CN106563796A - 一种铸铁的过程控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种铸铁的过程控制系统，该过程控制系统包括：控制系统、配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统，其中，配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统依次处理铸铁过程中的配料步骤、熔炼步骤、球化孕育步骤、浇注步骤；以及配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统分别与控制系统通信连接。本发明通过将配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统分别与控制系统通信连接，以进行数据交互及工步安排，使得工艺参数准确，生产过程能够稳定控制，避免人为失误，提高铸铁熔炼浇注的技术水平，稳定铸件质量，实现铸铁熔炼、浇注的智能化、数字化。

Description

一种铸铁的过程控制系统

技术领域

本发明涉及铸铁领域，具体来说，涉及一种铸铁的过程控制系统。

背景技术

铸造生产过程中，铸铁中的熔炼浇注过程是非常关键的生产环节，关系到铸件的成份、性能等质量问题，但是，国内目前熔炼浇注生产均是直接由工艺人员制定工艺卡，在工艺卡的指导下，操作工人按工艺卡的工艺参数，凭经验进行熔化、浇注作业，但是，上述熔炼浇注操作繁琐，同时，由于人工操作的原因，也容易发生失误的情况。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种铸铁的过程控制系统，能够助以太网、OPC、数据库等技术，将配料系统、熔炼系统等集成应用，以进行数据交互及工步安排，使得工艺参数准确，生产过程能够稳定控制，避免人为失误，提高铸铁熔炼浇注的技术水平，稳定铸件质量，实现铸铁熔炼、浇注的智能化、数字化。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种铸铁的过程控制系统。

该过程控制系统包括：控制系统、配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统，其中，配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统依次处理铸铁过程中的配料步骤、熔炼步骤、球化孕育步骤、浇注步骤；以及配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统分别与控制系统通信连接。

根据本发明的一个实施例，配料系统包括：分别与控制系统通信连接的MES系统、加料系统、参数存储系统。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：MES系统将生产计划发送至控制系统；控制系统根据生产计划，获得铸件信息，并根据参数存储系统，获得原材料的配料比，以及将配料比发送至所述加料系统；加料系统根据配料比，向熔炼炉中进行加料。

根据本发明的一个实施例，熔炼系统包括：分别与控制系统通信连接的Lims系统、热分析仪、参数存储系统、温度检测系统。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：与Lims系统通信连接的光谱检测装置。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：热分析仪检测熔炼炉中的铁水的CE值和过冷度，并将CE值和过冷度发送至控制系统；光谱检测装置检测熔炼炉中的铁水的化学成分的光谱数据，并将光谱数据发送至Lims系统，以及Lims系统将光谱数据发送至控制系统；控制系统接收CE值、过冷度和光谱数据，并且根据CE值、过冷度和光谱数据，判断铁水的成分是否合格；在铁水的成分不合格的情况下，控制系统对熔炼炉中的铁水进行调料，直至铁水的成分合格；在铁水的成分合格的情况下，温度检测装置检测铁水的温度。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：控制系统将合格的铁水的光谱数据发送至球化孕育系统；球化孕育系统接收光谱数据，对转运的铁水进行球化孕育处理。

根据本发明的一个实施例，球化孕育处理包括：一次球化孕育处理；一次球化孕育处理结束后，清除渣物，进行二次球化孕育处理。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：控制系统控制浇注系统进行浇注处理。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：浇注系统记录浇注过程，并将浇注过程发送至控制系统。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：控制系统根据参数存储系统中存储的工艺参数控制配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统。

根据本发明的一个实施例，工艺参数包括：温度控制参数、成分控制参数。

本发明的有益技术效果在于：

本发明通过将配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统分别与控制系统通信连接，以进行数据交互及工步安排，使得工艺参数准确，生产过程能够稳定控制，避免人为失误，提高铸铁熔炼浇注的技术水平，稳定铸件质量，实现铸铁熔炼、浇注的智能化、数字化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的铸铁的过程控制系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的铸铁的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种铸铁的过程控制系统。

如图所示，根据本发明实施例的过程控制系统包括：控制系统、配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统，其中，配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统依次处理铸铁过程中的配料步骤、熔炼步骤、球化孕育步骤、浇注步骤；以及配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统分别与控制系统通信连接。

通过本发明的上述方案，通过将配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统分别与控制系统通信连接，以进行数据交互及工步安排，使得工艺参数准确，生产过程能够稳定控制，避免人为失误，提高铸铁熔炼浇注的技术水平，稳定铸件质量，实现铸铁熔炼、浇注的智能化、数字化。

根据本发明的一个实施例，配料系统包括：分别与控制系统通信连接的MES系统、加料系统、参数存储系统。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：MES系统将生产计划发送至控制系统；控制系统根据生产计划，获得铸件信息，并根据参数存储系统，获得原材料的配料比，以及将配料比发送至所述加料系统；加料系统根据配料比，向熔炼炉中进行加料。

根据本发明的一个实施例，熔炼系统包括：分别与控制系统通信连接的Lims系统、热分析仪、参数存储系统、温度检测系统。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：与Lims系统通信连接的光谱检测装置。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：热分析仪检测熔炼炉中的铁水的CE值和过冷度，并将CE值和过冷度发送至控制系统；光谱检测装置检测熔炼炉中的铁水的化学成分的光谱数据，并将光谱数据发送至Lims系统，以及Lims系统将光谱数据发送至控制系统；控制系统接收CE值、过冷度和光谱数据，并且根据CE值、过冷度和光谱数据，判断铁水的成分是否合格；在铁水的成分不合格的情况下，控制系统对熔炼炉中的铁水进行调料，直至铁水的成分合格；在铁水的成分合格的情况下，温度检测装置检测铁水的温度，其中，该控制系统根据CE值，判断铁水碳硅含量合格与否，并且根据过冷度大小，判断球墨铸铁是否合格，根据光谱数据判断铁水的化学成分是否合格，在是上述的碳硅含量、球墨铸铁及化学成分任一项不合格的情况下，对该铁水进行配料，以使铁水满足铸铁需求。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：控制系统将合格的铁水的光谱数据发送至球化孕育系统；球化孕育系统接收光谱数据，对转运的铁水进行球化孕育处理。

根据本发明的一个实施例，球化孕育处理包括：一次球化孕育处理；一次球化孕育处理结束后，清除渣物，进行二次球化孕育处理。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：控制系统控制浇注系统进行浇注处理。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：浇注系统记录浇注过程，并将浇注过程发送至控制系统。

根据本发明的一个实施例，进一步包括：控制系统根据参数存储系统中存储的工艺参数控制配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统。

根据本发明的一个实施例，工艺参数包括：温度控制参数、成分控制参数。

为了更好的描述本发明，下面以一个具体的实施例进行描述。

根据本发明的一个实施例，本发明一种集成铸铁熔化浇注的过程控制系统，该过程控制系统用于铸造生产的铸铁熔化浇注控制，具体地，该过程控制系统包括：

MES系统(制造执行系统)，用于提供熔炼或浇注生产的排产计划；

参数存储系统(或全流程虚拟制造系统)，用于接收生产铁水的工艺参数，例如温度控制、成分控制参数，该工艺参数可根据实际需求进行设定，本发明对此不做限定，该参数存储系统可为数据库；

加料系统，连接于自动加料PLC控制器，其可在实现自动加料的同时，也可实现向熔炼炉内按炉料配比精准加料，此外，该加料系统将实际加料结果发送至控制系统；

熔炼炉，用于铁水熔炼；

LIMS(Laboratory Information Management System实验室信息管理系统)系统，连接于光谱检测仪，用于接收原辅材化学成分和炉前铁水化学成份的实际检测结果；

热分析仪，安装在炉前，用于炉前快速检测铁水CE值(即测出铁水的活性碳当量值和活性碳含量值，计算出活性硅含量值)，判断铁水碳硅含量合格与否，并且检测铁水过冷度的值，根据该过冷度的大小，判断球墨铸铁是否合格，其中，该过冷度是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和温度的差值；

温度检测装置，该温度检测装置可为温度传感器，也可根据实际需求进行设置，本发明对此不做限定，该温度传感器安装在测温枪上，用于检测熔炼炉及浇包内铁水的温度，其中，浇包用于转运铁水；

球化孕育系统(或球化孕育站PLC系统)，用于铸造生产的球化孕育控制；

控制系统，其有多个信号输入、输出端，分别连接于MES系统、参数存储系统、加料系统、LIMS系统、热分析仪、测温检测、球化孕育系统、浇注系统，具体地，其功能具体在于：

配料、加料控制，接收MES排产计划，自动进行配料计算，将配料结果传递到包括加料车的加料系统，控制加料车加料；

控制熔炼过程，接收参数存储系统的熔炼的相关工艺参数对熔炼进程进行有效控制；

此外，该系统还可建立索引项，具体地，该索引以生产任务单号为主键，建立其与时间、电炉、炉次、包次、光谱号、过程中铁水温度、球化孕育、浇注等参数理论计算值与实际执行值等字段间的关联与索引关系，实现后续生产、设备、成本、质量等维度的分析与追溯；

浇注系统，安装于浇注机上的PC机内，用于控制注机完成铁水的浇注生产，同时，该浇注系统的输入参数包括：熔炼系统的浇注计划，包括炉次、包次、浇注重量、浇注温度、浇注时间，该浇注系统的输出参数包括：砂箱号、工位号、浇注温度、浇注时间。

如图2所示，本发明还包括一种铸铁的过程控制方法，其步骤包括：

步骤1：控制系统接收MES排产计划，选择熔炼炉；

步骤2：配料，该控制系统按计划确定生产铁水牌号、数量，同时，该控制系统根据参数存储系统中的炉料配比计算各主要原材料的加入量，进一步根据现存原辅材料成份计算辅料、合金的加入量；

步骤3：加料，该控制系统将上述计算结果传递给加料系统，并控制加料执行；

步骤4：加料完成后，加料系统将实际加料结果传送给控制系统；

步骤5：开始熔炼，送电熔炼，记录熔炼时间；

步骤6：化清后通过温度检测装置检测取样前温度，温度合格后取样，送样；

步骤7：热分析仪检测CE值和过冷度，将CE值和过冷度传送给控制系统，同时光谱检测装置检测送检试块的化学成分，并将化学成分传送给控制系统；

步骤8：控制系统将接收到的光谱数据(如C、Si、Mn、P、S含量等)与参数存储系统中的工艺参数进行对比，并且该控制系统根据CE值，判断铁水碳硅含量合格与否，并且根据过冷度大小，判断利用该球墨铸铁是否合格，判断铁水成分是否合格，在是上述的碳硅含量、球墨铸铁及化学成分任一项不合格的情况下，，调料后重新取样检测，直到成分合格，其中，铁水的成分包括：碳硅含量信息、化学成分信息、球墨铸铁信息；

步骤9：通过温度检测装置进行过热测温，达到过热温度后进行处理，按工艺要求进行过热处理；

步骤10：变质处理，根据不同产品进行变质处理，加入相应合金；

步骤11：利用温度检测装置进行出铁测温，进行出铁前的测温，温度达到工艺出铁要求后方可出铁，出铁时记录出铁时间；

步骤12：通过球化孕育系统进行球化孕育，并根据参数存储系统中存储的球化孕育的相关参数进行球化孕育过程，该控制系统将接收到的光谱数据(如当前Mg、S、Si含量等)转化为球化孕育系统可识别的变量信号，同时将本次接收到的光谱数据标记时间戳，根据熔炼炉内铁水的重量、浇包体积计算出铁的浇包数量，与浇注铁水的目标成份(如残余Mg含量、目标S含量、目标Si含量等)数据一起，将这些信号传递给球化孕育站PLC控制器，进行球化孕育；记录球化孕育时间及使用球化孕育的材料及数量；

步骤14：随流孕育，根据工艺要求进行随流孕育(无球化孕育站)，记录孕育时间及使用孕育的材料及数量；

步骤15：出铁转运，记录出铁、转运时间；

步骤16：通过温度检测装置进行浇注测温，进行浇注前测温，温度合格后开始浇注；

步骤17：通过浇注系统进行浇注，完成本包浇注，此外根据参数存储系统中存储的浇注的相关参数进行浇注过程，；

步骤18：记录浇注情况，将本包浇注情况进行记录并传送到熔炼系统，并将剩余铁水加入至坩埚，该铸铁流程结束。

此外，在步骤3进行时，通过自动加料车PLC的OPC服务通道，可对加料过程和加料车状态进行监控。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过将配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统分别与控制系统通信连接，以进行数据交互及工步安排，使得工艺参数准确，生产过程能够稳定控制，避免人为失误，提高铸铁熔炼浇注的技术水平，稳定铸件质量，实现铸铁熔炼、浇注的智能化、数字化。此外，该系统只需设备联网，无需增加其他辅助硬件投入，即可实现相对独立运行的MES系统、参数存储系统、加料系统、LIMS系统、热分析仪、温度检测装置、球化孕育系统、浇注系统以较为经济与精简的方式，无缝的集成于熔炼浇注的整体过程控制中，同时，在上述多个系统与控制系统的交互过程中，通过功能的合理划分、参数配置、数据回读、冗余记录等方法，在综合考虑网络与通信故障、本地及远程操作等情况下，保证集成控制的完备性，同时减少了熔炼、浇注过程中的人工干预，实现了熔炼、浇注的智能化，该方法可推广至铸造(铸铁)行业熔炼、浇注的集成控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种铸铁的过程控制系统，其特征在于，包括：控制系统、配料系统、熔炼系统、球化孕育系统、浇注系统，

其中，所述配料系统、所述熔炼系统、所述球化孕育系统、所述浇注系统依次处理铸铁过程中的配料步骤、熔炼步骤、球化孕育步骤、浇注步骤；以及

所述配料系统、所述熔炼系统、所述球化孕育系统、所述浇注系统分别与所述控制系统通信连接。

2.根据权利要求1所述的过程控制系统，其特征在于，所述配料系统包括：

分别与所述控制系统通信连接的MES系统、加料系统、参数存储系统。

3.根据权利要求2所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

所述MES系统将生产计划发送至所述控制系统；

所述控制系统根据所述生产计划，获得铸件信息，并根据所述参数存储系统，获得所述原材料的配料比，以及将所述配料比发送至所述加料系统；

所述加料系统根据所述配料比，向熔炼炉中进行加料。

4.根据权利要求3所述的过程控制系统，其特征在于，所述熔炼系统包括：

分别与所述控制系统通信连接的Lims系统、热分析仪、参数存储系统、温度检测系统。

5.根据权利要求4所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

与所述Lims系统通信连接的光谱检测装置。

6.根据权利要求5所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

所述热分析仪检测所述熔炼炉中的铁水的CE值和过冷度，并将所述CE值和所述过冷度发送至所述控制系统；

所述光谱检测装置检测所述熔炼炉中的铁水的化学成分的光谱数据，并将所述光谱数据发送至所述Lims系统，以及所述Lims系统将所述光谱数据发送至所述控制系统；

所述控制系统接收所述CE值、所述过冷度和所述光谱数据，并且根据所述CE值、所述过冷度和所述光谱数据，判断所述铁水的成分是否合格；

在所述铁水的成分不合格的情况下，所述控制系统对所述熔炼炉中的铁水进行调料，直至所述铁水的成分合格；

在所述铁水的成分合格的情况下，所述温度检测装置检测所述铁水的温度。

7.根据权利要求6所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

所述控制系统将合格的铁水的光谱数据发送至所述球化孕育系统；

所述球化孕育系统接收所述光谱数据，对转运的铁水进行球化孕育处理。

8.根据权利要求7所述的过程控制系统，其特征在于，所述球化孕育处理包括：

一次球化孕育处理；

所述一次球化孕育处理结束后，清除渣物，进行二次球化孕育处理。

9.根据权利要求7所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

所述控制系统控制所述浇注系统进行浇注处理。

10.根据权利要求9所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

所述浇注系统记录浇注过程，并将所述浇注过程发送至所述控制系统。

11.根据权利要求4所述的过程控制系统，其特征在于，进一步包括：

所述控制系统根据所述参数存储系统中存储的工艺参数控制所述配料系统、所述熔炼系统、所述球化孕育系统、所述浇注系统。

12.根据权利要求11所述的过程控制系统，其特征在于，所述工艺参数包括：

温度控制参数、成分控制参数。