CN111829350A - 一种合金冶炼炉开炉机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开炉设备技术领域，尤指一种合金冶炼炉开炉机器人，所述开炉机器人包括有车体、开眼模组、助燃助流模组、封堵模组、液压模组、采集模组和控制模组，其中，所述采集模组包括有电子尺、拉力传感器、动态扭矩传感器、绝对值编码器和工业相机。本发明可以消除现场开炉的安全隐患，降低劳动力成本，同时还解决了现场人员无法准确判断开炉过程各个状态的难题。

Description

一种合金冶炼炉开炉机器人

技术领域

本发明涉及开炉设备技术领域，尤指一种合金冶炼炉开炉机器人。

背景技术

硅锰、硅铁合金冶炼矿热炉在冶金行业非常众多，当前普遍采用开炉机实现开眼、堵眼，在冶炼流体流出过程中出现的熔渣经常堵流，为了保证冶炼流体正常流出，目前大多采用人工助流的形式，采用长钢钎对炉眼进行往复抽拉，由于炉内高温金属液态流出，为保证人员安全，必须在远离炉口一定距离操作，来保证相对的安全性，而长距离的拖拽、抽拉动作需要多人共同完成，导致目前炉前工作人员在众多，给企业带来了很高的运营成本。

在开炉过程中，为了保证钻头不被高温液体直接损坏或者避免开眼机行程走完仍然没有炼流体流出，目前开炉现场采用铁管对炉眼内供氧，使炉眼内高温区域逐步融化至液态流出，由于该操作过程在不足10cm的孔内进行，当氧气进入后，高温区域瞬间融化、燃烧会导致炼流体喷射式的向外溅射，对操作人员非常不安全，很容易造成人员受伤事故，给厂内安全生产带来了很多不可控因素。

硅锰、硅铁合金冶炼矿热炉现场，由于在金属液态情况下很难避免部分直接凝固成粉末状，以浮尘形式存在于冶炼矿热炉周边，每次开炉过程人员需长时间在冶炼矿热炉周边工作，大量的金属粉末吸入会导致人员职业病。

因此，在硅锰、硅铁合金冶炼矿热炉现场亟需有一种可以代替现场操作工人的设备。

经检索，专利申请号为201010180190.1，公开了一种电热炼矿炉开堵眼机,它主要由行走机构(1)、开眼机构(3)、堵眼机构(4)组成；它还有中线调整机构,轨台(6)和推动油缸(9)安装在机座(2)上,滚轮座(8)安装在中线调整座板(10)底部,二组滚轮(7)通过中轴安装在滚轮座(8)上,推动油缸(9)的活塞杆与滚轮座(8)相连,托架19通过滑轨安放在中线调整座板(10)上。

然而，该开堵眼机没有对开眼机构(3)、堵眼机构(4)进行说明，公开不充分；而且，该开堵眼机没有设置助流机构和炉眼内供氧机构，没法克服人工助流、人工对炉内供氧等缺陷。

发明内容

为此，本发明的主要目的在于提供一种合金冶炼炉开炉机器人，所述开炉机器人通过远程操作实现了整个开炉过程，无需现场人员开炉，消除安全隐患。

本发明的又一目的在于提供一种合金冶炼炉开炉机器人，所述开炉机器人能对现场设备运行状态进行实时采集、判断，解决了现场人员无法准确判断状态的问题。

本发明的另一目的在于提供一种合金冶炼炉开炉机器人，所述开炉机器人减少了大量现场人员的工作，降低劳动力成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种合金冶炼炉开炉机器人，其特征在于所述开炉机器人包括有车体、开眼模组、助燃助流模组、封堵模组、液压模组、采集模组和控制模组，

所述车体，用于装设所述封堵模组、开眼模组、助燃助流模组、控制箱、液压模组；

所述开眼模组，用于打开炉眼，实现炉内液态金属外流；

所述助燃助流模组，用于改变开眼后出现外流停止、不畅等现象；

所述封堵模组，用于实现对已打开的炉眼进行封堵，以保证后续的熔炼工作正常；

所述采集模组，用于多种类型数据的采集并准确的向所述控制模组传输和反馈采集到的数据；

所述液压模组，用于实现整个开炉机器人设备的全部动作驱动；

所述控制模组，用于对所述采集模组采集到的数据进行分析、判断以及控制所述液压模组的动作驱动；

其中，所述采集模组包括有电子尺、拉力传感器、动态扭矩传感器、绝对值编码器和工业相机，所述控制模组与所述电子尺、拉力传感器、动态扭矩传感器、绝对值编码器、工业相机连接。

进一步，所述开眼模组包括第一液压马达、移动小车、凿岩机、第一支撑轨道、钻杆和钻头，所述移动小车设置在所述第一支撑轨道上，所述第一液压马达的输出端与移动小车连接；

所述凿岩机设置在所述移动小车上，所述凿岩机的输出端通过钻杆与钻头连接。

进一步，所述助燃助流模组包括有第二液压马达、第三液压马达、供钎机构、一级支撑轨道、二级支撑轨道、一级小车和钎杆小车，

所述一级小车滑动设置在所述一级支撑轨道上，所述二级支撑轨道安设在一级小车上，所述第二液压马达的输出端与一级小车连接，所述第三液压马达的输出端与钎杆小车连接；

所述钎杆小车上设有钎杆，所述二级支撑轨道设有与所述钎杆对应的钎杆支撑件。

进一步，所述助燃助流模组还包括氧管和摩擦送钎组件，所述摩擦送钎组件设置在所述二级支撑轨道上，所述氧管设置所述摩擦送钎组件。

进一步，所述封堵模组包括推进油缸、第二支撑轨道、堵眼机和滑轨，所述推进油缸设置在所述第二支撑轨道内，所述滑轨滑动设置在所述第二支撑轨道上，所述推进油缸的输出端与所述第二支撑轨道的连接，所述堵眼机设置在所述滑轨上。

进一步，所述控制模组包括控制箱和远端上位机，所述控制箱设有主动芯片，所述主动芯片为ST32系列的芯片，所述主动芯片与远端上位机通过工业环网实现TCP/I P进行通讯；

所述主动芯片采用定时器短间隔触发，命令回复帧闭锁方式，避免延时导致的误动作。

本发明的有益效果在于：

本发明包括有车体、开眼模组、助燃助流模组、封堵模组、液压模组、采集模组和控制模组，所述控制模组包括控制箱和远端上位机，所述控制箱设有主动芯片，所述主动芯片与远端上位机通过工业环网实现TCP/I P进行通讯；通过远端上位机就可以控制整个开炉工作，无需现场人员来参与开炉过程，减降低劳动力成本，同时解决了现场开炉人员的工伤和职业病的问题，消除现场开炉的安全隐患。

本发明设有电子尺、拉力传感器、动态扭矩传感器、绝对值编码器和工业相机，能对现场设备运行状态进行实时采集、判断，解决了现场人员无法准确判断开炉过程各个状态的难题。

附图说明

图1是本发明各模组的连接示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明另一角度的结构示意图。

图4是本发明助燃助流模组的结构示意图。

图5是本发明开眼模组的结构示意图。

图6是本发明封堵模组的俯视图。

图7是本发明封堵模组的结构示意图。

图8是本发明在使用时的示意图。

附图标号说明：

1.液压模组；2.钎杆；3.钻头；4.导泥筒；5.车体；6.控制箱；7.钎杆支撑件；8.二级支撑轨道；9.一级支撑轨道；10.钎杆小车；11.一级小车；12.凿岩机；13.钻杆；14.移动小车；15.第一支撑轨道；16.推进油缸；17.推泥油缸；18.第二支撑轨道；19.滑轨；20.炉眼；21.导向杆；22.供钎组件；23.摩擦送钎组件。

具体实施方式

请参阅图1-8所示，本发明关于一种合金冶炼炉开炉机器人，所述开炉机器人包括有车体5、开眼模组、助燃助流模组、封堵模组、液压模组1、采集模组和控制模组，

所述车体5，用于装设所述封堵模组、开眼模组、助燃助流模组、控制箱6、液压模组1；

所述开眼模组，在炉内熔炼达到可以开炉的条件时，使用开眼模组打开炉眼20，实现炉内液态金属外流；

所述助燃助流模组，用于改变开眼后出现外流停止、不畅等现象；

所述封堵模组，用于实现对已打开的炉眼20进行封堵，以保证后续的熔炼工作正常；

所述采集模组，用于多种类型数据的采集并准确的向所述控制模组传输和反馈采集到的数据；

所述液压模组1，用于实现整个开炉机器人设备的全部动作驱动；

所述控制模组，用于对所述采集模组采集到的数据进行分析、判断以及控制所述液压模组1的动作驱动；

其中，所述采集模组包括有电子尺、拉力传感器、动态扭矩传感器、绝对值编码器和工业相机，所述控制模组与所述电子尺、拉力传感器、动态扭矩传感器、绝对值编码器、工业相机连接；在本申请中采用了高精度电子尺、大量程拉力传感器、动态扭矩传感器、绝对值编码器等电子反馈传感器，同步辅助了工业相机，实现传感器与视觉的混合定位方式，确保了定位的准确性。

在本实施例中，所述开眼模组包括第一液压马达、移动小车14、凿岩机12、第一支撑轨道15、钻杆13和钻头3，所述移动小车14设置在所述第一支撑轨道15上，所述第一液压马达的输出端与移动小车14连接；

所述凿岩机12设置在所述移动小车14上，所述凿岩机12的输出端通过钻杆13与钻头3连接；

在上述方案中，开眼前，首先启动凿岩机12旋转冲击动作，凿岩机12固定于移动小车14上，随小车一起运动，使用第一液压马达旋转带动移动小车14沿第一支撑轨道15前进，实现对炉眼20的打开；

所述绝对值编码器安装在第一液压马达的输出轴上，在开眼过程中实时反馈移动小车14的速度，按照实际现场测试数据，将开眼过程分为四个阶段，第一段为空行程，第二段为胶土部分，第三段为金属凝固部分，第四段为金属液态部分，当小车带动凿岩机12向前移动时，在第一段空行程内速度较快，当从第一段进入第二段胶土部分时，前进速度会出现下降，当从第二段胶土部分进入第三段金属凝固部分时，前进速度会再次下降，而从第三段金属凝固部分进入第四段金属液态部分时，前进速度会发生较大的增加变化，所述控制模组实时采集所述绝对值编码器的数据，并记录、判断，实现对是否开眼成功做出判断。

在本实施例中，所述助燃助流模组包括有第二液压马达、第三液压马达、供钎机构、一级支撑轨道9、二级支撑轨道8、一级小车11和钎杆小车10，

所述一级小车11滑动设置在所述一级支撑轨道9上，所述二级支撑轨道8安设在一级小车11上，所述第二液压马达的输出端与一级小车11连接，所述第三液压马达的输出端与钎杆小车10连接；

所述钎杆小车10上设有钎杆2，所述二级支撑轨道8设有与所述钎杆2对应的钎杆支撑件7；所述助燃助流模组还包括供钎组件22，所述供钎组件22用于存放所述钎杆2；

所述助燃助流模组还包括氧管和摩擦送钎组件23，所述摩擦送钎组件23设置在所述二级支撑轨道8上，所述氧管设置所述摩擦送钎组件23；

在上述方案中，所述助燃助流模组主要实现通氧助燃、钢钎助流，即，在开眼后出现外流停止、不畅等现象时，实现对这类情况进行改善的措施，助燃主要是在开眼结束后，出现金属液体不外流的情况下使用，助流主要是在金属液体外流减小时进行；具体为：

助燃前，二级支撑轨道8从防护门观察孔进入至炉眼20外1.5米处，将氧管放入摩擦送钎组件23内，氧管前端基本到达炉眼20位置，控制夹紧后，通过转动摩擦轮组实现对氧管的前送，通过第二液压马达转速调整或间歇性控制实现对氧管送入长度的控制，通过视频观察炉眼20金属液体流出情况，并判断是否完成助燃；

助流前，二级支撑轨道8从防护门观察孔进入至炉眼20外1.5米处，将钎杆2放入钎杆小车10内，钎杆2前端基本到达炉眼20位置，控制夹紧后，通过第三液压马达旋转带动钎杆小车10前后运动，实现往复抽拉，完成助流，同时通过视频观察炉眼20金属液体流出情况，并判断助流效果。

在本实施例中，所述封堵模组包括推进油缸16、第二支撑轨道18、堵眼机和滑轨19，所述推进油缸16设置在所述第二支撑轨道18内，所述滑轨19滑动设置在所述第二支撑轨道18上，所述推进油缸16的输出端与所述第二支撑轨道18的连接，所述堵眼机设置在所述滑轨19上，其中，所述堵眼机由推泥油缸17和导泥筒4组成，所述拉力传感器设置在所述推进油缸16的尾部；

在上述方案中，所述封堵模组主要实现在金属液体外流量达到要求或内部无熔化的金属液体时，实现对打开的炉眼20进行封堵，以保证后续的熔炼工作正常；

封堵炉眼20时，先控制推进油缸16向炉眼20位置运动，当导泥筒4前端进入炉眼20时，继续前进，导泥筒4与炉体接触，产生向后的反作用力，该反作用力可被尾部安装的拉力传感器实时采集，当反作用力达到2T时，控制电路自动切断推进油缸16对应的阀体，停止推进，推泥油缸17开始工作，将导泥筒4内部预装的胶泥打入炉眼20内部，封堵20分钟后退出；需要说明的是上述的控制电路指的是受所述控制模组控制而对所述推进油缸16进行驱动的电路，该电路不是本申请的保护点，故不再对其进行赘述。

在本实施例中，所述控制模组包括控制箱6和远端上位机，所述控制箱6设有主动芯片，所述主动芯片为ST32系列的芯片，所述主动芯片与远端上位机通过工业环网实现TCP/I P进行通讯；

所述主动芯片采用定时器短间隔触发，命令回复帧闭锁方式，避免延时导致的误动作；

所述主动芯片共计涉及触点信号32路，模拟信号采集2路，RS485通讯节点5个，TCP/I P通讯3路，涉及视频拍摄2处，涵盖了数字信号处理、模拟信号处理、视频流处理等多领域内容，保证了开炉机器人设备功能的实现。

在本实施例中，按照现场实际数据，设计整个车体5长度不大于6米，车宽可适应现场已有轨道运行参数，车体5到达工作位，前部外悬长度可满足使用要求，且不与炉眼20延伸段干涉；

水平移动范围1.2m，两端模组中心距小于1m，，有效预留200mm，保证可在有效行程内实现所有动作；

本发明整体驱动采用液压方式，共计涉及液压回路不小于14路，保压压力设计14Mpa，最大流量70L/mi n，采用37KW电机、二级齿轮泵，设计邮箱容量200L；

本发明整体共计涉及运动机构20组，实现了整车前进后退、整车制动、模组整体平移、模组分级运行、模组错位摆放、机构往复运动、旋转、冲击等动作，实现了整个开炉过程的动作覆盖。

按照工作流程梳理如下：

整车前进，在车体5前方安装有导向运动的导向杆21，导向杆21尾端安装有到位传感器，当整车前进至工作位时，导向杆21被前端顶住向后移动，尾部传感器响应，自动切断前进电机正向电源，停止前进；

模组整体水平移动，所述控制模组实时反馈当前油缸伸出距离，当到达预设的工作位置后，自动切断水平油缸控制信号，同时，正前方视频区域内标定位到达固定区域；

凿岩机12开始启动，小车前进，绝对值编码器数据开始实时采集，当绝对值编码器出现超过阈值的增速变化时，判断为看眼完成，凿岩机12自动退回至初始位，此时视频内有炉眼20发亮特征出现；

助燃过程，摩擦送钎组件23开始自动送入氧管，视频实时显示当前炉眼20外流情况，当出现金属液体外流正常时，停止助燃；

助流过程，送钎小车通过第三液压马达马达转速、转向控制实现往复运动，实现对炉眼20内部炉渣的外输，帮助金属液体外流，依据视频判断外流情况是否到达要求；

封堵炉眼20，封堵模组先通过预设值运行到封堵位置，模组整体向前运动，当模组反作用力达到2T(或者其他预设值时)，自动切断推进油缸16控制信号，停止推进，推泥油缸17开始前进，按照所述控制模组中的定时器计时方式，实现20分钟持续封堵；

整体开炉工作完成，解除轨道夹紧，整车向后退出，根据视频信息判断当前退出位置，各模组返回初始位置，传感器校零。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种合金冶炼炉开炉机器人，其特征在于所述开炉机器人包括有车体、开眼模组、助燃助流模组、封堵模组、液压模组、采集模组和控制模组，

所述车体，用于装设所述封堵模组、开眼模组、助燃助流模组、控制箱、液压模组；

所述开眼模组，用于打开炉眼，实现炉内液态金属外流；

所述助燃助流模组，用于改变开眼后出现外流停止、不畅等现象；

所述封堵模组，用于实现对已打开的炉眼进行封堵，以保证后续的熔炼工作正常；

所述采集模组，用于多种类型数据的采集并准确的向所述控制模组传输和反馈采集到的数据；

所述液压模组，用于实现整个开炉机器人设备的全部动作驱动；

所述控制模组，用于对所述采集模组采集到的数据进行分析、判断以及控制所述液压模组的动作驱动；

其中，所述采集模组包括有电子尺、拉力传感器、动态扭矩传感器、绝对值编码器和工业相机，所述控制模组与所述电子尺、拉力传感器、动态扭矩传感器、绝对值编码器、工业相机连接。

2.根据权利要求1所述的一种合金冶炼炉开炉机器人，其特征在于所述开眼模组包括第一液压马达、移动小车、凿岩机、第一支撑轨道、钻杆和钻头，所述移动小车设置在所述第一支撑轨道上，所述第一液压马达的输出端与移动小车连接；

所述凿岩机设置在所述移动小车上，所述凿岩机的输出端通过钻杆与钻头连接。

3.根据权利要求2所述的一种合金冶炼炉开炉机器人，其特征在于所述助燃助流模组包括有第二液压马达、第三液压马达、供钎机构、一级支撑轨道、二级支撑轨道、一级小车和钎杆小车，

所述一级小车滑动设置在所述一级支撑轨道上，所述二级支撑轨道安设在一级小车上，所述第二液压马达的输出端与一级小车连接，所述第三液压马达的输出端与钎杆小车连接；

所述钎杆小车上设有钎杆，所述二级支撑轨道设有与所述钎杆对应的钎杆支撑件。

4.根据权利要求3所述的一种合金冶炼炉开炉机器人，其特征在于所述助燃助流模组还包括氧管和摩擦送钎组件，所述摩擦送钎组件设置在所述二级支撑轨道上，所述氧管设置所述摩擦送钎组件。

5.根据权利要求4所述的一种合金冶炼炉开炉机器人，其特征在于所述封堵模组包括推进油缸、第二支撑轨道、堵眼机和滑轨，所述推进油缸设置在所述第二支撑轨道内，所述滑轨滑动设置在所述第二支撑轨道上，所述推进油缸的输出端与所述第二支撑轨道的连接，所述堵眼机设置在所述滑轨上。

6.根据权利要求5所述的一种合金冶炼炉开炉机器人，其特征在于所述控制模组包括控制箱和远端上位机，所述控制箱设有主动芯片，所述主动芯片为ST32系列的芯片，所述主动芯片与远端上位机通过工业环网实现TCP/IP进行通讯；

所述主动芯片采用定时器短间隔触发，命令回复帧闭锁方式，避免延时导致的误动作。

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