鋁及鋁合金鑄錠生產(chǎn)自動化提升技術(shù)的研發(fā)

楊 冬，江 俊，周金全，沈金友

(云南云鋁潤鑫鋁業(yè)有限公司，云南個舊，661000)

1 引言

鋁及鋁合金作為有色金屬材料，因其獨特的高強度及耐腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于制造一般載荷的工程結(jié)構(gòu)件和摩托車、汽車、航空航天飛行器及家電、儀表產(chǎn)品上的各種結(jié)構(gòu)件[1]。在鑄造鋁及鋁合金生產(chǎn)過程中，首先將電解鋁液引入熔煉爐，經(jīng)過配料形成滿足要求的鋁及鋁合金熔體，再將熔體引入鑄造模具成型，最后包裝入庫。隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，市場對鋁及鋁合金產(chǎn)品需求也在不斷擴大，特別是小型家電、汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對不同系列及規(guī)格的鑄造鋁及鋁合金需求越來越大，為鑄造鋁及鋁合金的生產(chǎn)工藝和自動化水平提出了新的要求[2]。目前，鋁及鋁合金生產(chǎn)過程自動化水平仍然較低，較多工序需要進行人工操作，且設(shè)備運行不夠穩(wěn)定，有效制約了鋁及鋁合金生產(chǎn)自動化技術(shù)發(fā)展。

2 提升鋁及鋁合金鑄錠生產(chǎn)自動化技術(shù)的設(shè)計

2.1設(shè)計思路

本項目開展的總體思路是通過研究開發(fā)新型鋁及鋁合金熔煉爐爐眼監(jiān)測裝置、澆鑄模具預(yù)熱裝置、鑄錠翻轉(zhuǎn)裝置及鋁合金鑄錠高效打包裝置等集成技術(shù)，有效改善鋁及鋁合金產(chǎn)品在熔煉、鑄造、包裝入庫過程自動化水平低、生產(chǎn)效率低及工人勞動強度大等技術(shù)難題，優(yōu)化公司鋁及鋁合金產(chǎn)品生產(chǎn)自動化水平，降低生產(chǎn)成本。

2.2 鋁及鋁合金熔煉爐爐眼監(jiān)測裝置的開發(fā)

在鋁及鋁合金鑄錠生產(chǎn)過程中，需要通過熔煉爐爐眼將高溫鋁液從熔煉爐導(dǎo)入靜置爐或鑄造設(shè)備生產(chǎn)鋁及鋁合金鑄錠[3]，在完成導(dǎo)入作業(yè)后，用耐火材料制作的堵套及爐眼堵釬將爐眼堵嚴(yán)，完成導(dǎo)爐作業(yè)，同時保證靜置爐及鑄造設(shè)備工作安全。在對爐眼的堵塞操作過程中，如果操作不當(dāng)，在對熔煉爐進鋁過程中會出現(xiàn)爐眼漏鋁現(xiàn)象，存在較大安全風(fēng)險。目前，大多采用人工巡查的模式對熔煉爐特別是爐眼工作狀態(tài)進行檢查[4]，存在勞動強度大，工作效率低等問題，因此有必要研究開發(fā)一種熔煉爐爐眼監(jiān)測系統(tǒng)及裝置，實現(xiàn)對熔煉爐眼安全狀態(tài)的實時監(jiān)測。

熔煉爐爐眼監(jiān)測裝置包括在熔煉爐溜槽中的爐眼上方的熱電偶，熱電偶通過信號傳輸路線與智能終端連接，智能終端連接管理計算機；熱電偶固定在一懸臂式調(diào)節(jié)板上，懸臂式調(diào)節(jié)板一端固定在豎直的齒條板上部，齒條板通過下部的齒條段與齒輪嚙合，齒輪中心軸與變速箱輸出軸連接，變速箱的輸入傳動軸由PLC自動控制的氣缸驅(qū)動，氣缸經(jīng)變速箱變速傳動，通過帶動齒輪正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)驅(qū)動齒條上下運動，實現(xiàn)熱電偶的升降。

熔煉爐爐眼監(jiān)測裝置的研發(fā)，實現(xiàn)了對熔煉爐眼安全狀態(tài)的實時監(jiān)測，有效地防止了在對爐眼的堵塞操作過程中，由于操作不當(dāng)產(chǎn)生的安全風(fēng)險；對于在對熔煉爐進鋁過程中出現(xiàn)的爐眼漏鋁現(xiàn)象也能夠及時發(fā)現(xiàn)并予處理，有效降低了鋁及鋁合金熔鑄生產(chǎn)過程中的安全風(fēng)險。

1.管理計算機，2.智能終端，3.信號傳輸路線，4.熱電偶，5.齒條板，6.齒輪，7.變速箱，8.傳動軸，9.氣缸，10.爐眼，11.溜槽，12.一懸臂式調(diào)節(jié)板。

2.3 鋁及鋁合金澆鑄模具預(yù)熱裝置的研發(fā)

澆鑄模具主要用于將高溫鋁及鋁合金熔體冷卻成型，生產(chǎn)過程將鋁及鋁合金高溫熔體通過模具上的澆鑄口注入模具成型[5]，然后通過設(shè)置于模具底部的冷卻液和模具本身將熔體熱量帶走，實現(xiàn)對鋁及鋁合金熔體冷卻。為了防止鋁及鋁合金鑄錠澆鑄過程發(fā)生鋁液爆炸危險，同時提高鑄錠澆鑄質(zhì)量，澆鑄前需要對模具進行預(yù)熱處理。目前，大都采用人工涂油的方式對澆鑄模具進行預(yù)熱處理，存在安全風(fēng)險大，工人勞動強度高等技術(shù)問題。因此需研發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，環(huán)境友好的預(yù)熱裝置。

研究開發(fā)的鋁及鋁合金澆鑄模具預(yù)熱裝置，包括電子點火器、擋風(fēng)板、燃料混合倉、隔板、設(shè)置于隔板上的氣孔，助燃空氣輸送管、燃料輸送管、壓力表、氣體閥門、軟接頭等。其中點火器與擋風(fēng)板連接，擋風(fēng)板與燃料混合倉連接，燃料混合倉與輸送管連接，輸送管上設(shè)有壓力表、氣體閥門和軟接頭。工作過程將裝置固定于模具下方，將軟接頭分別連接生產(chǎn)車間助燃空氣管和天然氣管，打開助燃空氣輸送管的閥門，壓力調(diào)至0.05～0.1Mpa，然后打開天然氣輸送管閥門，壓力調(diào)至0.1Mpa，待天然氣與助燃空氣混合后并通過氣孔溢出燃料混合倉后，采用電子點火器點燃氣體對鋁及鋁合金澆鑄模具進行預(yù)熱。實現(xiàn)了鋁及鋁合金澆鑄模具的自動預(yù)熱，有效降低了工人勞動強度，同時可以根據(jù)實際工作情況調(diào)節(jié)天然氣與助燃空氣流量，從而控制預(yù)熱過程。

1.擋風(fēng)板，2.電子點火器，3.氣孔，4.隔板，6.燃料混合倉，7.助燃空氣輸送管，8.燃料輸送管，9.壓力表，10.氣體閥門，11.軟接頭。

2.4 鋁及鋁合金鑄錠翻轉(zhuǎn)裝置的研發(fā)

為了便于鋁及鋁合金鑄錠的包裝運輸，在鋁及鋁合金鑄錠生產(chǎn)過程中，要將鑄錠在堆垛以前進行正反排列?，F(xiàn)有技術(shù)是采用一套鉤取裝置將鑄造成型的鑄錠鉤取到翻轉(zhuǎn)夾具里進行翻轉(zhuǎn)，過程極易卡住鉤取裝置，致使鑄錠堆垛過程中斷，需停機處理被卡鋁錠后方能進行鑄錠的堆垛，導(dǎo)致生產(chǎn)線運行不連續(xù)，生產(chǎn)效率低下，限制了連續(xù)鑄造機組產(chǎn)能，同時操作人員處理被卡鑄錠過程存在較大安全隱患。因此，有必要對現(xiàn)有技術(shù)加以改進。

研究開發(fā)的鋁及鋁合金鑄錠翻轉(zhuǎn)裝置，包括有夾緊機構(gòu)及翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，夾緊機構(gòu)由夾緊氣缸驅(qū)動，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)由翻轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動，其中夾緊氣缸與齒輪相連，齒輪與夾具相連，翻轉(zhuǎn)氣缸與齒條相連，齒條與齒輪相連。當(dāng)鑄錠被鑄機鉤取裝置運送至翻轉(zhuǎn)機構(gòu)時，驅(qū)動氣缸驅(qū)動夾具夾緊鑄錠，翻轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動齒條，齒條驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動翻轉(zhuǎn)裝置完成對鑄錠180。翻轉(zhuǎn)，同時夾具下方設(shè)有載錠機構(gòu)，防止鑄錠脫落卡住鑄機鉤取裝置。

1.夾緊氣缸；2.翻轉(zhuǎn)氣缸；3.齒輪箱；4.齒輪；5.驅(qū)動夾具；6.鋁及鋁合金鑄錠；7.載錠機構(gòu)，8.齒條

該裝置通過氣缸驅(qū)動齒條與齒輪帶動翻轉(zhuǎn)夾具的翻轉(zhuǎn)與回位，提高了翻轉(zhuǎn)夾具工作穩(wěn)定性，使鑄錠在翻轉(zhuǎn)過程不易脫落夾具，保持操作安全；同時設(shè)有載錠機構(gòu)，鑄錠翻轉(zhuǎn)過程脫落夾具后不會卡住鉤取裝置，提高鑄錠生產(chǎn)線的連續(xù)性，從而提高生產(chǎn)效率，降低工人勞動強度。

2.5 鋁及鋁合金高效打包裝置的研發(fā)

現(xiàn)有技術(shù)中的鋁及鋁合金鑄錠打包裝置盡管能夠起到方便打包的效果，但是仍存在不足，主要體現(xiàn)在打包帶的圓盤在張力的作用下容易散開，而散開后就很難回攏。散開的打包帶不但會勒絆到過往的工作人員和行人，而且會占用較大的面積，從而影響車間的安全生產(chǎn)和打包效率。因此有必要研究開發(fā)一種工作高效且安全可靠的鋁及鋁合金打包裝置。

1.底座；2.側(cè)壁；3.頂蓋；4.旋轉(zhuǎn)盤；5.平面軸承；6.把手；7.導(dǎo)向輪；8.導(dǎo)出口；9.支撐件10.第一圓柱體11.第二圓柱體；12.軸承固定裝置。

研究開發(fā)的鋁及鋁合金打包裝置，包括底座、側(cè)壁和頂蓋，其中底座、側(cè)壁和頂蓋共同形成能夠容置打包帶圓盤的腔室，側(cè)壁包括導(dǎo)出口。有效避免了鋁及鋁合金打包過程帶圓盤容易散開的技術(shù)問題，而且其結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小，并且使用方便，能夠節(jié)省人力資源勞動強度，提高工作效率。

3 應(yīng)用情況

設(shè)計完成鋁及鋁合金鑄錠生產(chǎn)自動化技術(shù)于2015年至2019年期間在某鋁廠經(jīng)過多次改進，在原來的基礎(chǔ)增加自動化、信息化的功能，并于2020年在某鋁廠投入使用，自投入使用以來，設(shè)備使用正常，試用期間提高了鋁及鋁合金自動堆垛效率和安全穩(wěn)定性，在鋁及鋁合金鑄錠生產(chǎn)領(lǐng)域具有一定的推廣應(yīng)用價值。

4 結(jié)語

提升鋁及鋁合金鑄錠生產(chǎn)自動化技術(shù)的項目設(shè)備或裝置操作簡單，生產(chǎn)效率高，安全高效。其中鋁及鋁合金熔煉爐爐眼監(jiān)測裝置實現(xiàn)了對熔煉爐眼安全狀態(tài)的實時監(jiān)測，在降低工人勞動強度的同時，有效降低了鋁及鋁合金熔鑄生產(chǎn)過程中的安全風(fēng)險；鋁及鋁合金鑄錠翻轉(zhuǎn)裝置實現(xiàn)了鑄錠翻轉(zhuǎn)過程脫落夾具后不會卡住鉤取裝置，有效提高鑄錠生產(chǎn)線的連續(xù)性，從而提高鋁及鋁合金生產(chǎn)效率。