CN108044062A - 一种回转连续生产合金的设备连续控制方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种回转连续生产合金的设备连续控制方法及其设备，属于液态合金凝固技术领域，本方法通过间歇运动控制，从而使得在间歇停止的时候完成金属熔液的装料，模具准备和脱模等各个操作，使得控制更加精准，效率更加高。设备包括流口包、转盘、冷凝器、加粉装置、布水器、液位探测仪、冲针、喷涂装置、动力装置和控制装置。该设备能能够连续大批量生产致密铸棒或粒状材料，能满足各种大、中、小批量的有色金属、钢锭生产需要；生产效率比目前国内使用的固定式铸锭生产设备效率提高十倍以上。

Description

一种回转连续生产合金的设备连续控制方法及其设备

技术领域

本发明涉及液态合金凝固技术领域，特别是涉及一种回转连续生产合金的设备连续控制方法及其设备。

背景技术

目前，国内钢铁冶金、有色金属和机械铸造业领域生产铸锭大多数是把液态金属浇铸到钢锭模中得到大小不同的各种铸锭。传统方法有以下缺点，一是高温液态金属直接冲刷到锭模底部，导致模子烧损严重、单位产品模具成本费用高；二是液态金属冷凝时间长，出现严重的成分偏析；三是生产周期长；四是劳动生产率特别低。以铁合金浇铸为例，从浇铸到加工成合格的成品需要长达24-36小时，吨合金产品的模子费用达到5-20元；产品成分极不均匀，不同部位成分相差很大，有的高达10％以上，不能满足用户需求。有的企业采用链板浇铸机，生产效率得到了较大提高，但模具费用高问题仍然得不到解决，且这种方法无法生产出高质量铸棒。

现有的钢铁冶金领域均是使用传送链技术来进行生产合金，由于传送链生产效率较低，因此需要设计出一种环形的生产线。但是由于合金生产过程中使得环形的生产线的受力非常大，因此在控制方面的制动冲力也非常大，因此需要设计出一种匀速控制的生产方式，才能够更好的形成快速的生产。现有的合金生产控制方法无法满足环形生产控制的需要，需要设计出一种控制更精准，效率更高的控制方法。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种回转连续生产合金的设备连续控制方法及其设备。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种回转连续生产合金的设备连续控制方法，包括如下步骤：

步骤1：启动系统，待转盘正常运行后检测其它部件和反馈数据是否正常，如果不正常，人工检修调整，再次启动，如果正常，进入生产模式；

步骤2：控制装置控制转盘做匀速圆周运动；

步骤3：控制加粉装置和流口包打开持续往冷凝器内加入粉末和金属熔液；

步骤4：控制冲针、喷涂装置和液位探测仪上下运动进行脱模、喷涂料和液位检测。

上述方案中，优选的是步骤2转盘圆周周边设置有若干个冷凝器，冷凝器跟随转盘一起做圆周运动。

上述方案中，优选的是步骤3加粉装置和流口包给冷凝器加粉末和金属熔液时间分别为冷凝器旋转运行经过粉装置和流口包正下方的时间，粉装置和流口包的流速根据所需要加的粉末和金属熔液的量进行控制，粉末为正在生产的金属在生产后期产生的粉末。

上述方案中，优选的是步骤4中脱模、喷涂料和液位检测具体过程为，冲针将要冲击的冷凝器提前打开底盖，冲针敲打在冷凝器内部的冷却的金属上，把冷却的金属冲出冷凝器，完成脱模，喷涂装置进入刚脱模和盖上底盖的冷凝器内，喷涂装置进入到最低点时，往冷凝器内壁喷出涂料，涂料黏在冷凝器内壁上；液位探测仪为二极也为探测仪，二极也为探测仪插入装有金属熔液的冷凝器内部探测金属熔液的刻度，并把探测的数字反馈给控制装置。

上述方案中，优选的是步骤4中冲针、喷涂装置和液位探测仪上下运动的同时也做与转盘相同速度和相同轨道的匀速圆周运动。

上述方案中，优选的是步骤4中冲针、喷涂装置和液位探测仪上下运动时，水平方向的速度为零，冲针、喷涂装置和液位探测仪不与冷凝器内壁发生摩擦。

一种回转连续生产合金的设备，包括流口包、转盘、冷凝器、布水器、液位探测仪、冲针、喷涂装置、动力装置和控制装置；

转盘底部设置有支柱和轴承座，支柱一端设置在转盘底部，另一端活动设置在轴承座上，动力装置与转盘连接驱动转盘转动，控制装置与动力装置连接，冷凝器设置在转盘上，流口包设置在冷凝器的上方，布水器设置在转盘的中心位置，布水器的供水口与出水口均与冷凝器连接，液位探测仪、冲针和喷涂装置通过杠杆装置与动力装置连接，液位探测仪、冲针和喷涂装置设置冷凝器的上方且在同一条弧线上。

上述方案中，优选的是冷凝器包括冷却介质入口、冷却介质出口、强冷器外壳、凝固器、介质运动间隙和密封圈，强冷器外壳设置在凝固器的外壁上且与外壁形成介质运动间隙，强冷器外壳两端通过密封圈固定设置在凝固器上，强冷器外壳上设置有冷却介质入口和冷却介质出口。

上述方案中，优选的是布水器包括供水法兰、若干根分水管和热水回收管，供水法兰与外部供水管连接，若干根分水管一端均与供水法兰连接，每根水管的另一端与凝固器的冷却介质入口连接，热水回收管与凝固器的冷却介质出口连接。

本发明的优点与效果是：

本发明通过使用间歇运动的控制方法，从而使得液位检测、脱模、喷涂料、加粉和加金属熔液均能一步完成，从而使得大大减少了控制的难度，从而使得控制更加精准，增加金属合金的生产效率。本发明提供的生产设备能能够连续大批量生产致密铸棒或粒状材料，能满足各种大、中、小批量的有色金属、钢锭生产需要；生产效率比目前国内使用的固定式铸锭生产设备效率提高十倍以上。若用于脆性材料如铁合金、金属硅的铸造，配上简单的挤压、分筛设备就能得到符合用户要求的粒状材料，粉率低、生产效率高。本发明与现有的生产设备相比，模具的损耗率更低，二次利用金属粉末，并且生产的产品的粉率非常低，现有技术的产品的粉率为10％左右，本发明的产品的粉率低到5％左右，并且通过冷凝器进行快速冷凝，从使得生产产品周期更短，效率更高。

附图说明

图1是本发明生产设备的结构示意图。

图2是本发明转盘的结构示意图。

图3是本发明冷凝器横放结构示意图。

图4是本发明转盘的俯视图。

图5是本发明动力装置结构示意图。

图中标号：1流口包、2转盘、2.1支柱、2.2轴承座、2.3转盘台面、2.4冷凝器安装孔、3冷凝器、3.1冷却介质入口、3.2冷却介质出口、3.3强冷器外壳、3.4凝固器、3.5介质运动间隙、3.6密封圈、4加粉装置、5布水器、6液位探测仪、7冲针、8喷涂装置、9动力装置、9.1工作箱驱动轴、9.2工作箱输出轴、9.3工作箱输入轴、9.4箱速机、9.5电动机、10控制装置。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种回转连续生产合金的设备连续控制方法，包括如下步骤：

步骤1：启动系统，待转盘正常运行后检测其它部件和反馈数据是否正常，如果不正常，人工检修调整，再次启动，如果正常，进入生产模式。它部件主要指的是冲针、喷涂装置、液位探测仪、加粉装置和流口包等，主要检测的是冲针、喷涂装置和液位探测仪是否会与冷凝器的内侧壁发生摩擦，或者是没能按照原来的位置进入冷凝器内部。反馈数据主要指的是液位探测仪反馈的检测数据。

步骤2：控制装置控制转盘做匀速圆周运动。转盘圆周周边设置有若干个冷凝器，冷凝器跟随转盘一起做圆周运动，从而形成一个环形的生产线。控制装置输出控制信号控制动力装置进行转动，再由动力装置带动转盘转动。动力装置为大型电机，大型电机带动转盘进行匀速运动。

步骤3：控制加粉装置和流口包打开持续往冷凝器内加入粉末和金属熔液。加粉装置和流口包给冷凝器加粉末和金属熔液时间分别为冷凝器旋转运行经过粉装置和流口包正下方的时间，粉装置和流口包的流速根据所需要加的粉末和金属熔液的量进行控制，粉末为正在生产的金属在生产后期产生的粉末。加粉装置和流口包为持续流出，冷凝管循环运动，冷凝管加粉末或加金属熔液的时间为运动循环过加粉装置和流口正下方的时间。比如需要加金属熔液为5L，冷凝管循环运动经过流口包正下方的时间为0.5s，则流口包的流速为10L/s，经过的时间算式为：时间＝冷凝器直径/环形速度，时间的长短与环形的速度有关，与冷凝器的直径大小也有关。

步骤4：控制冲针、喷涂装置和液位探测仪上下运动进行脱模、喷涂料和液位检测。脱模、喷涂料和液位检测具体过程为，冲针将要冲击的冷凝器提前打开底盖，冲针敲打在冷凝器内部的冷却的金属上，把冷却的金属冲出冷凝器，完成脱模。喷涂装置进入刚脱模和盖上底盖的冷凝器内，喷涂装置进入到最低点时，往冷凝器内壁喷出涂料，涂料黏在冷凝器内壁上。液位探测仪为二极也为探测仪，二极也为探测仪插入装有金属熔液的冷凝器内部探测金属熔液的刻度，并把探测的数字反馈给控制装置。冲针、喷涂装置和液位探测仪上下运动的同时也做与转盘相同速度和相同轨道的匀速圆周运动。这是冲针、喷涂装置和液位探测仪跟着转盘转动的的情况，这样控制可以减少控制精度，不出出现与冷凝器内壁摩擦的情况。比如，转盘的循环运动的速度为5m/s，则在冲针、喷涂装置和液位探测仪相对应的冷凝器准备到达冲针、喷涂装置和液位探测仪的正下方时，冲针、喷涂装置和液位探测仪开始启动加速，待相应的冷凝器刚好运动到冲针、喷涂装置和液位探测仪的正下方时，速度与转盘的速度相同，此时冲针、喷涂装置和液位探测仪变为匀速运动，直到冲针、喷涂装置和液位探测仪完成上下运动完成动作，继续上下运动进行脱模、喷涂和液位检测处理。冲针、喷涂装置和液位探测仪与转盘同样做匀速圆周运动，同时还上下运动。

还有另外一个情况就是，冲针、喷涂装置和液位探测仪上下运动时，水平方向的速度为零，冲针、喷涂装置和液位探测仪不与冷凝器内壁发生摩擦。这种情况需要控制的冲针、喷涂装置和液位探测仪体积比较小，并且上下运动的时间都要比较快，才能满足不与冷凝器内壁出现摩擦的情况。这种情况时，冲针、喷涂装置和液位探测仪从进入冷凝器到出来的时间不小于冷凝器的直径处于转盘转动的速度。

一种回转连续生产合金的设备，包括流口包1、转盘2、冷凝器3、加粉装置4、布水器5、液位探测仪6、冲针7、喷涂装置8、动力装置9和控制装置10。流口包1用于装刚熔融的金属熔液，流口包1的金属熔液流入冷凝器3中进行快速冷却，控制装置10控制动力装置9带动转盘2转动，使得形成环形式生产，转盘2将冷却的金属带到冲针7底部时，冲针7从上往下敲打冷凝器3内的金属冷却产品，把冷却的金属合金击落，完成金属棒或颗粒的铸造。本设备可以设置为一个圆环形的生产转盘，也可以设置为一个椭圆形或者坦克链的环形状态。只要是闭环的连续生产均是本申请的可实现的范围。

每台设备安装1-5个流口包1，其功能是把高温液态合金引入凝固器中，并对铸棒起补缩作用。流口包1外壳用钢板焊接或铸铁(铸钢)铸造而成。流口包1内部有耐火材料，耐火材料包括不定形耐火材料和定型耐火材料，其材质为硅质或镁质或铝质或粘土质或上述三种混合物。包底有一个或数个液态合金流出口，流出口直径为10-150mm，流口包同时具备浇铸和补缩功能。

如图3所示，转盘2底部设置有支柱2.1和轴承座2.2，支柱2.1一端设置在转盘2底部，另一端活动设置在轴承座2.2上。动力装置9与转盘2连接驱动转盘2转动，控制装置10与动力装置9连接。控制装置10控制动力装置9进行同步控制转盘2转动，从而使得控制点从一个变为多个更好的控制，启动速度更加快，制动效果更好。

冷凝器3设置在转盘2上，流口包1设置在冷凝器3的上方。冷凝器3包括冷却介质入口3.1、冷却介质出口3.2、强冷器外壳3.3、凝固器3.4、介质运动间隙3.5和密封圈3.6。强冷器外壳3.3设置在凝固器3.4的外壁上且与外壁形成介质运动间隙3.5。强冷器外壳3.3两端通过密封圈3.6固定设置在凝固器3.4上，强冷器外壳3.3上设置有冷却介质入口3.1和冷却介质出口3.2。每台设备含有5套以上凝固器和激冷器，凝固器循环工作，其功能是实现液态合金快速凝固和连续生产。凝固器和激冷器组合为一个整体安装在回转平台上。凝固器由材质为铜(钢、石墨)或三者组合制成，长度和内径根据市场需求而定，容纳液体的内腔设计成方形或圆形，内腔轮廓直径范围30mm至300mm,内腔高度100mm到2000mm。激冷器用钢或铜制造，并安装密封圈。激冷器包含有冷却介质进口和出口，采用水为冷却介质，每一个激冷器的冷却水压力0.05-2.0Mpa、流量1-50吨每小时、流速不小于0.1m/s。冷凝器3底部设置了底盖，在冷凝器3运动在冲针7底部时，底盖打开，等冷凝器3的金属合金被敲打出来后，底盖再盖上。

布水器5设置在转盘2的中心位置，布水器5的供水口与出水口均与冷凝器3连接。布水器5包括供水法兰、若干根分水管和热水回收管。供水法兰与外部供水管连接，若干根分水管一端均与供水法兰连接。每根水管的另一端与凝固器3.4的冷却介质入口3.1连接，热水回收管与凝固器3.4的冷却介质出口3.2连接。布水器由金属材料制成，安装在回转平台内，通过压力软管与激冷器相连接。布水器和激冷器均随着回转平台一起同步转动，二者保持相对静止状态。布水器能在转运过程中，自动调节给水量。

加粉装置4设置在冷凝器3的上方且与布水器5在通弧线上。加粉装置4上装的为要生产的金属合金的粉末材料，粉末材料为在产品包装中回收回来的次品。在准备放入放金属熔液前，先通过加粉装置4往冷凝器3内部倒入少量的金属合金粉末，从而更好的对冷凝器3的底盖进行保护，同时也对生产过程中产生的粉料进行了二次融合，更好的提高产品的合格率，减少粉末成为次品的比例。

液位探测仪6、冲针7和喷涂装置8通过杠杆装置与动力装置9连接。液位探测仪6、冲针7和喷涂装置8设置冷凝器3的上方且在同一条弧线上。喷涂装置8用于喷涂涂料，用于保护冷凝器3内部的模具。动力装置9控制液位探测仪6、冲针7和喷涂装置8往下运动时，液位探测仪6设置在冲针7的前面，喷涂装置8设置在冲针7后面，液位探测仪6、冲针7和喷涂装置8分别进入一个冷凝器3内。液位探测仪6对刚加好金属熔液的冷凝器3内的金属液位高度进行探测，并把探测记过传给控制装置10，形成反馈调节控制。喷涂装置8对空的冷凝器3内部喷涂涂料，使得冷凝器3得到更好的保护，利用模具的预热使得涂料变干。

控制装置10包括微处理器、时钟电路和电机驱动电路，时钟电路与微处理器连接，微处理器经电机驱动电路与电动机9.5连接。微处理器使用STM32系列单片机芯片，电机驱动电路使用多路电机输出控制电路。

如图5所示，动力装置9用于驱动或制动转盘2，控制装置10均与动力装置9连接。动力装置9均匀对称设置在支柱2.1周边，动力装置9以支柱2.1为轴心，动力装置9与动力装置9之间的夹角相同，从而使得受力更加平衡，大大的减少了在启动或制动时对动力装置9与支柱2.1连接部件和由于转盘2的重力不平衡长生对轴承座2.2的磨损。

动力装置9包括工作箱驱动轴9.1、工作箱输出轴9.2、工作箱输入轴9.3、箱速机9.4、工作箱和电动机9.5。电动机9.5经箱速机9.4、工作箱输入轴9.3与工作箱连接。电动机9.5转动带动箱速机9.4转动，箱速机9.4通过工作箱输入轴9.3进而带动工作箱工作。驱动缓冲箱一端设置在支柱2.1上，驱动缓冲箱的另一端与一个工作箱的工作箱驱动轴(9.1)和工作箱输出轴9.2连接。工作箱经工作箱驱动轴9.1和工作箱输出轴9.2驱动转盘2转动。

液位探测仪6用于检测凝固器3.4内液态金属液面高度，若达不到规定高度的下限，则输出电信号，让金属流量控制装置加大流量，若高于规定的液面高度，则减小流量。

冲针7由金属材料制成，在驱动器输出轴驱动下作上下垂直运动，永远保持与回转平台同步运动。当回转平台转位时冲针7正好离开凝固器3.4上表面；当转位停止时冲针7正好从凝固器3.4上端进入凝固器3.4腔内，冲击已经凝固的合金铸棒，使铸棒脱离凝固器3.4。铸棒脱模后，凝固器3.4即进入下一个工作循环。

喷涂装置8由金属材料制成，通过压力软管把液态涂料和压缩空气与喷涂装置8内设有的液态涂料通道和压缩空气通道相连接。喷涂装置8也是通过驱动器工作箱的输出轴驱动，与冲针7同步同相位上下垂直运动，实现对凝固器内壁喷涂涂料。驱动器包括电动机、减速箱和工作箱。工作箱设有输入轴、输出轴和驱动轴。输入轴将减速箱输出的功率传递到工作箱，驱动轴负责驱动回转平台绕中心作水平间歇回转运动，输出轴推动冲针7及喷涂装置8作上下垂直运动。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。

Claims (9)

1.一种回转连续生产合金的设备连续控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：启动系统，待转盘正常运行后检测其它部件和反馈数据是否正常，如果不正常，人工检修调整，再次启动，如果正常，进入生产模式；

步骤2：控制装置控制转盘做匀速圆周运动；

步骤3：控制加粉装置和流口包打开持续往冷凝器内加入粉末和金属熔液；

步骤4：控制冲针、喷涂装置和液位探测仪上下运动进行脱模、喷涂料和液位检测。

2.根据权利要求1所述的一种回转连续生产合金的设备连续控制方法，其特征在于：所述步骤2中转盘圆周周边设置有若干个冷凝器，冷凝器跟随转盘一起做圆周运动。

3.根据权利要求1所述的一种回转连续生产合金的设备连续控制方法，其特征在于：所述步骤3中加粉装置和流口包给冷凝器加粉末和金属熔液时间分别为冷凝器旋转运行经过粉装置和流口包正下方的时间，加粉装置和流口包的流速根据所需要加的粉末和金属熔液的量进行控制，粉末为正在生产的金属在生产后期产生的粉末。

4.根据权利要求1所述的一种回转连续生产合金的设备连续控制方法，其特征在于：所述步骤4中脱模、喷涂料和液位检测具体过程为，冲针将要冲击的冷凝器提前打开底盖，冲针敲打在冷凝器内部的冷却的金属上，把冷却的金属冲出冷凝器，完成脱模，喷涂装置进入刚脱模和盖上底盖的冷凝器内，喷涂装置进入到最低点时，往冷凝器内壁喷出涂料，涂料黏在冷凝器内壁上；液位探测仪为二极也为探测仪，二极也为探测仪插入装有金属熔液的冷凝器内部探测金属熔液的刻度，并把探测的数字反馈给控制装置。

5.根据权利要求1所述的一种回转连续生产合金的设备连续控制方法，其特征在于：所述步骤4中冲针、喷涂装置和液位探测仪上下运动的同时也做与转盘相同速度和相同轨道的匀速圆周运动。

6.根据权利要求1所述的一种回转连续生产合金的设备连续控制方法，其特征在于：所述步骤4中冲针、喷涂装置和液位探测仪上下运动时，水平方向的速度为零，冲针、喷涂装置和液位探测仪不与冷凝器内壁发生摩擦。

7.一种回转连续生产合金的设备，其特征在于：包括流口包(1)、转盘(2)、冷凝器(3)、布水器(5)、液位探测仪(6)、冲针(7)、喷涂装置(8)、动力装置(9)和控制装置(10)；

转盘(2)底部设置有支柱(2.1)和轴承座(2.2)，支柱(2.1)一端设置在转盘(2)底部，另一端活动设置在轴承座(2.2)上，动力装置(9)与转盘(2)连接驱动转盘(2)转动，控制装置(10)与动力装置(9)连接，冷凝器(3)设置在转盘(2)上，流口包(1)设置在冷凝器(3)的上方，布水器(5)设置在转盘(2)的中心位置，布水器(5)的供水口与出水口均与冷凝器(3)连接，液位探测仪(6)、冲针(7)和喷涂装置(8)通过杠杆装置与动力装置(9)连接，液位探测仪(6)、冲针(7)和喷涂装置(8)设置冷凝器(3)的上方且在同一条弧线上。

8.根据权利要求7所述的一种回转连续生产合金的设备，其特征在于：所述冷凝器(3)包括冷却介质入口(3.1)、冷却介质出口(3.2)、强冷器外壳(3.3)、凝固器(3.4)、介质运动间隙(3.5)和密封圈(3.6)，强冷器外壳(3.3)设置在凝固器(3.4)的外壁上且与外壁形成介质运动间隙(3.5)，强冷器外壳(3.3)两端通过密封圈(3.6)固定设置在凝固器(3.4)上，强冷器外壳(3.3)上设置有冷却介质入口(3.1)和冷却介质出口(3.2)。

9.根据权利要求8所述的一种回转连续生产合金的设备，其特征在于：所述布水器(5)包括供水法兰、若干根分水管和热水回收管，供水法兰与外部供水管连接，若干根分水管一端均与供水法兰连接，每根水管的另一端与凝固器(3.4)的冷却介质入口(3.1)连接，热水回收管与凝固器(3.4)的冷却介质出口(3.2)连接。