自動(dòng)化技術(shù)在鋁合金熔鑄生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀

裘 楨

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司， 重慶 401326）

1 自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的重要性

自動(dòng)化是指在對(duì)機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)或生產(chǎn)管理的過(guò)程中，通過(guò)一系列自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析和判斷以及操縱和控制過(guò)程，而不需要任何人或少數(shù)人參與，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)劃目標(biāo)的過(guò)程。自動(dòng)化技術(shù)不僅可以將人們從體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)和惡劣環(huán)境中解放出來(lái)，而且可以增強(qiáng)人體器官功能，提高社會(huì)生產(chǎn)力水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，提高人類(lèi)對(duì)世界的認(rèn)識(shí)水平、認(rèn)知能力和改造世界的能力。因此，工農(nóng)業(yè)科技現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一就是自動(dòng)化程度。而自動(dòng)化本身也處在不斷發(fā)展的過(guò)程之中，從最初的替代人工某一方面的勞動(dòng)，到現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了全部人工的替代。早在后工業(yè)時(shí)期，國(guó)外就有相關(guān)學(xué)者提出了工業(yè)設(shè)備自動(dòng)化的思想，我國(guó)正在實(shí)現(xiàn)從勞動(dòng)密集型向生產(chǎn)機(jī)械自動(dòng)化的過(guò)渡，而隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國(guó)勞動(dòng)力成本不斷增加，為了降低生產(chǎn)成本，企業(yè)越來(lái)越重視自動(dòng)化技術(shù)的改革。

從建國(guó)初期到近代，我國(guó)的鋁合金鑄造生產(chǎn)工藝經(jīng)歷了設(shè)備的更新迭代和工藝技術(shù)的升級(jí)，從最初的簡(jiǎn)單鑄造到大規(guī)模機(jī)械化鑄造生產(chǎn)，從小容量、高勞動(dòng)強(qiáng)度的勞動(dòng)密集型工作分散到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。企業(yè)正在向高產(chǎn)能、機(jī)械化和集約化的技術(shù)型企業(yè)轉(zhuǎn)變。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，企業(yè)也開(kāi)始重視信息技術(shù)的發(fā)展，這大大提高了工業(yè)化水平。將現(xiàn)代電子信息技術(shù)與企業(yè)工廠(chǎng)的機(jī)械設(shè)備相結(jié)合，能夠有效提升熔鑄工藝設(shè)備的自動(dòng)化生產(chǎn)水平。

工廠(chǎng)中機(jī)器的自動(dòng)化程度極大地影響著企業(yè)鋁合金熔鑄生產(chǎn)技術(shù)。熔鑄設(shè)備對(duì)提高熔鑄過(guò)程的自動(dòng)化水平起著重要作用，可以減少整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的員工數(shù)量，降低員工的工作強(qiáng)度。同時(shí)，電子信息技術(shù)使工人能夠更準(zhǔn)確地檢測(cè)爐溫、爐壓、澆鑄水溫、水控制和能源管理等信息[1]。

由此可以看出，現(xiàn)階段冶煉設(shè)備的自動(dòng)化成果已經(jīng)較多，并在不斷改進(jìn)和升級(jí)。如鋁棒線(xiàn)材連鑄連軋?jiān)O(shè)備基本實(shí)現(xiàn)冶煉完成后各工序的自動(dòng)鑄造生產(chǎn)。鋁合金半連續(xù)鑄造的生產(chǎn)工藝相對(duì)落后，主要體現(xiàn)在下料過(guò)程和鋼錠的吊放過(guò)程。因此，應(yīng)從提高鋁合金熔鑄生產(chǎn)車(chē)間整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化程度入手，完善尚未實(shí)現(xiàn)或尚未完全自動(dòng)化的關(guān)鍵領(lǐng)域的生產(chǎn)，以此來(lái)提高生產(chǎn)的智能化、自動(dòng)化程度。

2 鋁合金熔鑄生產(chǎn)工藝自動(dòng)化目標(biāo)

鋁合金鑄造生產(chǎn)是一種工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程，基于自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展要求，結(jié)合鋁合金鑄造生產(chǎn)的基本特點(diǎn)，可將鋁合金熔鑄生產(chǎn)工藝自動(dòng)化目標(biāo)分為以下三個(gè)階段：

1）連續(xù)生產(chǎn)。工廠(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)的連續(xù)性可以通過(guò)減少設(shè)備的等待時(shí)間，提高原材料的利用率，減少重復(fù)和繁瑣的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)單向物流來(lái)實(shí)現(xiàn)。連續(xù)生產(chǎn)能夠最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)能力，提高廠(chǎng)房空間利用率，將重點(diǎn)從單一設(shè)備轉(zhuǎn)移到全過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決車(chē)間生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，從而提高車(chē)間整體生產(chǎn)效率。

2）智能化生產(chǎn)流程。智能化的實(shí)現(xiàn)可以減少人員的腦力勞動(dòng)，傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中的腦力勞動(dòng)現(xiàn)由計(jì)算機(jī)完成，包括物料的選擇流動(dòng)、設(shè)備工作參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整、設(shè)備問(wèn)題的自動(dòng)分類(lèi)和自動(dòng)校正等。設(shè)備數(shù)據(jù)信息可實(shí)時(shí)顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并可對(duì)自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，以減少可能導(dǎo)致減產(chǎn)或停工的人為錯(cuò)誤及強(qiáng)度過(guò)高的工作[2]。

3）無(wú)人智能車(chē)間。實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)后，可以進(jìn)入下一個(gè)發(fā)展階段，即無(wú)人化，這可以降低勞動(dòng)力成本和減少人員傷亡，完全解放生產(chǎn)力，而將人力資源轉(zhuǎn)移到研發(fā)和技術(shù)改進(jìn)，形成人負(fù)責(zé)腦力勞動(dòng)的、機(jī)器和設(shè)備負(fù)責(zé)生產(chǎn)的模式。

3 鋁合金熔鑄工藝關(guān)鍵問(wèn)題的解決思路與方法

鋁合金加工過(guò)程中，加料和鑄錠起吊擺放方式對(duì)于鋁合金加工自動(dòng)化而言是十分重要的環(huán)節(jié)，接下來(lái)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行深入分析。

3.1 加料過(guò)程

鋁合金鑄造生產(chǎn)過(guò)程中要使用的原料有很多，其中最重要的原料是電解鋁液、重熔用鋁錠以及鋁中間合金。電解鋁液設(shè)備包由電解鋁液自動(dòng)傾卸臺(tái)包，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械傾卸和上料，操作更簡(jiǎn)單方便。重熔用鋁錠或其他形式的廢包裝由叉車(chē)或機(jī)械加料車(chē)選擇加料，存在加料速度慢、次數(shù)多、數(shù)量不準(zhǔn)確等問(wèn)題。循環(huán)爐具有開(kāi)頂、蓋料的功能，但仍不能完全解決裝料效率低的問(wèn)題，且循環(huán)爐的成本和爐體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。由于熔煉過(guò)程的速度比鑄造過(guò)程的速度慢，因此有必要選擇多個(gè)熔爐與單臺(tái)鑄造機(jī)相匹配。

送料速度慢的主要原因?yàn)樯a(chǎn)過(guò)程中廢料投入過(guò)多，廢料形狀各異，不便于統(tǒng)一管理。對(duì)于廢物的處理，大多數(shù)工廠(chǎng)沒(méi)有統(tǒng)一和系統(tǒng)的處理方法，通常采用隨機(jī)堆放和捆扎處理，這給進(jìn)料和配料帶來(lái)了不必要的麻煩。雖然有些工廠(chǎng)有自己的廢物處理室，但它們毫無(wú)用處，基本上只是利用它們儲(chǔ)存廢物。

建議采用加工線(xiàn)模式處理廢棄物，在廢棄物處理前增加成分檢測(cè)和分類(lèi)程序，選擇最方便進(jìn)入爐內(nèi)的廢物形狀，使用機(jī)械傳動(dòng)工具進(jìn)行粉碎、擠壓、彎曲和扭曲，或者通過(guò)與形狀相關(guān)的過(guò)程接頭的線(xiàn)性排列來(lái)重新處理不規(guī)則的廢料，使其形狀均勻。在成型和包裝過(guò)程中，提高給料效率，或?qū)⒓庸ぞ€(xiàn)延伸到給料車(chē)的料斗，隨時(shí)準(zhǔn)備在爐內(nèi)加工。但是，該技術(shù)目前還沒(méi)有在企業(yè)得到實(shí)際應(yīng)用。

3.2 鑄錠起吊擺放過(guò)程

當(dāng)完成鑄造工序后，下一步工作是對(duì)鑄錠的位置進(jìn)行調(diào)整，使用相關(guān)機(jī)器進(jìn)行運(yùn)輸工作，而立式半連續(xù)鑄造機(jī)可完成該工程。扁錠質(zhì)量大、體積大，即使使用特殊吊具，起重機(jī)也必須緩慢進(jìn)行調(diào)整，然后才能平移和放下，那么該項(xiàng)工作對(duì)于起重機(jī)來(lái)說(shuō)，十分繁復(fù)瑣細(xì)。由于缺乏鋼錠專(zhuān)用起重機(jī)械，起重機(jī)主要依靠起重機(jī)車(chē)床的手動(dòng)控制。同時(shí)，起重機(jī)也有一定的缺點(diǎn)，即提升的高度有限，這就導(dǎo)致鑄造機(jī)的效率低下，且工作環(huán)節(jié)存在安全隱患問(wèn)題。

在歐洲，一些工廠(chǎng)也在著力解決如何使用機(jī)械化方法完成鋼錠提升和翻轉(zhuǎn)，以及軌道運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題，解決鋼錠提升的想法基本上是使用專(zhuān)用鋼錠起重機(jī)[3]。當(dāng)鋼錠專(zhuān)用提升機(jī)升出鑄造井時(shí)，鋼錠根據(jù)程序設(shè)計(jì)的機(jī)械臂方向直接提升到水平運(yùn)輸軌道上，而后進(jìn)入下一個(gè)工作環(huán)節(jié)，或使鋼錠在軌道上等待一定時(shí)間，對(duì)其進(jìn)行冷卻處理，這便無(wú)需手動(dòng)操作起重機(jī)來(lái)提升鋼錠，節(jié)省了車(chē)間內(nèi)鋼錠的調(diào)整和堆積空間，減少了車(chē)間面積、后續(xù)的浸泡過(guò)程和鋸切設(shè)備，同時(shí)可配備鋼錠堆積和運(yùn)輸設(shè)備，基本實(shí)現(xiàn)了半連續(xù)鑄造，完善了機(jī)械化自動(dòng)鑄造生產(chǎn)線(xiàn)。但是目前還沒(méi)有鑄造起重機(jī)的應(yīng)用實(shí)例，而堆疊機(jī)和運(yùn)輸機(jī)械在后續(xù)工藝環(huán)節(jié)中已經(jīng)在市面上使用。

4 鋁合金熔鑄自動(dòng)化工藝發(fā)展的影響因素

眾所周知，經(jīng)濟(jì)效益的提升和技術(shù)進(jìn)步息息相關(guān)，經(jīng)濟(jì)效益高，企業(yè)就有更多的利潤(rùn)來(lái)改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，從而提高生效率，而生產(chǎn)效率的提升，又能為企業(yè)帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益，二者相輔相成，形成良好的閉環(huán)。而企業(yè)采用自動(dòng)化的根本目的在于提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)后能否提高經(jīng)濟(jì)效益是自動(dòng)化能否獲得資金支持的關(guān)鍵因素。自動(dòng)生產(chǎn)方式所獲得的經(jīng)濟(jì)效益與原始模型所得經(jīng)濟(jì)效益之間的差異是影響自動(dòng)化的關(guān)鍵因素。如果在自動(dòng)化方面的投資是原來(lái)綜合成本的兩倍以上，則很難利用自動(dòng)化來(lái)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)力。

產(chǎn)品自身的特點(diǎn)會(huì)對(duì)自動(dòng)化產(chǎn)生一定的影響。一般來(lái)說(shuō)，材料的規(guī)格、體積、產(chǎn)品的一致性和對(duì)于加工要求的高低決定了自動(dòng)化程度，自動(dòng)化投入使用時(shí)間的早晚會(huì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的完整性產(chǎn)生影響。對(duì)于一些體積大、重量重、形狀奇特、產(chǎn)品多樣的產(chǎn)品，企業(yè)員工需要根據(jù)各區(qū)域溫升的特點(diǎn)及時(shí)手動(dòng)控制加熱爐的溫度，以滿(mǎn)足工藝加工的需要，確保鋼錠溫度不高于規(guī)定溫度。