CN102566526A - 铝合金熔铸生产辅助系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金熔铸生产辅助系统，涉及铝合金熔铸生产工艺，用于解决目前铝合金熔铸生产过程中，生产效率低下、合金配料误差大、铸件质量不稳定以及熔铸失败情况较多的问题。本发明提出的系统包括：合金牌号成分信息管理模块、排渣取样分析模块和合金成分配料计算模块。本发明可提高生产效率，降低生产成本，更主要的是可以提高熔铸水平，改善产品质量，使产品档次提高，同时具有节约原材料、降低能耗等效果，以及减小废铝资源占用资金，加大废铝的利用比例，增加产量，节约资源和能源；减小不适宜的控制条件导致产品质量下降，节约能源。

Description

铝合金熔铸生产辅助系统

技术领域

本发明涉及一种铝合金熔铸生产工艺。

背景技术

目前在铝合金熔铸生产过程中，国内相关工艺过程仍停留在人工计算，手动操作控制水平，基本依靠操作人员的个人经验进行运行控制，效率低下，手动操作引起的误差难以避免，易造成较大损失及资源浪费。不同合金熔铸工艺技术条件不一，现场人员掌握信息和技术方面的原因也可能造成熔铸失败。

随着中国铝工业近年来的快速发展，各电解铝厂铸造车间由以往单一生产重熔用铝锭转向生产各类附加值较高的合金。同时，随着国家对资源和能源节约相关政策的出台，废旧铝重熔也转入规模化生产。如何合理配料，高效利用废料熔铸出高质量铸件是一个急需解决的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种铝合金熔铸生产辅助系统，用于解决目前铝合金熔铸生产过程中，生产效率低下、合金配料误差大、铸件质量不稳定以及熔铸失败情况较多的问题。

为了解决上述的技术问题，本发明提出一种铝合金熔铸生产辅助系统，包括：

合金牌号成分信息管理模块：在向系统输入要生产的合金牌号、加入熔铝炉的铝液总重量后，用于自动计算出供生产操作人员作为加料依据的、所需的各种金属的加料量；

排渣取样分析模块：对在熔炼一段时间后，得到的排渣取样进行铝液合金成分分析，分析结果和合金成分要求不相符时，判断是进行冲淡调整还是进行补料调整，如果分析结果低于配方要求时，进行补料调整；如果分析结果高于配方要求时，则进行冲淡调整；

合金成分配料计算模块：对需要调整成分的合金，进行成分调整计算，如果进行补料调整，按照下列公式(A)进行补料计算：

其中，X_ij表示第i种元素第j次补料量，

Q_j表示第j次熔体总重，

A_i表示第i种元素要求含量，

B_ij表示第i种元素第j次分析含量，

C_ij表示第i种元素第j次其它金属加入量，

D_ij表示第i种元素第j次补料用金属纯度；

如果进行冲淡调整，按照下列公式(B)进行冲淡计算：

$X_{\mathrm{ij}}=\frac{((B_{\mathrm{ij}}-A_i)\×Q_j)}{A_i}---\left(B\right)$

其中，X_ij第i种元素第j次冲淡量，

Q_j第j次熔体总重，

A_i第i种元素要求含量上限，

B_ij第i种元素第j次分析含量。

优选地，该系统的所述合金牌号成分信息管理模块包括：

国标合金牌号查询模块，用于录入、查询和修改国标和企业标准；

经验配方录入模块，用于录入、查询和修改生产经验的数据。

优选地，该系统还包括：

工艺操作参数信息管理模块，用于工艺操作参数信息的录入、查询和修改；生产人员输入合金牌号即可获得供其操作的相应的工艺操作参数，根据该参数进行加料。

优选地，该系统还包括：

合金原配料库存管理模块，用于管理合金原配料入库和出库，在合金原配料入库、出库查询时，统计对应查询时间内入、出库总量，其中合金原配料按以下公式(C)统计：

$\left\{\begin{array}{c}{M}_{\mathrm{in}}(i,j_{\mathrm{start}},j_{\mathrm{end}})=\underset{j=j_{\mathrm{start}}}{\overset{j_{\mathrm{end}}}{\mathrm{\Σ}}}{m}_{\mathrm{in}}(i,j)\\ M_{\mathrm{out}}(i,j_{\mathrm{start}},j_{\mathrm{end}})=\underset{j=j_{\mathrm{start}}}{\overset{j_{\mathrm{end}}}{\mathrm{\Σ}}}{M}_{\mathrm{out}}(i,j)\end{array}\right.---\left(C\right)$

其中，i表示化学成分对应原配料，

j表示入、出库时间，

j_start表示入、出库查询起始时间，

j_end表示入、出库查询终止时间，

m_in(i，j)表示i元素在时间j的入库量，

m_out(i，j)表示i元素在时间j的出库量，

M_in(i，j_start，j_end)表示i元素在时间j_start至j_end时间段内入库总量，

M_out(i，j_start，j_end)表示i元素在时间j_start至j_end时间段内入库总量。

优选地，该系统还包括：

熔铸过程报表管理模块，用于记载熔铸过程的各种参数，其包括合金成分比例报表、合金熔铸配料计算报表、合金熔铸配料库存报表和工艺操作参数信息报表。

本发明的有益效果：

科学合理的配料可有效降低产品成本，并大幅提高产品合格率。配料过程相关影响因素很多，本发明针对熔铸车间合金牌号多、产品多、熔铸生产工艺控制系数变化大等等问题引起的产品质量不稳定、工艺废料积压多、金属烧损大、能源消耗过多等问题提出系统解决方案，通过与生产现场结合紧密的两级控制方式进行设计。

本发明为一款铝合金熔铸生产辅助系统，该系统可实现现场熔铸各类合金的技术要点查询、自动配料、原辅料及废料、产品的管理和调配、实现工艺和产品质量分析、实现工艺过程控制。

本发明可以达到如下效果：

(1)可实现铝合金自动配料，达到减小原生铝用量，增加废料用量的目的；

(2)标准控制模块中可进行常用铝合金国标及内部控制标准的查询设定；

(3)合金熔铸规程中可提供常用铝合金熔铸要点；

(4)主要车间原辅料查询可针对车间产品计划或预计进行原辅料备料，对低于要求量提前发出警示，对过期可能影响质量原辅料发出警告及建议；

(5)熔铸质量数据分析包括对熔铸工艺条件、化学成分、计算数据进行分析，找出规律，提出改进方面。

本发明系统实施后，熔铸将减小由于人为造成的产品能够保持严格执行工艺技术条件和适宜的技术条件，产品质量明显提高；现场工艺技术管理要求下降。可提高生产效率，降低生产成本，更主要的是可以提高熔铸水平，改善产品质量，使产品档次提高，同时具有节约原材料、降低能耗等效果。其它效益还有：(1)减小废铝资源占用资金，加大废铝的利用比例，增加产量，节约资源和能源；(2)减小不适宜的控制条件导致产品质量下降，节约能源。

附图说明

图1是本发明的系统结构图。

图2是基于本发明技术方案的软件系统模块图。

图3是软件系统的主界面。

图4是国标合金牌号查询界面。

图5是经验配方录入界面。

图6是合金成分配料计算界面。

图7是工艺操作参数信息查询界面。

图8是合金化学成分比例报表界面。

具体实施方式

本发明提出一种铝合金熔铸生产辅助系统，包括：

合金牌号成分信息管理模块：在向系统输入要生产的合金牌号、加入熔铝炉的铝液总重量后，用于自动计算出供生产操作人员作为加料依据的、所需的各种金属的加料量；

排渣取样分析模块：对在熔炼一段时间后，得到的排渣取样进行铝液合金成分分析，分析结果和合金成分要求不相符时，判断是进行冲淡调整还是进行补料调整，如果分析结果低于配方要求时，进行补料调整；如果分析结果高于配方要求时，则进行冲淡调整；

合金成分配料计算模块：对需要调整成分的合金，进行成分调整计算，如果进行补料调整，按照下列公式(A)进行补料计算：

其中，X_ij表示第i种元素第j次补料量，Q_j表示第j次熔体总重，A_i表示第i种元素要求含量，B_ij表示第i种元素第j次分析含量，C_ij表示第i种元素第j次其它金属加入量，D_ij表示第i种元素第j次补料用金属纯度；

如果进行冲淡调整，按照下列公式(B)进行冲淡计算：

$X_{\mathrm{ij}}=\frac{((B_{\mathrm{ij}}-A_i)\×Q_j)}{A_i}---\left(B\right)$

其中，X_ij第i种元素第j次冲淡量，Q_j第j次熔体总重，A_i第i种元素要求含量上限，B_ij第i种元素第j次分析含量。

参看图1所示，其为本发明的一种设计结构实施例。

合金牌号成分信息管理模块1提供原料7的信息，工艺操作参数信息管理模块5提供工艺操作参数8的信息，操作人员根据该原料信息和工艺操作参数信息进行合金熔炼工艺2。

在熔炼一段时间后，进行排渣9的取样检测，排渣取样分析模块3对其中的铝合金液合金成分进行分析。在分析结果和合金成分要求不相符时，判断是进行冲淡调整还是进行补料调整。如果分析结果低于配方要求时，进行补料调整；如果分析结果高于配方要求时，则进行冲淡调整。

然后由合金成分配料计算模块4根据上述判断结果进行冲淡计算或补料计算，最后得到补料或冲淡的配料10的结果。工作人员根据配料10进行调整合金熔炼工艺2。

合金原配料库存管理模块6用于管理合金原料7和配料10的入库和出库。熔铸过程报表管理模块11用于记载熔铸过程中的各种参数形成数据报表，包括工艺操作参数、排渣、配料以及合金成分配料计算等数据，其生成的包括合金成分比例报表、合金熔铸配料计算报表、合金熔铸配料库存报表和工艺参数信息报表。

用于实现实施本发明的软件系统构架的示例如图2所示。

熔铸生产辅助决策系统下面可以分为六大功能模块：合金牌号成分信息管理、合金成分配料计算、工艺操作参数信息管理、合金原配料库存管理、熔铸过程报表管理和系统管理。

其中每个功能模块又可以细分。其中合金牌号成分信息管理细分为国家标准信息查询模块和经验配方信息管理模块。合金成分配料计算可以细分为自动计算模块和手动计算模块。工艺操作参数信息管理可以细分为工艺操作参数信息查询模块和工艺操作参数信息录入模块。合金原配料库存管理包括合金原配料入库管理和合金原配料出库管理。熔铸过程报表管理包括合金成分比例报表、合金熔铸配料计算报表、合金熔铸配料库存报表和工艺操作参数信息报表。系统管理包括系统登录模块和系统用户管理模块。

根据上述构架开发本发明软件系统的示例如下：

本软件系统采用SQL Server 2000作为数据库软件。根据企业熔铸生产具体工艺流程，数据库分为国标信息、经验配方信息、工艺操作参数信息3大模块。

1、系统配置需求

针对本系统，需在熔铸车间设置两台服务器、10台生产管理用户终端，用户终端放置于生产管理办公室，供生产管理人员使用。

2、系统开发平台

系统运行环境：Windows XP sp2；

后台开发工具：SQL Server 2000；

前台开发工具：Delphi 7.0

3、系统开发目标

该项目实施后，可以实现如下目标：

(1)可实现铝合金自动配料，达到减小原生铝用量，增加废料用量的目的。

(2)标准控制模块中可进行常用铝合金国标及内部控制标准的查询设定。

(3)合金熔铸规程中可提供常用铝合金熔铸要点。

(4)主要车间原辅料查询可针对车间产品计划或预计进行原辅料备料，对低于要求量提前发出警示。对过期可能影响质量原辅料发出警告及建议。

(5)熔铸质量数据分析包括对熔铸工艺条件、化学成分、计算数据进行分析，找出规律，提出改进方面。

4、系统功能分析

(1)合金牌号成分查询

根据国家标准或企业标准，建立各种合金成分数据表，方便生产管理人员和生产操作人员查询各种合金的成分、进行适当的修改配方，同时也可将企业生产过程中摸索出的生产经验配方输入该系统，便于今后的生产和管理。

该数据表的建立，为企业提供了一个实用的经验数据集合，为企业的生产、经营服务。

(2)合金成分配料计算

建立合金成分配料计算程序，自动计算出各种金属元素的加料量或冲淡量，方便生产操作人员，提高生产效率。

在该程序中，输入要生产的合金牌号、加入熔铝炉的铝液总重量，程序即可自动计算出所需各种金属的加料量，生产操作人员据此进行加料。熔炼一段时间后，进行排渣处理，同时得到排渣量，通过快速取样，分析铝液合金成分，将化验结果人工输入配料计算程序，分析结果和合金成分要求不相符时，就需进行成分调整——冲淡或补料。

此计算程序可极大方便生产人员进行合金成分控制，提高合金的合格率。

1)熔铸过程合金补料计算模型

熔铸过程中，若合金成分分析结果低于配方要求时，需进行补料。补料计算模型可描述为：

模型中使用符号意义如下表：

2)熔铸过程合金冲淡计算模型

熔铸过程中，若合金成分分析结果高于配方要求时，需进行冲淡。冲淡计算模型可描述为：

$X_{\mathrm{ij}}=\frac{((B_{\mathrm{ij}}-A_i)\×Q_j)}{A_i}---\left(B\right)$

模型中使用符号意义如下表：

3)合金原配料库存统计模型

在合金原配料入库、出库查询时，需统计对应查询时间内入、出库总量，合金原配料统计模型可描述为：

$\left\{\begin{array}{c}{M}_{\mathrm{in}}(i,j_{\mathrm{start}},j_{\mathrm{end}})=\underset{j=j_{\mathrm{start}}}{\overset{j_{\mathrm{end}}}{\mathrm{\Σ}}}{m}_{\mathrm{in}}(i,j)\\ M_{\mathrm{out}}(i,j_{\mathrm{start}},j_{\mathrm{end}})=\underset{j=j_{\mathrm{start}}}{\overset{j_{\mathrm{end}}}{\mathrm{\Σ}}}{m}_{\mathrm{out}}(i,j)\end{array}\right.---\left(C\right)$

模型中使用符号意义如下表：

(3)工艺操作参数查询

对于不同合金产品，其各生产阶段的工艺操作参数有不同的要求，因此，有必要建立一个合金生产工艺操作参数的数据表，指导生产操作人员进行生产，提高产品合格率。根据订单，需要生产某种合金时，只需输入该合金牌号，即可查询出对应各阶段的工艺操作数据，生产人员据此进行参数设定，使生产安全、高效、准确运行，生产出合格的、成品率高的合金产品。

(4)熔铸原配料管理

对于熔铸过程所需原配料，须进行库存管理，建立入库、库存、出库等数据表，实现各项查询、统计。

根据上述软件系统的设计思路设计出来的客户端软件参看图3所示为上述熔铸生产辅助决策系统的主界面示例，其上可以设置七个功能键。图4所示为国标合金牌号查询的界面。图6是经验配方录入的界面。图6是合金成分配料计算的界面。图7是工艺操作参数信息查询的界面。图8是合金化学成分比例报表的界面。

以上构架、其中的功能模块设计以及软件不局限于上述实施例，类似以及替换的变通方案均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.铝合金熔铸生产辅助系统，包括：

合金牌号成分信息管理模块：在向系统输入要生产的合金牌号、加入熔铝炉的铝液总重量后，用于自动计算出供生产操作人员作为加料依据的、所需的各种金属的加料量；

排渣取样分析模块：对在熔炼一段时间后，得到的排渣取样进行铝液合金成分分析，分析结果和合金成分要求不相符时，判断是进行冲淡调整还是进行补料调整，如果分析结果低于配方要求时，进行补料调整；如果分析结果高于配方要求时，则进行冲淡调整；

合金成分配料计算模块：对需要调整成分的合金，进行成分调整计算，如果进行补料调整，按照下列公式（A）进行补料计算：

          （A）

其中，X_ij表示第i种元素第j次补料量，

Q_j表示第j次熔体总重，

A_i表示第i种元素要求含量，

B_ij表示第i种元素第j次分析含量，

C_ij表示第i种元素第j次其它金属加入量，

D_ij表示第i种元素第j次补料用金属纯度；

如果进行冲淡调整，按照下列公式（B）进行冲淡计算：

                    （B）

其中，X_ij第i种元素第j次冲淡量，

Q_j第j次熔体总重，

A_i第i种元素要求含量上限，

B_ij第i种元素第j次分析含量。

2.根据权利要求1所述的铝合金熔铸生产辅助系统，其特征在于所述合金牌号成分信息管理模块包括：

国标合金牌号查询模块，用于录入、查询和修改国标和企业标准；

经验配方录入模块，用于录入、查询和修改生产经验的数据。

3.根据权利要求1所述的铝合金熔铸生产辅助系统，其特征在于还包括：

工艺操作参数信息管理模块，用于工艺操作参数信息的录入、查询和修改；生产人员输入合金牌号即可获得供其操作的相应的工艺操作参数，根据该参数进行加料。

4.根据权利要求1所述的铝合金熔铸生产辅助系统，其特征在于还包括：

合金原配料库存管理模块，用于管理合金原配料入库和出库，在合金原配料入库、出库查询时，统计对应查询时间内入、出库总量，其中合金原配料按以下公式（C）统计：

             （C）

其中，i表示化学成分对应原配料，

j表示入、出库时间，

j_start表示入、出库查询起始时间，

j_end表示入、出库查询终止时间，

m_in(i,j) 表示i元素在时间j的入库量，

m_out(i,j) 表示 i元素在时间j的出库量，

M_in(i, j_start, j_end) 表示 i元素在时间j_start至j_end时间段内入库总量，

M_out(i, j_start, j_end) 表示i元素在时间j_start至j_end时间段内入库总量。

5.根据权利要求1所述的铝合金熔铸生产辅助系统，其特征在于还包括：

熔铸过程报表管理模块，用于记载熔铸过程的各种参数，其包括合金成分比例报表、合金熔铸配料计算报表、合金熔铸配料库存报表和工艺操作参数信息报表。

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