СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОДАЧИ ФЛЮСА К ЛИТЬЕВОЙ ФОРМЕ
METHOD AND INSTALLATION FOR SUPPLYING FLUX TO CASTING MOLD

Область техники
Изобретение относится к способу и установке для подачи флюса к литьевой форме в процессе непрерывного литья.
Уровень техники
Принято подавать флюс для литья (далее - литейный флюс), который может быть порошковым или гранулированным материалом, поверх сляба в процессе непрерывного литья расплавленного металла, такого как сталь. В результате достаточного нагрева расплавленным металлом, флюс превращается в шлак. Флюсы можно рассматривать как основу для синтетических шлаков, сформированного веществами, содержащими оксиды, минералы и углеродсодержащие материалы, которые выбраны таким образом, чтобы получить желательные характеристики. Например, флюс может содержать диоксид кремния, боксит, силикат кальция/волластонит, полевой шпат, карбонат натрия, плавиковый шпат, карбонат лития и т.д.
В зоне контакта с жидким металлом флюс служит для предотвращения повторного окисления и теплопотерь с тем, чтобы избежать преждевременного затвердевания жидкого металла. Флюс поглощает также неметаллические включения на границе жидкий шлак - металл, обеспечивая получение более чистого металла. Кроме того, в зоне контакта с затвердевшим металлом флюс обеспечивает смазку между коркой затвердевшего металла и литьевой формой. Флюс играет также важную роль в управлении теплопереносом, особенно в горизонтальном направлении. Эти функции оказывают прямое влияние на качество и операционную стабильность отливаемой стали. Например, неадекватная смазка посредством флюса может привести к потере удерживания жидкой стали как следствие высокого трения и разрыва корки. Недостаточный теплоотвод приведет к образованию тонкой корки, которая не сможет выдерживать ферростатическое давление, т.е. к потере удерживания стали. Избыточный теплоотвод может привести к появлению трещин на поверхности стали и т.д.
Известны установки для подачи флюса, которые подают флюс к литьевой форме автоматически или полуавтоматически. Например, в US 2013/0081777 описано использования датчиков нагрузки для управления расходом при подаче флюса к литьевой форме.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на разработку улучшенных способа и установки для подачи флюса.
Согласно аспекту изобретения предлагается установка для подачи флюса к литьевой форме в процессе непрерывного литья. Установка содержит: множество емкостей, каждая из которых содержит флюс или компонент флюса, отличающийся от других флюсов или компонентов флюса; приемник для получения параметров процесса литья и контроллер. При этом контроллер сконфигурирован с возможностью: анализа параметров процесса, полученных приемником; определения того, является ли текущий состав флюса подходящим (например оптимизированным) для полученных параметров процесса, и, если текущий состав флюса является неподходящим для полученных параметров процесса, изменения подачи флюса или компонентов флюса из множества емкостей таким образом, чтобы обеспечить подачу к литьевой форме флюса, состав которого является требуемым с учетом полученных параметров процесса.
Согласно одному варианту изобретения параметры процесса могут включать параметры, вводимые пользователем, и детектируемые параметры.
Согласно другому варианту параметры процесса могут включать один или более из следующих параметров: сорт отливаемого металла, скорость разливки, расход флюса, уровень теплопереноса, температура шлака, температура металла, толщина, ширина, размеры сечения, клиновидность отливки.
В одном варианте контроллер способен выбирать более одной емкости, чтобы обеспечить получение смеси из индивидуальных флюсов или компонентов флюса.
В другом варианте контроллер может выбрать одну из емкостей, чтобы обеспечить доставку содержащегося в ней флюса к литьевой форме.
Еще в одном варианте установка для подачи флюса может дополнительно содержать питающую головку, подсоединенную или подсоединяемую к множеству емкостей, или контроллер установки сконфигурирован с возможностью обеспечивать снабжение питающей головки флюсом или компонентами флюса от одной или более из множества емкостей, чтобы осуществлять подачу к литьевой форме флюса требуемого состава.
В следующем варианте питающая головка может быть соединена с емкостями через манифольд и один или более клапанов, селективно связывающих емкости с питающей головкой.
Согласно одному варианту один или более клапанов могут представлять собой дозирующие клапаны.
В одном варианте могут быть предусмотрены одно или более смесительных устройств, предназначенных для смешивания флюса или его компонентов и установленных перед питающей головкой или в ней.
В другом варианте установка для подачи флюса может дополнительно содержать промежуточный бункер и загрузочное устройство для переноса - литейного флюса из емкостей к промежуточному бункеру. При этом питающая головка связана с питающим бункером, сконфигурированным для приема флюса от промежуточного бункера.
Еще в одном варианте установка по изобретению, для обеспечения переноса флюса из емкостей к промежуточному бункеру, выполнена с возможностью создания вакуума в загрузочном устройстве. При этом контроллер сконфигурирован для управления использованием вакуума.
В следующем варианте загрузочное устройство может дополнительно содержать клапан, выполненный с возможностью перехода между первым, закрытым состоянием, в котором клапан, при наличии вакуума, предотвращает перемещение литейного флюса в промежуточный бункер, и вторым, открытым состоянием, в котором клапан, в отсутствие вакуума, делает возможным перемещение литейного флюса в промежуточный бункер.
Согласно одному варианту клапан представляет собой створчатый клапан, снабженный противовесом.
В одном варианте установка для подачи флюса может дополнительно содержать насос Вентури для подачи флюса к питающей головке.
В другом варианте, если текущий состав флюса является неподходящим для полученных параметров процесса, контроллер способен сгенерировать тревожное сообщение для оператора.
Еще в одном варианте контроллер выполнен с возможностью принимать от оператора, в качестве отклика на тревожное сообщение, инструкции на изменение доставки флюса или компонентов флюса из множества емкостей таким образом, чтобы обеспечить подачу к литьевой форме флюса, имеющего состав, требуемый с учетом полученных параметров процесса.
В следующем варианте установка для подачи флюса может дополнительно содержать один или более подсоединенных к приемнику датчиков для определения параметров процесса.
Согласно другому аспекту изобретения предлагается способ подачи флюса к литьевой форме в процессе непрерывного литья. Способ включает следующие операции:
обеспечивают получение контроллером параметров процесса литья;
анализируют, с использованием контроллера, параметры процесса;
определяют, является ли подходящим для полученных параметров процесса текущий состав флюса, доставляемого к литьевой форме из множества емкостей, каждая из которых содержит флюс или компонент флюса, отличающийся от других флюсов или компонентов флюса, и,
если текущий состав флюса является неподходящим для полученных параметров процесса, изменяют подачу флюса или компонентов флюса из множества емкостей таким образом, чтобы обеспечить подачу к литьевой форме флюса, состав которого является требуемым с учетом полученных параметров процесса.
Краткое описание чертежей
Чтобы обеспечить лучшее понимание изобретения и более наглядно раскрыть возможности его практической реализации, далее варианты изобретения будут описаны со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 установка для подачи флюса показана на виде спереди.
На фиг. 2 установка по фиг. 1 представлена в перспективном изображении, на виде сзади.
На фиг. 3 схематично показана секция емкостей в установке для подачи флюса.
Осуществление изобретения
Должно быть понятно, что по меньшей мере некоторые из чертежей и частей описания изобретения были упрощены, чтобы более наглядно проиллюстрировать элементы, релевантные для четкого понимания изобретения, и, в то же время, чтобы скрыть, для большей наглядности, другие элементы, которые, как будет понятно специалистам в данной области, также могут составлять часть изобретения. Однако, поскольку такие элементы хорошо известны специалистам и поскольку их рассмотрение не способствует облегчению понимания изобретения, их описание не приводится.
На фиг. 1 показан вариант установки 10 для подачи флюса, обеспечивающей, в процессе непрерывного литья, доставку флюса в литьевую форму 13.
В одном варианте установка 10 для подачи флюса может содержать четыре основных компонента: загрузочное устройство 12; промежуточный бункер 14, управляющее устройство 16 и подающее устройство 18. Загрузочное устройство 12 переносит флюс в форме порошка или гранулята из емкости 20 в промежуточный бункер 14. Емкость 20 может содержать, например, один или более больших мешков или бочек, или других контейнерных конструкций, пригодных для помещения в них флюса или компонентов флюса. Подающее устройство 18 подает флюс 11 от промежуточного бункера 14 на расплавленный металл 15 (такой как сталь) в литьевой форме 13.
В одном варианте загрузочное устройство 12 может содержать вакуумный бункер (вакуумный приемник) 22, имеющий входной порт 24, к которому подсоединяется один конец 26 каждого из гибких всасывающих шлангов 28. Другой конец 30 каждого из этих гибких шлангов введен в одну из емкостей 20, так что к каждой из емкостей обеспечен доступ посредством по меньшей мере одного гибкого всасывающего шланга.
В одном варианте в дне вакуумного бункера 22 выполнен выход для переноса флюса для литьевой формы в промежуточный бункер 14. На дне вакуумного бункера 22 может иметься клапан, такой как створчатый клапан 43 с прикрепленным к нему противовесом. Пока в вакуумном бункере 22 поддерживается вакуум, створчатый клапан 43 и дно вакуумного бункера 22 формируют герметичное уплотнение. Когда вакуум снимается, вес накопленного материала заставляет створчатый клапан 43 открыться, и материал падает в промежуточный бункер 14. На дне промежуточного бункера 14 имеется фитинг, который выступает в верхнюю часть питающего бункера 31 в составе подающего устройства 18. У питающего бункера 31 имеется пара выходных портов (хотя может иметься только один такой порт или большее их количество). К каждому из портов 32, 34 подведена подающая трубка 36, 40. Свободные концы подающих трубок 36, 40 находятся в питающих головках 46, из которых флюс поступает в литьевую форму (или в литьевые формы) 13. Питающие головки 46 могут образовывать или содержать распределитель, чтобы распределять подаваемый флюс по поверхности литьевой формы. Литейный флюс подается из питающего бункера 31 пневматическим методом, посредством насосов 41 Вентури, которые функционально связаны с выходными портами 32, 34. Количество портов или насосов Вентури может варьироваться в зависимости от типа машины непрерывного литья или формы отливок.
В одном варианте управляющее устройство 16 дополнительно содержит один или более датчиков 42 нагрузки, на которые опирается промежуточный бункер 14. Датчики 42 нагрузки могут использоваться для определения веса промежуточного бункера 14 и находящегося в нем литейного флюса. В одном варианте промежуточный бункер 14 может быть конструктивно отделен от питающего бункера 31, чтобы питающий бункер не вносил своего вклада в измеряемый вес. Вес промежуточного бункера 14 может отслеживаться в течение заданного периода времени, чтобы обеспечить возможность мониторинга расхода флюса в реальном времени.
Как показано на фиг. 2, в одном варианте управляющее устройство 16 содержит контроллер 44, такой как программируемый логический контроллер (который может быть частью системы SCADA (supervisory control and data acquisition, диспетчерское управление и сбор данных)) или любой другой подходящий компьютерный процессор. Контроллер 44 принимает входные данные от датчиков 42 нагрузки и/или другие параметры процесса, характеризующие условия процесса литья металла, и, в качестве отклика, управляет условиями вакуума в вакуумном бункере 22. Более конкретно, контроллер 44 обеспечивает создание вакуума в бункере 22, что приводит к поступлению литейного флюса в промежуточный бункер 14, зависящему от измеренного веса питающего бункера 31 по сравнению с потреблением, т.е. от уменьшения веса литейного флюса, рассчитанного с использованием выходных сигналов датчиков 42 нагрузки.
В одном варианте состав литейного флюса и его расход в процессе подачи в литьевую форму может регулироваться оператором с использованием управляющего дисплея 48, имеющегося в составе контроллера 44 и пригодного для настройки расхода. Альтернативно, состав литейного флюса и расход в процессе подачи литейного флюса в литьевую форму 13 могут регулироваться оператором с помощью беспроводного телефона 50, связанного с приемником 52, входящим в состав контроллера 44. В частности, беспроводной телефон 50 может использоваться для управления расходом вместо управляющего дисплея 48.
Хотя на фиг. 1 показана только одна емкость 20, может иметься множество емкостей 20а, 20b, 20с (как это показано на фиг. 3). В то время как на фиг. 3 показаны три отдельные емкости, должно быть понятно, что может быть использовано любое их количество. Емкости могут быть также реализованы, как отдельные камеры в составе единственного блока.
В одном варианте каждая из емкостей 20а-20с содержит флюс или компонент флюса, состав которого отличается от составов других флюсов или компонентов флюсов. Каждая из емкостей 20а-20с подсоединена к всасывающему шлангу 28 через один из клапанов 54а-54 с в составе манифольда. Клапаны 54а-54с приводятся в действие контроллером 44 (или отдельным автономным контроллером). В результате клапаны 54а-54с могут управляться таким образом, чтобы селективно подсоединять выбранную емкость 20а-20с к всасывающему шлангу 28.
В одном варианте приемник 52 контроллера 44 (или отдельный, автономный приемник, который может быть подключен к контроллеру посредством проводной или беспроводной связи) принимает параметры, относящиеся к процессу литья. Более конкретно, приемник 52 может получать результаты измерений от датчиков и/или характеристики процесса литья, введенные оператором. Например, приемник может получать один или более из следующих видов данных: сорт отливаемого металла (например сорт стали), скорость разливки, расход флюса (который может быть измерен посредством датчиков 42 нагрузки, как это описано выше), уровень теплопереноса (определяемый путем измерения повышения температуры воды, используемой для охлаждения литьевой формы 13) и температура шлака в верхней части литьевой формы. В частности, для измерения температуры поверхности могут применяться инфракрасные датчики. Альтернативно, могут использоваться термопары или другие датчики температуры. Для определения толщины слоя флюса над расплавленным металлом можно использовать измерительное лазерное устройство. Контролируемые параметры могут также включать температуру металла, толщину, ширину, размеры сечения, клиновидность отливки и т.д.
В одном варианте контроллер 44, в качестве отклика на полученные параметры, определяет желательный состав флюса и выбирает требуемую емкость 20а-20с, открывая клапан 54, ассоциированный с выбранной емкостью 20, и закрывая другие клапаны 54. Альтернативно, контроллер 44 может подавать флюс, которой является смесью флюсов или компонентов флюса, из множества емкостей 20а-20с. Клапаны 54а-54с способны контролировать долю каждого флюса, чтобы получить желательный состав флюса. Например, клапаны 54а-54с могут быть дозирующими клапанами, которые способны точно контролировать расход флюса. Должно быть понятно, что все емкости 20а-20 с могут содержать не сам литейный флюс, а его компоненты, которые можно комбинировать, чтобы получить желательный состав.
В одном варианте контроллер 44 может идентифицировать требуемый состав флюса, используя нечеткую логику, искусственные нейронные сети или соответствующие функции искусственного интеллекта. Основываясь на параметрах процесса, поступающих в реальном времени, контроллер 44 может определять правильный состав флюса, который может регулироваться в процессе литья или может быть зафиксирован для конкретной отливки. Контроллер 44, используя соответствующий алгоритм, может определять состав флюса и автоматически выбирать нужную емкость (нужные емкости). Контроллер 44 может определять, является ли текущий состав флюса подходящим (например оптимизированным) для текущих параметров процесса, и, при необходимости, соответственно изменять флюс или компоненты флюса, подаваемые к литьевой форме, чтобы обеспечить подачу флюса требуемого состава. Контроллер 44 необязательно выполняет такие регулировки автономно; вместо этого, он может генерировать тревожный сигнал (например звуковой или визуальный), оповещающий оператора о том, что желательно изменить состав флюса. Когда это целесообразно, команду на осуществление подобных изменений может выдать контроллеру оператор. Точные данные по требуемому корректирующему воздействию могут вводиться оператором или генерироваться автоматически контроллером 44 (так что от оператора требуется только одобрить изменение).
Хотя емкости 20а-20с были описаны как подсоединенные к всасывающим шлангам 28 через клапаны 54а-54с, должно быть понятно, что применимы и другие решения. Например, емкости 20а-20с могут быть подсоединены к шлангам 28 с использованием единственного клапана. Альтернативно, с каждой из емкостей 20а-20с может быть ассоциирован отдельный всасывающий шланг 28, так что манифольд будет не нужен. При этом шланги 28 могут доставлять флюс или компонент флюса от соответствующей емкости 20а-20с прямо к литьевой форме 13, так что для флюса или компонентов флюса отпадет необходимость в операции смешивания. В качестве еще одной альтернативы, роботизированная рука или аналогичное устройство, реагируя на команды контроллера 44, может переносить всасывающий шланг 28 между емкостями 20а-20с.
Должно быть понятно, что автоматический выбор состава флюса может быть реализован с использованием установок для подачи флюса, отличающихся от описанной выше. Например, установка для подачи флюса может не содержать промежуточного бункера 14 и датчика 42 нагрузки. Флюс может подаваться также к питающим головкам 46, используя средства, альтернативные описанным средствам, основанным на использовании вакуума.
Согласно соответствующему аспекту предлагается способ подачи флюса к литьевой форме в процессе непрерывного литья. Данный способ включает следующие операции:
обеспечивают получение контроллером параметров процесса литья;
анализируют, с использованием контроллера, параметры процесса;
определяют состав флюса, подходящий для полученных параметров процесса, и
соединяют питающую головку с одной или более из множества емкостей, каждая из которых содержит флюс или компонент флюса, отличающийся от других флюсов или компонентов флюса, чтобы осуществлять доставку к литьевой форме флюса требуемого состава.
В одном варианте используют единственный параметр, а именно только сорт металла отливки, например сорт стали в машине непрерывного литья. При изменении сорта металла (например стали) система управления машиной выдает команду системе выдачи флюса внести изменения в литейный флюс. Автоматически будет открыта нужная емкость, а другие емкости будут закрыты. Это позволит системе осуществить выдачу, вакуумным методом, желательного флюса из емкости через распределитель. В другом варианте система подачи флюса может, перед выбором следующего флюса, удалять флюс, присутствующий в системе.
В другом варианте установка для подачи флюса может принимать как внутренние сигналы, так и сигналы от процесса литья металла. Например, установка для подачи флюса может принимать внутренние сигналы, относящиеся к расходу флюса, и параметры процесса, такие, например, как скорость теплоотвода от литейной машины, причем комбинация этих сигналов/параметров является хорошим индикатором функционирования флюса, состав которого может настраиваться в реальном времени путем смешивания соответствующих флюсов для установления и поддерживания оптимального баланса. Этот вариант также включает дозированную подачу материала из емкостей со смешиванием флюсов.
Изобретение не ограничивается описанными вариантами и может быть модифицировано или адаптировано без выхода за пределы объема изобретения.
Для большей ясности, изобретение характеризуется признаками, включенными в нижеследующие пронумерованные параграфы (сокращенно "Параг."):
Параг. 1. Установка для подачи флюса к литьевой форме в процессе непрерывного литья, содержащая:
питающую головку, селективно подключаемую к множеству емкостей, каждая из которых содержит флюс или компонент флюса, отличающийся от других флюсов или компонентов флюса;
приемник для получения параметров процесса литья и
контроллер, сконфигурированный для:
анализа параметров процесса, полученных приемником;
определения состава флюса, требуемого для полученных параметров процесса, и
подсоединения питающей головки к одной или более из множества емкостей, чтобы осуществлять доставку флюса требуемого состава к литьевой форме.
Параг. 2. Установка для подачи флюса согласно Параг. 1, в которой параметры процесса включают параметры, вводимые пользователем, и детектируемые параметры.
Параг. 3. Установка для подачи флюса согласно Параг. 1 или 2, в которой параметры процесса включают один или более из следующих параметров: отливаемый металл, скорость разливки, расход флюса, уровень теплопереноса и температура шлака.
Параг. 4. Установка для подачи флюса согласно любому из предыдущих Параграфов, в которой контроллер обеспечивает подключение питающей головки к более чем одной емкости таким образом, чтобы формировать смеси из индивидуальных флюсов или компонентов флюса.
Параг. 5. Установка для подачи флюса согласно любому из предыдущих Параграфов, в которой контроллер обеспечивает подключение питающей головки к одной из емкостей для доставки содержащегося в ней флюса к литьевой форме.
Параг. 6. Установка для подачи флюса согласно любому из предыдущих Параграфов, в которой питающая головка соединена с емкостями через манифольд и один или более клапанов, селективно связывающих емкости с питающей головкой.
Параг. 7. Установка для подачи флюса согласно Параг. 6, в которой один или более клапанов являются дозирующими клапанами.
Параг. 8. Установка для подачи флюса согласно любому из предыдущих Параграфов, дополнительно содержащая один или более подсоединенных к приемнику датчиков для определения параметров процесса.
Параг. 9. Установка для подачи флюса согласно любому из предыдущих Параграфов, дополнительно содержащая промежуточный бункер и загрузочное устройство для переноса литейного флюса из емкостей к промежуточному бункеру, причем питающая головка связана с питающим бункером, сконфигурированным для приема флюса от промежуточного бункера.
Параг. 10. Установка для подачи флюса согласно Параг. 9, которая выполнена с возможностью создания вакуума в загрузочном устройстве, причем контроллер сконфигурирован для управления использованием вакуума.
Параг. 11. Установка для подачи флюса согласно Параг. 9 или 10, в которой загрузочное устройство дополнительно содержит клапан, выполненный с возможностью перехода между первым, закрытым состоянием, в котором клапан предотвращает, при наличии вакуума, перемещение литейного флюса в промежуточный бункер, и вторым, открытым состоянием, в котором клапан, в отсутствие вакуума, делает возможным перемещение литейного флюса в промежуточный бункер.
Параг. 12. Установка для подачи флюса согласно Параг. 11, в которой клапан представляет собой створчатый клапан, снабженный противовесом.
Параг. 13. Установка для подачи флюса согласно любому из предыдущих Параграфов, дополнительно содержащая насос Вентури для подачи флюса к питающей головке.
Параг. 14. Машина непрерывного литья, содержащая установку для подачи флюса, описанную в любом из предыдущих Параграфов.
Параг. 15. Способ подачи флюса к литьевой форме в процессе непрерывного литья, включающий следующие операции:
обеспечивают получение контроллером параметров процесса литья;
анализируют, с использованием контроллера, параметры процесса;
определяют состав флюса, требуемый с учетом полученных параметров процесса, и
чтобы осуществлять доставку флюса требуемого состава к литьевой форме, подсоединяют питающую головку к одной или более из множества емкостей, каждая из которых содержит флюс или компонент флюса, отличающийся от других флюсов или компонентов флюса.