一種鋼水精確測溫取樣系統及其方法
2023-07-24 01:47:41
專利名稱：一種鋼水精確測溫取樣系統及其方法
技術領域：
本發明屬於冶金領域液態金屬處理過程技術領域，特別是提供了一種鋼水精確測 溫取樣系統及其方法。
背景技術：
煉鋼生產中，爐外精煉在提高鋼材產品質量、擴大品種、降低成本、優化煉鋼生產 工藝等方面發揮著非常重要的作用。尤其在板坯連鑄實施恆拉速澆注以來，對精煉鋼水的 溫度、成分有了更為嚴格的要求，人工測溫取樣的精度已經不能滿足下道工序對鋼水質量 的要求，因此實現精煉處理過程精確測溫取樣，對提高鋼水溫度測量精度和冶煉質量、降低 原材料消耗和職工勞動強度具有十分重要的意義。在精煉人工進行測溫取樣時，測溫槍插入點位置和插入深度很難達到規定要求， 並且手動測溫槍受熱時間長其穩定性會變差，影響準確性。因此人工的測溫、取樣方式所得 的溫度值精準度差、樣子成分存在波動，從而影響了連鑄機的生產效率和鑄坯的質量。因此如何提高測溫準確率、取樣成功率以滿足下道工序對鋼水質量的要求，是精 煉環節的重點。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種鋼水精確測溫取樣系統及其方法，實現鋼水精煉 過程精確測溫取樣，減少人為幹預、提高鋼水溫度測量精度、提高取樣成功率、降低生產成 本、縮短冶煉周期和降低工人勞動強度。本發明包括智慧機器人系統、自動測溫取樣槍系統、液面高度檢測裝置和工業控 制計算機，整個系統由工業計算機進行整體控制，首先液面高度檢測裝置測定鋼水液面深 度，然後智慧機器人負責安裝探頭，最後自動槍實現自動測溫取樣。智慧機器人系統包括伺服控制系統、機器人本體、機器人抓手、機器人行走機構， 伺服控制系統控制機器人本體及機器人抓手抓取探頭，機器人再通過行走機構到達測溫取 樣槍位置進行自動安裝或拆卸探頭。伺服控制系統包括伺服控制櫃及示教編程器，伺服控 制系統是整個機器人的控制中樞；機器人採用外部軸控制，通過外部軸將複雜動作分解，實 現精確取槍和裝槍動作。機器人抓手是一個氣動夾緊裝置，能適應現場不同直徑的探頭，機 器人抓手本身自帶的導向坡口形式，矯正了槍桿下槍造成的偏置位移，實現精準抓取；行走 機構主要是增大了機器人的行走距離，在不進行測溫取樣的時候遠離鋼包爐，有效降低了 熱輻射對機器人的損傷。自動測溫取樣槍系統包括自動測溫槍體、鏈式提升裝置、鏈式提升裝置V型定位 和槍桿氣動定位裝置，鏈式提升裝置V型定位和槍桿氣動定位裝置主要避免槍體的晃動， 鏈式提升裝置控制自動測溫槍體的升降，安裝探頭的自動測溫槍體最終浸入鋼液完成測溫 取樣操作。自動測溫槍體使用氮風冷卻長壽槍桿，大大增加了槍桿使用壽命；鏈式提升裝置 選用伺服電機驅動，能夠精確控制下槍的深度；鏈式提升裝置V型定位，限制了提升裝置左右擺動量，使機器人的裝、卸槍更準確；槍桿氣動定位裝置減小了槍頭的偏移量，降低了機 器人的裝槍難度。液面高度檢測裝置採用高精度紅外測距傳感器，測量偏差在士 1cm，實現鋼水液面 的精確測量，當系統採集到鋼包到位信號後，自動測量鋼水液面，並運算出下槍距離，無需 人工幹預，實現高度自動化。該系統在運行時，首先利用紅外液面高度檢測裝置對鋼水液面高度進行測量，存 儲數據，當系統接到測溫取樣指令時，機器人抓取槍頭，通過行走機構到達槍桿附近進行裝 槍，氣缸擺出到位，自動槍根據存儲的液面高度數據下槍測量，當測溫或定氧得到數據結果 時提槍，氣缸擺回到位，機器人行走過來卸槍，然後遠離鋼爐，回到待機狀態，依次循環，無 需人工幹預，實現高度自動化，為連鑄工序提供了優質穩定的鋼水，最終實現了機器人精確 自動測溫取樣。鋼水液面高度自動檢測，自動計算下槍距離；機器人進行插拔測溫、定氧及取樣探 頭；具備自我保護功能的精準定位長壽測溫取樣槍。操作時由系統中的一級計算機控制模型設定、控制機械手的運行軌跡，進行測溫 取樣。該套裝備採用紅外液面檢測裝置進行液面高度測量，保證測量高度偏差在士 lcm範 圍內。機器人接到測溫取樣指令後，根據紅外測量好的鋼水液面高度，運算出下槍距離。另 外，鋼水液面測量和伺服位置控制實現了每一槍測溫和取樣的準確定位，完全消除了人工 測溫取樣位置及深度變化對測量結果造成的誤差。採用該精確測溫取樣方法後，測溫偏差波動較小，穩定在士 2°C範圍內；取樣的合 格率達到97%以上，相對與人工取樣提高了 12%左右；取樣不合的比例由人工取樣的7% 降至3%以下；另外縮短了精煉測溫取樣的時間，降低了工人的勞動強度。本發明的優點在於通過紅外鋼水液面測量和伺服位置控制，實現了每一槍測溫和 取樣的準確定位，完全消除了人工測量方式對測量結果造成的系統偶然誤差，為提高鋼水 質量的控制和精度提供了可靠的保障。
圖1為本發明的測溫取樣裝置示意圖。其中，智慧機器人系統1、自動測溫取樣槍 系統2、液面高度檢測裝置3。
具體實施例方式下面結合附圖對本實用新型的具體實施作詳細說明。本精確自動測溫取樣方法主要是依靠紅外液面檢測裝置3精確檢測鋼水液面並 計算下槍深度、智慧機器人1自動插拔測溫取樣探頭、伺服電機準確控制自動測溫取樣槍2 下槍深度三大系統的合理組合來實現精確測溫取樣操作的目的。當鋼水進站，系統採集到鋼包到位信號後，紅外液面高度檢測裝置對鋼水液面高 度進行測量，對測量結果進行存儲數據到遠程控制計算機，此時測溫取樣系統處於待機狀 態。當系統檢接到測溫取樣指令時，機器人到相應的彈倉抓取準備好的探頭，然後機器人通 過行走機構到達自動槍桿附近進行裝槍操作，探頭裝好後機器人返回待機位，同時槍桿氣 動定位裝置打開，氣缸擺出到鋼包測溫取樣位置，氣動定位裝置抱緊，槍桿提升裝置根據液面高度測得數據開始下槍到位，開始測溫或取樣。當測溫得到數據結果或超過延時保護時 (取樣時，系統設定時間，在鋼水中持續一定時間後自動提取)，提升裝置開始上升到高位， 氣缸擺回，同時槍桿氣動定位裝置抱緊槍頭，此時機器人通過行走機構到達自動槍桿附近 進行卸槍，然後通過行走機構到達廢槍排除鬥將廢槍丟進鬥內，機器人回到待機狀態，依次 循環。紅外液面檢測裝置用來檢測鋼水液面高度，測溫取樣槍正常的插入深度在鋼水液 面下300mm為宜，而實際鋼包內的鋼水量爐與爐之間會有一些差異，如果插入深度不夠會 導致測溫不準確、取樣不飽滿，插入深度過大會增加槍體在鋼水中的停留時間，造成燒槍， 所以精確的測量液面高度，進而計算出合適的下槍深度至關重要。智慧機器人配合自動槍進行插拔探頭，難點在於機器人抓手抓取探頭力度及準確 識別彈倉和自動槍位置。抓手是一個氣動夾緊裝置，抓槍時採用直線運動，從兩方向直線夾 緊，這樣的抓取動作不受槍直徑的影響，能保證抓取動作不偏心，避免了槍被抓扁的現象發 生。鏈式提升裝置V型定位，限制了提升裝置左右擺動量，使機器人的裝、卸槍更準確。槍 杆氣動定位裝置減小了槍頭的偏移量，降低了機器人的裝槍難度。自動測溫取樣槍是最終測溫取樣操作的執行機構，根據系統中存儲的下降深度數 據，依靠伺服電機準確控制槍體插入距離，最終完成測溫取樣操作。該系統分遠程和本地兩種操作模式，在本地操作模式時，崗位人員可選擇單循環 方式，根據所選的測溫、定氧、取樣測試要求，自動完成機器人取槍_裝槍-下槍測試_取廢 槍過程。也可選擇分步方式，將機器人取槍_裝槍和下槍測試-取廢槍兩個過程分開。在 遠程操作模式時，操作工在遠程電腦上可以完成本地操作模式所能實現的所有操作，並對 整個系統的運行進行監控。該精確自動測溫取樣系統運行後，測溫重現率高且測溫偏差波動較小，精度波動 在士2°C範圍內；取樣的合格率達到97%以上，相對與人工取樣提高了 12%左右；取樣不合 的比例由人工取樣的7%降至3%以下。該精確自動測溫取樣系統運行後，縮短了精煉測溫取樣的時間，提高了測溫定氧 準確度和取樣成功率，實現爐外精煉測溫取樣的無人化、程序化、標準化操作，該方法的發 明開闢了國內使用機器人在冶金測溫取樣領域應用的先河，具有很好的推廣價值。
權利要求
一種鋼水精確測溫取樣系統，其特徵在於，包括智慧機器人系統、自動測溫取樣槍系統、液面高度檢測裝置和工業控制計算機，整個系統由工業計算機進行整體控制，首先液面高度檢測裝置測定鋼水液面深度，然後智慧機器人負責安裝探頭，最後自動槍實現自動測溫取樣；智慧機器人系統包括伺服控制系統、機器人本體、機器人抓手、機器人行走機構，伺服控制系統控制機器人本體及機器人抓手抓取探頭，機器人再通過行走機構到達測溫取樣槍位置進行自動安裝或拆卸探頭；伺服控制系統包括伺服控制櫃及示教編程器，伺服控制系統是整個機器人的控制中樞；機器人採用外部軸控制，通過外部軸將複雜動作分解，實現精確取槍和裝槍動作；機器人抓手是一個氣動夾緊裝置，適應現場不同直徑的探頭，機器人抓手本身自帶的導向坡口形式，矯正了槍桿下槍造成的偏置位移，實現精準抓取；行走機構是增大了機器人的行走距離，在不進行測溫取樣的時候遠離鋼包爐，有效降低了熱輻射對機器人的損傷；自動測溫取樣槍系統包括自動測溫槍體、鏈式提升裝置、鏈式提升裝置V型定位和槍桿氣動定位裝置，鏈式提升裝置V型定位和槍桿氣動定位裝置避免槍體的晃動，鏈式提升裝置控制自動測溫槍體的升降，安裝探頭的自動測溫槍體最終浸入鋼液完成測溫取樣操作；自動測溫槍體使用氮風冷卻長壽槍桿，增加了槍桿使用壽命；鏈式提升裝置選用伺服電機驅動，精確控制下槍的深度；鏈式提升裝置V型定位，限制了提升裝置左右擺動量，使機器人的裝、卸槍準確；槍桿氣動定位裝置減小了槍頭的偏移量，降低了機器人的裝槍難度；液面高度檢測裝置採用高精度紅外測距傳感器，測量偏差在±1cm，實現鋼水液面的精確測量，當系統採集到鋼包到位信號後，自動測量鋼水液面，並運算出下槍距離，實現自動化。
2.一種採用權利要求1所述系統鋼水精確測溫取樣的方法，其特徵在於，首先利用紅 外液面高度檢測裝置對鋼水液面高度進行測量，存儲數據，當系統接到測溫取樣指令時，機 器人抓取槍頭，通過行走機構到達槍桿附近進行裝槍，氣缸擺出到位，自動槍根據存儲的液 面高度數據下槍測量，當測溫或定氧得到數據結果時提槍，氣缸擺回到位，機器人行走過來 卸槍，然後遠離鋼爐，回到待機狀態，依次循環最終實現了機器人精確自動測溫取樣；液面高度自動檢測，自動計算下槍距離；機器人進行插拔測溫、定氧及取樣探頭；具備 自我保護功能的精準定位長壽測溫取樣槍。
全文摘要
一種鋼水精確測溫取樣系統及其方法，屬於冶金領域液態金屬處理過程技術領域。包括智慧機器人系統、自動測溫取樣槍系統、液面高度檢測裝置和工業控制計算機，整個系統由工業計算機進行整體控制，首先液面高度檢測裝置測定鋼水液面深度，然後智慧機器人負責安裝探頭，最後自動槍實現自動測溫取樣。優點在於，通過紅外鋼水液面測量和伺服位置控制，實現了每一槍測溫和取樣的準確定位，完全消除了人工測量方式對測量結果造成的系統偶然誤差，為提高鋼水質量的控制和精度提供了可靠的保障。
文檔編號G01N1/10GK101975679SQ20101028886
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月20日 優先權日2010年9月20日
發明者劉道正, 張濤, 彭開玉, 成天兵, 李樹森, 王佳力, 解雷, 靳偉, 韓凱峰 申請人:河北省首鋼遷安鋼鐵有限責任公司;首鋼總公司