Манипуляторы и роботы в металлургии

Автоматические манипуляторы и промышленные роботы² 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.

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

Рис. 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

Рис. 28.2.Установка-робот для торкретиро­вания футеровки промежуточных ковшей:

X, Z- перемещения; а, в - углы поворота

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). 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 %.

Рис. 28.3.Сопло торкрет-пушки:

А — подающая торкрет-массу трубка; а и в — углы поворота; /—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 фу-теровочными 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

Рис. 28.4.Оборудование для футеровочных работ:

1 — машина для смены днища конвертера; 2 — футе-ровочная башня; 3 — футеровочный робот

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.

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.