實現將高溫鑄坯按序直接裝爐柔性生產裝置製造方法
2023-05-10 18:21:31
實現將高溫鑄坯按序直接裝爐柔性生產裝置製造方法
【專利摘要】一種實現將高溫鑄坯按序直接裝爐柔性生產裝置，屬於工業爐【技術領域】，包括抬升輥裝置、平行連杆機構、託鋼臂、齒輪箱、冷卻水管捲曲裝置、升降驅動裝置、平移驅動裝置、平移驅動同步軸、升降驅動曲柄、升降同步軸、升降隨動曲柄。優點在於，鋼坯在加熱爐內僅進行均熱，縮短加熱時間，提高加熱爐產量，且有效降低加熱爐能耗、降低生產成本，提高鋼材產品的市場競爭力；同時熱坯入爐的鋼坯質量好，溫度均勻，從而生產事故減少，成材率極大提高；對於高碳鋼和合金鋼等鋼種，有利於減少鋼坯表面脫碳，提高產品質量。
【專利說明】實現將高溫鑄坯按序直接裝爐柔性生產裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於工業爐【技術領域】，特別提供了一種實現將高溫鑄坯按序直接裝爐柔性生產裝置，適用於連鑄坯熱送熱裝，實現連鑄機與軋機間的柔性生產。
【背景技術】
[0002]連鑄坯熱送熱裝和直接熱軋是綜合近年來煉鋼、連鑄和軋鋼的最新技術成果而發展起來的一項新工藝、新技術，它推動了煉鋼一連鑄一軋鋼生產管理的一體化進程，可以取得節能降耗、提高質量和生產率等綜合效益。而在棒線材生產中實現連鑄坯熱送熱裝的技術難點之一是煉鋼連鑄和軋鋼在工作制度、生產能力等生產節奏不匹配以及連鑄坯爐號管理等生產管理問題，具體分析如下:
[0003]1、工作制度不同:連鑄車間年工作時間較長，事故率較低，生產穩定，年作業率大於85%，而棒線材車間年工作時間較短，生產事故率相對較多，年作業率只有65%?75%。經生產實踐得出如下規律:連鑄機每天連續澆鑄若干爐鋼後停機，進行結晶器清理、更換中間包和重新上引錠杆，再進行下一個澆鑄周期，每天連續工作時間約22h，停機時間約2h ;而軋機連續生產約2.5h，就要進行短暫停機，更換導衛及小修等工作，時間約0.5h，並且每天要進行設備正常檢修和換輥換槽等工作，時間約1.5h。
[0004]2、生產能力不同:正常情況下，連鑄機為棒線材軋機提供單一斷面的連鑄坯，拉坯速度比較穩定，因此連鑄機小時產量恆定不變；而棒線材軋機的小時產量隨產品規格不同變化很大，不能完全與連鑄機能力匹配，並且軋機在生產穩定的情況下，可以進行升速軋制，即將軋制速度提高約10%，具備快速軋制的能力。
[0005]3、連鑄坯爐號管理:實際生產中，爐罐號要顯示在鋼材標牌上，為了方便爐罐號管理，通常同一爐號的鋼坯應一次連續生產，因此實現連鑄坯熱送熱裝有待解決的生產管理問題是如何實現連鑄序號和軋制序號的一致性。
[0006]綜上所述，在工作制度上，以24h為生產周期，分析得出:鑄機可以長時間內穩定生產出連鑄坯，而軋機卻要頻繁停機，導致鋼坯被迫下線，不斷出現冷坯，嚴重影響了熱送熱裝率；若在鑄機與加熱爐間設置保溫臺架，可以避免冷坯，但是熱裝溫度就會降低，並且鋼坯號順序不能實現一致，給生產管理帶來了新的問題；在生產能力上，以3h為生產周期，分析得出:鑄機小時產量恆定不變，而軋機在穩定生產的情況下，可以進行快速軋制，此時鑄機的能力又明顯不能滿足軋機的需求，嚴重製約了生產效率，因此合理解決上述問題對提高連鑄坯的熱裝率和裝爐溫度至關重要。本發明「將高溫鑄坯按序直接裝爐柔性生產裝置及控制方法」正是有針對性地解決鑄機與軋機生產節奏不匹配的技術難題，實現真正意義上的柔性生產。
【發明內容】
[0007]本實用新型的目的在於提供一種實現將高溫鑄坯按序直接裝爐柔性生產裝置及控制方法，解決了棒線材生產中，鑄機與軋機工作制度、生產能力等生產節奏不匹配以及連鑄坯爐號管理等生產管理問題，實現真正意義的柔性生產。
[0008]本實用新型柔性生產裝置主要包括抬升輥裝置1、平行連杆機構2、託鋼臂3、齒輪箱4、冷卻水管捲曲裝置5、升降驅動裝置6、平移驅動裝置7、平移驅動同步軸8、升降驅動曲柄9、升降同步軸10、升降隨動曲柄11 (見附圖)。升降驅動裝置6通過銷軸與升降驅動曲柄9相連接；升降驅動曲柄9及升降隨動曲柄11通過鍵與升降同步軸10相連接；平行連杆機構2通過銷軸與升降隨動曲柄11及抬升輥裝置I相連接；託鋼臂3放置在抬升輥裝置I上，隨抬升輥裝置I進行上升或下降；平移驅動裝置7與平移驅動同步軸8相連接；平移驅動同步軸8與齒輪箱4內的傳動齒輪通過鍵相連接；齒輪箱4內的傳動齒輪與託鋼臂3下部的齒條相嚙合，實現託鋼臂3的前進或後退；冷卻水捲曲裝置5中的橡膠軟管與託鋼臂3上的冷卻水管相連接，對託鋼臂3進行水冷。
[0009]抬升輥裝置I採用雙輪緣結構，對託鋼臂3具有支撐及自導向作用；平行連杆機構2的設計是考慮將升降驅動裝置6避開空間緊張區域，便於設備布置及日常檢修，其主要由連杆和螺母組成，可進行長度調節；託鋼臂3採用耐熱鋼板焊接而成，傳動部分採用H型鋼結構，爐內工作部分採用「箱型梁」結構，分為上下兩個型腔，採用水冷方式進行冷卻，下型腔進水，上型腔回水，託鋼臂3與冷卻水管捲曲裝置5連接；齒輪箱4採用「上、中、下箱體」焊接結構，傳動齒輪安裝在中、下箱體之間，壓輪位於上箱體內，採用偏心結構，有利於壓輪及託鋼臂3間的間隙調整，避免出現卡死現象；冷卻水管捲曲裝置5具有自捲曲功能，無單獨驅動裝置，當託鋼臂3前進時，冷卻水管帶動鏈輪機構旋轉，將配重升起，將動能轉換為重力勢能；當託鋼臂3後退時，配重下降重力勢能轉化為動能，帶動鏈輪機構旋轉，將冷卻水管捲曲在滾筒上。升降驅動裝置6採用液壓缸進行驅動，其底座為焊接結構；平移驅動裝置7由電機、制動器、減速機等組成，其通過聯軸器與平移驅動同步軸8相連接，從而帶動齒輪箱4內的齒輪旋轉，利用齒輪與齒條的嚙合原理，實現了將齒輪的旋轉運動轉變為齒條的直線運動，因齒條固定在託鋼臂3上，從而實現了託鋼臂3的前進與後退；升降驅動曲柄9及升降隨動曲柄11分別由鋼板焊接而成，升降驅動曲柄9的驅動力臂設計長度大於升降隨動曲柄11，充分利用「槓桿原理」，降低了升降驅動裝置6的所需動力，節約了能源輸入；升降同步軸10由合金鋼加工而成，軸上設計有多個鍵槽，經機加工，確保所有鍵槽的直線度，升降驅動曲柄9及升降隨動曲柄11通過鍵固定於軸上，因而所有曲柄在升降驅動裝置6的作用下同時隨軸擺動，保證了動作的一致性。
[0010]本實用新型的工作原理:在鑄機穩定生產，軋機快速軋制的情況下，柔性生產裝置以軋機的生產節奏迅速將連鑄坯按序準確地裝入加熱爐內，但由於鑄機的生產能力限制，生產連鑄坯的數量不能滿足軋機的軋制數量，造成爐尾(預熱段)在每一個循環周期內出現一個裝坯空位。此循環周期大致為連鑄機在熱送線上輸送單根鋼坯的平均周期與軋機軋制單根鋼坯的平均周期的公倍數。在一個循環周期內，柔性生產裝置的工作行程是固定不變的；下一個循環周期內，柔性生產裝置的工作行程為其上一個周期的工作行程加上步進梁的步距(即往復循環N個生產周期後，加熱爐內出現N個裝鋼空位，此時軋機已連續生產2.5h，按生產計劃軋線開始進入小修或換導衛的工作，時間約為0.5h，在這段時間內，柔性生產裝置以鑄機的生產節奏對爐內的裝鋼空位進行依次補齊，其工作行程的規律為Ln= Lih-Lmp當軋線檢修完畢，加熱爐內的空位已經填滿，柔性生產裝置將鑄機生產的熱坯全部裝入爐內，不會造成冷坯的出現，有效地將熱緩衝區設置在加熱爐內，成功解決鑄機與軋機生產節奏不匹配的問題，實現柔性生產。在鑄機停機不供坯或換引錠杆的情況下，乳鋼車間安排設備檢修和換輥換槽等工作，將計劃檢修時間安排在同一時間，實現兩個車間的統一和協調管理。
[0011]本實用新型的結構形式:柔性生產裝置主要由完全相同的2套平移機構、2套升降機構、4根託鋼臂和I套潤滑裝置等構成。每2根託鋼臂組成一個傳動控制單元，共2組，其沿加熱爐中心線對稱布置，分別設有I套平移機構和升降機構對其進行驅動；平移和升降傳動機構均用剛性軸進行連接，確保平移和升降兩組傳動機構能同步動作。平移機構:託鋼臂前進、後退動作採用交流變頻電動機、制動器、圓柱齒輪減速器、齒輪等驅動裝鋼臂下部的齒條來實現。壓輪軸承採用圓錐滾子軸承，齒輪軸承採用調心滾子軸承，聯軸器採用滾珠聯軸器，傳動底座為焊接件，齒輪採用合金鋼；升降機構:託鋼臂上升、下降動作由2隻液壓缸驅動平行四連杆機構帶動支撐輥升降，抬升曲柄軸採用銅合金滑動襯套，支承輥採用圓錐滾子軸承；託鋼臂:託鋼臂為焊接鋼結構，齒條為鍛件，固定在託鋼臂下部；潤滑裝置:軸承和襯套採用集中幹油潤滑，齒輪減速箱採用油浴潤滑，齒條採用油霧潤滑。
[0012]本實用新型的動作順序:熱送線輥道將鋼坯送至爐前等待一裝料懸臂輥道帶動鋼坯入爐沿爐寬方向定位一懸掛式入爐定位推鋼機推正鋼坯，並將鋼坯沿爐長方向按布料圖準確定位一柔性生產裝置託起鋼坯前進將鋼坯送入加熱爐內指定空位，下降將鋼坯放置在加熱爐固定梁上，再後退回原位一加熱爐步進機械帶動活動梁上升託起鋼坯，前進，下降放下鋼坯，後退回原位，周而復始，將鋼坯送至出料端出爐懸臂輥道出爐，進入軋機軋制。
[0013]本實用新型的聯鎖關係:(I)裝料懸臂輥開始裝鋼，步進梁開始上升；(2)懸臂輥裝鋼完畢，推鋼機推正鋼坯並按布料圖準確定位，此時步進梁上升並將上升到位安全信號(I )返回；(3)安全信號(I )確認完畢後，柔性生產裝置開始上升，步進梁開始前進並將前進到位安全信號(II )返回；(4)安全信號(II )確認完畢後，柔性生產裝置開始前進，步進梁開始下降並將下降到位安全信號(III)返回；(5)安全信號(III)確認完畢後，柔性生產裝置開始下降，步進梁開始後退並將後退到位安全信號(IV)返回，此時出料懸臂輥根據軋線的情況可以隨時準備送坯；(6)安全信號(IV)確認完畢後，柔性生產裝置開始後退，此時裝料懸臂輥根據熱送線的情況可以隨時裝爐，進入下一生產循環。
[0014]本實用新型的控制方法:當鋼坯入爐後，定位推鋼機將鋼坯沿爐長方向按布料圖進行推正並定位，即在裝料端確定鋼坯準確的初始位置，由於連鑄機為棒線材軋機提供單一斷面的連鑄坯，因此步進梁的步距設計也是唯一的，這樣鋼坯在爐內的位置也是準確可靠的，即鋼坯在爐內的位置依次為0， L步距，2L.步距，3L.步距，......NL步距， (N+1) L步距，(N+2)L步......(N+n) ，其中N為爐內緩衝鋼坯的數量；N+n為爐內布滿鋼坯的數量，即鋼坯入爐後經過步進梁N+n次循環將鋼坯準確地放在出料懸臂輥道上。柔性生產裝置只有準確無誤的將鋼坯送至爐內指定的緩衝位置，才能保證均熱完畢的鋼坯安全出爐送至軋線，因此要求柔性生產裝置輸送的鋼坯在爐內緩衝區的定位必須絕對真實、可靠、且唯一，不然將出現重大安全事故。針對柔性生產裝置工作行程的控制要求，獨創了一種「多點絕對值認址定位方式」的控制方法用來解決上述問題。託鋼臂上安裝有若干個感應板與爐內緩衝鋼坯的真實位置相對應，即柔性生產裝置的每個循環的工作行程，齒輪箱上安裝有一定數量的檢測元件(數量根據緩衝鋼坯數量而定)，通過接通檢測元件的不同排列組合，可以生成某一緩衝位置的二進位代碼，此代碼具有真實的唯一性，控制系統根據讀入地址代碼校驗託鋼臂的工作行程，精準地控制其停車位置，並將高溫坯料準確無誤的定位在爐內的裝鋼空位，此種控制方法可靠性極高，值得推廣。
[0015]本實用新型的技術優勢:利用柔性生產裝置可以成功解決鑄機與軋機生產節奏的不匹配問題，很好地利用了加熱爐內的空間，將熱緩衝區設置在加熱爐內，緩衝鋼坯在高的爐溫作用下不會降溫，反而有利於升溫，提高了熱裝溫度，鋼坯在加熱爐內僅進行均熱，縮短加熱時間，提高加熱爐產量，且有效降低加熱爐能耗、降低生產成本，提高鋼材產品的市場競爭力；同時熱坯入爐的鋼坯質量好，溫度均勻，從而生產事故減少，成材率極大提高；對於尚碳鋼和合金鋼等鋼種，有利於減少鋼還表面脫碳，提尚廣品質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型柔性生產裝置主視圖。其中，抬升輥裝置1，平行連杆機構2，託鋼臂3，齒輪箱4，冷卻水管捲曲裝置5。
[0017]圖2為本實用新型柔性生產裝置俯視圖。其中，託鋼臂3，冷卻水管捲曲裝置5，升降驅動裝置6，平移驅動裝置7。
[0018]圖3為本實用新型柔性生產裝置A— A剖面。其中，託鋼臂3，平移驅動裝置7，平移驅動同步軸8。
[0019]圖4為本實用新型柔性生產裝置B— B剖面。其中，升降驅動曲柄9，升降同步軸10，升降隨動曲柄11。
[0020]圖5為本實用新型柔性生產裝置感應板布置圖。
[0021]圖6為本發明柔性生產裝置「多點絕對值認址定位方式」二進位代碼圖。
【具體實施方式】
[0022]圖1-圖6為本實用新型的一種【具體實施方式】。
[0023]本實用新型包括抬升輥裝置1、平行連杆機構2、託鋼臂3、齒輪箱4、冷卻水管捲曲裝置5、升降驅動裝置6、平移驅動裝置7、平移驅動同步軸8、升降驅動曲柄9、升降同步軸10、升降隨動曲柄11 ;當鋼坯入爐定位完畢後，升降驅動裝置6驅動升降驅動曲柄9帶動升降同步軸10旋轉，同時安裝在同步軸10上的升降隨動曲柄10，隨著升降同步軸10旋轉一定角度；升降隨動曲柄11與抬升輥裝置I之間通過平行連杆機構2相連接，抬升輥裝置I隨著升降驅動曲柄9旋轉，同時支撐著託鋼臂2進行上升或下降。平移驅動裝置7帶動安裝在平移驅動同步軸8上的齒輪旋轉，齒輪與安裝在託鋼臂3上的齒條相嚙合，實現託鋼臂3的前進或後退。
[0024]抬升輥裝置I採用雙輪緣結構，對託鋼臂3具有支撐及自導向作用；平行連杆機構2的設計是考慮將升降驅動裝置6避開空間緊張區域，便於設備布置及日常檢修，其主要由連杆和螺母組成，可進行長度調節；託鋼臂3採用耐熱鋼板焊接而成，傳動部分採用H型鋼結構，爐內工作部分採用「箱型梁」結構，分為上下兩個型腔，採用水冷方式進行冷卻，下型腔進水，上型腔回水，託鋼臂3與冷卻水管捲曲裝置5連接；齒輪箱4採用「上、中、下箱體」焊接結構，傳動齒輪安裝在中、下箱體之間，壓輪位於上箱體內，採用偏心結構，有利於壓輪及託鋼臂3間的間隙調整，避免出現卡死現象；冷卻水管捲曲裝置5具有自捲曲功能，無需驅動裝置，當託鋼臂3前進時，冷卻水管帶動鏈輪機構旋轉，將配重升起，將動能轉換為重力勢能；當託鋼臂3後退時，配重下降重力勢能轉化為動能，帶動鏈輪機構旋轉，將冷卻水管捲曲在滾筒上。升降驅動裝置6採用液壓缸進行驅動，其底座為焊接結構；平移驅動裝置7由電機、制動器、減速機等組成，其通過聯軸器與平移驅動同步軸8相連接，從而帶動齒輪箱4內的齒輪旋轉，利用齒輪與齒條的嚙合原理，實現了將齒輪的旋轉運動轉變為齒條的直線運動，因齒條固定在託鋼臂3上，從而實現了託鋼臂3的前進與後退；升降驅動曲柄9及升降隨動曲柄11分別由鋼板焊接而成，升降驅動曲柄9的驅動力臂設計長度大於升降隨動曲柄11，充分利用「槓桿原理」，降低了升降驅動裝置6的所需動力，節約了能源輸入；升降同步軸10由合金鋼加工而成，軸上設計有多個鍵槽，經機加工，確保所有鍵槽的直線度，升降驅動曲柄9及升降隨動曲柄11通過鍵固定於軸上，因而所有曲柄在升降驅動裝置6的作用下同時隨軸擺動，保證了動作的一致性。
[0025]本實用新型的控制方法:柔性生產裝置託鋼臂3的升降速度和位置的控制方式採用位移傳感器及接近開關的「主從」控制模式，以位移傳感器為主要檢測元件，參與程序控制，實現鋼坯的「輕拿輕放」，避免對設備的直接衝擊或損壞；接近開關為輔助檢測元件，對執行機構的真實位置進行實際確認，避免假信號的出現導致安全生產事故。柔性生產裝置託鋼臂2的前進和後退採用安裝在齒輪箱傳動齒輪軸端的絕對型編碼器控制其速度及位置，用接近開關對編碼器進行清零，避免累積誤差，並且以「多點絕對值認址定位方式」對託鋼臂3的速度拐點及裝坯位置進行確認，因為感應板直接安裝在託鋼臂3上，所以檢測元件檢測的是託鋼臂3的實際位置並將其生成二進位代碼返回控制系統進行確認，從而保證了柔性生產裝置填補裝鋼空位的工作行程準確可靠且唯一。
【權利要求】
1.一種實現將高溫鑄坯按序直接裝爐柔性生產裝置，其特徵在於，包括抬升輥裝置、平行連杆機構、託鋼臂、齒輪箱、冷卻水管捲曲裝置、升降驅動裝置、平移驅動裝置、平移驅動同步軸、升降驅動曲柄、升降同步軸、升降隨動曲柄；升降驅動裝置(6)通過銷軸與升降驅動曲柄(9)相連接；升降驅動曲柄(9)及升降隨動曲柄(11)通過鍵與升降同步軸(10)相連接；平行連杆機構⑵通過銷軸與升降隨動曲柄(11)及抬升輥裝置⑴相連接；託鋼臂(3)放置在抬升輥裝置(I)上，隨抬升輥裝置(I)進行上升或下降；平移驅動裝置(7)與平移驅動同步軸(8)相連接；平移驅動同步軸(8)與齒輪箱(4)內的傳動齒輪通過鍵相連接；齒輪箱(4)內的傳動齒輪與託鋼臂(3)下部的齒條相嚙合；冷卻水捲曲裝置(5)中的橡膠軟管與託鋼臂(3)上的冷卻水管相連接。
2.根據權利要求1所述的柔性生產裝置，其特徵在於，抬升輥裝置(I)採用雙輪緣結構。
3.根據權利要求1所述的柔性生產裝置，其特徵在於，託鋼臂(3)採用耐熱鋼板焊接而成，傳動部分採用H型鋼結構，爐內工作部分採用「箱型梁」結構，分為上下兩個型腔，託鋼臂⑶與冷卻水管捲曲裝置(5)連接；齒輪箱(4)採用「上、中、下箱體」焊接結構，傳動齒輪安裝在中、下箱體之間，壓輪位於上箱體內，採用偏心結構。
4.根據權利要求1所述的柔性生產裝置，其特徵在於，平移驅動裝置(7)由電機、制動器、減速機組成，其通過聯軸器與平移驅動同步軸(8)相連接。
5.根據權利要求1所述的柔性生產裝置，其特徵在於，升降驅動曲柄(9)及升降隨動曲柄(11)分別由鋼板焊接而成，升降驅動曲柄(9)的驅動力臂設計長度大於升降隨動曲柄(11)，升降同步軸(10)由合金鋼加工而成，軸上設計有多個鍵槽，升降驅動曲柄(9)及升降隨動曲柄(11)通過鍵固定於軸上。
【文檔編號】B21B1/46GK204262052SQ201420740020
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年11月28日 優先權日:2014年11月28日
【發明者】張福明, 侯俊達, 王惠家, 苗為人, 陳迪安, 陳國海, 沈鑫, 吳小冬, 王睿昊, 汪小龍, 江波, 蹇軍強, 高文葆, 程楊, 解長舉, 劉學民, 劉燕燕, 高星, 江京臣, 戚開民 申請人:北京首鋼國際工程技術有限公司