Устройство для вскрытия чугунной летки Советский патент 1991 года по МПК C21B7/24 

Изобретение относится к доменному производству и может быть использовано в черной металлургии, в частности при вскрытии чугунных леток доменных печей.

Целью изобретения является повыше- ние точности определения длины леточно- го канала и безопасности работ.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства; на фиг. 2 - механическая характеристика (М) и характеристика тока статора для асинхронного двигателя с короткозамк- нутым ротором; на фиг. 3 - графики хода тележки и тока статора двигателя механизма вращения сверла; на фиг. 4-7 - порядок шун.ирования диском световых потоков оп- тоэлектронных пар и форма сигналов (напряжения) на выходе формирователя импульсов.

Функционально устройство для вскрытия чугунной летки состоит (фиг.1) из балки 1, тележки 2, сверла 3, механизма 4 передвижения тележки 2, механизма 5 вращения сверла 3 с электроприводом, формирователя 6 импульсов, включающего в себя теплозащитный кожух 7 с экраном от внешних электромагнитных полей, фотодиоды 8 и 9, светодиоды 10 и 11, диск 12 с прорезями и ось 13, связанную с механизмом 4 передвижения тележки 2, узла 14 согласования, двух фильтров 15 и 16 низкой частоты, трех уси- лителей 17-19, двух выпрямителей 20 и 21, четырех компараторов 22-25, инвертора 26, двух элементов 2И-НЕ 27 и 28, триггера 29, счетчика 30, дешифратора 31, светодиодной матрицы 32, цифроаналогового преобрази- вателя 33, трансформатора 34 тока, индикатора 35, задатчика 36 опорного напряжения, реле 37 напряжения регистрирующего прибора 38, контакта Поворот назад 39 схемы управления электропушкой, реле 40 .времени и управляемого источника 41 напряжения.

Выход управляемого источника 41 напряжения соединен с входом формирователя 6 импульсов, два выхода которого соединены соответственно с двумя входами узла 14согласования. Оба выхода последнего соединены с первым и вторым входами первого фильтра 15 низкой частоты, выходы которого соединены с двумя входами перво- го усилителя 17, а выход последнего соединен с входами второго компаратора 22 и первого выпрямителя 20, выход которого соединен с входом первого компаратора 23, а выход его соединен с первыми входами первого 27 и второго 28 элементов 2И-НЕ. Выход второго компаратора 22 соединен с вторым входом первого элемента 2И-НЕ 27 и входом инвертора 26, выход которого соединен с вторым входом второго элемента

2И-НЕ 28, причем выходы первого 27 и второго 28 элементов 2И-НЕ соединены с первым и вторым входами триггера 29, выход которого соединен с первым входом счетчика 30, второй вход которого через реле 40 времени соединен с контактом Поворот назад 39 схемы управления электропушкой, а выход его соединен с входами дешифратора 31 и цифроаналогового преобразователя 33, выход которого соединен с входом второго усилителя 18. Выход последнего соединен с первым входом регистрирующего прибора 38. Выходы дешифратора 31 соединены с входами светодиодной матрицы 32, а выход трансформатора тока, включенного в разрыв фазы питающей сети электродвигателя механизма 5 вращения сверла 3, соединен с входом второго фильтра 16 низкой частоты, выход которого соединен с входом второго выпрямителя 21, а выход последнего соединен с входом третьего усилителя 19, выход которого соединен с входами индикатора 35, третьего компаратора 24 и первым входом четвертого компаратора 25, второй вход которого соединен с выходом задатчика 26 опорного напряжения, а его выход соединен с третьим входом счетчика 30. Выход третьего компаратора соединен с входом управляемого источника 41 напряжения и с входом реле 37 напряжения, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего прибора 38.

Устройство работает следующим образом.

После установки устройства напротив летки включаются последовательно в работу механизм 5 вращения сверла 3 и механизм 4 передвижения тележки 2. При подводе сверла 3 к летке происходит рассверливание леточного канала. Одновременно осуществляется контроль за текущим значением тока двигателя механизма 5 и перемещением тележки 2 вдоль балки 1.

При сверлении по характеру изменения сопротивления сверлению длину чугунной летки можно разделить на два участка: пер- вы составляющий 80-90% длины сверления летки, на котором крутящий момент и усилие подачи практически не зависят от глубины сверления и их величины определяются скоростью подачи, диаметром отверстия; второй, непосредственно при- , мыкающий к зоне жидкого чугуна, характе- ризуется резким возрастанием величины усилия подачи и крутящего момента вследствие сверления твердой корки, образующейся в конце летки.

Методом статистической обработки результатов получека эмпирическая формула

для определения момента сопротивления сверлению на первом участке летки:

M 0,06Kd2W,(1)

где М - момент сопротивления сверлению, кгс/м;

К - коэффициент, учитывающий износ инструмента и колебательный характер нагрузок (К - 1,3-2,0);

d - диаметр сверла, см;

V - скорость подачи сверла, м/мин.

При сверлении корки

Ммакс (0,25-0,35) Рмакс,(2)

где Ммакс - максимальное значение момента сопротивления сверлению, кгс/м;

Рмакс - максимальное сопротивление подаче, кгс.

В электроприводах механизма 5 вращения сверла 3 устройств для вскрытия чугунных леток используются асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (фиг.2). Увеличение момента М (фиг.2) на валу асинхронного двигателя ведет к уменьшению числа его оборотов п и уменьшению тока статора I. Из описанного видно, что

Mo Mi Ммакс(3)

и

1о Н «макс,(4)

где Мо - момент на валу двигателя до начала сверления леточного канала;

М1 - момент на валу двигателя п ри свер- лении первого участка леточного канала;

Ммакс максимальный момент на валу двигателя при сверлении корки;

10 - ток статора двигателя до начала сверления леточного канала;

И - ток статора двигателя при сверлении первого участка леточного канала;

1макс - максимальный ток статора двигателя при сверлении корки.

Длина леточного канала может быть оп- ределена следующим образом (фиг.З). До момента времени ь двигатель механизма 5 вращения сверла 3 обесточен, сверло 3 неподвижно и тележка 2 находится в положении Но. В момент времени to включается двигатель механизма 5 и ток статора достигает своего пускового значения 1П, после чего падает до 1о. величина которого определяется конструкцией механизма 5 вращения сверла 3. Сверло 3 вращается, не соприкасаясь с запорной массой летки. В момент времени ti включается в работу механизм 4 передвижения тележки 2. Тележка 2 начинает двигаться вдоль балки 1 по направлению к летке вместе с установленным на ней вращающимся сверлом 3. В момент времени t2 (положение тележки Hi) перо сверла 3 касается летки и начинает рассверливать леточный канал, что вызывает обязательное увеличение момента на валу

двигателя механизма 5, а, следовательно, и тока статора I (фиг.2). В связи с тем, что величина момента сопротивления сверлению на первом участке леточного канала практически не меняется, ток статора И также сохраняет примерно одно и то же значение.1

Для лучшего рассверливания лоточного1 канала оператор периодически отводит сверло (фиг.З , моменты времени ta и t) и вновь продолжает вскрытие летки (фиг.З, моменты времени ta t4 ). Ток статора двигателя при этом соответственно падает до 0, а затем вновь повышается до И. В момент времени ts перо сверла 3 касается чугунной корки (положение тележки Нз), дальнейшее рассверливание которой приводит к обязательному повышению тока статора в связи с увеличением момента сопротивления рассверливанию, вскрытие летки заканчивается при появлении чугуна из леточного канала (положение тележки Нз) в момент времени te.

Таким образом, фиксируя моменты времени ti, ts и t6 и соответствующие им положения тележки 2 (фиг.З), можно с достаточной точностью определить как общую длину леточного канала, так и длины отдельны его участков: (Н2-Н i)- длина первого участка леточного канала; ()-тол- щина чугунной корки; ()- общая длина леточного канала. Продолжительность вскрытия летки

Т te - ti.(5)

В устройстве фиксация моментов времени ti,...te производится по изменениям тока статора двигателя механизма 5, связанным с изменениями нагрузок на валу двигателя, а положения тележки Hi, На и Нз определяются с помощью формирователя б- импульсов следующим образом (фиг.1).

При включении в работу механизма 5 вращения сверла 3 трансформатор 34 тока, включенный в разрыв одной из фаз сети питания его двигателя, снимает информацию с токовой нагрузки двигателя и передает ее на вход фильтра 16 низкой частоты. С выхода фильтра 16 низкой частоты сигнал передается на прецизионный выпрямитель 21, который включается в работу с некоторой задержкой по времени, необходимой для того, чтобы срезать пиковое значение тока при включении двигателя. Выпрямленный сигнал поступает на вход усилителя 19, а с выхода последнего - на индикатор 35 тока. Одновременно сигнал с выхода усилителя 19 поступает на первый вход компаратора 25, который леняет состояние своего выхода только придостижениитоком статора значения И, и на вход третьего компаратора

24, который при появлении этого сигнала срабатывает и изменяет состояние своего выхода от уровня логического нуля до уровня логической единицы. Сигнал с выхода третьего компаратора 24 поступает на вход управляемого источника 41 напряжения и включает его в работу. Управляемый источник 41 вырабатывает напряжение, необходимое для того, чтобы зажечь светодиоды 10 и 11, и посылает его в формирователь 6 импульсов, подготавливая его тем самым к работе. Одновременно этот сигнал поступает на вход реле 37 напряжения, которое срабатывает и тем самым включает механизм протяжки диаграммной ленты в регистрирующем приборе 38.

Исчезновение тока в сети питания двигателя механизма 5 возвращает управляемый источник 41, формирователь 6 в исходное состояние и останавливает механизм протяжки регистрирующего прибора 38.

Если за включением механизма 5 в работу включается и механизм 4 перемещения тележки 2, диск 12с прорезями, жестко связанный с осью 13 формирователя 6, начинает поворачиваться, причем угол его поворота пропорционален перемещению тележки 2 вдоль балки 1. Фотодиоды 8 и 9 и светодиоды 10 и 11 расположены так, что образуют две оптоэлектронные пары, в зазорах которых проходит при вращении та часть диска 12, на которой выполнены прорези. Расстояние между оптозлектронными парами выбрано так, что совпадение прорези диска 12 с осью одной из оптоэлектрон- ных пар связано с обязательным перекрытием светового потока в зазоре РТО- рой оптоэлектронной пары (фиг. 4 и 6). Следовательно вращение диска 12 вызывает периодическое перекрытие световых потоков в зазорах оптоэлектронных пар.

Таким образом, при движении тележки 2 фотодиоды 8 и 9 формирователя 6 импульсов периодически либо освещаются свето- диодами 10 и 11, либо затемнены. При этом изменяется обратное сопротивление фотодиодов 8 и 9 и, как следствие, падение напряжения на них. Сигналы А и Б синусоидальной формы (фиг. 5 и 7) с выхода формирователя 6 импульсов поступают на узел 14 согласования, а затем - на фильтр 15 низкой частоты. Отфильтрованные сигналы поступают на входы усилителя 17, а затем усиленный сигнал синусоидальной формы поступает на выпрямитель 20 (прецизионный двухфазный) и на компаратор 22 напряжения, который меняет состояние выхода от уровня логической един ицы до уровня логического нуля только при отрицательной полуволне сигнала. С выхода прецизионного двухфазного выпрямителя 20 сигнал поступает на компаратор 23 напряжения, который срабатывает от каждой положительной полуволны и на короткое время меняет состояние своего выхода от уровня логического нуля до уровня логической единицы. Сигнал с выхода компаратора 23 поступает на первые входы элементов 2И-НЕ

27 и 28, а на их вторые входы поступает сигнал с компаратора 22, причем на элемент 2И-НЕ 28 сигнал поступает через инвертор 26. При одновременном срабатывании компараторов 22 и 23 на входах элемента 2ИНЕ 27 образуются уровни логической единицы, а на выходе -- уровень логического нуля. Состояние выхода триггера 29 изменяется. При следующей полуволне сигнала срабатывает только компаратор 23, и теперь уровни логической единицы образуются на входах элемента 2И-НЕ 28, а на его выходе - уровень логического нуля.

Триггер 29 возвращается в исходное состояние. Если прорези на диске 12 расположены с шагом 2 сР, а тележка 2 перемещается на расстояние А Н, соответствующее

повороту оси 13 на угол /5°, то суммарное количество импульсов, соответствующее перемещс ию А Н на выходе тригггера 29, составляет

.(6,

Импульсы с выхода триггера 29 поступают на вход счетчика 30 импульсов, режим работы которого определяется состоянием выхода компаратора 25, которое, в свою очередь, зависит от величины сигнала, поступающего на компаратор 25 с усилителя

19. Сигнал с усилителя 19 Unp сравнивается на компараторе 25 с опорным напряжением Uon, устанавливаемым задатчиком 36 опорного напряжения при настройке устройства и соответствующим току 0,9 Н

(фиг.З). При условии, что Unp Uon на выходе компаратора 25 - логический ноль, счетчик 30 импульсов находится в состоянии ожидания. При соприкосновении пера сверла 3 с леткой и повышении тока нагрузки двигателя механизма 5 до величины И сигнал на выходе усилителя 19 превышает опорный, установленный задатчиком 36 опорного напряжения (Unp U0n), что приводит к появлению на выходе компаратора 25 сигнала

уровня логической единицы. Счетчик 30 переходит в режим суммирования импульсов, п риходя щих с триггера 29. Дал ьн ей шее дви- жение тележки вперед связано с рассверли- ванием сверлом 3 легочного канала.

Счетчик 30 суммирует импульсы, поступающие с триггера 29. Кодовый сигнал с выхода счетчика 30 поступает на вход дешифратора 31, выходы которого связаны с входами светодиодной матрицы 32.

Получая информацию о количестве импульсов, сосчитанных счетчиком 30 с момента касания сверлом 3 летки, что соответствует моменту времени t2 и положению тележки Hi (фиг.З), дешифратор 31 включает в светодиодной матрице 32 К световых элементов, индицирующих путь, пройденный тележкой 2 от положения HI до текущего. В связи с тем, что механизм 5 вращения сверла 3 установлен на тележке 2, перемещение последней равно перемещению сверла 3. Таким образом, если светодиодная матрица 32 содержит m световых элементов, число которых соответствует максимально возможной длине леточного канала Нмакс, то свечение К световых элементов соответствует длине сверления канала;

U Нмакс . i,tj

т

Одновременно кодовый сигнал с выхода счетчика 30 поступает на вход цифроа- налогового преобразователя 33, а с него в аналоговой форме через усилитель 18 - на регистрирующий прибор 38.

В связи с тем, что оператор в процессе работы периодически отводит сверло 3, ток двигателя в моменты времени t3, t4 (фиг.З) падает до 0, а в моменты з Д4 вновь восстанавливает свое значение. Соответственно в те же моменты времени (ta, t4) сигнал на выходе компаратора 25 меняет уровень с логической единицы до нуля. Счетчик 30 переходит в состояние ожидания, сохраняя прежде накопленную информацию.

Продолжение рассверливания летки (моменты 1з , 14), сопровождающееся повышением тока двигателя, вызывает восстановление на выходе компаратора 25 логической единицы. Счетчик 30 возобновляет суммирование импульсов, поступающих от триггера 29. В связи с тем, что счетчик 30 включается в работу только при контакте сверла 3 с леткой, замена последнего в процессе работы на сверло большей или меньшей длины никак не отражается на точности определения длины леточного канала.

Начало рассверливания чугунной корки (фиг.З, ts), оператор определяет по резкому возрастанию тока двигателя механизма 5 на индикаторе 33 тока. Вскрытие чугунной летки заканчивается при появлении чугуна из леточного канала, что сопровождается

падением тока двигателя до величины КО,9 И.

Счетчик 30 переходит в режим ожидания, количество горящих элементов светодиодной матрицы 32 информирует оператора о длине леточного канала. Информация на светодиодной матрице 32 и счетчике 30 сохраняется в процессе закрытия леточного канала электропушкой и снимается при отводе пущки от летки при замыкании контакта Поворот назад 39 схемы управления электропушкой. При этом сигнал с контакта 39 поступает на счетчик 30 и обнуляет его, обнуляя тем самым светодиодную матрицу 32. Для защиты информации в счетчике 30 и на светодиодной матрице 32 от преждевременного снятия, возможного при кратковременном замыкании контакта 39 в процессе проведения технологических операций с электропушкой, предшествующих закрытию леточного канала, сигнал на обнуление счетчика от контакта Поворот назад 39 поступает через реле 40 времени. Время срабатывания реле 40

времени устанавливается при настройке устройства и примерно равно времени отвода пушки от летки после ее закрытия.

Устройство реализуется на микросхемах серий К155, К140, К554 и КР142.Узел 14

согласования включает в себя два согласующих транзистора. Задатчик 36 опорного напряжения выполнен по схеме делителя опорного напряжения с использованием переменного резистора. Управляемый источник 41 напряжения представляет собой промышленно выпускаемый стабилизатор напряжения серии КР 142 ЕН1.

Технико-экономические преимущества

устройства для вскрытия чугунной летки заключаются в том, что исключается работа эксплуатационного персонала в зоне повышенной опасности при определении длины леточного канала в связи с тем, что индикатор может быть расположен на дистанционном пульте, управления, значительно удаленном от летки. Кроме того, обеспечивается высокая точность в определении дли- ны леточного канала за счет четкой

фиксации момента касания пером сверла летки и точного определения хода сверла при рассверливании канала, точная дозировка леточной массы при закрытии летки за счет получения достоверной информации о длине леточного канала и возможность длительного хранения информации о длине леточного канала за счет ее записи на диаграммной ленте регистрирующего прибора.

Формула изобретения 1. Устройство для вскрытия чугунной летки, содержащее балку, тележку, сверло, механизм передвижения тележки и механизм вращения сверла с электроприводом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения длины леточного канала и безопасности работ, в него введены формирователь импульсов, размещенный в теплозащитном кожухе с экраном от внешних электромагнитных полей, управляемый источник напряжения, трансформатор тока, два фильтра низкой частоты, два выпрямителя, три усилителя, четыре компаратора, реле напряжения, регистрирующий прибор, индикатор, задатчик опорного напряжения, узел согласования, инвертор, два элемента 2И-НЕ, триггер, счетчик, цифроаналоговый преобразователь, дешифратор, светодиодная матрица, реле времени, контакт Поворот назад схемы управления электропушкой, причем выход управляемого источника напряжения соединен с входом формирователя импульсов, два выхода которого соединены соот- ветсгвенно с двумя входами узла согласования, оба выхода, последнего соединены с первым и вторым входами первого фильтра низкой частоты, выходы которого соединены с двумя входами первого усилителя, а выход последнего- с входами второго компаратора и первого выпрямителя, выход которого соединен с входом первого компаратора, выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов 2И-НЕ,выход второго компаратора - с вторым входом первого элемента 2И-НЕ и входом инвертора, выход которого соединен с вторым входом второго элемента 2И-НЕ, причем выходы первого и второго элементов 2И-НЕ соединены с первым и вторым входами триггера, выход которого соединен с первым входом счетчика, другой вход которого через реле времени соединен с контактом Поворот назад схемы управления электропушкой, а выход - с входами дешифратора и цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен

с входом второго усилителя, а выход последнего - с входом регистрирующего прибора, выходы дешифратора соединены с входами светодиодной матрицы, а выход трансформатора тока, включенного в разрыв фазы

питающей сети электродвигателя механизма вращения сверла, - с входом второго фильтра низкой частоты, выход которого соединен с входом второго выпрямителя, а выход последнего - с входом третьего усилителя, выход которого соединен с входами индикатора, третьего компаратора и первым входом четвертого компаратора, второй вход которого соединен с выходом задатчика опорного напряжения, а его выход - с третьим входом счетчика, выход третьего компаратора соединен с входами управляемого источника напряжения и реле напряжения, выход которого соединен с вторым входом регистрирующего прибора.

2. Устройство по п.1,отл ичающее- с я тем, что формирователь импульсов содержит два светодиода, два фотодиода и диск с прорезями из непрозрачного материала, установленный в зазорах между светодиодами и фотодиодами на оси формирователя импульсов, соединенной с механизмом передвижения тележки, причем фотодиоды соединены с входами формирователя импульсов.

Фиг. 2.

Изобретение относится к доменному производству и может быть использовано в черной металлургии, в частности при вскры/ тии чугунных леток доменных печей. Цель - повышение точности определения длины легочного канала и безопасности работ. Сущность изобретения заключается в следующем. После установки устройства напротив летки включаются последовательно в работу механизм 5 вращения сверла 3 и механизм 4 передвижения тележки 2. При подводе сверла 3 к летке происходит рассверливание леточного канала. Одновременно осуществляется контроль за текущим значением тока двигателя механизма 5 и перемещением тележки 2 вдоль балки 1. Таким образом, фиксируя моменты времени резкого изменения тока статора и соответствующие им положения тележки 2, можно определить как общую длину леточного канала, так и длины отдельных его участков. 1 з.п.ф-лы, 7 ил. ч Ј V4 Ю

U2 У

(Риг. 5

и