Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Автоматические манипуляторы и роботы в металлургии

Автоматические манипуляторы и промышленные роботы уже находят достаточно широкое применение в машиностроении. С их помощью решаются задачи, в числе которых:

  • облегчение труда рабочего с целью освобождения его от неквалифицированного, монотонного и тяжелого труда;
  • обеспечение условий безопасности труда;
  • повышение производительности труда и эффективности использования оборудования (двухсменная и трехсменная работа);
  • повышение качества продукции в результате перехода на строго стандартное выполнение отдельных операций;
  • обеспечение стабильности энергетических затрат благодаря круглосуточной работе оборудования и т. д.

В машиностроении реализуется автоматизация на нескольких уровнях:

  • 1) автоматизация цикла обработки (например, работа на станках с числовым программным управлением — ЧПУ);
  • 2) автоматизация загрузки и выгрузки (например, постановка и снятие деталей);
  • 3) автоматизация контроля за оборудованием, инструментом, качеством работы (например, контроль обработки деталей);
  • 4) автоматическая переналадка оборудования;
  • 5) гибкие производственные системы (ГПС).

Под ГПС в соответствии с ГОСТом понимается совокупность разного сочетания оборудования с ЧПУ роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойствами автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

В общем случае ГПС должна обеспечивать комплексную автоматизацию всех звеньев производственного процесса, включая процессы обработки и управления, подготовку производства, разработку конструкторской и технологической документации и планирование. Уровень разработки в области робототехники в сталеплавильном производстве пока далек от создания ГПС. Однако работы в этом направлении ведутся; достигнуты первые результаты, особенно при разливке стали и производстве стального литья. Так, создан и действует комплекс промышленных роботов (ПР) для обслуживания установок литья под давлением. Роботы-манипуляторы используются для выполнения таких операций, как заливка жидкого металла в камеру прессования, удаление отливки, перенос отливки, укладка и т. п. Созданы ПР для выполнения отдельных операций при получении литья по выплавляемым моделям.

Элементы робототехники используются для автоматизации транспортных операций. Существуют ПР для обработки поверхности отливок, выемки стержней из формовочной машины, обдувки и нанесения покрытий на стержни. Практика применения ПР в сталеплавильных цехах большой производительности пока невелика. Однако работы в этом направлении также ведутся очень активно, особенно по созданию робототехники для установок непрерывной разливки (подъем, установка и смена ковшей, порезка непрерывнолитых заготовок на мерные длины, зачистка поверхности заготовок и др.). Работа по созданию ПР ведется практически во всех странах с развитой металлургией.

Роботизация в металлургии нашла применение при отборе проб жидкой стали из конвертера, замере температуры, уровня металла в конвертере, задержке шлака при выпуске плавки. Роботы-манипуляторы широко применяют для маркировки непрерывно-литых заготовок; начинают применять при выпуске металла из печи, при скачивании шлака; разработана система торкретирования футеровки промежуточных ковшей с помощью робототехники. Движения оператора переносятся в память робота; объем памяти позволяет учитывать несколько программ для различных форм и размеров промежуточных ковшей.

Схема плавильного робота <span>(Melting Robot)</span>, разработанного фирмой Danieli <span>(Италия)
Рисунок. 28.1. Схема плавильного робота (Melting Robot), разработанного фирмой Danieli (Италия): 1 — дуговая печь с эксцентричным донным выпуском; 2 — поворотная турель; 3 — захват; 4 — ковш

Разработан и функционирует комплекс, названный плавильным роботом, обеспечивший не только ликвидацию ручного труда, но и снижение общего расхода электроэнергии. В состав комплекса входят:

  • дуговая сталеплавильная печь с эксцентричным выпуском стали в ковш;
  • установка ковш-печь для внепечного рафинирования, вакуумной обработки и ввода ферросплавов;
  • устройство для электромагнитного воздействия на кристаллизующуюся заготовку, а также устройства для наклона и очистки ковша, подогрева ковша, подготовки шиберных затворов и пористых вставок для продувки аргоном.

Центральная часть робота представляет собой поворотную турель из двух независимо двигающихся цилиндров, манипуляторы которых выполняют по программе все операции. Так, например, поворотная турель для разливки, оборудованная двумя независимо работающими захватами, ставит ковш под подогрев, под печь для выпуска, на стенд для скачивания шлака, переливает металл в установку ковш-печь и т. д. (рис. 28.1).

На рис. 28.2 показана конструкция установки-робота для ремонта футеровки промежуточных ковшей УНРС, разработанная в Японии. Исполнительный механизм, управляемый компьютером, приводит в действие подвижной носок торкрет-пушки (рис. 28.3), направляя струю огнеупорной массы (состав: 83—84 % MgO + 6 % SiO2 + вода) на изношенный участок футеровки. Перемещение носка торкрет-пушки возможно благодаря тому, что она имеет пять степеней свободы: две по горизонтали (Хи Y), по вертикали (Z), вращение вокруг вертикальной оси (0) и поворот подающего смесь сопла на 90° (а).

Установка-робот для торкретирования футеровки промежуточных ковшей
Рисунок. 28.2. Установка-робот для торкретирования футеровки промежуточных ковшей:
X, Z - перемещения; а, в - углы поворота

В памяти компьютера заложены -1000 возможных положений сопла относительно поверхности футеровки и требуемый рельеф внутренней поверхности ковша. Все это обеспечивает заправку ковша практически любой конфигурации. Промежуточный ковш после торкретирования роботом выдержал разливку 18 плавок одну за другой непрерывно в течение 900 мин. Затраты труда на торкретирование роботом снизились по сравнению с механизированной заправкой на 80 %, расход огнеупорной массы уменьшился примерно на 20 %.

Сопло торкрет-пушки
Рисунок. 28.3. Сопло торкрет-пушки:
А — подающая торкрет-массу трубка; а и в — углы поворота; 1 — шланг для подачи воды; 2 — шланг для подачи воздуха; 3 — водяной эжектор

Выполнение футеровочных работ в агрегате связано с операциями подачи внутрь агрегата элементов металлоконструкций и огнеупорных изделий и ведением кладки изделиями многочисленных типов и конфигураций в большом объеме переменного профиля. Все это затрудняет и замедляет внедрение средств механизации при транспортировании и кладке. В дополнение ко всему работу приходится выполнять в сильно запыленной атмосфере. Организация такого рода ремонтных работ — непростая задача.

В Японии, на заводе в Нагоя, создано новое оборудование для футеровочных работ, предназначенное для использования при малом свободном пространстве над конвертером и вокруг него. Как показано на рис. 28.4, оборудование рассчитано на отъем днища конвертера и подачу кирпича в конвертер снизу. Оборудование перемещается по рельсовому пути для шлаковозных ковшей, проложенному под конвертерами, и содержит три основных агрегата:

  • 1) машину для смены днища конвертера;
  • 2) футеровочную башню;
  • 3) футеровочный робот.

Машина для смены днища конвертера оборудована подъемным столом, который смонтирован на ходовой платформе, и предназначена для съема и присоединения отъемного днища конвертера. Днище конвертера устанавливается в сферическое гнездо в центре подъемника, и конструкция обеспечивает его центровку при монтаже.

Футеровочная башня предназначена для организации автоматического транспортирования огнеупорных изделий, уложенных на поддоны. Башня оборудована лебедкой для подъема кирпичей, разгрузочным конвейером для кирпичей, подвижной ходовой платформой с механизмом подъема рабочей площадки.

Для выполнения кладки с высокой точностью и производительностью в обширной зоне переменного профиля внутри конвертера описываемое оборудование укомплектовано двумя футеровочными роботами. Роботы ведут кладку одновременно, каждый в рабочей зоне с углом 180°, действуя один вслед за другим. Координаты кирпичей у кожуха конвертера различны в разных рядах футеровки, и форма используемых в кладке кирпичей также непостоянна. Методом обучения роботу указывают позицию начала кладки; он определяет и запоминает ее координаты, затем сам вычисляет координаты следующей позиции и, таким образом, последовательно выполняет кладку.

Оборудование для футеровочных работ
Рисунок. 28.4. Оборудование для футеровочных работ: 1 — машина для смены днища конвертера; 2 — футеровочная башня; 3 — футеровочный робот

Для изготовления футеровки на уровне высококвалифицированного каменщика робот снабжен рукой с многокоординатным перемещением. Кирпич присасывается вакуумным захватом, смонтированным на самой нижней поверхности руки робота, и прижимается в тангенциальном направлении к соседнему кирпичу кладки и в радиальном направлении к кожуху конвертера. После прижатия кирпич опускается на его место в кладке. Таким образом, кирпичи укладываются вплотную, без зазоров, и точность изготовления футеровки весьма высокая.

На рис. 15.9 схематично показана последовательность операций перефутеровки (1—6) конвертера с использованием нового оборудования. Сначала ломают изношенную футеровку и снимают днище конвертера. Затем с помощью футеровочной башни выполняют футеровку цилиндрической и конической частей конвертера и, наконец, присоединяют новое днище с выполненной заранее футеровкой.

Внедрение нового оборудования позволило значительно сократить трудозатраты и одновременно снизить нагрузку на персонал.

Благодаря использованию отъемного днища улучшен воздухообмен в пространстве конвертера и реализована безопасная подача огнеупорных изделий в рабочую зону.

Уже первые опыты применения ПР в сталеплавильных цехах показали, что дальнейшее совершенствование и создание технологий, обеспечивающих получение стали стандартно высокого качества, разработка и создание надежно работающих установок внепечной обработки и непрерывной разливки, создание условий для получения высококачественных огнеупоров, обеспечивающих длительную эксплуатацию агрегатов в условиях высоких температур, непосредственно связаны с проблемой роботизации, распространение ПР — это реалии недалекого будущего, так как ПР обеспечат полную ликвидацию тяжелого труда в сталеплавильных цехах, повышение эффективности оборудования.

Читать далее >>

Источник [6] → список литературы.

Читайте также:

Вернуться в начало раздела: Охрана природы и ресурсосбережение в металлургии
Вернуться на главную: Черная металлургия