提高铝锭连续铸造机组产能的研究.pdf

2013 NO．5 重型机械 ·45· 提高铝锭连续铸造机组产能的研究 唐 炜 ，张苈涛 ，赵 勇。，谢洪春 (1．云南冶金昆明重工有限公司，云南昆明650203；2．云南浩鑫铝箔有限公司，云南昆明650216) 摘要：文章介绍了云南冶金昆明重工有限公司设计制造的新型铝锭连续铸造机组。通过对该机 组的冷却系统、升降链式连续接收装置、快速翻锭装置、高速堆码装置、控制系统等进行了技术改 造，使机组产能提高了56．25％，运行可靠，能耗低，更加环保。 关键词：铝锭；铸造机；产能 中图分类号：TG233 文献标识码：A 文章编号：1001—196X(2013)05—0045—05 Improvement of the capacity of continuous casting aluminum ingot unit TANG Wei ，ZHANG Yong．tao ，ZHAO Yong ，XIE Hong．chun (1．Yunnan Metallurgical Kunming Heavy Industry Co．，Ltd．，Kunming 650203，China； 2．Yunnan Haoxin Aluminum Foil Co．，Ltd．，Kunming 650216，China) Abstract：New continuous casting aluminum ingot units designed and manufactured by Yunnan Metallurgical Kunming Heavy Industry Co．，Ltd．was introduced．The cooling system，lifting chain continuous receiving de— vice，rapid ingot device，high speed stacker，and electrical control system were reformed．Then the unit pro— duction capacity was increased by 56．25％as a result of the reformation．The unit is of more reliable operation and lower energy consumption and it is more environmentally friendly． Key words：aluminum ingot；cast machine；production capacity 0前言 1铸锭机高效冷却技术 铝锭连续铸造机组(以下简称铝锭机)在国 内铝冶炼行业使用已有近30年左右的时间，随 着市场对铝锭需求的不断扩大和技术的不断进 步，国内外铝冶炼企业对铝锭机的产能、成品质 量、自动化程度、劳动生产率等技术经济指标都 提出了越来越高的要求。为了满足市场需要，云 南冶金昆明重工有限公司提出了{25 t／h铝锭连 续铸造机组研发及产业化》开发项目，旨在提升 一直沿用至今的16 t／h(铸锭规格：20 kg)技术。 对于具体的用户，如果其铸锭规格达到25 ， 则相应产能，理论上也可提升25％，达到31．25 t／h，从而接近国际先进水平。 铸锭机组的冷却系统包括铸造机冷却水系统 和冷运机冷却水系统。 1．1铸造机冷却水系统(图1) 图1铸造机冷却水系统 Fig．1 Cooling system of the casting machine —— 铝液浇注进铸模并在铸模中凝结成型。铝液 昱 ：2 01 一06-。 ； 日 ： ……一 向铸模及周边传导及辐射热量，从而逐步冷凝成 作者简介：唐炜(1969一)，男，云南冶金昆明重工有限公司高 …～～ …一…………… 一。‘…一 级工程师。 型，将温度降低至150～350~C范围。冷却速度 ·46· 重型机械 对铸锭的结晶起着决定性作用，需要较好控制。 由于新机组较传统机组的产能提高了56．25％， 相应冷却水用量也需要提升。在调整铸造机速度 和长度基础上，对冷却水盘的截面形状、系统供 排水位置、尺寸、形状等进行了优化，经实验对 比，取得较好效果。 1．2冷运机冷却水系统 为保证后续操作时人员不被烫伤，及铸锭堆 垛打捆后，不会因为温度进一步冷却导致捆扎带 松弛，要求在打搁之前将铸锭平均温度降低到 60％以下。冷运机冷却水系统实现铸锭的降温冷 却功能。 采用浸水冷却时，在铸锭表面和冷却水接触 部位容易产生气膜，阻碍热交换的进行，降低了 冷却效果。因此，如图2所示，新铝锭机冷运机 冷却水系统采用向铸模表面喷射冷却水的方式， 以实现在较小的空间内获得较长的冷却时间，冷 却效果更好。为了在尽可能短的冷却区域内将铸 锭的温度降低，铸锭在冷却机内的输送速度在不 导致前后锭干涉的情况下，应尽可能减慢。配合 铸锭单位时间 邕：部热量向外部传递的情况，合理 设置喷头数量和水量，得到比较满意的冷运机冷 却水系统。 冈2冷运机冷却水系统 Fig．2 Cooling system of the cooling conveyor 2升降链式连续接收装置 铸锭从铝液到单块铸锭，到堆垛成垛，到打 捆的过程，需要在不同设备之问转移。铸锭机快 速转运装置是实现铸锭在铸造机和冷运机之间转 移的装置。其它机组之间的转移主要是输送链之 间的对接转移，随着机组速度(或者说能力)的 提升，转运铸锭的时问缩短。因此，需要可靠的 铸锭机快速转运装置来实现铸锭的快速转运，以 提高铝锭机组速度和产能。 改造前铸锭机转运装置如图3所示，为保证 各机构不相互干涉，上接臂需扶锭直到下接臂就 位才能开始复位；上接臂复位后，下接臂才能实 施下行动作；下接臂将铸锭交接在冷运机输送链 上后，需要继续下行以便完全脱离铸锭，此时， 冷运机才能动作；直到冷运机步进结束，铸锭完 全移开后，下接臂才可以上行复位。改造前铸锭 机转运装置由多个各自独立的机构组成，机构 多，可靠性降低；独立驱动及响应滞后等，不适 合用于高速大产能铝锭机组。新型升降链式连续 接收装置调整环节少，能快速完成铸锭的转运； 当连续接收装置以及后续设备出现故障时，铸锭 可以从接收装置处排出铸锭机，而不影响铸造机 的浇铸作业。 、 一且～ 、 、 、譬 ’ J 一 机 、 ! 、 l ～ 、 剿 _- l：“ 斟 ．． 1—— I ：! ． ． ．．．．．．．．．．J一 l l 图3改造前接锭装置 Fig．3 Old receiving device 2．1 升降链式连续接收装置的机构组成 如图4所示，升降链式连续接收装置主要包 括接锭板、升降和水平两条输送链及对应的驱动 装置。采用单一动力的连续升降铸锭接收转移装 置，避免因多机构协调产生的控制及可靠性问 题。在特定机构的作用下，接锭板和升降输送链 绕各自轴线作转动。而两条输送链分别在各自动 力的驱动下作输送作业。 图4升降链式连续接收装置 Fig．4 LiNing chain continuous receiving device 重型机械 ·47· 2．2升降链式连续接收装置工作过程 在升降气缸作用下，接锭板和升降链反向旋 转，交替完成铸锭转移，接收与排出如图5 所示。 接锭板 升降输送链 接收模式 (a)接收铸锭 排出导板 平输送链 接出模式 (b)排出铸锭 图5 升降链式连续接收装置工作过程 Fig．5 Working process of the lifting chain continuous receiving device 在升降气缸达到最大行程时，接锭板处于接 锭位置，完全脱离升降链的影响，铸锭可以方便 地转移到接锭板。而在接锭板低端，由于升降输 送链自左向右运动，铸锭被限制在接锭板前端 区域。 随气缸的收缩，接锭板和升降链对应分别作 顺时针和逆时针转动，在气缸收缩约50％时， 接锭板转到升降链下工作面以下，铸锭位于升降 输送链之上，完成铸锭转移。 气缸继续收缩，在气缸收缩约78．5％时， 升降输送链工作面转到水平输送链工作面以下， 铸锭位于水平输送链之上，铸锭转移到机组输送 系统，完成铸锭接收。气缸继续收缩，到达极限 位置后立刻换向伸出，接锭板和升降链反向运 动，复位到接收位置。在复位过程中，前面接收 的铸锭继续在水平或者升降输送链作用下向后输 送。只要升降复位足够及时，两条输送链对接收 铸锭的转移足够快，接收作业就可以连续可靠地 进行。 如果因为某种原因，需要将铸锭从铸造机端 部直接排出，则切换成排出模式即可。此时将升 降气缸保持在全伸状况，接锭板维持接锭状态， 如图5b所示；同时，升降输送链反向运转，形 成排锭模式。当铸锭滑向接锭锭板低端时，在升 降输送链的作用下铸锭被向外拽出，经过导板滑 向地面。 3快速翻锭装置 如图6所示，快速翻锭装置主要包括输送 链、翻转器、中心挡轮等部分。翻转器与中心挡 轮共同作用时，铸锭在输送链上方完成翻转且不 与之产生干涉，到达翻转器另一侧；翻转器静止 不动、中心挡轮处于输送链下时，铸锭随输送链 从翻转器钳口穿过，原样到达翻转器另一侧。 采用铸锭在翻转器中偏心翻转的方案，虽然 翻转功耗大增，却可避免中心翻转导致的输送链 与铸锭干涉问题，简化机构。翻转器驱动为两侧 翻转单元分别用伺服单元驱动；翻转控制器翻转 角度(位置)控制完全由电气控制实现。去除了 原1：2的轮边减速装置，大大简化了机械结构。 图6快速翻锭装置 Fig．6 Rapid ingot device 4铸锭机高速堆码装置 当今高速大产能铝锭连续铸造机组，其标定 的生产能力一般在28 t／h(20 kg锭)。即生产单 块铝锭的平均时间约2．5 S左右，堆码装置最小 堆垛周期约为10 S，包括取锭、运动到放锭位 置、放锭、复位待取等。铸锭采用层取层放的堆 码方式，载荷质量约为150 kg(按5块锭，满足 25 kg锭型，并考虑一定裕量)，因考虑夹具及 附属装置重量，机械手选用250～300 kg的比较 合适。由于夹具所占负载影响较大，夹具尽量轻 量化。 在整个堆码环节，取锭位置是固定的，放锭 位置是变化的，一则是因层数的变化而使高度变 2013 NO．5 重型机械 ·49· ABB变频器和安川伺服控制器的设备数据文件 (GSD文件)后，总线上的所有设备硬件组态及 通讯配置都可以由这一个软件来完成。人机界面 的画面制作和通讯设置用SIMATIC WinCC flexi— ble 2007软件实现。实现PLC与子站和人机界面 的信息传递。 5．3控制系统功能 (1)手动控制和联机运行控制。控制系统应 确保安全启动、停止、暂停、紧急停车，可靠控 制和监测生产流程；在正常生产过程中，铝液从 船形溜槽流出通过分配器浇铸到铸机铸模内开 始，经过打印铝锭生产日期及批次至脱模后送上 冷运机，经冷却后进人整列机。在整列机上经过 扶正、对中、根据堆垛要求翻转相应的铝锭。直 至每垛铝锭堆垛完成这一系列动作都是自动完 成。每一垛堆垛完成后，成品机自动行走一个垛 位的距离。堆垛机从第一层开始下一堆锭的 堆码。 (2)其他功能。本机组的控制系统还具有数 据检测、收集、校准、报警、流程控制和信息采 集等功能：MP227型人机界面，可视化程度高， 可以实时监控铸造机的速度、堆码铝锭的层数和 块数。还能记录(归档)功能顺序过程值和故障 报警信息，可以检索生产数据，了解分析故障情 况。可以记录统计铝锭机的启动、停止时间，铝 锭单位时间产量和总产量等，方便管理人员实时 了解生产情况。 6 总结 新铝锭机在某铝厂投入生产以后，生产效率 有很大提高，产量由16 t／h提高到18 t／h；整机 的装机功率由原来的45．5 kW降至现在的 20．5 kW，冷却效果好，脱模顺利，整列堆垛流 畅。能耗指标较之前大为下降，制造成本也有所 降低，机组更加环保。 参考文献： [1]崔坚，李佳．西门子工业网络通信指南[N]．北京： 机械工、f 出版社．2005． ●●●●◇●◇●◇●◇●0●●●◇●◇●◇●<>●‘：，●◇‘◇●◇●<：}●◇●9●◇●(： ●◇●◇●◇●(：'●◇● (上接第44页) 变PID调节器的比例系数，积分系数，微分时 间，在满足系统加减速运行和正常运行的动态响 应性和稳定性中找到一个参数的折中点，这些参 数的调整一般基于经验和试验结果。 5 结束语 (1)实践证明，采用西门子公司的SIMO． TION运动控制器及伺服系统，实现了带速度设 定点和PID修正的摆动辊位置闭环张力控制，满 足了卷绕主轴在加减速过程和匀速运行时系统的 高响应性和稳定性，使电容器卷制机达到张力响 应速度快、波动小和稳定性高等要求。 (2)在设计过程中，本文还综合考虑了系统 的性能需求和经济成本，利用现有的市场资源尽 量使系统结构简单化，方便维修调试。 参考文献： [1] 陶永华．编新型PID控制及其应用(2版)[M]． 北京：机械工业出版社，2003． [2] 周云端．专用缠绕机的开发与张力控制系统研究 [D]．西安：西北工业大学，2006． [3] 肖宝平，单越康．一种实用恒张力控制系统的研究 [J]．中国计量学院学报，2006，17(4)：277 —280． [4] 王春香，王永章，路华，等．精密张力控制系统 及其控制精度的研究[J]．仪器仪表学报，2000， 21(4)：407—408． [5]康家玉，米林安，高承雍．复卷机退卷张力控制 的研究与应用[J]．中国造纸，2004(6)：35—38．