CN108543933A - 不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不规则块状物料不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法，包括下列步骤：获取合金元素烧损数据及原始炉内合金总量和单次浇注的重量；根据获得的数据，采用动态模糊控制原理向炉内自动加料使炉内各合金元素比例波动在标准范围内；连续浇注；用户只需确保物料在称台上物料就位即可，系统具备实时监控功能，在不正常加料、化学成分范围超差等情况，均能发出预警，并启动预案，停止浇注并将成分调回到设定的理想值范围之内。在自动加料并浇注。
Description
技术领域
本发明涉及一种镁合金铸锭生产领域，具体涉及一种不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法及系统。
背景技术
目前现行生产镁及镁合金铸锭(液)的方法是，按产品成分要求先预先将称好的合金元素炉料添加到的原镁熔体内，用机械搅拌的方式促进合金元素与原镁熔体的接触，达到合理配比的目的。大多采用多个熔化炉轮换进行炉次式熔炼配比方法，属于批次间断作业；与本发明的连续作业方法截然不同。炉次式生产造成了生产效率低下无法满足连续生产的要求；同时熔炼过程中，镁合金熔体不断处于开放式环境，造成烧损严重，同时在与空气接触过程中，产生大量的腐蚀性气体，不仅恶化作业环境，还导致厂房和设备快速腐蚀。同时金属块状物料在配比过程中难以破碎做到精确定量，一直是配料技术难题。
因此，为解决以上问题，需要一种不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法及系统，能够保证镁铝合金品质高，生产效率高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法及系统，能够保证镁铝合金品质高，生产效率高。
本发明的不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法，包括下列步骤：
(1)获取合金元素原始成分比例、烧损数据及原始炉内合金总量和单次浇注的重量；
(2)根据步骤(1)获得的数据，采用动态模糊控制原理向炉内自动加料使炉内各合金元素比例波动在标准范围内；
(3)连续生产：连续浇注，连续动态配料。
进一步，在步骤(2)中，动态模糊控制原理为：根据合金牌号的各金属元素占比的标准范围选取其中间值为对应元素超标/欠缺参考值，加料前根据当前炉内各金属元素占比判断超标/欠缺元素，通过不同工位的具有称重功能的自动加料装置对不同金属物料块进行一次加料，并记录当次各金属元素加料重量，计算锅内各金属元素占比，判断锅内各金属元素占比是否在标准范围内，如果在标准范围内，则浇注；不在标准范围则启动预紧方案对现有各金属占比进行调节并至标注范围内；浇注完成后，再根据各锅内各金属元素占比判断超标/欠缺元素，选取下次添加的金属元素。
进一步，不同单块物料块之间的重量比与所配合金中对应各金属元素之间重量占比大致成正比。
进一步，在步骤(2)中，对配置好的炉料通过预热传输装置烘干并去油汽。
本发明还公开一种上述不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法的镁铝合金生产系统，包括多个用于自动添加并称重不同块状不规则炉料的自动加料装置、用于运输并预热各添加炉料的传输装置、用于连续浇注的熔炉和用于控制各自动加料装置的自动加料控制模块。
进一步，所述自动加料装置包括用于放置物料的置料台、支撑于置料台底部的支撑杆组件和位于置料台下侧的称重装置；所述称重装置包括称台和用于驱动称台上升使称台托举置料台实现称重的举升气缸；所述支撑杆组件包括顶部与置料台以可沿竖向滑动的方式铰接的第一支撑杆组件和用于通过自身竖向伸缩而驱动置料台倾斜卸料的第二支撑杆组件。
进一步，所述置料台底部横向两侧分别固定设置有铰接座，所述铰接座底部向上凹陷形成倒U形铰接槽，所述支撑杆组件顶端设置有一个横杆；所述横杆的两端分别横向穿过对应倒U形铰接槽，铰接座底部沿纵向设置有锁止横杆端部竖向脱落的锁止销；所述第一支撑杆组件还包括支撑座套I和螺纹内套于支撑座套I的支撑螺杆I，所述支撑螺杆的顶端以可自由转动嵌入设置于横杆下侧的定位槽并实现竖向支撑。
进一步，所述第二支撑杆组件由下到上依次包括翻料气缸、固定于翻料气缸的气缸轴的滚轮座和转动安装于滚轮座的滚轮，所述置料台的底部设置有与滚轮对应的滚轮滑槽。
进一步，所述置料台为置物平板，所述第二支撑杆组件还包括支撑座套II和螺纹内套于支撑座套的支撑螺杆II，所述支撑螺杆II的上端支撑于翻转气缸的底部并通过旋转支撑螺杆II实现翻转气缸高度调节。
进一步，所述置物平板三边具有挡料竖向边框，三个挡料竖向边框围设形成放料槽；所述放料槽沿物料滑落方向其宽度逐渐减小。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法及系统，用户只需确保物料称台上物料就位即可，系统自动添加补料，且浇注的镁铝合金品质高，工人劳动强度降低，生产效率高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中自动加料装置的结构示意图；
图3为本发明中置物台底部的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，图2为本发明中自动加料装置的结构示意图，如图所示，本实施例中的不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法，包括下列步骤：
(1)获取合金元素原始成分比例、烧损数据及原始炉内合金总量和单次浇注的重量；
(2)根据步骤(1)获得的数据，采用动态模糊控制原理向炉内自动加料使炉内各合金元素比例波动在标准范围内；
(3)连续生产：连续浇注，连续动态配料。
本实施例中，在步骤(2)中，动态模糊控制原理为：根据合金牌号的各金属元素占比的标准范围选取其中间值为对应元素超标/欠缺参考值，加料前根据当前炉内各金属元素占比判断超标/欠缺元素，通过不同工位的具有称重功能的自动加料装置对不同金属物料块进行一次加料，并记录当次各金属元素加料重量，计算锅内各金属元素占比，判断锅内各金属元素占比是否在标准范围内，如果在标准范围内，则浇注；不在标准范围则启动预紧方案对现有各金属占比进行调节并至标注范围内；浇注完成后，再根据各锅内各金属元素占比判断超标/欠缺元素，选取下次添加的金属元素，动态模糊控制原理为开始启动合金熔炼、升温熔炉将内部炉料熔化为液态；此时需要对熔化炉内的熔体取样化验以获得配料原始比例。将检测结果输入到该的镁铝合金生产系统，为的镁铝合金生产系统合金的动态配方提供基准。同时使用者将所需配置的合金元素烧损数据及原始炉内合金总量、以及每次浇注的重量(铸锭)录入的镁铝合金生产系统。单次浇注量一般由锭模容积已决定，仍可通过三次称量取平均值来校准。基于“原始炉内合金总量”很精准估量的特点，系统采用动态模糊控制原理，开放比例调整窗口，在后继的连续加料熔化精炼。比如：原始炉内总重量为2000kg，浇注量按照标准模具7kg计算，预先定义好：a—镁Mg置料台；b--铝Al置料台；c--锰Mn置料台；d—锌Zn置料台；e--硅Si置料台(定义后不得交换顺序)
A)原始炉料铝Al占比8.6％；锰Mn占比0.35％；锌Zn占比0.60％，硅Si占比0.06％，其余为镁Mg；
B)如预配制合牌号AZ91D其标准成分参数为铝Al占比8.5-9.5％；锰Mn占比0.17-0.40％；锌Zn占比:0.45-0.9％，硅Si占比<＝0.08％，其余为镁Mg)
自动加料控制模块通过现有方法实现如下配置加料：对于标准的合金牌号，如牌号AZ91D中：如铝Al占比8.5-9.5％，则取范围的中间值9.0％与炉内当前合金铝AL成分比较作为超标/欠缺的依据，硅Si占比只规定了上限0.08％，则取0.04％与炉内当前合金硅Si成分比较作为超标/欠缺的依据。基于现有成分，得出此时目前所缺物料为铝Al和锌Zn。
配料过程：基于现状现有炉料成分偏差均在合理范围之内，故系统会正常浇注1次，此刻坩埚内炉料总量为2000-7＝1993kg。依次为基础计算坩埚内各合金元素的重量：
铝AL：1993*8.6％＝171.40kg；锰Mn：1993*0.35％＝6.98kg；
锌Zn：1993*0.6％＝11.96kg；硅Si：1993*0.06％＝1.20kg。
基于以上分析，目前所缺物料为铝Al和锌Zn。接下来工作的为b—铝Al置料台和d--锌Zn置料台。(称重过程详见另一个专利)，因为块状物料很难得到理想的重量，称重之后，如铝Al置料台的为11.5kg；锌Zn置料台的为5.4kg。
按预先设定的烧损率(烧损率可以查手册得出)：Al的烧损率为4.0％；Zn的烧损率为3.0％。
炉内现有炉料：1993+11.5*(100-4.0)％+5.4*(100-3.0)％≈2009kg
炉内现有铝Al：171.40+11.5*(100-4.0)％＝182.44kg
炉内现有锌Zn：11.96+5.4*(100-3.0)％＝17.20kg
其他不变
重新计算并更新成分：
铝Al＝182.44/2009≈9.08％；锰Mn＝6.98/2009≈0.34％
锌Zn＝17.20/2009≈0.86％；硅Si＝1.20/2009≈0.059％
与标准成分对比之后：
得出此时目前所缺物料为镁Mg(即其他合金元素都在成分上限区域)。此时不会称重加料，等待下一次浇注。待浇注1次之后，下面工作的是a—镁Mg置料台。
超差依据：标准的合金牌号，如牌号AZ91D中：如铝Al占比8.5-9.5％，则合金成分范围的两端值8.5％和9.5％作为极限超标/欠缺的依据，硅Si占比只规定了上限0.08％，则取0和0.08％作为极限超标/欠缺的依据。
比如：现炉内总重量为2009kg，而现炉料铝Al占比9.7％；锰Mn占比0.10％；锌Zn占比0.8％，硅Si占比0.06％，其余为镁Mg；
对比牌号号AZ91D其标准成分参数为铝Al占比8.5-9.5％；锰Mn占比0.17-0.40％；锌Zn占比:0.45-0.9％，硅Si占比<＝0.08％，其余为镁Mg)；此时因现有炉料成分铝Al和锰Mn偏差已超限，系统会停止浇注并报警，启动预案先将炉内的成分调整至标准的范围之内。
同步骤2.配置对于标准的合金牌号，如牌号AZ91D中：如铝Al占比8.5-9.5％，则取范围的中间值9.0％作为超标/欠缺的依据，硅Si占比只规定了上限0.08％，则取0.04％作为超标/欠缺的依据。基于现有成分，得出此时目前所缺物料为锰Mn，所多的物料为铝Al。同步骤2所述，此时会补充锰Mn，即c--锰Mn置料台工作，所加的锰同样会稀释铝Al的占比。称重和计算方法同步骤2。
值得注意的是补料是遵照液位检测装置不超过液面上限报警的前提下进行；通常，坩埚的总容量在上限的10％左右，比如2000kg的坩埚，其最大容量约2200kg，正常补充合金占比小的元素总溶液不会溢出；不同单块物料块之间的重量比与所配合金中对应各金属元素之间重量占比大致成正比，避免加料比例波动较大而平凡调试；或者单次各金属元素的放料量与所配合金中对应各金属元素之间重量占比大致成正比。
本实施例中，在步骤(2)中，针对不正常加料和化学成分范围超差时，自动检测并预警，同时启动预案，可手动将成分调回到设定的理想值范围之内。
本实施例中，在步骤(2)中，对配置好的炉料通过预热传输装置烘干并去油汽；同时预先将炉料从冷料烘热，有利于提高入炉后的熔化效率。
本实施例还公开了一种利用上述的不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法的系统，包括多个用于自动添加并称重不同炉料的自动加料装置、用于运输并预热各添加炉料的传输装置8、用于连续熔化、带搅拌泵的熔炉9和用于控制各自动加料装置自动加料的控制模块，当然还声光报警装置，声光报警装置与控制模块电连接并用于不正常加料和化学成分范围超差时报警；
本实施中自动加料装置为5个(分别为自动加料装置a、自动加料装置b、自动加料装置c、自动加料装置d和自动加料装置e)，单个自动加料装置对应一种合金元素；传输装置包括传动带和电加热丝，所述传动带的前、后端还分别设置有混料槽和炉料倾翻入炉装置；所述控制模块可采用PLC，且PLC对加料总量和成分波动进行监控并故障预警，并为智能制造开放数据接口。
本实施例中，所述自动加料装置包括用于放置物料的置料台1、支撑于置料台1底部的支撑杆组件和位于置料台1下侧的称重装置；所述称重装置包括称台2和用于驱动称台2上升使称台2托举置料台1实现称重的举升气缸3；所述支撑杆组件包括顶部与置料台1以可沿竖向滑动的方式铰接的第一支撑杆组件4和用于通过自身竖向伸缩而驱动置料台1倾斜卸料的第二支撑杆组件5；工人可直接将合金元素块扔放至置料台1上，由于支撑杆组件的支撑作用，避免置料台1的重力直接作用于称台2，避免冲击力，称重时，控制举升气缸3的气缸轴上升，驱动称台2上升并托举置料台1和物料实现称重，称重完成后，举升气缸3的气缸轴下降，使置物台放置于支撑杆组件，控制第二支撑杆组件5伸出，使置料台1绕第一支撑杆组件4顶部翻转，使得置料台1翻转倾斜，实现物料在重力作用下滑落倾倒；该结构能够使称重装置有效避免冲击力而提高称重精度，保证使用寿命长，同时简化步骤，自动化程度更高，利于提高工作效率。
本实施中，所述置料台底部横向两侧分别固定设置有铰接座7c，所述铰接座底部向上凹陷形成倒U形铰接槽，所述支撑杆组件顶端设置有一个横杆7a；所述横杆的两端分别横向穿过对应倒U形铰接槽，铰接座底部沿纵向设置有锁止横杆端部竖向脱落的锁止销7d；所述第一支撑杆组件还包括支撑座套I6a和螺纹内套于支撑座套I的支撑螺杆I7b，所述支撑螺杆I的顶端以可自由转动嵌入设置于横杆下侧的定位槽并实现竖向支撑；所述U形铰接槽沿纵向形成横杆与铰接座之间活动间隙；所述横杆中间下侧向上凹陷形成所述定位槽，支撑螺杆I顶端可嵌入定位槽实现对与横杆固定，同时在转动支撑螺杆I时，横杆可不动，结构简单，调节方便；同时置料台被提升过高时，横杆可被提起而脱离支撑螺杆I，减小称重时横杆的于误差支撑螺杆I接触而产生称重误差，提高称重精度，结构巧妙。
本实施例中，所述第二支撑杆组件5由下到上依次包括翻料气缸51、固定于翻料气缸51的气缸轴的滚轮座52和转动安装于滚轮座52的滚轮53，所述置料台1的底部设置有与滚轮53对应的滚轮滑槽54；利于置料台1翻转驱动顺畅。
本实施例中，所述第二支撑杆组件5还包括支撑座套II6和螺纹内套于支撑座套II6的支撑螺杆II7，所述支撑螺杆II7的上端支撑于翻转气缸的底部并通过旋转支撑螺杆II7实现翻转气缸高度调节；通过调节翻转气缸的高度，利于保证置料台1水平，结构简单，调节方便。
本实施例中，所述置物平板三边具有挡料竖向边框，三个挡料竖向边框围设形成放料槽；所述放料槽沿物料滑落方向其宽度逐渐减小；所述挡料竖向边框可由置物平板的相对侧边翻边后形成，结构简单，易于制备。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法，其特征在于：包括下列步骤：
(1)获取合金元素原始成分比例、烧损数据及原始炉内合金总量和单次浇注的重量；
(2)根据步骤(1)获得的数据，采用动态模糊控制原理向炉内自动加料使炉内各合金元素比例波动在标准范围内；
(3)连续生产：连续浇注，连续动态配料。
2.根据权利要求1所述的不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法，其特征在于：在步骤(2)中，动态模糊控制原理为：根据合金牌号的各金属元素占比的标准范围选取其中间值为对应元素超标/欠缺参考值，加料前根据当前炉内各金属元素占比判断超标/欠缺元素，通过不同工位的具有称重功能的自动加料装置对不同金属物料块进行一次加料，并记录当次各金属元素加料重量，计算锅内各金属元素占比，判断锅内各金属元素占比是否在标准范围内，如果在标准范围内，则浇注；不在标准范围则启动预紧方案对现有各金属占比进行调节并至标注范围内；浇注完成后，再根据各锅内各金属元素占比判断超标/欠缺元素，选取下次添加的金属元素。
3.根据权利要求1所述的不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法，其特征在于：不同单块物料块之间的重量比与所配合金中对应各金属元素之间重量占比大致成正比。
4.根据权利要求1所述的不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法，其特征在于：在步骤(2)中，对配置好的炉料通过预热传输装置烘干并去油汽。
5.一种利用权利要求1-4任一权利要求所述的不规则块状物料动态连续生产镁合金的方法的镁铝合金生产系统，其特征在于：包括多个用于自动添加并称重不同块状不规则炉料的自动加料装置、用于运输并预热各添加炉料的传输装置、用于连续浇注的熔炉和用于控制各自动加料装置的自动加料控制模块。
6.根据权利要求5所述的镁铝合金生产系统，其特征在于：所述自动加料装置包括用于放置物料的置料台、支撑于置料台底部的支撑杆组件和位于置料台下侧的称重装置；所述称重装置包括称台和用于驱动称台上升使称台托举置料台实现称重的举升气缸；所述支撑杆组件包括顶部与置料台以可沿竖向滑动的方式铰接的第一支撑杆组件和用于通过自身竖向伸缩而驱动置料台倾斜卸料的第二支撑杆组件。
7.根据权利要求6所述的镁铝合金生产系统，其特征在于：所述置料台底部横向两侧分别固定设置有铰接座，所述铰接座底部向上凹陷形成倒U形铰接槽，所述支撑杆组件顶端设置有一个横杆；所述横杆的两端分别横向穿过对应倒U形铰接槽，铰接座底部沿纵向设置有锁止横杆端部竖向脱落的锁止销；所述第一支撑杆组件还包括支撑座套I和螺纹内套于支撑座套I的支撑螺杆I，所述支撑螺杆的顶端以可自由转动嵌入设置于横杆下侧的定位槽并实现竖向支撑。
8.根据权利要求7所述的镁铝合金生产系统，其特征在于：所述第二支撑杆组件由下到上依次包括翻料气缸、固定于翻料气缸的气缸轴的滚轮座和转动安装于滚轮座的滚轮，所述置料台的底部设置有与滚轮对应的滚轮滑槽。
9.根据权利要求8所述的镁铝合金生产系统，其特征在于：所述置料台为置物平板，所述第二支撑杆组件还包括支撑座套II和螺纹内套于支撑座套的支撑螺杆II，所述支撑螺杆II的上端支撑于翻转气缸的底部并通过旋转支撑螺杆II实现翻转气缸高度调节。
10.根据权利要求9所述的镁铝合金生产系统，其特征在于：所述置物平板三边具有挡料竖向边框，三个挡料竖向边框围设形成放料槽；所述放料槽沿物料滑落方向其宽度逐渐减小。
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