CN104818393B - 铝熔体净化除气精炼系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种铝熔体净化除气精炼系统，包括用于储存铝液的箱体、与箱体连接的压缩空气源、设于箱体底部的电机、设于箱体内下层的转子和流槽、与转子连接的惰性气体源，电机与转子连接，还包括控制系统，所述的控制系统包括主控单元、预加热控制单元、气体检测单元、流槽液位检测单元、箱体内熔液检测单元和真空负压控制单元，所述的电机、预加热控制单元、气体检测单元、流槽液位检测单元、箱体内熔液检测单元、真空负压控制单元分别与主控单元连接。本发明实现了铝熔铸在线除气的全自动化控制，有效提高除氢效率，除杂效果更好，可以在完全真空状态下对铝液进行精炼净化，可以随意变化各种合金的除氢要求，大大减少了金属损耗。

Description

铝熔体净化除气精炼系统

技术领域

本发明涉及铝熔铸技术领域，尤其是指一种铝熔体净化除气精炼系统。

背景技术

为了获得良好的铝熔体质量，生产出优质的铝加工产品，铝熔炼过程中需将熔体内的碱性杂质（氢、渣或碱金属）提炼出来。目前，该领域中最直接的技术，就是将惰性气体源注入铝液底部，通过搅拌与铝液混合接触精炼，在惰性气体上浮过程中，将这些有害杂质去除。

传统的在线除氢设备，例如美国SNIF、法国Alpur、美国Pyrotek等主要除氢在线处理装置，目前广泛应用在铝熔体的各个领域中，其工艺特征是：在一个封闭储存铝液的箱体顶端插入一至两根石墨制的转子；转子在外接传动装置的带动下快速旋转，转子下端的叶轮插入铝液并在铝液中高速旋转搅拌；箱体外置的惰性气源中的惰性气体通过插入铝液的石墨转子的空心管道从转子叶轮的输出点输入箱体内的铝液中，形成惰性气泡；高速旋转的叶轮把输出的惰性气泡搅碎，以期达到惰性气泡最大化的接触铝液中的有害杂质，获得最佳的除氢效果。

但在实际操作中，惰性气泡由于热膨胀的原因，无法与铝液中有害杂质饱和接触，会产生除氢盲点，比如在金属处理量10吨/小时（即10T/H）时，除氢效果只能达到50%（即0.14ml/100g），因此传统的在线除氢设备存在着下列无法避免的工艺缺陷：A、箱体结构的箱盖与箱体无法有效密封。在长期高温条件下任何可移动物体都不可能用辅助手段来保持其有效的密封，同时箱体的空气渗入会造成铝液表面氧化物重新生成，在石墨转子的高速旋转时产生涡流使这些渣层重新带入铝液中，形成了铝液二次污染；B、石墨转子露出液面部分会产生氧化，大大降低了石墨转子的使用寿命；C、在生产置换不同牌号合金种类时须将除气箱内残留的铝液放空，直接造成了金属量的损耗；D、石墨转子的结构方式不能将惰性气泡与铝液中的氢、渣和碱金属进行充分有效的接触，达不到理想的除氢效果。

为了解决上述缺陷，铝熔体的在线除氢处理装置需要进行全新设计：石墨转子、流槽均采用下置结构设置在箱体的底层，惰性气体的输出系统连接在转子与定子之间，使整个转子均在铝液内部工作，不会造成氧化磨损，大大延长了转子使用寿命；箱体采用密封的真空结构，在完全真空状态下对铝液进行精炼净化，杜绝外界空气进入除气箱内，而造成铝液的二次污染，确保其在高温条件下长期工作的稳定性；设置真空发生器，用真空负压来控制铝液的流入或流出的金属量，而不是传统方式的那种利用流槽进出口落差自流式的金属补给量方式。

由于铝熔体的在线除氢处理装置采用全新设计后，生产前对箱体的烘炉加热、生产过程中对进出口流槽内铝液输入或输出的液面检测、箱内的液面控制、对真空发生器真空度的控制、惰性气体输入量的控制、石墨转子的转速控制、铸造完成后对箱内储存的铝液温度补充的加热控制等关键工艺流程，都需要全自动的精准的控制。比如在铝液的输入输出的过程中，用真空负压来控制铝液的流入或流出的金属量，控制不当即会造成真空负压失控，导致铝液溢出流槽的安全隐患的严重后果；惰性气体的供气是在定子与转子的结合部中进行的，由于受到铝液静压力的影响，惰性气体必须要保持在设定压力中或随着箱体内金属液面上升的静压力的变化而自动改变其设定压力），从而防止铝液从这个两个结合部中倒流，以免造成整个惰性气体系统瘫痪。但目前，还不具备任何控制系统能全面覆盖铝熔铸的上述操作过程，实现铝熔铸在线除气的全自动化控制。

发明内容

为了解决传统在线除氢设备除氢效果差而改进的除氢设备缺少自动控制系统的问题，本发明提出了一种铝熔体净化除气精炼系统，在改进的在线除氢设备上加装自动控制系统，实现铝熔铸在线除气的全自动化控制，有效提高除氢效率。

本发明所采用的技术方案是：一种铝熔体净化除气精炼系统，包括用于储存铝液的箱体、与箱体连接的压缩空气源、设于箱体底部的电机、设于箱体内下层的转子和流槽、与转子连接的惰性气体源，电机与转子连接，还包括控制系统，所述的控制系统包括主控单元、预加热控制单元、气体检测单元、流槽液位检测单元、箱体内熔液检测单元和真空负压控制单元，所述的电机、预加热控制单元、气体检测单元、流槽液位检测单元、箱体内熔液检测单元、真空负压控制单元分别与主控单元连接，所述的预加热控制单元用于熔铸前对箱体的加热控制，所述的气体检测单元包括压缩空气检测子单元和惰性气体检测子单元，气体检测单元用于实时检测由压缩空气源供应的压缩空气、由惰性气体源供应的惰性气体的压力值和/或流量值，所述的流槽液位检测单元用于检测流槽内熔液液面值，所述的箱体内熔液检测单元用于检测箱体内熔液液面和流量，所述的真空负压控制单元用于对箱体内的真空负压控制。

作为优选，所述的控制系统还包括转子检测单元，所述的转子检测单元包括转子转速检测模块，转子转速检测模块与主控单元连接。

作为优选，所述的预加热控制单元包括温度采集模块、加热限流温度调节模块和加热保护模块，温度采集模块、加热限流温度调节模块连接，温度采集模块、加热限流温度调节模块、加热保护模块分别与主控单元连接。

作为进一步的优选，所述的温度采集模块为PLC温度模块。

作为优选，所述的加热限流温度调节模块为可控硅电流调节电路。

作为优选，所述的流槽液位检测单元包括激光测距仪。

作为优选，所述的真空负压控制单元包括负压传感器、真空发生器、调节阀门，所述的负压传感器用于检测箱体内的负压，所述的真空发生器用于调节箱体内负压状况，所述的调节阀门设于压缩空气源与箱体之间的管路上并用于压缩空气流量的调节，负压传感器分别与真空发生器、调节阀门电连接。

作为优选，所述的压缩空气检测子单元包括压缩空气压力检测模块、压缩空气流量检测模块。

作为优选，所述的惰性气体检测子单元包括惰性气体压力检测模块、惰性气体流量检测模块。

作为优选，所述的转子检测单元还包括转子寿命计时模块，转子寿命计时模块与主控单元电连接。

本发明的有益效果是：生产过程中箱体内的铝液可以完全使用干净，没有残留铝液；在生产过程中可以随意变化各种合金的除氢要求，不需要释放残液，大大减少了金属损耗；实现铝熔铸在线除气的全自动化控制，有效提高除氢效率，除氢总量可以达到75%以上（0.09ml/100g）。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明控制系统的一种结构框图。

图中，1-箱体，2-电机，3-转子，4-流槽，5-压缩空气源，6-惰性气体源，7-电热器，8-主控单元，9-预加热控制单元，10-气体检测单元，11-流槽液位检测单元，12-箱体内熔液检测单元，13-真空负压控制单元，14-转子检测单元，15-压缩空气检测子单元，16-惰性气体检测子单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种铝熔体净化除气精炼系统，包括用于储存铝液的箱体1、压缩空气源5、设于箱体底部的电机2、设于箱体内下层的转子3和流槽4、惰性气体源6以及控制系统，电机与转子连接，转子中设有空心管道，压缩空气源通过管路与箱体连接，惰性气体源通过管路与转子的空心管道连通。

如图2所示，控制系统包括主控单元8、预加热控制单元9、气体检测单元10、流槽液位检测单元11、箱体内熔液检测单元12、转子检测单元14和真空负压控制单元13，电机、预加热控制单元、气体检测单元、流槽液位检测单元、箱体内熔液检测单元、转子检测单元、真空负压控制单元分别与主控单元连接。

预加热控制单元用于熔铸前对箱体的加热控制。预加热控制单元包括温度采集模块、加热限流温度调节模块和加热保护模块，温度采集模块、加热限流温度调节模块连接，温度采集模块、加热限流温度调节模块、加热保护模块分别与主控单元连接。其中，温度采集模块为热电偶，加热限流温度调节模块为可控硅电流调节电路。

气体检测单元包括压缩空气检测子单元15和惰性气体检测子单元16。压缩空气检测子单元包括压缩空气压力检测模块、压缩空气流量检测模块，分别用于实时检测由压缩空气源供应的压缩空气的压力值和流量值；惰性气体检测子单元包括惰性气体压力检测单元、惰性气体流量检测单元，分别用于实时检测由惰性气体源供应的惰性气体的压力值和流量值。

流槽液位检测单元包括激光测距仪，用于检测流槽内熔液液面值。激光测距仪。

箱体内熔液检测单元用于检测箱体内熔液液面和流量。

真空负压控制单元用于对箱体内的真空负压控制，包括负压传感器、真空发生器、调节阀门，负压传感器用于检测箱体内的负压，真空发生器用于调节箱体内负压状况，调节阀门设于压缩空气源与箱体之间的管路上并用于压缩空气流量的调节，负压传感器分别与真空发生器、调节阀门连接。

转子检测单元包括转子转速检测模块、转子寿命计时模块。转子转速检测模块用于统计转子的转速，并传送至主控单元；转子寿命计时模块用于累计转子的使用时间，并传送至主控单元。

本发明的控制过程如下：

（1）预加热控制：使用之前先对箱体进行预加热，预加热装置为设于箱体外部的预热风机和电热器7，预热风机将电热器产生的热量送入箱体，需确保箱体在470℃以上时方可使用。此过程中，温度采集模块采集箱体的温度数据，并传送至主控单元；主控单元分析温度数据，适时通过由可控硅电流调节电路构成的加热限流温度调节模块进行加热限流控制；加热保护模块可以感应是否有风自预热风机过来，若无风则自动断电，可以有效防止电热器烧坏。

（2）进铝前检测：箱体进铝液前，主控单元控制电机，使转子保持在一个较低的转速。气体检测单元中的压缩空气压力检测模块实时检测压缩空气源提供的压缩空气的压力值，压缩空气对转子进行冷却；气体检测单元中的惰性气体压力检测模块实时检测惰性气体源提供的惰性气体的压力值，额定惰性气体向转子内供气。

（3）流槽液面检测：铝熔体开始进入箱体流槽，激光测距仪构成的流槽液面检测单元实时检测熔体的液位变化。给流槽的液面设定一个阈值，当读取到的流槽液面值达到阈值时，主控单元触发真空负压控制单元工作。

（4）真空负压控制：真空负压控制单元通过负压传感器对箱体内的压力进行实时监测，同时对送入真空发生器内的压缩空气进行控制，真空发生器通过调整压缩空气的量化来改变箱体内的负压值。真空负压控制单元的控制过程中，压力传感器与真空发生器形成一个闭环控制，实时监测实时改变。直接控制铝液所需的输入/输出量。调节阀门设于压缩空气源与箱体之间的管路上并用于压缩空气流量的调节，受主控单元的控制，为真空发生器服务。

（5）气体和转速控制：整个过程中的随动控制，主控单元同时对气体检测单元的惰性气体元件及电机进行控制调整。随着真空箱体内液位的变化，转子的转速及进气量进行实时调整。由于转子位于真空箱体的底部，箱体内的液位变化直接导致除气转子上部的静压改变，同时增大惰性气体的排放阻力，在一定量化时会出现熔体的反向进入从而会带来对设备的极大破坏，因此根据负压的变化或者液位的变化来调整转子中的气量。

（6）箱体内熔液流量监测：主控单元通过箱体内熔液检测单元实时监测箱体内的负压、转子转速、惰性气体进气量、转子备压值、流槽内液位的变化，所有这些数据会被限定在一个安全的数值范围内，当检测到反馈值超过安全数值范围时，主控单元强制终止设备工作。

（7）熔铸完成后的控制：熔铸结束后，主控单元通过真空负压控制单元对真空箱体内负压进行调控，使整个过程中真空逐步递减。同时，转子的转速及转子中的气量也会根据真空负压的变化进行调整，从而会增加转子使用寿命和减少后期的清理难度。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铝熔体净化除气精炼系统，包括用于储存铝液的箱体、与箱体连接的压缩空气源、设于箱体底部的电机、设于箱体内下层的转子和流槽、与转子连接的惰性气体源，电机与转子连接，其特征在于：还包括控制系统，所述的控制系统包括主控单元、预加热控制单元、气体检测单元、流槽液位检测单元、箱体内熔液检测单元、真空负压控制单元和转子检测单元，所述的电机、预加热控制单元、气体检测单元、流槽液位检测单元、箱体内熔液检测单元、真空负压控制单元分别与主控单元连接，所述的转子检测单元包括转子转速检测模块，转子转速检测模块与主控单元连接，

所述的预加热控制单元用于熔铸前对箱体的加热控制，所述的气体检测单元用于实时检测由压缩空气源供应的压缩空气、由惰性气体源供应的惰性气体的压力值和/或流量值，所述的流槽液位检测单元用于检测流槽内熔液液面值，所述的箱体内熔液检测单元用于检测箱体内熔液液面和流量，所述的真空负压控制单元用于对箱体内的真空负压控制。

2.根据权利要求1所述的铝熔体净化除气精炼系统，其特征在于：所述的预加热控制单元包括温度采集模块、加热限流温度调节模块和加热保护模块，温度采集模块、加热限流温度调节模块连接，温度采集模块、加热限流温度调节模块、加热保护模块分别与主控单元连接。

3.根据权利要求2所述的铝熔体净化除气精炼系统，其特征在于：所述的温度采集模块为PLC温度模块。

4.根据权利要求2所述的铝熔体净化除气精炼系统，其特征在于：所述的加热限流温度调节模块为可控硅电流调节电路。

5.根据权利要求1所述的铝熔体净化除气精炼系统，其特征在于：所述的流槽液位检测单元包括激光测距仪。

6.根据权利要求1所述的铝熔体净化除气精炼系统，其特征在于：所述的真空负压控制单元包括负压传感器、真空发生器、调节阀门，所述的负压传感器用于检测箱体内的负压，所述的真空发生器用于调节箱体内负压状况，所述的调节阀门用于压缩空气源与箱体之间的管路上并用于压缩空气流量的调节，负压传感器分别与真空发生器、调节阀门连接。

7.根据权利要求1所述的铝熔体净化除气精炼系统，其特征在于：所述的气体检测单元包括压缩空气压力检测模块、惰性气体压力检测单元。

8.根据权利要求1所述的铝熔体净化除气精炼系统，其特征在于：所述的气体检测单元包括压缩空气流量检测模块、惰性气体流量检测单元。

9.根据权利要求1所述的铝熔体净化除气精炼系统，其特征在于：所述的转子检测单元包括转子寿命计时模块，转子寿命计时模块与主控单元连接。