑄造平台

2．．．鑄造鑄桶

3．．．鑄桶噴嘴（管套）

4．．．中間漏槽

4’．．．中間漏槽

5．．．潛沒鑄管

6．．．連續鑄模

7．．．行走路線

8．．．機械臂

8’．．．機械臂

10．．．行走機構

11．．．機械臂旋轉機構

12．．．吊臂

13、14．．．腎形範圍曲線

13’、14’．．．圓形範圍曲線

15．．．機械臂

18．．．控制台

19．．．處理電腦

20．．．資料發送裝置

21．．．資料接收裝置

22．．．行走路線區段

23．．．上升汽缸

24．．．停（阻）止裝置

26．．．垂直旋轉軸

27．．．行走路線區段

29．．．軌道

從以上非限制性示範性實施例的說明以及隨附圖式的參考，本發明的更進一步優點和特色將更明瞭，其中：圖1表示在一連續鑄造設備的鑄造平台之上的一個或兩個機械臂的操作能量的示意圖。

圖2表示一具有兩機械臂操作位置的機械臂旋轉機構的前視圖。

圖3表示圖2當中該在鑄造平台上具有兩操作位置的機械臂旋轉機構的平面圖。

圖4表示一具有行走路線區段的機械臂行走路線，其中，該行走路線區段可作垂直上升或下降。

圖5表示一具有行走路線區段的機械臂行走路線，其中，該行走路線區段可在水平平面上旋轉。

A1、A2、A3、A4．．．工作區域

E1、E2、E3．．．操作位置

H1、H2、H3．．．輔助裝置

P1．．．停留位置

P2．．．停留位置

V1、V2、V3．．．供應區域

1．．．鑄造平台

2．．．鑄造鑄桶

3．．．鑄桶噴嘴（管套）

4．．．中間漏槽

4’．．．中間漏槽

5．．．潛沒鑄管

6．．．連續鑄模

7．．．行走路線

8．．．機械臂

8’．．．機械臂

Claims (2)

1. 一種用於操作連續鑄造設備的方法，其中，該連續鑄造設備包含兩機械臂(8、8’)，該機械臂可放置在兩停留位置(P1、P2)和至少兩操作位置(E、E1、E2、E3)之間的行走路線(7)上面，該方法的特徵在於：在該連續鑄造設備內，來自一熔化金屬容器的熔化金屬係經由一中間漏槽注入一冷卻鑄模當中，在強力冷卻之下該熔化金屬被塑形，形成一具有任何所需橫截面之至少部分固化的線股，該線股連續地輸送至該連續鑄造設備之外；控制信號從處理電腦(19)或中央控制裝置傳送至該機械臂(8、8’)，依據此等控制信號，該機械臂移動至一已選擇操作位置，然後，在該連續鑄造設備上執行自動化插入作業，依據即將執行之插入作業的先後順序，該處理電腦或中央控制裝置將即將在該連續鑄造設施上所執行的插入作業的控制信號傳送至該機械臂；該兩機械臂(8、8’)可被使用以便能夠在一行走路線(7)上移動，一能在行走路線(7)上移動並當作主機械臂的第一機械臂(8)接收所有的控制信號並執行該連續鑄造設備上的插入作業，而另外一個能在行走路線(7)上移動並當作輔助機械臂的第二機械臂(8’)則較佳地被指定在一停留位置(P1、P2)上面；如果控制信號有優先順序的衝突發生，則該主要機械臂(8)和該輔助機械臂(8’)被啟動，兩個機械臂(8、8’)被導引 至各別的操作位置，但是兩者同時相互干擾的可能性並不存在。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵在於：量測資料為該連續鑄造設備上的該機械臂所收集，這些資料被傳送至該處理電腦或中央控制裝置，並且為該處理電腦或中央控制裝置所處理，這些資料計算的結果被轉換成該機械臂或連續鑄造設備的控制信號。