CN111250686A - 一种用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统 - Google Patents

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游国强
杨梦懿
彭力真
龙思远
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Abstract

本发明公开一种用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，包括PLC控制系统和红外线测位仪；所述红外线测位仪设于熔炼炉的正上方，用于采集熔炼炉内熔炼液的液面高度数据，并将采集的数据发给所述PLC控制系统；所述PLC控制系统根据预设浇铸熔体的体积和红外线测位仪反馈的信号控制熔体泵的转速和时间，控制镁液的浇铸量。采用穿透性较强的红外线，能够穿过烟尘对镁溶液的液面高度进行实时监测。并且，具有采集数据快、精度高等特点，使得镁合金铸件的产品质量更可靠，也节约了镁液。

Description

一种用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统
技术领域
本发明涉及镁合金浇铸技术领域，具体涉及一种用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统。
背景技术
镁合金是目前最轻的商用金属结构材料，密度低、比强度比刚度高、阻尼减振和电磁屏蔽性好、液态成型和机加工艺性能优良、易于再生产利用、并具有丰富的资源支撑等一系列优点，被认为是当前最具想象力和发展前景的轻量化材料之一。
镁合金常温下塑性不佳，工程上多采用铸造成型，当前90%以上的镁合金零件均为铸造件。铸造生产必然需要进行熔体制备及定量供应；此外，镁合金原材料铸锭及变形材加工用半连续铸锭生产也同样需要进行熔体制备和定量供应。因此，熔体制备和定量供应是镁合金原材料生产和深加工不可或缺的重要工艺环节。
现有的镁合金熔体在进行定量浇铸时，主要采用称重的方式，通过称量需要浇铸的镁合金熔体的重量来实现对浇铸的控制，不仅不精确、难于控制，而且操作困难。也有通过大量的精密仪器实现对称量的镁合金熔体的重量进行精确控制的设备，但整套设备的成本较高，提高了镁合金铸造的生产成本。控制镁熔体液面高度实现定量浇铸是另一种定量浇铸方法。但是现有的对镁熔体液面高度的监测并不准确，也无法做到实时监测，因此难以实现准确的定量浇铸。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，解决现有的镁合金定量浇铸时液面监测数据不准确，导致定量浇铸不准确的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，包括PLC控制系统和红外线测位仪；所述红外线测位仪设于熔炼炉的正上方，用于采集熔炼炉内熔炼液的液面高度数据，并将采集的数据发给所述PLC控制系统；所述PLC控制系统根据预设浇铸熔体的体积和红外线测位仪反馈的信号控制熔体泵的转速和时间，控制镁液的浇铸量。
其中，所述红外线测位仪为WENGLOR YITA100QXVT80。所述PLC控制系统为SIMATICS7-200 SMART、SIMATIC S7-1200或SIMATIC S7-300。采用红外线测位仪发射出红外线，穿过烟尘照射到镁液表面反射回红外线测位仪，测得红外线测位仪到镁液液面的距离精确。
进一步，所述红外线测位仪设于固体绝热层中，即采用固体绝热层的方法，使红外线测位仪在较低温度下工作，增加其使用寿命。所述固体绝热层为氧化铝膜等。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供的用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，能够实现对镁溶液液面的精确和在线实时监测，并通过控制系统对获取的镁溶液液面数据和需要的镁溶液的量进行处理后，实现对熔体泵的转速和工作时间的精确控制，从而实现准确的定量浇铸，不仅使得镁合金铸件的产品质量更可靠，也节约了镁液。
2、本发明采用高精度的红外线测位仪，误差可控制在±0.01m，还具有快速采集数据，准确传输信号的能力，可将红外线辐射信号转换为电信号传输给控制系统。在镁合金熔炼过程中射入穿透性较强的红外线，能够穿过烟尘对镁溶液的液面高度进行实时监测。并且，通过在红外线测位仪外侧设置氧化铝膜，使红外线测位仪在较低温度下工作，增加其使用寿命，因此能够进行长时间且连续监测镁合金熔体液面高度，可靠性高。
3、采用本发明镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，操作简单、自动化程度高，通过对镁溶液液面的精确和在线实时监测，确保镁液的液面高度处于安全高度范围内，使得铸造的镁合金杂质更少、质量更好。对熔体泵的转速和工作时间的精确控制，实现了准确的定量浇铸，节约了镁液，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明一种用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统的示意图。
图中：1-熔炼炉，2-熔体泵，3-浇管，4-红外线测位仪，5-PLC控制系统，6-导管、7-气体保护装置。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，一种用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，包括PLC控制系统5和红外线测位仪4；所述红外线测位仪4设于熔炼炉1的正上方，用于采集熔炼炉1内熔炼液的液面高度数据，并将采集的数据发给所述PLC控制系统5；所述PLC控制系统5根据预设浇铸熔体的体积和红外线测位仪反馈的信号控制熔体泵的转速和时间，控制镁液的浇铸量。图中，熔体泵2、浇管3，导管5和气体保护装置7等均为现有熔炼系统中的熔炼、浇铸的常规装置。
本发明创造性地将红外线测位仪用于镁合金定量浇铸工艺中，利用红外线测位仪具有快速采集信号、数据处理的能力，可将红外辐射信号转换成相对应的电信号输出给控制系统5，可随时监测镁液液面高度。红外线测位仪4的测量位置（即红外线发生器）位于镁液液面中心到边界的二分之一处。红外线穿过烟尘照射到镁液表面反射回红外线测位仪，测得红外线测位仪到镁液液面的距离精确。
具体实施时，红外线测位仪4要求必须垂直射入镁液液面，才可减小测量时的实验误差。在镁液液面在熔炼过程中，波动趋于稳定后再进行测量，并将测量的数据传送给控制系统5。红外线测位仪4选用高精度测位元件的红外线测位仪WENGLOR YITA100QXVT80，精度误差为±0.01m，最大测量距离可达10.1m。
由于红外线测位仪4在长时间热辐射下寿命十分有限，极容易出现烧损老化等现象，因此在红外线测位仪4的外侧设有固体绝热层。所述固体绝热层为优选为具有隔绝热源、耐腐蚀、成本低的氧化铝膜。采用固体绝热装置对红外线发射装置进行保护，隔绝热量传入红外线测位仪4的同时，还保证了镁合金熔体熔炼的安全性。
另外，还包括气体保护装置7；所述气体保护装置7与所述熔炼炉1相连通。气体保护装置7通入的是惰性气体，优选为氩气。如果保护气体压力流速过大，会影响冶炼过程和浇铸状态；通气压力太小，容易混入空气，产生熔化，影响浇铸质量，因此优选通气流速为15-25L/min。
本发明提供的用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，能够实现对镁溶液液面精确和在线实时监测，并通过控制系统对获取的镁溶液液面数据和需要的镁溶液的量进行处理后，实现对熔体泵的转速和工作时间的精确控制，从而实现准确的定量浇铸，不仅使得镁合金铸件的产品质量更可靠，也节约了镁液。
采用本发明监测系统进行控制，包括如下步骤：
（1）在熔炼炉内熔炼镁合金，并保温一定时间，获得熔炼好的熔炼液；
（2）PLC控制系统发送指令给红外线测位仪，使红外侧位仪向熔炼炉内的熔炼液液面发射红外线，测得镁液的液面高度数据并反馈至PLC控制系统；PLC控制系统根据获得镁液的液面高度数据判断是否在安全高度范围内；若是，继续下一步骤；若不是，提示补充镁液；
（3）PLC控制系统获取需要的镁合金溶液的量；
（4）所述PLC控制系统对需要获取的镁合金液体的量与获得的镁液的液面高度数据进行处理后，向熔体泵发送转动指令，驱动熔体泵转动将熔炼炉内镁合金液体泵至所述浇管口处，获得定量的镁合金溶液。
其中，步骤（2）中，所述安全高度是指镁液液面与所述导管的入液口之间的液位差为35-75mm。步骤（4）中，所述控制系统向熔体泵发送的转动指令包括熔体泵的工作转速和工作时间。
实施例1：镁合金熔炼炉选用直径为1.5m，高1m的熔炼炉。熔体泵入液口固定在距离炉底垂直距离20mm处，在镁液熔炼和浇铸过程中，镁液高度始终控制在35-75mm。保护气体选用氩气。
在控制系统中输入需要浇铸的镁熔体体积为0.22m3，在浇铸前液面高度为0.701m，PLC控制系统根据所测的液面高度，选择合适的熔体泵转子转速35Hz和转动时间9.7s。理论下降高度应为0.125m，实际下降高度为0.125m，几乎误差为0。
实例2：镁合金熔炼炉选用直径为1.5m，高1m的熔炼炉。熔体泵入液口固定在距离炉底垂直距离20mm处，在镁液熔炼和浇铸过程中，镁液高度始终控制在35-75mm。保护气体选用氩气。
在控制系统中输入需要浇铸的镁熔体体积为0.22m3，在浇铸前液面高度为0.576m，PLC控制系统根据所测的液面高度，选择合适的熔体泵转子转速35Hz和转动时间11.2s。理论下降高度应为0.125m，实际下降高度为0.126m，误差为0.8%。
实例3：镁合金熔炼炉选用直径为1.5m，高1m的熔炼炉。熔体泵入液口固定在距离炉底垂直距离20mm处，在镁液熔炼和浇铸过程中，镁液高度始终控制在35-75mm。保护气体选用氩气。
在控制系统中输入需要浇铸的镁熔体体积为0.22m3，在浇铸前液面高度为0.451m，PLC控制系统根据所测的液面高度，选择合适的熔体泵转子转速35Hz和转动时间13s。理论下降高度应为0.125m，实际下降高度为0.125m，几乎误差为0。
可见，通过本发明提供的用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统及监测方法，能够实现对镁溶液液面的精确和在线实时监测和对熔体泵的转速和工作时间的精确控制，从而实现准确的定量浇铸，不仅使得镁合金铸件的产品质量更可靠，也节约了镁液。并且，操作简单、自动化程度高。通过对镁溶液液面的精确和在线实时监测，确保镁液的液面高度处于安全高度范围内，使得铸造的镁合金杂质更少、质量更好。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，其特征在于，包括PLC控制系统和红外线测位仪；所述红外线测位仪设于熔炼炉的正上方，用于采集熔炼炉内熔炼液的液面高度数据，并将采集的数据发给所述PLC控制系统；所述PLC控制系统根据预设浇铸熔体的体积和红外线测位仪反馈的信号控制熔体泵的转速和时间，控制镁液的浇铸量。
2.根据权利要求1所述用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，其特征在于，所述红外线测位仪为WENGLOR YITA100QXVT80。
3.根据权利要求1所述的用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，其特征在于，所述PLC控制系统为SIMATIC S7-200 SMART、SIMATIC S7-1200或SIMATIC S7-300。
4.根据权利要求1所述的用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，其特征在于，所述红外线测位仪设于固体绝热层中。
5.根据权利要求4所述的用于镁合金定量浇铸的液面在线实时监测系统，其特征在于，所述固体绝热层为氧化铝膜。
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