一种铸轧铝生产熔融铝的动态液位控制装置及方法与流程

1.本发明涉及金属熔体铸造生产工艺领域，具体而言，涉及一种铸轧铝生产熔融铝的动态液位控制装置及方法。


背景技术：

2.在金属熔体连续铸造生产工艺中的流槽及流盘液位高度安全精确控制，现有技术普遍采用角度执行器类型的执行机构，断电后不能自动关闭流眼，需人工介入；
3.浮子天平液位高度测量方式：占用生产现场作业空间太大；浮子天平必须人工预先、在线调节平衡；浮子天平支点受到环境影响，需定期维护保养天平支点以保证其灵活性；
4.激光测距仪液位高度测量方式：需配套冷却设施，浪费能源，必须维护保养；测距光点易受到熔体液面漂浮物的干扰，导致测量结果失真；测距镜头需要维护保养清洁；测距仪需要调校，调校质量直接导致测量结果的失真；
5.执行机构的两个极限位普遍采用可调节接近开关，现场控制点量化困难；并且执行机构普遍不具备主动清洁流眼塞棒的功能。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种铸轧铝生产熔融铝的动态液位控制装置，其能够解决背景技术中所存在的不足。
7.本发明的另一目的在于提供一种铸轧铝生产熔融铝的动态液位控制方法，其能够实现同等的有益效果。
8.本发明的实施例是这样实现的：
9.第一方面，本技术实施例提供一种铸轧铝生产熔融铝的动态液位控制装置，包括：
10.流槽体，流槽体用于盛放熔融铝；
11.容器，容器用于盛放熔融铝，容器开设有流眼，流眼与流槽体连通；
12.液位测量装置，液位测量装置用于测量流槽体内的熔融铝，液位测量装置连接有控制器；
13.执行机构，执行机构包括依次连接的电机、变速箱、牵引辊轮和拉绳，电机与控制器相连；
14.第一连杆，第一连杆的一端与拉绳相连，第一连杆的另一端依次设置有钎杆和塞棒，塞棒设置于流眼，第一连杆设置有拉簧。
15.在本发明的一些实施例中，上述液位测量装置包括依次连接的浮力传感器、第二连杆和浮子，浮子浸泡于流槽体内，浮力传感器与控制器相连。
16.在本发明的一些实施例中，上述第二连杆为伸缩杆。
17.在本发明的一些实施例中，上述流槽体的横截面为u型。
18.在本发明的一些实施例中，上述塞棒的形状呈锥形，流眼的形状与塞棒的形状相
同，塞棒体积的最小端、最大端均小于流眼直径的最小端、最大端。
19.在本发明的一些实施例中，上述牵引辊轮设置有第一限位件和第二限位件。
20.第二方面，本技术实施例提供一种铸轧铝生产熔融铝的动态液位控制方法，包括如下步骤：
21.第一段，调整塞棒与流眼的间距，电机正向转动，拉簧被拉开长度增大，塞棒与流眼的间距增大，电机反向转动，拉簧被拉开长度减小，塞棒与流眼的间距减小；第二段，调整完毕塞棒与流眼的间距后，电机正向转矩保持，拉簧的拉力等于收缩力，电机停转静止，塞棒与流眼的间距保持不变；通过对电机正向转矩大小的可调节，实现了流眼开口度大小、熔融铝流经流眼的流量的静态可控，从而实现从容器流向流槽体内的熔融铝液位的静态可控；
22.系统供电电源异常断开，电机的正向转矩瞬间为零，在拉簧收缩力的作用下，塞棒与流眼的间距快速减小，直至流眼开口度为零，塞棒完全将流眼堵死，防止断电后熔融铝从流眼溢出；
23.电机的正向转矩快速置零，延时保持后，再快速恢复到原值，形成塞棒快速关闭、快速打开的震荡，震荡在塞棒周边产生熔融铝紊流，附着在塞棒表面的挂渣受到紊流后被冲刷而脱落，从而达到主动清洁塞棒挂渣目的。
24.在本发明的一些实施例中，还包括：
25.流槽体内的熔融铝液位上升或下降的变化使得浮子所受的熔融铝的浮力随之变化，变化的浮力经过第二连杆传达于浮力传感器，浮力传感器接收到的数据经由控制器处理后得到液位反馈值。
26.相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
27.在本发明中，当电机正向转矩增大时，拉簧的拉力大于收缩力，电机正向转动，拉簧被拉开长度增大，塞棒与流眼的间距增大，流眼开口度即塞棒与流眼的间距增大；当电机正向转矩减小时，拉簧的拉力小于收缩力，电机反向转动，拉簧被拉开长度减小，塞棒与流眼的间距减小，流眼开口度减小；电机正向转矩保持时，拉簧的拉力等于收缩力，电机停转静止，流眼开口度随之保持。当电机正向转矩大小的可调节，就实现了流眼开口度、熔融铝流量(熔融铝流经流眼的流量)、熔融铝液位的静态可控。本发明通过液位测量装置得到熔融铝的实测反馈值，将液位目标设定值、液位实测反馈值、转矩控制输出值组合构成液位pid闭环控制，达到熔融铝液位动态精确控制目的。当本系统正常工作期间，本系统供电电源异常断开时，电机的正向转矩瞬间为零，在拉簧收缩力的作用之下，流眼开口度快速减小，直至流眼开口度为零，塞棒完全将流眼堵死，有效地防止高温熔融铝的溢出。电机的正向转矩快速置零，延时保持之后，再快速恢复到原值，形成塞棒“快速关闭，快速打开”的震荡。这个震荡就会在塞棒周边产生熔融铝“紊流”，附着在塞棒表面的挂渣受到“紊流”冲刷而脱落，从而达到主动清洁塞棒挂渣的目的。本发明执行机构具有受力回缩、回旋特性，断电安全关闭功能可靠，无需人工介入；采用直接液位高度浮力测量方式，提供制式浮子，即便浮子存在破损，仅需简单修改在线参数即可修正测量失真，全程自动调教。本发明具有主动清洁流眼塞棒功能，可靠避免塞棒挂渣，无需人工介入；执行机构的驱动电机仅控制流眼打开的正向转矩，电路简捷，故障点少。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本发明实施例其中一种实施方式；
30.图2为本发明实施例另一种实施方式。
31.图标：1
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流眼，2
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塞棒，3
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钎杆，4
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拉簧，5
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第一连杆，6
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流槽体，7
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浮子，8
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第二连杆，9
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浮力传感器，10
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拉绳，11
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牵引辊轮，12
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变速箱，13
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电机，14
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第一限位件，15
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第二限位件。
具体实施方式
32.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
33.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
37.在本发明实施例的描述中，若出现术语“多个”代表至少2个。
38.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.实施例
40.请参照图1
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2，所示为本发明的实施例。
41.本实施例提供一种动态流动熔融铝液位控制系统及方法，包括：
42.流槽体6，流槽体6用于盛放熔融铝；
43.容器，容器用于盛放熔融铝，容器开设有流眼1，流眼1与流槽体6连通；
44.液位测量装置，液位测量装置用于测量流槽体6内的熔融铝，液位测量装置连接有控制器；
45.执行机构，执行机构包括依次连接的电机13、变速箱12、牵引辊轮11和拉绳10，电机13与控制器相连；
46.第一连杆5，第一连杆5的一端与拉绳10相连，第一连杆5的另一端依次设置有钎杆3和塞棒2，塞棒2设置于流眼1，第一连杆5设置有拉簧4。
47.在本实施例中，流眼1开设在盛装熔体的容器(炉子)容腔壳体上，作为熔体流出容器的出口，又叫放流口、炉眼。
48.熔体从流眼1流淌出来，沿着一条具有导流作用的渠道，分布给下一级需要熔体原料的设备，这个渠道则为流槽，流槽并不是浸泡在熔融铝之内，而是盛容流动的熔融铝。
49.在本发明的一些实施例中，上述液位测量装置包括依次连接的浮力传感器9、第二连杆8和浮子7，浮子7浸泡于流槽体6内，浮力传感器9与控制器相连。
50.在本实施例中，浮力传感器9安装在一个高度固定支架之上，第二连杆8的一端与浮力传感器9栓接，第二连杆8的另一端与浮子7栓接，浮子7的一半高度浸入到流槽体6当中的熔融铝之内。第二连杆8为长度可调节的伸缩杆，根据液位高度目标值即可预调此长度并锁定。
51.液位测量装置的测量原理：
52.直接浮力测量再转化为浮子7侵入流槽体6熔融铝液位的高度(深度)。流槽体6内的熔融铝液位上升或者下降的变化就会使得浮子7所受的熔融铝浮力随之增大或者减小，变化的浮力经过第二连杆8直接传递给浮力传感器9，这个浮力数值电量送入系统的plc模拟量接口，经plc内部计算转化为当前液位数值，也就是液位实测反馈值。
53.电机13恒转矩控制应用于熔融铝液位控制原理：
54.静态控制：
55.电机13正向转矩增大时，拉簧4的拉力大于收缩力，电机13正向转动，拉簧4被拉开长度增大，塞棒2与流眼1的间距增大，流眼1开口度(塞棒2与流眼1的间距)增大；
56.电机13正向转矩减小时，拉簧4的拉力小于收缩力，电机13反向转动，拉簧4被拉开长度减小，塞棒2与流眼1的间距减小，流眼1开口度(塞棒2与流眼1的间距)减小；
57.电机13正向转矩保持时，拉簧4的拉力等于收缩力，电机13停转静止，流眼1开口度随之保持。
58.电机13正向转矩大小的可调节，就实现了流眼1开口度、熔融铝流量(熔融铝流经流眼1的流量)、熔融铝液位的静态可控。
59.动态控制：
60.本系统plc控制程序之内，将液位目标设定值、液位实测反馈值、转矩控制输出值组合构成液位pid闭环控制，再增加手自动模式无扰动切换，达到熔融铝液位动态精确控制目的。
61.系统断电流眼1安全关闭功能：
62.当本系统正常工作期间，本系统供电电源异常断开时，电机13的正向转矩瞬间为零，在拉簧4收缩力的作用之下，流眼1开口度快速减小，直至流眼1开口度为零，塞棒2完全将流眼1堵死，有效地防止高温熔融铝的溢出。从图1中可以看出，系统电源异常断开时，本系统能够给安全生产提供本安型安全保障。
63.本系统具有主动清洁塞棒2挂渣功能：
64.电机13的正向转矩快速置零，延时保持之后，再快速恢复到原值，形成塞棒2“快速关闭，快速打开”的震荡。这个震荡就会在塞棒2周边产生熔融铝“紊流”，附着在塞棒2表面的挂渣受到“紊流”冲刷而脱落，从而达到主动清洁塞棒2挂渣的目的。
65.综合前述，本发明执行机构具有受力回缩、回旋特性，断电安全关闭功能可靠，无需人工介入；
66.本发明采用直接液位高度浮力测量方式，提供制式浮子7，即便浮子7存在破损，仅需简单修改在线参数即可修正测量失真，全程自动调教。
67.本发明具有主动清洁流眼1塞棒2功能，可靠避免塞棒2挂渣，无需人工介入；
68.本发明的驱动电机13仅控制流眼1打开的正向转矩，电路简捷，故障点少。
69.在本发明的一些实施例中，牵引辊轮11设置有第一限位件14和第二限位件15。
70.本系统执行机构的机械行程限位：基于生产现场的安全性需要，增设必须的流眼1开口度正向机械行程极限位挡块，即第一限位件14和第二限位件15，设置位置可选：一，牵引辊轮11正向转角限制，如图1b点；二，杠杆正向转角限制如图1a点。
71.其目的在于避免塞棒2完全从流眼1中脱出。
72.需要说明的是，在其他实施例中，可以取消第一限位件14和第二限位件15的设置，如图2所示。
73.电机13设定好固定的转动行程，从而控制塞棒2从流眼1中脱落。
74.在本实施例中，流槽体6的横截面为u型，外部由8mm
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10mm钢板制成外壳。
75.综上，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
76.在本发明中，当电机13正向转矩增大时，拉簧4的拉力大于收缩力，电机13正向转动，拉簧4被拉开长度增大，塞棒2与流眼1的间距增大，流眼1开口度即塞棒2与流眼1的间距增大；当电机13正向转矩减小时，拉簧4的拉力小于收缩力，电机13反向转动，拉簧4被拉开长度减小，塞棒2与流眼1的间距减小，流眼1开口度减小；电机13正向转矩保持时，拉簧4的拉力等于收缩力，电机13停转静止，流眼1开口度随之保持。当电机13正向转矩大小的可调节，就实现了流眼1开口度、熔融铝流量(熔融铝流经流眼1的流量)、熔融铝液位的静态可控。本发明通过液位测量装置得到熔融铝的实测反馈值，将液位目标设定值、液位实测反馈值、转矩控制输出值组合构成液位pid闭环控制，达到熔融铝液位动态精确控制目的。当本系统正常工作期间，本系统供电电源异常断开时，电机13的正向转矩瞬间为零，在拉簧4收缩力的作用之下，流眼1开口度快速减小，直至流眼1开口度为零，塞棒2完全将流眼1堵死，有效地防止高温熔融铝的溢出。电机13的正向转矩快速置零，延时保持之后，再快速恢复到原值，形成塞棒2“快速关闭，快速打开”的震荡。这个震荡就会在塞棒2周边产生熔融铝“紊流”，附着在塞棒2表面的挂渣受到“紊流”冲刷而脱落，从而达到主动清洁塞棒2挂渣的目的。本发明执行机构具有受力回缩、回旋特性，断电安全关闭功能可靠，无需人工介入；采用直接液位高度浮力测量方式，提供制式浮子7，即便浮子7存在破损，仅需简单修改在线参数
即可修正测量失真，全程自动调教。本发明具有主动清洁流眼1塞棒2功能，可靠避免塞棒2挂渣，无需人工介入；执行机构的驱动电机13仅控制流眼1打开的正向转矩，电路简捷，故障点少。
77.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
78.对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。