CN112375926A - 一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统 - Google Patents

一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统 Download PDF

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CN112375926A
CN112375926A CN202011245935.8A CN202011245935A CN112375926A CN 112375926 A CN112375926 A CN 112375926A CN 202011245935 A CN202011245935 A CN 202011245935A CN 112375926 A CN112375926 A CN 112375926A
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郑维江
林霞
戴文伟
胡满根
郑智雄
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Jiangle Sanjing New Material Co ltd
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Abstract

本发明公开一种生产硅锆铝合金的工艺生产设备系统，包括：提纯装置、研磨装置、物料混合装置、熔炼装置、物件成型装置、主控制器；主控制器包括第一原料处理模块、第二原料处理模块、第三原料处理模块、第四原料处理模块、成型模块；主控制器的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端、第五输出端分别与第一通信模块的输入端、第二通信模块的输入端、所述第三通信模块的输入端、第四通信模块的输入端、第五通信模块的输入端连接。在本发明中，生产出来的硅锆铝合金具有良好的力学性能和物理性能，具有密度低、耐腐蚀、高硬度、高耐磨等特点。

Description

一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统
技术领域
本发明涉及硅锆铝合金领域，特别涉及一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统。
背景技术
硅锆铝合金能够保持硅、铝、锆各自的优异性能，并且硅、铝、锆的含量相当丰富，硅粉的制备技术成熟，成本低廉，同时这种材料对环境没有污染，对人体无害。
硅锆铝合金复合材料制备主要有：熔炼铸造、浸渗法、粉末冶金、真空热压法、急速冷却/喷射沉积法；传统的制备工艺都比较单一，或多或少都会存在一定的缺陷，常见的就是混合料混合不均匀，导致生产出来的硅锆铝合金的性能不佳。
发明内容
有鉴于现有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是，提供一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，旨在改善硅锆铝合金的生产工艺，提高硅铝合金的性能。
为实现上述目的，本发明提供一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，包括：
提纯装置；所述提纯装置包括提纯模块和第一通信模块；所述提纯装置，用于对普通冶炼硅进行提纯，得到原料硅；
研磨装置；所述研磨装置包括：用于对原料进行粉碎研磨的轧辊、电动机、第二通信模块；所述电动机的旋转轴与所述轧辊连接；所述研磨装置用于对所述原料硅进行研磨，得到粒度满足工艺需求的硅粉；
物料混合装置；所述物料混合装置包括：第一物料喷枪、第二物料喷枪、第三物料喷枪、混合物存储装置、第三通信模块；
熔炼装置；所述熔炼装置包括：用于加热所述熔炼装置的加热装置、用于监测所述熔炼装置温度的温度监测模块、第一搅拌器、用于监测所述第一搅拌器的搅拌电流的搅拌电流监测模块、第四通信模块；所述熔炼装置用于对所述第一粉末混合物进行搅拌熔炼，得到半固态形态的合金物料；
物件成型装置；所述物件成型装置包括：物件模具、用于将处于半固态形态的所述合金物料输送到所述物件模具中的物料输送装置、第五通信模块；
以及主控制器；所述主控制器的第一输出端与所述第一通信模块的输入端连接、所述主控制器的第二输出端与所述第二通信模块的输入端连接、所述主控制器的第三输出端与所述第三通信模块的输入端连接、所述主控制器的第四输出端与所述第四通信模块的输入端连接、所述主控制器的第五输出端与所述第五通信模块的输入端连接；
所述主控制器包括：
第一原料处理模块，用于控制所述提纯装置对所述普通冶炼硅进行提纯，得到所述原料硅；
第二原料处理模块，用于在所述原料硅投入所述研磨装置后，以第一功率运转所述电动机对所述原料硅进行研磨，得到粒度满足工艺需求的所述硅粉；所述硅粉的第一粒度为da；
第三原料处理模块，用于控制所述第一物料喷枪、第二物料喷枪、第三物料喷枪将质量比为(ma∶mb∶mc)的所述硅粉、铝粉、锆粉分别喷洒进所述混合物存储装置，得到混合均匀的所述第一粉末混合物；其中，所述ma为所述硅粉的质量，所述mb为所述铝粉的质量，所述mc为所述锆粉的质量，所述铝粉的第二粒度为db，所述锆粉的第三粒度为dc；
第四原料处理模块，用于将所述第一粉末混合物加入所述熔炼装置中进行搅拌熔炼，使所述第一粉末混合物熔化成半固态的胶状程度，温度控制在硅铝熔化温度之间；其中，通过所述加热装置对所述熔炼装置的内腔进行加热升温，通过所述第一搅拌器对所述第一粉末混合物进行搅拌，通过所述温度监测模块对所述熔炼装置的所述内腔的温度进行实时监测，并通过搅拌电流监测模块实时监测流经所述第一搅拌器的搅拌电流，待所述搅拌电流达到预设电流区间时，得到半固态形态的所述合金物料；
成型模块，用于将处于半固态形态的所述合金物料输送到预先准备的所述物件模具中，密闭状态下，形成真空负压状态，然后通过高压将所述合金物料挤入所述物件模具，最后经冷却脱模，形成所需物件的毛坯；对所述毛坯进行细加工即可得所需的物件。
在本发明中，通过将粉末冶金和半固态技术相结合，即解决了硅颗粒、锆颗粒与铝基体润湿性不好，硅颗粒难以加入溶体的问题，又使得生产出来的硅锆铝合金具有良好的力学性能和物理性能，通过本技术方案生产的硅锆铝合金具有密度低、耐腐蚀、高硬度、高耐磨等特点；通过所述第一物料喷枪、所述第二物料喷枪以及所述第三物料喷枪将所述硅粉、所述铝粉、所述锆粉喷洒进所述混合物存储装置内的方法，使得所述硅粉、所述铝粉、所述锆粉混合均匀，得到混合均匀的所述第一粉末混合物；通过监测所述第一搅拌器的搅拌电流，在搅拌电流达到预设区间后则判断搅拌完成，反之则搅拌不均匀，其原理在于，合金物料搅拌不均匀，则搅拌电机的阻力不同，表征为搅拌电流不同，故而，通过监测搅拌电流能够有效获知混料是否均匀。
在一具体实施方式中，所述第三原料处理模块具体包括：
第一喷洒单元，用于控制所述第一物料喷枪以第一脉冲循环运行将所述硅粉喷洒进所述混合物存储装置内，所述第一脉冲循环的周期为Ta，所述第一物料喷枪的第一通电时长为ta，所述第一物料喷枪的输送速率为La；
第二喷洒单元，用于控制所述第二物料喷枪以第二脉冲循环运行将所述铝粉喷洒进所述混合物存储装置内，所述第二脉冲循环的周期为Tb，所述第二物料喷枪的第二通电时长为tb，所述第二物料喷枪的输送速率为Lb；
第三喷洒单元，用于控制所述第三物料喷枪以第三脉冲循环运行将所述锆粉喷洒进所述混合物存储装置内，所述第三脉冲循环的周期为Tc，所述第三物料喷枪的第三通电时长为tc，所述第三物料喷枪的输送速率为Lc；
其中，所述第一脉冲循环的第一占空比为
Figure BDA0002770023470000041
所述第二脉冲循环的第二占空比为
Figure BDA0002770023470000042
所述第三脉冲循环的第三占空比为
Figure BDA0002770023470000043
所述硅粉掉落到所述混合物存储装置内的第一时长为t1，所述铝粉掉落到所述混合物存储装置的第二时长为t2，所述锆粉掉落到所述混合物存储装的第三时长为t3；所述Δt1为所述硅粉和所述铝粉掉落到所述混合物存储装置内的时间差，即Δt＝t1-t2；所述Δt2为所述锆粉和所述铝粉掉落到所述混合物存储装置内的时间差，即Δt2＝t2-t3；其中，所述t1、所述t2、所述t3通过预先实验测量，所述ta、所述tb、所述tc为预设值；所述第一粉末混合物散落于所述混合物存储装置的底部的最大面积为S。
在另一具体实施方式中，通过所述预先实验测量所述t1、所述t2、所述t3的方法为：
以所述第一脉冲循环运行所述第一物料喷枪时，从所述硅粉输送出所述第一物料喷枪开始计时到所述硅粉掉落于所述混合物存储装置底部计时结束的时长即为所述硅粉掉落到所述混合物存储装置内的所述第一时长t1；
同理，以所述第二脉冲循环运行所述第二物料喷枪时，从所述铝粉输送出所述第二物料喷枪开始计时到所述铝粉掉落于所述混合物存储装置底部计时结束的时长即为所述铝粉掉落到所述混合物存储装置内的所述第二时长t2；以所述第三脉冲循环运行所述第三物料喷枪时，从所述锆粉输送出所述第三物料喷枪开始计时到所述锆粉掉落于所述混合物存储装置底部计时结束的时长即为所述锆粉掉落到所述混合物存储装置内的所述第三时长t3。
在一具体实施方式中，所述熔炼装置各部分的具体运转为：
通过所述加热装置对所述熔炼装置的所述内腔进行加热升温，升温至577～585℃，升温速率为60～70℃/min，同时控制所述第一搅拌器的第一转速为150～250r/min，制得第二混合物；
通过所述温度监测模块对所述熔炼装置的所述内腔的温度进行实时监测，当所述内腔内的所述第二混合物的温度到达573～585℃时，控制所述第一搅拌器的第三转速为600～700r/min，通过搅拌电流监测模块实时监测流经所述第一搅拌器的所述搅拌电流，待所述搅拌电流达到所述预设电流区间，则关闭所述第一搅拌器，得到混合均匀的半固态的所述合金物料。
在另一具体实施方式中，所述第四原料处理模块具体包括；
数据采集单元，用于以采样周期来检测流经所述第一搅拌器的实时电流Ii，所述实时电流Ii用于评估所述第一搅拌器在搅拌过程中的阻力；所述i为所述实时电流的编号，所述i为正整数，以最新检测的所述实时电流为I0且越早检测到的电流数据编号越大；所述实时电流Ii为所述搅拌电流；所述采样周期小于所述第一搅拌器以所述第三转速运转的周期的一半；
区间判断单元，用于判断最近N个所述实时电流Ii的大小范围是否在预设区间内；响应于所述实时电流Ii的大小范围在所述预设区间内，判断所述实时电流Ii的波动性；其中，所述预设区间为：与所述搅拌电流相对应的所述预设电流区间；
波动判断子单元，用于求解最近N个数据的所述实时电流Ii的波动值E；其中，所述波动值
Figure BDA0002770023470000061
所述λ为数据均值求解的加权衰减系数，0.9≤λ＜1；所述j为所述Ej的编号，0≤j＜m；
波动响应子单元，用于响应于所述波动值E小于波动阈值Eth，则停止运行所述第一搅拌器；其中，所述波动阈值Eth为预设值；所述波动值E为：与所述搅拌电流相对应的波动值；所述波动阈值Eth为：与所述搅拌电流相对应的波动阈值。
在该技术方案中，根据最近N个所述实时电流Ii大小范围是否在预设区间内，并判断其波动性来确定搅拌电机在搅拌过程中所受到的阻力是否均匀，以便判断搅拌混料是否均匀并且当实时电流在预设区间内则可以认为混料的阻力达到了预定阻力而认为搅拌均匀；考虑到了随着搅拌的进行，越新的数据越能提醒混料的当前状态而其权重越大，基于此，根据实时电流的均值
Figure BDA0002770023470000071
进行波动值的求解，提供波动性判断准确性。
在另一具体实施方式中，所述第一通电时长ta应满足
Figure BDA0002770023470000072
在另一具体实施方式中，所述硅粉掉落到所述混合物存储装置内的所述第一时长t1、所述铝粉掉落到所述混合物存储装置的所述第二时长t2、所述锆粉掉落到所述混合物存储装置的所述第三时长t3三者之间的大小关系满足：t1＜t2＜t3。
在另一具体实施方式中，所述第二通电时长tb的起始时间点为所述第一通电时长ta的终止时间点，所述第三通电时长tc的起始时间点为所述第二通电时长tb的终止时间点。
本发明的有益效果是：在本发明中，通过将粉末冶金和半固态技术相结合，即解决了硅颗粒、锆颗粒与铝基体润湿性不好，硅颗粒难以加入溶体的问题，又使得生产出来的硅锆铝合金具有良好的力学性能和物理性能，通过本技术方案生产的硅锆铝合金具有密度低、耐腐蚀、高硬度、高耐磨等特点；通过所述第一物料喷枪、所述第二物料喷枪以及所述第三物料喷枪将所述硅粉、所述铝粉、所述锆粉喷洒进所述混合物存储装置内的方法，使得所述硅粉、所述铝粉、所述锆粉混合均匀，得到混合均匀的所述第一粉末混合物；通过监测所述第一搅拌器的搅拌电流，在搅拌电流达到预设区间后则判断搅拌完成，反之则搅拌不均匀，其原理在于，合金物料搅拌不均匀，则搅拌电机的阻力不同，表征为搅拌电流不同，故而，通过监测搅拌电流能够有效获知混料是否均匀。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式中一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统的系统框图；
图2是本发明一具体实施方式中第一脉冲循环、第二脉冲循环及第三脉冲循环的对比示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1-2所示，在本发明的具体实施例中，提供一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，包括：
提纯装置100；所述提纯装置100包括提纯模块101和第一通信模块102；所述提纯装置100，用于对普通冶炼硅进行提纯，得到原料硅；
研磨装置200；所述研磨装置200包括：用于对原料进行粉碎研磨的轧辊201、电动机202、第二通信模块203；所述电动机202的旋转轴与所述轧辊201连接；所述研磨装置200用于对所述原料硅进行研磨，得到粒度满足工艺需求的硅粉；
物料混合装置300；所述物料混合装置300包括：第一物料喷枪301、第二物料喷枪302、第三物料喷枪303、混合物存储装置304、第三通信模块305；
熔炼装置400；所述熔炼装置400包括：用于加热所述熔炼装置400的加热装置401、用于监测所述熔炼装置400温度的温度监测模块402、第一搅拌器403、用于监测所述第一搅拌器403的搅拌电流的搅拌电流监测模块404、第四通信模块405；所述熔炼装置400用于对所述第一粉末混合物进行搅拌熔炼，得到半固态形态的合金物料；
物件成型装置500；所述物件成型装置500包括：物件模具501、用于将处于半固态形态的所述合金物料输送到所述物件模具501中的物料输送装置502、第五通信模块503；
以及主控制器600；所述主控制器600的第一输出端与所述第一通信模块102的输入端连接、所述主控制器600的第二输出端与所述第二通信模块203的输入端连接、所述主控制器600的第三输出端与所述第三通信模块305的输入端连接、所述主控制器600的第四输出端与所述第四通信模块405的输入端连接、所述主控制器600的第五输出端与所述第五通信模块503的输入端连接；
所述主控制器600包括：
第一原料处理模块610，用于控制所述提纯装置100对所述普通冶炼硅进行提纯，得到所述原料硅；
第二原料处理模块620，用于在所述原料硅投入所述研磨装置200后，以第一功率运转所述电动机202对所述原料硅进行研磨，得到粒度满足工艺需求的所述硅粉；所述硅粉的第一粒度为da；
第三原料处理模块630，用于控制所述第一物料喷枪301、第二物料喷枪302、第三物料喷枪303将质量比为(ma∶mb∶mc)的所述硅粉、铝粉、锆粉分别喷洒进所述混合物存储装置304，得到混合均匀的所述第一粉末混合物；其中，所述ma为所述硅粉的质量，所述mb为所述铝粉的质量，所述mc为所述锆粉的质量，所述铝粉的第二粒度为db，所述锆粉的第三粒度为dc；
第四原料处理模块640，用于将所述第一粉末混合物加入所述熔炼装置400中进行搅拌熔炼，使所述第一粉末混合物熔化成半固态的胶状程度，温度控制在硅铝熔化温度之间；其中，通过所述加热装置401对所述熔炼装置400的内腔进行加热升温，通过所述第一搅拌器403对所述第一粉末混合物进行搅拌，通过所述温度监测模块402对所述熔炼装置400的所述内腔的温度进行实时监测，并通过搅拌电流监测模块404实时监测流经所述第一搅拌器403的搅拌电流，待所述搅拌电流达到预设电流区间时，得到半固态形态的所述合金物料；
成型模块650，用于将处于半固态形态的所述合金物料输送到预先准备的所述物件模具501中，密闭状态下，形成真空负压状态，然后通过高压将所述合金物料挤入所述物件模具501，最后经冷却脱模，形成所需物件的毛坯；对所述毛坯进行细加工即可得所需的物件。
在本实施例中，所述第三原料处理模块630具体包括：
第一喷洒单元631，用于控制所述第一物料喷枪301以第一脉冲循环运行将所述硅粉喷洒进所述混合物存储装置304内，所述第一脉冲循环的周期为Ta，所述第一物料喷枪301的第一通电时长为ta，所述第一物料喷枪301的输送速率为La；
第二喷洒单元632，用于控制所述第二物料喷枪302以第二脉冲循环运行将所述铝粉喷洒进所述混合物存储装置304内，所述第二脉冲循环的周期为Tb，所述第二物料喷枪302的第二通电时长为tb，所述第二物料喷枪302的输送速率为Lb；
第三喷洒单元633，用于控制所述第三物料喷枪303以第三脉冲循环运行将所述锆粉喷洒进所述混合物存储装置304内，所述第三脉冲循环的周期为Tc，所述第三物料喷枪303的第三通电时长为tc，所述第三物料喷枪303的输送速率为Lc；
其中，所述第一脉冲循环的第一占空比为
Figure BDA0002770023470000101
所述第二脉冲循环的第二占空比为
Figure BDA0002770023470000102
所述第三脉冲循环的第三占空比为
Figure BDA0002770023470000111
所述硅粉掉落到所述混合物存储装置304内的第一时长为t1，所述铝粉掉落到所述混合物存储装置304的第二时长为t2，所述锆粉掉落到所述混合物存储装的第三时长为t3；所述Δt1为所述硅粉和所述铝粉掉落到所述混合物存储装置304内的时间差，即Δt＝t1-t2；所述Δt2为所述锆粉和所述铝粉掉落到所述混合物存储装置304内的时间差，即Δt2＝t2-t3；其中，所述t1、所述t2、所述t3通过预先实验测量，所述ta、所述tb、所述tc为预设值；所述第一粉末混合物散落于所述混合物存储装置304的底部的最大面积为S。
在另一实施例中，通过所述预先实验测量所述t1、所述t2、所述t3的方法为：
以所述第一脉冲循环运行所述第一物料喷枪301时，从所述硅粉输送出所述第一物料喷枪301开始计时到所述硅粉掉落于所述混合物存储装置304底部计时结束的时长即为所述硅粉掉落到所述混合物存储装置304内的所述第一时长t1；
同理，以所述第二脉冲循环运行所述第二物料喷枪302时，从所述铝粉输送出所述第二物料喷枪302开始计时到所述铝粉掉落于所述混合物存储装置304底部计时结束的时长即为所述铝粉掉落到所述混合物存储装置304内的所述第二时长t2；以所述第三脉冲循环运行所述第三物料喷枪303时，从所述锆粉输送出所述第三物料喷枪303开始计时到所述锆粉掉落于所述混合物存储装置304底部计时结束的时长即为所述锆粉掉落到所述混合物存储装置304内的所述第三时长t3。
在本实施例中，所述熔炼装置400各部分的具体运转为：
通过所述加热装置401对所述熔炼装置400的所述内腔进行加热升温，升温至577～585℃，升温速率为60～70℃/min，同时控制所述第一搅拌器403的第一转速为150～250r/min，制得第二混合物；
通过所述温度监测模块402对所述熔炼装置400的所述内腔的温度进行实时监测，当所述内腔内的所述第二混合物的温度到达573～585℃时，控制所述第一搅拌器403的第三转速为600～700r/min，通过搅拌电流监测模块404实时监测流经所述第一搅拌器403的所述搅拌电流，待所述搅拌电流达到所述预设电流区间，则关闭所述第一搅拌器403，得到混合均匀的半固态的所述合金物料。
在另一实施例中，所述第四原料处理模块640具体包括；
数据采集单元641，用于以采样周期来检测流经所述第一搅拌器403的实时电流Ii，所述实时电流Ii用于评估所述第一搅拌器403在搅拌过程中的阻力；所述i为所述实时电流的编号，所述i为正整数，以最新检测的所述实时电流为I0且越早检测到的电流数据编号越大；所述实时电流Ii为所述搅拌电流；所述采样周期小于所述第一搅拌器403以所述第三转速运转的周期的一半；
区间判断单元642，用于判断最近N个所述实时电流Ii的大小范围是否在预设区间内；响应于所述实时电流Ii的大小范围在所述预设区间内，判断所述实时电流Ii的波动性；其中，所述预设区间为：与所述搅拌电流相对应的所述预设电流区间；
波动判断子单元643，用于求解最近N个数据的所述实时电流Ii的波动值E；其中，所述波动值
Figure BDA0002770023470000121
所述λ为数据均值求解的加权衰减系数，0.9≤λ＜1；所述j为所述Ej的编号，0≤j＜m；
波动响应子单元644，用于响应于所述波动值E小于波动阈值Eth，则停止运行所述第一搅拌器403；其中，所述波动阈值Eth为预设值；所述波动值E为：与所述搅拌电流相对应的波动值；所述波动阈值Eth为：与所述搅拌电流相对应的波动阈值。
在另一实施例中，所述第一通电时长ta应满足
Figure BDA0002770023470000131
值得一提的是，所述最大面积S满足：
Figure BDA0002770023470000132
在另一实施例中，所述硅粉掉落到所述混合物存储装置304内的所述第一时长t1、所述铝粉掉落到所述混合物存储装置304的所述第二时长t2、所述锆粉掉落到所述混合物存储装置304的所述第三时长t3三者之间的大小关系满足：t1＜t2＜t3。
值得一提的是，所述第一时长t1的大小和所述硅粉掉落的初始速度和粒度大小有关，不同的初始速度和不同的粒度大小均会导致所述第一时长t1的改变；所述第二时长t2的大小和所述铝粉掉落的初始速度和粒度大小有关，不同的初始速度和不同的粒度大小均会导致所述第二时长t2的改变；所述第三时长t3的大小和所述锆粉掉落的初始速度和粒度大小有关，不同的初始速度和不同的粒度大小均会导致所述第三时长t3的改变；故而，所述第一时长t1、所述第二时长t2、所述第三时长t3三者之间的大小关系不唯一。
在另一实施例中，所述第二通电时长tb的起始时间点为所述第一通电时长ta的终止时间点，所述第三通电时长tc的起始时间点为所述第二通电时长tb的终止时间点。
下面对本实施例中涉及到的公式进行推导：
为了保证所述第一粉末混合物的混合均匀度，所述硅粉、所述铝粉、所述锆粉在喷洒的过程中互不干涉；故而，在一个脉冲循环内，所述铝粉喷洒的终止时间距离所述硅粉喷洒的起始时间间隔应为所述硅粉和所述铝粉掉落到所述混合物存储装置304内的时间差Δt1，所述锆粉喷洒的终止时间距离所述铝粉喷洒的起始时间间隔应为所述锆粉和所述铝粉掉落到所述混合物存储装置304内的时间差Δt2；
所以第一脉冲循环的周期Ta＝ta+tb+Δt1；所述第二脉冲循环的周期Tb＝ta+tb+Δt1；所述第三脉冲循环的周期Tc＝tb+tc+Δt2；
由占空比的定义可得：所述第一占空比
Figure BDA0002770023470000141
所述第二占空比
Figure BDA0002770023470000142
所述第三占空比
Figure BDA0002770023470000143
所述硅粉在一个所述第一脉冲循环内喷洒的面积为
Figure BDA0002770023470000144
所述铝粉在一个所述第二脉冲循环内喷洒的面积为
Figure BDA0002770023470000145
所述锆粉在一个所述第三脉冲循环内喷洒的面积为
Figure BDA0002770023470000146
所述硅粉、所述铝粉以及所述锆粉喷洒一次刚好铺满一层，所以
Figure BDA0002770023470000147
以上详细描述了本发明的具体实施例。应当理解，本发明的具体实施例并不唯一，本领域的普通技术人员可以在权利要求的范围内根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本领域中的技术人员根据本发明的具体实施例在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，其特征在于，包括：
提纯装置；所述提纯装置包括提纯模块和第一通信模块；所述提纯装置，用于对普通冶炼硅进行提纯，得到原料硅；
研磨装置；所述研磨装置包括：用于对原料进行粉碎研磨的轧辊、电动机、第二通信模块；所述电动机的旋转轴与所述轧辊连接；所述研磨装置用于对所述原料硅进行研磨，得到粒度满足工艺需求的硅粉；
物料混合装置；所述物料混合装置包括：第一物料喷枪、第二物料喷枪、第三物料喷枪、混合物存储装置、第三通信模块；
熔炼装置；所述熔炼装置包括：用于加热所述熔炼装置的加热装置、用于监测所述熔炼装置温度的温度监测模块、第一搅拌器、用于监测所述第一搅拌器的搅拌电流的搅拌电流监测模块、第四通信模块；所述熔炼装置用于对所述第一粉末混合物进行搅拌熔炼，得到半固态形态的合金物料；
物件成型装置；所述物件成型装置包括：物件模具、用于将处于半固态形态的所述合金物料输送到所述物件模具中的物料输送装置、第五通信模块；
以及主控制器；所述主控制器的第一输出端与所述第一通信模块的输入端连接、所述主控制器的第二输出端与所述第二通信模块的输入端连接、所述主控制器的第三输出端与所述第三通信模块的输入端连接、所述主控制器的第四输出端与所述第四通信模块的输入端连接、所述主控制器的第五输出端与所述第五通信模块的输入端连接；
所述主控制器包括：
第一原料处理模块，用于控制所述提纯装置对所述普通冶炼硅进行提纯，得到所述原料硅；
第二原料处理模块，用于在所述原料硅投入所述研磨装置后，以第一功率运转所述电动机对所述原料硅进行研磨，得到粒度满足工艺需求的所述硅粉；所述硅粉的第一粒度为da；
第三原料处理模块，用于控制所述第一物料喷枪、第二物料喷枪、第三物料喷枪将质量比为(ma∶mb∶mc)的所述硅粉、铝粉、锆粉分别喷洒进所述混合物存储装置，得到混合均匀的所述第一粉末混合物；其中，所述ma为所述硅粉的质量，所述mb为所述铝粉的质量，所述mc为所述锆粉的质量，所述铝粉的第二粒度为db，所述锆粉的第三粒度为dc；
第四原料处理模块，用于将所述第一粉末混合物加入所述熔炼装置中进行搅拌熔炼，使所述第一粉末混合物熔化成半固态的胶状程度，温度控制在硅铝熔化温度之间；其中，通过所述加热装置对所述熔炼装置的内腔进行加热升温，通过所述第一搅拌器对所述第一粉末混合物进行搅拌，通过所述温度监测模块对所述熔炼装置的所述内腔的温度进行实时监测，并通过搅拌电流监测模块实时监测流经所述第一搅拌器的搅拌电流，待所述搅拌电流达到预设电流区间时，得到半固态形态的所述合金物料；
成型模块，用于将处于半固态形态的所述合金物料输送到预先准备的所述物件模具中，密闭状态下，形成真空负压状态，然后通过高压将所述合金物料挤入所述物件模具，最后经冷却脱模，形成所需物件的毛坯；对所述毛坯进行细加工即可得所需的物件。
2.如权利要求1所述的一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，其特征在于，所述第三原料处理模块具体包括：
第一喷洒单元，用于控制所述第一物料喷枪以第一脉冲循环运行将所述硅粉喷洒进所述混合物存储装置内，所述第一脉冲循环的周期为Ta，所述第一物料喷枪的第一通电时长为ta，所述第一物料喷枪的输送速率为La；
第二喷洒单元，用于控制所述第二物料喷枪以第二脉冲循环运行将所述铝粉喷洒进所述混合物存储装置内，所述第二脉冲循环的周期为Tb，所述第二物料喷枪的第二通电时长为tb，所述第二物料喷枪的输送速率为Lb；
第三喷洒单元，用于控制所述第三物料喷枪以第三脉冲循环运行将所述锆粉喷洒进所述混合物存储装置内，所述第三脉冲循环的周期为Tc，所述第三物料喷枪的第三通电时长为tc，所述第三物料喷枪的输送速率为Lc；
其中，所述第一脉冲循环的第一占空比为
Figure FDA0002770023460000031
所述第二脉冲循环的第二占空比为
Figure FDA0002770023460000032
所述第三脉冲循环的第三占空比为
Figure FDA0002770023460000033
所述硅粉掉落到所述混合物存储装置内的第一时长为t1，所述铝粉掉落到所述混合物存储装置的第二时长为t2，所述锆粉掉落到所述混合物存储装的第三时长为t3；所述Δt1为所述硅粉和所述铝粉掉落到所述混合物存储装置内的时间差，即Δt＝|t1-t2|；所述Δt2为所述锆粉和所述铝粉掉落到所述混合物存储装置内的时间差，即Δt2＝|t2-t3|；其中，所述t1、所述t2、所述t3通过预先实验测量，所述ta、所述tb、所述tc为预设值；所述第一粉末混合物散落于所述混合物存储装置的底部的最大面积为S。
3.如权利要求2所述的一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，其特征在于，通过所述预先实验测量所述t1、所述t2、所述t3的方法为：
以所述第一脉冲循环运行所述第一物料喷枪时，从所述硅粉输送出所述第一物料喷枪开始计时到所述硅粉掉落于所述混合物存储装置底部计时结束的时长即为所述硅粉掉落到所述混合物存储装置内的所述第一时长t1；
同理，以所述第二脉冲循环运行所述第二物料喷枪时，从所述铝粉输送出所述第二物料喷枪开始计时到所述铝粉掉落于所述混合物存储装置底部计时结束的时长即为所述铝粉掉落到所述混合物存储装置内的所述第二时长t2；以所述第三脉冲循环运行所述第三物料喷枪时，从所述锆粉输送出所述第三物料喷枪开始计时到所述锆粉掉落于所述混合物存储装置底部计时结束的时长即为所述锆粉掉落到所述混合物存储装置内的所述第三时长t3。
4.如权利要求1所述的一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，其特征在于，所述熔炼装置各部分的具体运转为：
通过所述加热装置对所述熔炼装置的所述内腔进行加热升温，升温至577～585℃，升温速率为60～70℃/min，同时控制所述第一搅拌器的第一转速为150～250r/min，制得第二混合物；
通过所述温度监测模块对所述熔炼装置的所述内腔的温度进行实时监测，当所述内腔内的所述第二混合物的温度到达573～585℃时，控制所述第一搅拌器的第三转速为600～700r/min，通过搅拌电流监测模块实时监测流经所述第一搅拌器的所述搅拌电流，待所述搅拌电流达到所述预设电流区间，则关闭所述第一搅拌器，得到混合均匀的半固态的所述合金物料。
5.如权利要求4所述的一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，其特征在于，所述第四原料处理模块具体包括；
数据采集单元，用于以采样周期来检测流经所述第一搅拌器的实时电流Ii，所述实时电流Ii用于评估所述第一搅拌器在搅拌过程中的阻力；所述i为所述实时电流的编号，所述i为正整数，以最新检测的所述实时电流为I0且越早检测到的电流数据编号越大；所述实时电流Ii为所述搅拌电流；所述采样周期小于所述第一搅拌器以所述第三转速运转的周期的一半；
区间判断单元，用于判断最近N个所述实时电流Ii的大小范围是否在预设区间内；响应于所述实时电流Ii的大小范围在所述预设区间内，判断所述实时电流Ii的波动性；其中，所述预设区间为：与所述搅拌电流相对应的所述预设电流区间；
波动判断子单元，用于求解最近N个数据的所述实时电流Ii的波动值E；其中，所述波动值
Figure FDA0002770023460000051
所述λ为数据均值求解的加权衰减系数，0.9≤λ＜1；所述j为所述Ej的编号，0≤j＜m；
波动响应子单元，用于响应于所述波动值E小于波动阈值Eth，则停止运行所述第一搅拌器；其中，所述波动阈值Eth为预设值；所述波动值E为：与所述搅拌电流相对应的波动值；所述波动阈值Eth为：与所述搅拌电流相对应的波动阈值。
6.如权利要求3所述的一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，其特征在于，所述第一通电时长ta应满足
Figure FDA0002770023460000052
7.如权利要求6所述的一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，其特征在于，所述硅粉掉落到所述混合物存储装置内的所述第一时长t1、所述铝粉掉落到所述混合物存储装置的所述第二时长t2、所述锆粉掉落到所述混合物存储装置的所述第三时长t3三者之间的大小关系满足：t1＜t2＜t3。
8.如权利要求7所述的一种生产硅锆铝合金的工艺设备系统，其特征在于，所述第二通电时长tb的起始时间点为所述第一通电时长ta的终止时间点，所述第三通电时长tc的起始时间点为所述第二通电时长tb的终止时间点。
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