一种自动加料系统及溜槽随动控制方法与流程

1.本发明涉及自动出钢技术领域，具体而言，涉及一种自动加料系统及溜槽随动控制方法。


背景技术：

2.随着智能制造项目在炼钢厂不断推进，转炉自动出钢技术在炼钢厂已逐步得到应用。
3.目前自动出钢主要包含转炉和溜槽两个装置，转炉和溜槽分别用于向钢包车的钢包内加入钢水和合金，而炼钢厂自动出钢合金加料存在的问题是：在钢包车移动的过程中，现有的溜槽只能通过合金工人通过观察钢包车的位置对溜槽进行人工旋转，旋转定位精度较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的包括，例如，提供了一种自动加料系统，其能够提升溜槽的旋转定位精度。
5.本发明的目的还包括，提供了一种溜槽随动控制方法，其能够提升溜槽的旋转定位精度。
6.本发明的实施例可以这样实现：
7.本发明的实施例提供了一种自动加料系统，其包括转炉支撑基础、转炉、溜槽、承载有钢包的钢包车、驱动装置、位置检测装置、角度检测装置以及控制器；
8.所述转炉和所述溜槽分别转动设置于所述转炉支撑基础上，所述转炉用于向所述钢包内加入钢水，所述溜槽用于向所述钢包内加入合金；
9.所述驱动装置与所述溜槽传动连接；
10.所述位置检测装置设置于钢包车轨道上，用于检测所述钢包车的位置信息；
11.所述角度检测装置设置于所述溜槽旋转机构上，用于检测所述溜槽的初始旋转角度；
12.所述驱动装置、所述位置检测装置、所述角度检测装置均与所述控制器电连接；
13.所述控制器用于根据所述钢包车的位置信息、所述溜槽的初始旋转角度以及所述溜槽在水平面的投影线的长度计算所述溜槽随所述钢包车移动所需要达到的目标旋转角度；
14.所述控制器用于控制所述驱动装置运行以带动所述溜槽由所述初始旋转角度转动至所述目标旋转角度；
15.其中，所述初始旋转角度和所述目标旋转角度均为所述溜槽在水平面的投影的长度方向与所述钢包车移动方向的夹角。
16.可选的，所述钢包的顶部敞口设置，所述钢包的顶部敞口内设置有加料区域，所述钢包底部设置有吹氩孔和水口，所述加料区域靠近所述吹氩孔在所述钢包顶部的投影区
域；
17.所述控制器控制所述驱动装置运行以驱使所述溜槽转动至所述溜槽的出料口朝向所述加料区域。
18.可选的，所述钢包的底壁包括第一耐火砖和第二耐火砖，所述第一耐火砖位于钢包的底壁的中部，所述第二耐火砖沿所述第一耐火砖的周向设置，所述第一耐火砖的厚度大于所述第二耐火砖的厚度，所述加料区域与所述第一耐火砖位置匹配。
19.可选的，所述控制器包括变频器，所述变频器与所述驱动装置电连接，以控制所述溜槽的转速。
20.可选的，所述驱动装置包括电机和减速机，所述变频器、所述电机和所述减速机依次连接，所述减速机与所述溜槽传动连接。
21.可选的，所述位置检测装置包括激光位置检测装置，所述激光位置检测装置与所述控制器电连接，用于实时检测所述钢包车的位置。
22.可选的，所述角度检测装置包括编码器检测装置，所述编码器检测装置与所述控制器电连接，用于检测所述溜槽的初始旋转角度。
23.本发明的实施例还提供了一种溜槽随动控制方法，应用于上述的自动加料系统。
24.所述溜槽随动控制方法包括：
25.获取所述钢包车移动时所述位置检测装置检测的所述钢包车的位置信息、所述角度检测装置检测的所述溜槽的初始旋转角度以及所述溜槽在水平面的投影线的长度；
26.根据所述钢包车的位置信息、所述溜槽的初始旋转角度以及所述溜槽在水平面的投影线的长度计算所述溜槽随所述钢包车移动所需要达到的目标旋转角度；
27.控制所述驱动装置运行以带动所述溜槽由所述初始旋转角度转动至所述目标旋转角度；
28.其中，所述初始旋转角度和所述目标旋转角度均为所述溜槽在水平面的投影的长度方向与所述钢包车移动方向的夹角。
29.可选的，所述根据所述钢包车的位置信息、所述溜槽的初始旋转角度以及所述溜槽在水平面的投影线的长度计算所述溜槽随所述钢包车移动所需要达到的目标旋转角度的步骤包括：
30.获取所述钢包车移动时所述位置检测装置检测的所述钢包车的第一位置信息和第二位置信息、所述角度检测装置检测的所述溜槽的初始旋转角度以及所述溜槽在水平面的投影线的长度；
31.根据以下计算式计算所述溜槽随所述钢包车移动所需要达到的目标旋转角度：
32.θ2＝arccos((h2-h1)/l cosθ1)；
33.其中，θ1表示溜槽的初始旋转角度，θ2表示溜槽的目标旋转角度，h1表示第一位置信息，h2表示第二位置信息，l表示溜槽在水平面的投影线的长度。
34.可选的，所述控制器包括变频器，所述变频器与所述驱动装置电连接，以控制所述溜槽的转速；
35.所述控制所述驱动装置运行以带动所述溜槽由初始旋转角度转动至目标旋转角度的步骤包括：
36.控制所述驱动装置运行以带动所述溜槽由初始旋转角度匀速转动至目标旋转角
度。
37.本发明实施例的自动加料系统及溜槽随动控制方法的有益效果包括，例如：在钢包车的移动过程中，利用位置检测装置实时检测钢包车的位置，并将钢包车的位置信息发送至控制器；利用角度检测装置检测溜槽的初始旋转角度，并将该初始旋转角度发送至控制器；控制器根据钢包车的位置信息、溜槽的初始旋转角度以及溜槽在水平面的投影线的长度计算得到溜槽的目标旋转角度后，控制驱动装置运行以带动溜槽由初始旋转角度转动至目标旋转角度，从而使得溜槽随钢包车的移动而转动，对溜槽的转动角度进行了精确定位，从而使得溜槽内的合金能够准确地加入到钢包内。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
39.图1为本技术实施例中用于展示溜槽与钢包车位置关系的俯视图；
40.图2为本技术实施例中用于展示溜槽由初始旋转角度转动至目标旋转角度的俯视图；
41.图3为本技术实施例中钢包的俯视图；
42.图4为溜槽随动控制方法中步骤s100-s300的流程图；
43.图5为溜槽随动控制方法中子步骤s210-s220的流程图；
44.图6为溜槽随动控制方法中子步骤s310的流程图。
45.图标：100-溜槽；200-钢包车；210-钢包；211-加料区域；212-吹氩孔；213-水口；214-第一耐火砖；215-第二耐火砖；300-位置检测装置。
具体实施方式
46.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
47.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
49.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
50.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
51.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
52.本技术的发明人发现，在钢包车移动的过程中，现有的溜槽只能通过合金工人通过观察钢包车的位置对溜槽进行人工旋转，旋转定位精度较差，因此，本实施例提供了一种自动加料系统及溜槽随动控制方法，至少用以解决上述的技术问题。
53.请参考图1-图3，本实施例提供的自动加料系统包括转炉支撑基础、转炉、溜槽100、承载有钢包210的钢包车200、驱动装置、位置检测装置300、角度检测装置以及控制器；转炉和溜槽100分别转动设置于转炉支撑基础上，转炉用于向钢包210内加入钢水，溜槽100用于向钢包210内加入合金；驱动装置与溜槽100传动连接；位置检测装置300设置于钢包车轨道上，用于检测钢包车200的位置信息；角度检测装置设置于溜槽旋转机构上，用于检测溜槽100的初始旋转角度；驱动装置、位置检测装置300、角度检测装置均与控制器电连接。
54.控制器用于根据钢包车200的位置信息、溜槽100的初始旋转角度以及溜槽100在水平面的投影线的长度计算溜槽100随钢包车200移动所需要达到的目标旋转角度；控制器用于控制驱动装置运行以带动溜槽100由初始旋转角度转动至目标旋转角度；其中，初始旋转角度和目标旋转角度均为溜槽100在水平面的投影的长度方向与钢包车200移动方向x的夹角；溜槽100在水平面的投影线的长度溜槽100的顶端可转动地设置于转炉支撑基础上，且转炉支撑基础上设置有溜槽旋转机构，溜槽旋转机构为齿轮传动机构，溜槽100通过该齿轮传动机构实现以溜槽100的顶端为转动中心在水平面上进行转动，以使溜槽100的底端对准钢包210。
55.需要说明的是，钢包车200朝向转炉移动，钢包车200逐渐靠近转炉的过程中，转炉向下转动的旋转角度越大；转炉上也设置有角度检测装置，用于检测转炉转动的旋转角度；转炉的旋转角度与钢包车200的位置信息之间具有以下关系：每个转炉的旋转角度对应钢包车200的一个位置信息，当控制器控制转炉旋转到设定旋转角度时，控制器控制钢包车200移动，位置检测装置300实时检测钢包车200的位置，当钢包车200到达与转炉的设定旋转角度相对应的位置时，位置检测装置300发送反馈信号至控制器，控制器控制钢包车200停止移动；可以理解的是，转炉上设置有用于驱动转炉转动的驱动件，钢包车200上设置有驱动钢包车200移动的驱动件，该两个驱动件均与控制器电连接，控制器通过分别控制该两个驱动件运行以驱动转炉转动以及驱动钢包车200移动，钢包车200上的驱动件驱使钢包车200在钢包车轨道上移动。
56.在转炉转动、钢包车200随转炉的转动同步移动过程中，利用位置检测装置300实时检测钢包车200的位置，并将钢包车200的位置信息发送至控制器；利用角度检测装置检测溜槽100的初始旋转角度，并将该初始旋转角度发送至控制器；控制器根据钢包车200的位置信息、溜槽100的初始旋转角度以及溜槽100在水平面的投影线的长度计算得到溜槽100的目标旋转角度后，控制驱动装置运行以带动溜槽100由初始旋转角度转动至目标旋转角度，从而使得溜槽100随钢包车200的移动而转动，对溜槽100的转动角度进行了精确定位，从而使得溜槽100内的合金能够准确地加入到钢包210内。
57.本实施例中，钢包210顶部敞口设置，钢包210顶部敞口内设置有加料区域211，加料区域211为图中示出的椭圆形区域；钢包210的底部设置有吹氩孔212，加料区域211靠近
吹氩孔212在钢包210顶部的投影区域；控制器控制驱动装置运行以驱使溜槽100转动至溜槽100的出料口朝向加料区域211。
58.需要指出的是，钢包210底部的吹氩孔212接通氩气管路，氩气管路用于向钢包210内吹送氩气，形成由下至上的氩气流通路径；而吹氩孔212在钢包210顶部的投影区域靠近加料区域211，溜槽100在向该加料区域211加入合金的过程中，合金的加入路径与氩气流通路径相反，能够加快合金融化。
59.另外，钢包210的底壁包括第一耐火砖214和第二耐火砖215，第一耐火砖214位于钢包的底壁的中部，第二耐火砖215沿第一耐火砖214的周向设置，第一耐火砖214的厚度大于第二耐火砖215的厚度，加料区域211与第一耐火砖214位置匹配。
60.加料区域211与第一耐火砖214位置匹配，在溜槽100向该加料区域211加入合金的过程中，大部分合金冲击第一耐火砖214，而第一耐火砖214相较于第二耐火砖215的厚度更厚，耐冲击性更佳；并且，由于加料区域211位于钢包210顶部敞口的中部，能够在一定程度上避免加入的合金对钢包210的内侧壁产生较大的冲击，减轻对钢包210的损伤。
61.另外，钢包210的底部还设置有水口213，水口213在钢包顶部的投影区域位于加料区域211的一侧，钢包210内的钢水通过该水口213排出；可选的，水口213处设置有滑板机构，在需要排出钢水时，通过油缸控制滑板机构移动，打开水口213，钢水则从水口213流出进行浇钢，而无需浇钢时，通过油缸控制滑板机构移动，封闭水口213即可；水口213与加料区域211错位设置能够在一定程度上避免合金堵塞水口213。
62.另外，控制器包括变频器，变频器与驱动装置电连接，以控制溜槽100的转速。
63.在控制器控制驱动装置运行以带动溜槽100由初始旋转角度转动至目标旋转角度的过程中，变频器能够使得溜槽100的转速，提升溜槽100转动的稳定性和可控性。
64.进一步的，驱动装置包括电机和减速机，变频器、电机和减速机依次连接，减速机与溜槽100传动连接。
65.本实施例中，控制器与电机电连接，控制器控制电机运行，电机带动减速机运行以使溜槽100转动。
66.可选的，位置检测装置300包括激光位置检测装置300，激光位置检测装置300与控制器电连接，用于实时检测钢包车200的位置。
67.可以理解的是，激光位置检测装置300可以是激光位置检测仪或激光位置检测器，该激光位置检测仪或激光位置检测器用于实时检测钢包车200的位置，能够达到较为精确的检测效果。
68.可选的，角度检测装置包括编码器检测装置，编码器检测装置与控制器电连接，用于检测溜槽100的初始旋转角度。
69.可以理解的是，该编码器检测装置为角度检测编码器，该角度检测编码器用于检测溜槽100的初始旋转角度。
70.本实施例也提供了一种溜槽100随动控制方法，应用于上述的自动加料系统。
71.请参阅图4-图6，该溜槽100随动控制方法包括：
72.步骤s100、获取钢包车200移动时位置检测装置300检测的钢包车200的位置信息、角度检测装置检测的溜槽100的初始旋转角度以及溜槽100在水平面的投影线的长度。
73.需要说明的是，如前述，钢包车200的位置信息与转炉的旋转角度相对应，在转炉
的设定旋转角度确定后，控制钢包车200移动至与转炉的设定旋转角度相对应的位置，随后控制溜槽100转动至溜槽100的出料口朝向加料区域211，此时溜槽100的旋转角度为初始旋转角度；溜槽100在水平面的投影线的长度为存储于控制器内的固定参数。
74.步骤s200、根据钢包车200的位置信息、溜槽100的初始旋转角度以及溜槽100在水平面的投影线的长度计算溜槽100随钢包车200移动所需要达到的目标旋转角度。
75.此步骤中，钢包车200的位置信息由位置检测装置300实时检测，溜槽100的初始旋转角度和溜槽100在水平面的投影线的长度由步骤s100获得，根据该钢包车200的位置信息、溜槽100的初始旋转角度以及溜槽100在水平面的投影线的长度计算目标旋转角度。
76.进一步的，步骤s200包括：
77.子步骤s210、获取钢包车200移动时位置检测装置300检测的钢包车200的第一位置信息和第二位置信息、角度检测装置检测的溜槽100的初始旋转角度以及溜槽100在水平面的投影线的长度。
78.需要指出的是，转炉在转动的过程中具有多个设定旋转角度，例如，设定转炉在转动的过程中具有两个设定旋转角度，分别为第一设定旋转角度和第二设定旋转角度；钢包车200移动至与转炉的第一设定旋转角度相对应的位置设定为第一位置，在钢包车200到达该第一位置时，位置检测装置300将该第一位置信息发送至控制器；钢包车200继续移动至与转炉的第二设定旋转角度相对应的位置设定为第二位置，在钢包车200到达该第二位置时，位置检测装置300将该第二位置信息发送至控制器；溜槽100的初始旋转角度为钢包车200移动至第一位置时溜槽100朝向加料区域211时的旋转角度，溜槽100的目标旋转角度为钢包车200移动至第二位置时溜槽100朝向加料区域211时的旋转角度。
79.可以理解的是，在转炉的转动过程中，还可以设定转炉具有三个设定旋转角度，与之对应的钢包车200则具有第一位置、第二位置和第三位置，相应的，将钢包车200移动至第二位置时溜槽100的目标旋转角度作为新的初始旋转角度，再将钢包车200移动至第三位置时溜槽100朝向加料区域211需要达到的旋转角度定义为新的目标旋转角度；依次类推，则能够对溜槽100的旋转角度起到较为精确的控制。
80.子步骤s220、根据以下计算式计算溜槽100随钢包车200移动所需要达到的目标旋转角度：
81.θ2＝arccos((h2-h1)/l cosθ1)；
82.其中，θ1表示溜槽100的初始旋转角度，θ2表示溜槽100的目标旋转角度，h1表示第一位置信息，h2表示第二位置信息，l表示溜槽100在水平面的投影线的长度。
83.需要指出的是，第一位置信息和第二位置信息为钢包车200靠近转炉移动时的两个位置信息，第一位置信息和第二位置信息的差值的绝对值为第一位置和第二位置之间的距离。
84.溜槽100的目标旋转角度计算思路如下：已知溜槽100长度为l，钢包车200的第一位置信息为h1，钢包车200的第二位置信息为h2，溜槽100的初始旋转角度为θ1；钢包车200位于第一位置和第二位置时的距离差
△
h＝h2-h1，由三角函数计算可知：
85.l*cosθ2-l*cosθ1＝
△
h＝h2-h1，l、h1、h2、θ1均已知，可以得到，θ2＝arccos((h2-h1)/l cosθ1)，从而计算出溜槽100的目标旋转角度θ2，最终可以实现对溜槽100的旋转角度随钢包车200的移动进行精确控制。
86.步骤s300、控制驱动装置运行以带动溜槽100由初始旋转角度转动至目标旋转角度。
87.计算出目标旋转角度后，控制驱动装置运行以带动溜槽100由初始旋转角度转动至目标旋转角度，其中，初始旋转角度和目标旋转角度均为溜槽100在水平面的投影的长度方向与钢包车200移动方向的夹角。
88.进一步的，步骤s300包括：
89.子步骤s310、控制驱动装置运行以带动溜槽100由初始旋转角度匀速转动至目标旋转角度。
90.需要指出的是，本实施例中的控制器包括变频器，通过变频器控制驱动装置中电机的转速，从而控制溜槽100的转速。
91.综上所述，本发明实施例提供了一种自动加料系统及溜槽100随动控制方法，在转炉转动至第一设定旋转角度、钢包车200随转炉的转动同步移动至第一位置时，利用角度检测装置检测溜槽100的初始旋转角度，利用位置检测装置300检测钢包车200的第一位置信息，并将该第一位置信息和初始旋转角度发送至控制器；随后在转炉转动至第二设定旋转角度、钢包车200随转炉的转动同步移动至第二位置时，利用位置检测装置300检测钢包车200的第二位置信息，并将该第二位置信息发送至控制器；控制器根据钢包车200的第一位置信息、第二位置信息、溜槽100的初始旋转角度以及溜槽100在水平面的投影线的长度计算得到溜槽100的目标旋转角度后，控制驱动装置运行以带动溜槽100由初始旋转角度转动至目标旋转角度，从而使得溜槽100随钢包车200的移动而转动，对溜槽100的转动角度进行了精确定位，从而使得溜槽100内的合金能够准确地加入到钢包210的加料区域211内。
92.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。