一种钢包内衬浇注自动配料装置和配料方法

技术领域

本发明涉及冶金钢包耐材浇注技术领域，具体涉及一种钢包内衬浇注自动配料装置和配料方法。

背景技术

钢包，主要用于炼钢厂、铸造厂在平炉、电炉或转炉前承接钢水、进行浇注作业。钢包在制作完成前需要利用钢包芯模向其中浇注钢包浇注料，钢包浇注料就是用于钢包的一种由耐火浇注料加入一定量结合剂制成的不定型散装耐火材料。

耐火材料，具体是指能够承受高温、耐磨、耐腐蚀、耐化学侵蚀等特殊环境的材料，广泛应用于冶金、化工、建筑、能源等行业中，在冶金行业中，耐火材料被广泛应用于高炉、转炉、电炉、热风炉等设备的内衬和炉墙等部位。这些设备工作温度高达1000℃以上，要求耐火材料具有极高的耐高温性能。同时，冶金行业还需要耐火材料具有较好的抗氧化性能，以延长设备的使用寿命。

目前国内使用的钢包浇注装置和配料方法都是人工进行操作，没有系统性的自动配料、放料和浇注系统。人工配料需要多次进行配料才能完成一个钢包的耐材浇注工作，以120吨转炉使用的钢包浇注为例，浇注一个钢包耐材料需要15t，只能搅拌完一次量耐材粉料和水后，等待耐材泥浆即浇注料浇注完成后才能进行下次配料搅拌作业，需要多次才能完成浇注且不能连续浇注。

同时每次配料时的用水量由人工控制添加，用水量掌控误差大，造成耐材泥浆稀稠度有所偏差，从而影响钢包浇注质量，特别是在冬季因耐材泥浆凝固不均匀而造成耐材料水分含量差，在烘烤时耐材料气孔率局部≥18而造成穿包事故。而且传统的钢包浇注方法使用的是旋转布料装置，在浇注时需要逐步转动进行浇注布料，存在由于时间差而导致的布料不均匀的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢包内衬浇注自动配料装置和配料方法，以解决现有技术通过旋转布料器布料并浇注钢包时，布料不均匀，耐材和水分含量误差大，耐材泥浆稠稀稠度难以控制，导致浇注质量不高的问题。

为达到上述目的，本发明提供的基础方案为：一种钢包内衬浇注自动配料装置，包括用于添加耐材粉料和水的上料单元、用于浇注钢包的浇注布料单元和PLC控制器，所述上料单元和浇注布料单元之间设有搅拌机，所述搅拌机的底部连接有第一下料电动阀，所述第一下料电动阀位于浇注布料单元的正上方，所述第一下料电动阀、搅拌机和PLC控制器电连接。

本发明的原理和有益效果在于：本发明通过上料单元将耐材粉料、水和其他物质分别按照设定程序加入搅拌机中，利用搅拌机完成耐材泥浆的搅拌配置工作，耐材泥浆通过浇注布料单元浇注到钢包和钢包芯模之间，整个上料、布料和浇注过程均通过PLC控制器控制，使得上料均匀，耐材泥浆稠稀稠度得到了控制，上料、布料和浇注过程依次衔接，稳定了浇注速度，进而提高了浇注效率和钢包浇注的质量。

方案二，此为基础方案的优选，所述上料单元包括耐材粉料给料器和移动框架，所述耐材粉料给料器和搅拌机均与移动框架固接，所述移动框架放置在浇注平台上，所述移动框架固定贯穿有供水管和导料管，所述供水管和导料管的端部向搅拌机内部延伸，所述耐材粉料给料器和PLC控制器电连接；

耐材粉料通过耐材粉料给料器加入搅拌机内，通过供水管向搅拌机中加水，水与耐材粉料充分混合，通过导料管向搅拌机中加入粘合剂，耐材粉料、水和粘合剂按照一定比例混合均匀后配置出用于浇注钢包的浇注料。

方案三，此为基础方案的优选，位于浇注坑内的钢包内的中心处固接有钢包芯模；使得钢包芯模的周侧任一位置与钢包内壁的径直距离相同，避免浇注过程出现耐材厚度的偏差。

方案四，此为方案三的优选，所述浇注布料单元包括耐材泥浆缓冲仓和浇注布料装置，所述耐材泥浆缓冲仓固接在移动框架上，所述泥浆缓冲仓的顶端连接有进料斗，所述进料斗固接在第一下料电动阀的底端，所述浇注布料装置的底端连接有第二下料电动阀，所述浇注布料装置位于钢包的上方设置并与钢包芯模法兰连接，所述第二下料电动阀、浇注布料装置和PLC控制器电连接；

第一下料电动阀开启时，搅拌机中混合均匀的耐材泥浆进入到耐材泥浆缓冲仓内，第二下料电动阀开启时，耐材泥浆即浇注料经过浇注布料装置流入钢包和钢包芯模之间实现浇注，整个过程通过PLC控制器自动控制完成。

方案五，此为方案二的优选，所述搅拌机内固接有喷淋管，所述供水管与喷淋管连通，通过喷淋的方式将水喷洒在耐材粉料上，有助于耐材粉料和水充分且均匀的融合。

方案六，此为方案四的优选，所述第二下料电动阀的底部固接有下料导向板；通过设置下料导向板，对浇注料进入钢包内壁和钢包芯模中具有导向作用，避免浇注料飞溅至他处。

方案七，此为方案六的优选，所述下料导向板的安装角度为45°；下料导向板设置为45°的安装角度时便于浇注料布料可以均匀地进入钢包和钢包芯模之间。

方案八，一种使用权利要求1-7所述的钢包内衬浇注自动配料装置的配料方法，具体步骤如下：

S1：把需要浇注的钢包吊运到浇注钢包工位的浇注坑中，将钢包芯模固定安装在钢包内，浇注操作人员推动移动框架，将移动框架、搅拌机、耐材粉料给料机和耐材泥浆缓冲仓移动至钢包芯模的正上方；

S1：PLC控制器控制第一下料电动阀关闭，打开电动蝶阀，使用耐材粉料给料器向搅拌机中加入耐材粉料5t，通过供水管根据预设的料水比向搅拌机内加水，使用搅拌机将耐材粉料和水充分混合；

S2：搅拌完毕后，PLC控制器控制第一下料电动阀打开，此时第二下料电动阀处于关闭状态，混合均匀的耐材泥浆向耐材泥浆缓冲仓中放料；

S3：放料完毕后，PLC控制器控制第一下料电动阀关闭并打开第二下料电动阀，耐材泥浆经过下料导向板流向浇注布料装置，顺着浇注布料装置进入到钢包内壁和钢包芯模之间的空间内完成一批次的浇注作业。

本发明解决了人工配料模式下配水量控制不均匀，以及浇注过程不连贯导致浇注料凝结状态不均的问题，自动配料及浇注模式下有效衔接了下料、放料和浇注过程，不仅提高了浇注效率，还提高了钢包的浇注质量。

附图说明

图1是本发明一种基于钢包内衬浇注自动配料装置的配料方法的程序控制流程图；

图2是本发明一种钢包内衬浇注自动配料装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：1、耐材粉料给料器；2、供水管；3、导料管；4、搅拌机；5、移动框架；6、第一下料电动阀；7、浇注平台；8、耐材泥浆缓冲仓；9、第二下料电动阀；10、下料导向板；11、浇注布料装置；12、浇注坑；13、钢包芯模；14、钢包；15、称重传感器。

如图2所示：一种钢包内衬浇注自动配料装置，包括上料单元、布料单元、移动框架5和PLC控制器，上料单元包括耐材粉料给料器1和移动框架5，耐材粉料给料器1可以采用常规的给料仓和活动式的给料斗，耐材粉料给料器1固定连接在移动框架5的顶部，移动框架5通过滚轮在浇注平台7上移动，耐材粉料给料器1的底部设置有电动蝶阀和称重传感器15。

耐材粉料给料器1的下方设有搅拌机4，搅拌机4固定连接在移动框架5上，移动框架5上设置有红外检测仪，移动框架5的两侧分别固定贯穿有供水管2和导料管3，供水管2和导料管3上分别设有供水电磁阀和导料电磁阀，供水管2上设置有流量计，供水管2和导料管3的端部分别伸入搅拌机4中，搅拌机4内固定连接有喷淋管，供水管2与喷淋管连通，搅拌机4的底部固定连接有第一下料电动阀6。

浇注布料单元包括耐材泥浆缓冲仓8和浇注布料装置11，耐材泥浆缓冲仓8固定连接在移动框架5内，且耐材粉料缓冲仓的顶部固定设有进料斗，第一下料电动阀6的底部与进料斗固定连接，耐材粉料缓冲仓的底部固定连接有第二下料电动阀9，第二下料电动阀9的底部固定连接有下料导向板10，下料导向板10与竖直方向呈45°夹角设置。

浇注坑12位于浇注平台7的下方，浇注平台7式供浇注操作人员作业和移动框架5移动的平台，和浇注坑12内放置有钢包14，钢包14的外壁固定连接有振动设备，振动设备为嵌入式振动棒，耐材粉料缓冲仓、第二下料电动阀9和下料导向板10均位于钢包14的正上方，钢包14的内部固定连接有钢包芯模13，浇注布料装置11法兰连接在钢包芯模13的顶部，便于在浇注完毕后将钢包芯模13拆下；其中电动蝶阀、称重传感器15、第一下料电动阀6、供水电磁阀、导料电磁阀、第二下料电磁阀、红外检测仪和PLC控制器电连接。

本装置在使用过程中，如图1所示，考虑到温度对耐材浇注质量的要求，根据不同季节或者温度设定不同的料水比，即耐材粉料量与配水量的比值。

表1不同季节的料水比基准表

如表1所示，春季和秋季且厂内温度在常温即0-25℃时，耐材粉料量和配水量的比值设置为20:1；夏季且厂内温度在25-35℃时，耐材粉料量和配水量的比值设置为20:1.1；冬季且厂内温度在-10-0℃时，耐材粉料量和配水量的比值设置为20:0.9。按照不同的温度区间将料水比设置在PLC控制器的程序中。

把需要浇注的钢包14吊运到浇注钢包14工位的浇注坑12中，进行浇注定位，使得钢包14位于耐材泥浆缓冲仓8的正下方，即钢包14的中心与耐材泥浆缓冲仓8底部的第二下料电动阀9和下料导向板10的中心对准。

将钢包芯模13固定安装在钢包14内，同样的对齐钢包芯模13和钢包14的中心位置，使得钢包芯模13的周侧任一位置与钢包14内壁的径直距离相同，以此避免浇注过程出现耐材厚度的偏差。

安装完成钢包芯模13后，把浇注布料装置11吊运至钢包芯模13的正上方，通过法兰将浇注布料装置11和钢包芯模13顶部固定。浇注人员推动移动框架5，耐材粉料给料器1、搅拌机4和耐材泥浆缓冲仓8跟随移动框架5运动至浇注布料装置11的上方，将浇注布料装置11的顶部和耐材泥浆缓冲仓8底端的第二下料电动阀9的阀口对准，此时搅拌机4、第一下料电动阀6、耐材泥浆缓冲仓8、第二下料电动阀9和浇注布料装置11的中心线重合，有助于浇注时耐材泥浆由中心向四周扩散，使得浇注料顺着浇注布料装置11均匀浇注到钢包14和钢包芯模13之间。

按照浇注一个钢包14共需要15t的浇注料为标准，按照每批料5t的浇注料量分三批次通过耐材粉料给料器1上料，PLC控制器检测到第一下料电动阀6处于关闭状态时，控制电动蝶阀打开，耐材粉料从耐材粉料给料器1中进行下料并进入搅拌机4中，称重传感器15实时监测流出耐材粉料给料器1的耐材粉料重量值，当耐材粉料下料量达到5t时，称重5t的数值信号发送给PLC控制器，PLC控制器控制电动蝶阀关闭并启动搅拌机4，停止耐材粉料继续下料，经过搅拌机4进行搅拌工作3min后，PLC控制器控制供水电磁阀打开，水从供水管2进入搅拌机4中的喷淋管内，通过喷淋的方式喷洒在耐材粉料上，配合搅拌机4搅拌，提高了耐材粉料和水混合的均匀性，从而提高了搅拌质量。

供水管2上的流量计实时监测水的流量，常规情况下根据20:1的料水比进行配置，当供水量按照设定的比例向搅拌机4中加入完毕后，流量计的水流量信号发送至PLC控制器，并通过PLC控制器控制供水电磁阀关闭，供水电磁阀关闭后搅拌机4进行搅拌工作5min，使得水和耐材粉料充分融合、搅拌均匀。PLC控制器检测到供水电磁阀关闭时，开启导料电磁阀，由导料管3向搅拌机4中加入定量的粘合剂，粘合剂添加完毕后，PLC控制器控制搅拌机4继续搅拌10min时自动停止搅拌工作。

搅拌机4停止10s后，PLC控制器检测到第二下料电动阀9处于关闭状态时，控制第一下料电动阀6打开，使得搅拌机4中混合均匀的耐材泥浆向耐材泥浆缓冲仓8中放料，直至红外检测仪检测到耐材泥浆完全排出搅拌机4时，红外信号传递给PLC控制器并通过PLC控制器关闭第一下料电动阀6。

PLC控制器检测到第一下料电动阀6的关闭信号后，控制耐材泥浆缓冲仓8底部的第二下料电动阀9打开，耐材泥浆经过下料导向板10流向浇注布料装置11，顺着浇注布料装置11进入到钢包14内壁和钢包芯模13之间的空间内，钢包14外壁处安装的嵌入式振动棒振动，使得注入钢包14内的浇注料在振动的作用下更加均匀；当红外检测仪检测到耐材泥浆缓冲仓8内的浇注料放料完毕后，红外信号传递给PLC控制器，有PLC控制器关闭耐材泥浆缓冲仓8底部的第二下料电动阀9。

按照上述下料、放料及浇注过程，依次完成第二批5t耐材粉料和第三批5t耐材粉料的浇注作业，从而在自动控制模式下，完成一个15t浇注料目标的钢包14浇注作业。解决了人工配料模式下配水量控制不均匀，以及浇注过程不连贯导致浇注料凝结状态不均的问题，自动配料及浇注模式下有效衔接了下料、放料和浇注过程，不仅提高了浇注效率，还提高了钢包14的浇注质量。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。