鋁錠鑄造機(jī)噴涂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

賈建國

(江蘇華通動(dòng)力重工有限公司 產(chǎn)品研發(fā)部，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

鋁錠鑄造機(jī)噴涂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

賈建國

(江蘇華通動(dòng)力重工有限公司 產(chǎn)品研發(fā)部，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

鋁錠鑄造機(jī)噴涂系統(tǒng)對(duì)鑄造澆鑄系統(tǒng)的脫模至關(guān)重要，必須保證每塊鑄模內(nèi)腔噴涂均勻，以方便熱錠脫模。分析現(xiàn)有噴涂方式和噴槍結(jié)構(gòu)，利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理設(shè)計(jì)新的噴涂方式和新型特殊結(jié)構(gòu)的噴槍，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。相較于現(xiàn)有方式與結(jié)構(gòu)，新的噴涂方式和噴槍結(jié)構(gòu)成本低、效率高。

鋁錠鑄造機(jī)；噴涂系統(tǒng)；噴槍；控制系統(tǒng)

鋁錠連續(xù)鑄造成套裝備是有色工業(yè)電解鋁生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)裝備，是專門用于生產(chǎn)重熔鋁錠的自動(dòng)化生產(chǎn)線，它可以一次完成鋁錠鑄造、冷卻、堆垛、捆扎打包、成品運(yùn)輸?shù)榷嗟郎a(chǎn)工序，是集機(jī)、電、光、液、氣于一體的自動(dòng)化成套冶金裝備[1]。

近年來，我國的電解鋁產(chǎn)量迅速提高，2010年已升至1.619×107t，其中絕大部分鋁液需要通過鋁錠連續(xù)鑄造成套裝備澆鑄成型。國際市場鋁的年產(chǎn)量和消費(fèi)量為國內(nèi)市場的5～7倍，尤其是近年來中東、南美、北美、非洲等地區(qū)鋁的產(chǎn)量和消費(fèi)量呈現(xiàn)快速增長的趨勢，對(duì)鋁錠連續(xù)鑄造機(jī)的需求量持續(xù)增長。國內(nèi)目前的主流設(shè)備是16 t/h的鋁錠連續(xù)鑄造生產(chǎn)線。近年來，通過國內(nèi)廠商與各研究機(jī)構(gòu)的努力，國產(chǎn)鋁錠連續(xù)鑄造生產(chǎn)裝備的技術(shù)水平在“水波紋”、可靠性等方面較以往有所提高，但與國外技術(shù)水平差距仍較大，尚未完全掌握鋁錠連續(xù)鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線的國際先進(jìn)成套裝備技術(shù)。國外發(fā)達(dá)國家如澳大利亞(O.D.T.)、瑞士(Maerz-Gautschi)等研制生產(chǎn)的鋁錠連續(xù)鑄造自動(dòng)化生產(chǎn)線，生產(chǎn)量可達(dá)28～30 t/h，且機(jī)組可靠性高、自動(dòng)化程度高，整套設(shè)備僅需2～3人。不過，該類設(shè)備的售價(jià)高達(dá)1 300萬元/套，且維護(hù)費(fèi)用高，影響和制約了該設(shè)備在國際市場上的競爭力。國內(nèi)外市場的快速發(fā)展使國產(chǎn)鋁錠連續(xù)鑄造成套技術(shù)面臨發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。市場上迫切需要大噸位、高性價(jià)比的先進(jìn)鋁錠連續(xù)鑄造自動(dòng)化成套裝備。

鋁錠鑄造機(jī)是典型的遠(yuǎn)距離水平雙鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，主要由機(jī)架、主電機(jī)、鑄模、輸送鏈、傳動(dòng)鏈、傳動(dòng)鏈輪、輸送鏈輪、鋁液分配器、溜槽、噴涂裝置、打印機(jī)、脫模裝置、接錠裝置等組成[2]。噴涂系統(tǒng)處在鑄造機(jī)的后端，是提高鋁錠質(zhì)量和便于脫模的核心裝置，噴涂效果直接影響脫模操作。

1 鋁錠鑄造機(jī)總體設(shè)計(jì)方案

鑄造車間混合爐內(nèi)的鋁液通過公用溜槽流入鋁錠鑄造機(jī)的船型溜槽，船型溜槽旁的鋁液分配器和鑄造機(jī)輸送鏈輪同步運(yùn)行，分配器將液態(tài)鋁均勻澆鑄到鑄模中。鑄模輸送鏈可由操作者無級(jí)調(diào)速，以滿足最高生產(chǎn)率的要求。當(dāng)鑄模在鑄錠機(jī)和冷卻輸送機(jī)的結(jié)合部旋轉(zhuǎn)鋁錠時(shí)，通過脫模和接收裝置，確保鋁錠自動(dòng)從鑄模內(nèi)脫出，并使鑄錠順利有序地落到冷卻輸送機(jī)上。根據(jù)上述鋁錠鑄造機(jī)的工藝流程，需要設(shè)計(jì)以下裝置[2]：

1) 船形溜槽。船形溜槽安裝在機(jī)架上，使鋁液流向分配器。

2) 鋁液分配器。通過中心部位的軸孔與軸相連，架設(shè)在鑄造機(jī)機(jī)架之上，在滾輪的帶動(dòng)下作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使鋁液均勻、平穩(wěn)地流入溜槽。

3) 傳動(dòng)系統(tǒng)。通過直板滾子鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)帶動(dòng)安裝在鏈條附件上的鑄模運(yùn)動(dòng)。

4) 打印機(jī)。安裝在鑄造機(jī)機(jī)架上，可以把產(chǎn)品的生產(chǎn)日期、批號(hào)的數(shù)碼打印在鋁錠的表面。

5) 冷卻系統(tǒng)。在運(yùn)輸機(jī)內(nèi)部安裝水槽，鑄模底部浸泡在水面下做平移運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁錠的間接冷卻。

6) 脫模裝置。安裝在鑄造機(jī)的端部，由氣缸驅(qū)動(dòng)抬起、落下捶擊臂。

7) 接錠裝置。安裝在鑄造機(jī)與冷卻運(yùn)輸機(jī)的交接部位，將鑄錠從鑄造機(jī)移動(dòng)至冷卻運(yùn)輸機(jī)傳動(dòng)鏈上。

8) 噴涂系統(tǒng)。安裝在鑄造機(jī)尾部機(jī)架上，由攪拌設(shè)備、噴涂裝置組成，氣缸驅(qū)動(dòng)噴槍噴涂作業(yè)。

2 噴涂系統(tǒng)新方案設(shè)計(jì)

噴涂系統(tǒng)對(duì)鑄造澆鑄系統(tǒng)的脫模至關(guān)重要。對(duì)鑄模進(jìn)行脫模劑噴涂工作，保證每塊鑄模內(nèi)腔噴涂均勻。鑄錠機(jī)的鑄模在使用前需噴涂脫模劑，以方便熱錠脫模。噴涂裝置可與脫模劑相適應(yīng)[3]。原有的噴涂系統(tǒng)是在鑄模上方均勻放置2～3支噴槍，如圖1所示，缺點(diǎn)是噴槍管頭很細(xì)，易阻塞。

圖1原有噴涂系統(tǒng)原理圖

為了彌補(bǔ)原有系統(tǒng)的缺陷，利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄模的近似直線噴涂。新噴涂系統(tǒng)原理圖如圖2所示，優(yōu)勢在于，用1支噴槍在氣缸的驅(qū)動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)動(dòng)路線呈一定斜度布置，不但節(jié)約了成本，而且操作簡便，易維護(hù)。兩種方案的主要區(qū)別如下：圖1的設(shè)計(jì)中，3支噴槍分別位于鑄模的3處位置噴涂；圖2的設(shè)計(jì)中，噴槍由氣缸驅(qū)動(dòng)， 運(yùn)動(dòng)路線呈傾斜15°布置，由于氣缸驅(qū)動(dòng)噴槍的速度比鑄模移動(dòng)速度快，加上噴槍的霧化作用，可以實(shí)現(xiàn)近似直線噴涂，且噴涂均勻。

圖2新噴涂系統(tǒng)原理圖

3 噴槍方案設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的壓縮空氣噴槍工作原理如圖3所示，噴管比較長。鑄造機(jī)使用的涂料是由70%的機(jī)油、20%的鋁粉、10%的石墨粉混合而成的，黏度比較大[4]，若用傳統(tǒng)的噴槍，容易出現(xiàn)比較嚴(yán)重的堵塞現(xiàn)象，影響生產(chǎn)效率。

圖3傳統(tǒng)的壓縮空氣噴槍

針對(duì)以上不足，結(jié)合外界因素及噴槍的特定功能，設(shè)計(jì)如圖4所示的噴槍結(jié)構(gòu)。該噴槍由槍體、螺旋狀葉片、放射狀葉片、空氣壓縮管等附件組成。放射狀葉片在從氣源入口進(jìn)入的壓縮空氣的作用下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)螺旋狀葉片旋轉(zhuǎn)，由涂料入口進(jìn)入的涂料在螺旋狀葉片的作用下被送到槍口，在內(nèi)部壓縮空氣的作用下霧化，且以一定的速度噴出。與傳統(tǒng)噴槍相比，這種噴槍霧化作用強(qiáng)，效率高，不易阻塞噴管。

圖4壓縮空氣噴槍新結(jié)構(gòu)

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1氣動(dòng)原理設(shè)計(jì)

氣動(dòng)系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)不同[5-6]：液壓傳動(dòng)容易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，傳遞運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，承載能力大，元件使用壽命長，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；氣動(dòng)傳動(dòng)的工作介質(zhì)容易獲取，輸出力和速度調(diào)節(jié)容易，維修方便，使用安全，適用于高速輕載的場合。液壓系統(tǒng)不容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳遞動(dòng)力，當(dāng)油溫變化時(shí)，液壓油黏度的變化會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。鑄造機(jī)全長約30 m，因此選擇氣動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成回路。氣動(dòng)系統(tǒng)由氣源、壓力表、截止閥、三聯(lián)件(分水濾氣器、減壓閥、油霧器)、消聲器、節(jié)流閥、電磁換向閥、氣缸等組成。新型噴槍的控制氣缸一直處于工作狀態(tài)，慢進(jìn)快退，因此，需要1個(gè)二位五通的電磁換向閥和2個(gè)單向節(jié)流閥構(gòu)成調(diào)速回路，以控制氣缸速度。新噴槍氣動(dòng)原理圖如圖5所示。

4.2電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由被控制對(duì)象分析PLC控制系統(tǒng)的功能要求，通過氣缸與油缸的動(dòng)作，確定輸入端子共20個(gè)，輸出端子共18個(gè)，由于輸入、輸出的點(diǎn)數(shù)要留出10%～15%的備用量，因此選擇芯片型號(hào)為C40P的可編程控制器[7-8]。新噴槍電氣原理圖如圖6所示。

圖5新噴槍氣動(dòng)原理圖

圖6 新噴槍電氣原理圖

5 結(jié)束語

鋁錠連續(xù)鑄造機(jī)的噴涂系統(tǒng)主要作用是，使鑄模中的液體鋁轉(zhuǎn)化為固態(tài)鋁錠時(shí)能與鑄模有效分離，而不會(huì)產(chǎn)生任何粘連。噴涂系統(tǒng)的穩(wěn)定工作直接影響脫模的難易和鋁錠的質(zhì)量。筆者采用特殊的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和特殊的噴槍結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，噴涂方便，霧化效果好，噴涂效率高，故障率低，成本低。

[1] 趙建軍.20 Kg鋁錠鑄造機(jī)技術(shù)性能分析[J].甘肅冶金,2004,26(4):57-59.

[2] LAITINEN E, NEITTAANMAKI P. On numerical simulation of the continuous casting process[J]. Journal of Engineering Mathematics,1988,22(4):335-354.

[3] 孔凌嘉,王曉力,王文中.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2013:122-123.

[4] 羅惕乾.流體力學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003:129-133.

[5] 董林福,趙艷春.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:73-74.

[6] 陶亦亦.機(jī)械設(shè)備液壓氣動(dòng)控制技術(shù)[M].南京:東南大學(xué)出版社,2001:155-160.

[7] 華紅艷.電工電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:中國電力出版社,2005:130-135.

[8] 何國金.機(jī)械電氣自動(dòng)控制[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2002:68-70.

〔責(zé)任編輯： 盧 蕊〕

Structuredesignofsprayingsystemforaluminiumingotcastingmachine

JIA Jianguo

(Product Research and Development Department, Jiangsu Huatong Power Heavy Industry Co., Ltd., Zhenjiang 212000, China)

Spray system as part of the casting machine plays a key role in mold release of gating system. Casting mould inner cavity must be sprayed evenly in order to demould easily. The existing spraying method and the structure of spray gun are analyzed, using the principle of relative movement to design a new spraying method, a new structure of spray gun and a corresponding control system. Compared with the existing way and structure, the new spraying method and the structure of spray gun have advantages of high efficiency and low cost.

aluminum ingots casting machine; spray systems; spray gun; controlling system

2017-04-10

賈建國(1977—)，男，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，主要從事工程機(jī)械設(shè)計(jì)研究。

TH137

： A

：1008-8148(2017)03-0053-03