一种有色金属熔液智能定量浇铸系统及方法
技术领域
本发明属于有色金属熔炼浇铸技术领域，具体涉及一种有色金属熔液智能定量浇铸系统及方法。
背景技术
2009 年11 月18日公开的公告号为CN201346617Y的双勺舀锌装置将工业炉中的锌液浇铸到锌锭模具上。由于锌片是工人间歇式加入工业炉中的且锌片的熔化是需要时间的，所以工业炉中的锌液的高度是变化的，而勺舀每次舀锌液的时候的转角都一样且浇铸的过程是连续的，因此每次浇铸而成的锌锭的质量无法保持一致，目前25Kg级的锌锭的重量误差有±2kg，较大的质量误差严重的影响锌锭的质量。
此外，另有公告号为201346617Y双勺舀锌装置，锌液自流浇铸方式通过安装与炉壁的溜槽利用锌液本身的重力流入锭模完成浇铸，而舀勺装置通过电机驱动曲柄连杆机构，通过舀锌勺将锌液定量舀入锭模完成浇铸，锌液自流方式由于受到炉膛内液面高度的限制，流量控制比较困难，往往造成定量不准的问题，而且由于曲柄连杆机构往复运行一次需要一定的时间周期，舀勺为单一摆臂角度进行控制，该专利同样存在质量误差大的问题，以及舀勺角度不能够随机控制等等问题。
目前有色金属的勺舀浇铸方式，因舀勺每次转角都一样而且浇铸的过程是连续动作，大多受液面高度的影响，使每次浇铸而成的锌锭的质量无法保持一致，目前25Kg级的锭的重量误差有±2kg，较大的溶液误差严重的影响锭的质量，虽有专利CN 110732660 A一种智能锌锭定量浇铸装置与方法，通过液面改变舀勺角度的从而控制容量，有一定的作用改善，但是浇铸过程无法和浇铸机随动控制，重量误差大。
因此，急需要解决浇铸过程中的定量浇铸问题。
发明内容
本发明提供一种有色金属熔液智能定量浇铸系统装置，采用的技术方案具体如下：
一种有色金属熔液智能定量浇铸系统，包括依次连通的感应炉、熔液泵、中间锅、摆臂式熔液浇铸机，还包括控制系统；
所述感应炉内设有液位传感器；所述熔液泵通过泵出液管将熔液泵送至中间锅；所述中间锅的上端设有回液溜槽；
所述摆臂式熔液浇铸机包括底座、浇铸机；
所述底座上安装有摆臂；所述摆臂与驱动装置A连接；所述摆臂的上端设有转轴，所述摆臂与转轴转动连接；所述转轴上设有舀勺；所述转轴与驱动装置B连接；舀取熔液后到倒熔液前的运行过程中，舀勺需垂直于水平面，且摆臂和转轴同步运行；
所述浇铸机机上设有接锭溜槽；所述接锭溜槽通过驱动装置C驱动其绕轴转动角度；所述接锭溜槽的底部设有出液口；
所述液位传感器、熔液泵、驱动装置A、驱动装置B、驱动装置C均与控制系统电连接。
优选地，所述摆臂包括左摆臂与右摆臂；还包括心轴，所述心轴依次贯穿左摆臂、右摆臂并与驱动装置A连接，心轴与左摆臂、右摆臂之间固定连接；所述转轴依次贯穿左摆臂、右摆臂并与驱动装置B连接，转轴与左摆臂、右摆臂之间为转动连接；所述转轴位于左摆臂和右摆臂之间的部位设有2个舀勺；所述接锭溜槽设有2个单独容腔，2个容腔的开口分别与2个舀勺的倒液位置相对应；舀取熔液后到倒熔液前的运行过程中，舀勺需垂直于水平面，且转轴和心轴同步运行。
优选地，所述心轴及转轴轴端安装有接近开关传感器，所述接近开关传感器与控制系统电连接。
优选地，熔液泵的入口设有过滤装置。
优选地，驱动装置A为摆臂电机；驱动装置B为舀勺电机；驱动装置C为油缸。
优选地，摆臂电机和舀勺电机为伺服电机，摆臂电机和舀勺电机与运动控制器电连接，运动控制器与控制系统电连接。
一种有色金属熔液智能定量浇铸系统的浇铸方法，包括以下步骤：
a、液位传感器检测到感应炉内液位高度后发送给控制系统，控制系统控制进行投料或停止投料，熔液泵将溶液抽到中间锅，使中间锅内液位高度保持在H1，中间锅内高于H1液位的多余的溶液通过回液溜槽回流到感应炉；
b、摆臂电机驱动左、右摆臂转动角度ω1至中间锅，舀勺电机驱动舀勺转动角度a1+a2，舀取熔液；然后摆臂电机驱动左、右摆臂转动角度ω1+ω2从中间锅到浇铸机，同时该过程保持舀勺内熔液水平；然后摆臂电机驱动左、右摆臂转动ω3角度靠近浇铸机，同时舀勺电机驱动舀勺慢慢转动角度a3+a4倒出熔液到接锭溜槽；
c、接锭溜槽通过油缸驱动摆动角度接液以及出液至铸锭模具当中，完成浇铸动作；进入下个工作循环。
优选地，步骤c具体为:接锭溜槽摆动角度a5接液，再摆动角度a5倒出熔液至铸锭模具当中完成浇铸；倒出熔液后，摆臂快速返回同时舀勺转动到进液角度a2；进入下个工作循环。
优选地，所述心轴与转轴采用虚拟主轴控制法。
本发明的有益效果在于：
1、目前有色冶炼企业大多无法对感应炉内的液位进行准确控制，往往采用盲目投料或者间歇投料的方式投料。
本发明通过感应炉内的浮球液位计对炉内的液位进行实时监测，低于低液位进行投料，高于高液位停止投料，确保炉内始终保持在一定的液位高度，减少了液面太高与太低对于舀勺浇铸的不可控因素。
2、有色冶炼企业尤其是锌冶炼自流的形式较多，自流的方式往往熔液中带有杂质或者浮渣，这些杂质通常都是自流入铸锭模具当中。
本发明利用熔液泵不断补充熔液到中间锅，中间锅设有回液溜槽，使中间锅内的熔液保持在一定的液位高度。且在熔液泵的入口设置过滤装置，对熔液有一定的过滤功能。
3、目前有色冶炼企业浇铸方式，有通过电机带动曲柄连杆进行舀锌的方式，由于受液面高度的影响，以及摆臂式熔液浇铸机通过摆动舀勺角度来控制熔液的容积，舀勺也非定量的容器，而且摆动角度无法自适应液面的高度。
本发明的舀勺为定量舀勺，舀勺的转动角度可以多角度的控制，且舀勺的转动角度由伺服电机控制，因而能精准地控制每次舀取的熔液的容积，进而控制锭的重量，重量精度提高到0.8%。
4、目前有色冶炼企业，通常是通过舀勺摆动角度，熔液直接浇铸到铸锭模具当中，往往熔液浇铸到模具中波动较大，产生的氧化膜也会相应增多，
本发明中舀勺的熔液先倒入到接锭溜槽，接锭溜槽通过摆动角度使熔液流入铸锭模具当中，接锭溜槽可同时浇铸2个模具，因接锭溜槽摆动角度相对较少，因而减少了氧化膜的产生，对直收率也有一定的提高。
附图说明
图1 为本发明整体结构示意简图；
图2 为本发明有色金属摆臂式溶液浇铸机的结构示意图；
图3 为本发明舀勺角度控制示意简图；
图4为主轴与从轴同步运动示意图；
其中：1、浮球液位；2、感应炉；3、回液溜槽；4、溶液泵；5、泵出液管；6、中间锅；7、摆臂式熔液浇铸机；8、接锭溜槽；9、铸锭线；10、底座；11、心轴；12、左摆臂；13、转轴；14、舀勺；15、铸锭机；16、右摆臂；17、舀勺电机；18、摆臂电机。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
如图1-4所示，一种有色金属熔液智能定量浇铸系统，包括依次连通的感应炉、熔液泵、泵出液管、中间锅、摆臂式熔液浇铸机和控制系统；
所述感应炉内设有液位传感器，本实施中所述液位传感器为浮球液位计。所述中间锅设有回液溜槽。通过熔液泵不断泵送新鲜的熔液到中间锅，使中间锅的液位高度保持在H1。当中间锅内的熔液高度超过H1时，熔液经回液溜槽回流感应炉。所述浮球液位计对炉内的液位进行实时监测，当感应炉内液位中间锅液位H2时进行投料，当感应炉内液位高于中间锅内液位时停止投料，确保感应炉内液位始终保持在一定的液位高度；减少了液面太高与太低对于舀勺浇铸的不可控因素。
所述摆臂式熔液浇铸机包括底座、浇铸机；所述底座上安装有摆臂；所述摆臂的下端安装有心轴，所述心轴与摆臂电机连接；所述摆臂的上端通过轴承安装有转轴；所述转轴上安装有舀勺；所述转轴与舀勺电机连接。所述浇铸机机上设有接锭溜槽。
油缸通过油缸底座固定在浇铸线的上方。接锭溜槽的左上方通过轴固定；所述油缸的活塞杆支撑接锭溜槽的上端槽缘；接锭溜槽通过油缸驱动使其绕轴摆动；接锭溜槽摆动角度a5接液以及出液至浇铸线上的铸锭模具当中。
所述浮球液位计、熔液泵、摆臂电机、舀勺电机、油缸均与控制系统连接。
本实施例中，所述摆臂包括左摆臂与右摆臂。
所述舀勺可为单个舀勺或双舀勺，所述接锭溜槽设有两个出液口，可同时浇铸2个模具。
所述熔液泵的入口设有过滤装置可以对熔液进行过滤。
本实施例中，所述舀勺由陶瓷纤维材料制成，耐高温且不粘熔液。
一种有色金属熔液智能定量浇铸系统的浇铸方法，包括以下步骤：
a、液位传感器检测到感应炉内液位高度后发送给控制系统，控制系统控制进行投料或停止投料（控制系统收到低液位信号后，发出投料信号给投料装置；控制系统收到高液位信号后，发出停止投料信号给投料装置），熔液泵将溶液抽到中间锅，使中间锅内液位高度保持在H1，中间锅内高于H1液位的多余的溶液通过回液溜槽3回流到感应炉；
b、控制系统发送信号给运动控制器，运动控制器发送信号给摆臂电机和舀勺电机，摆臂电机启动，摆臂电机通过心轴驱动左摆臂以及右摆臂转动，舀勺电机启动，舀勺电机通过转轴驱动舀勺转动，舀取熔液，倒入接锭溜槽；
c、控制系统发送信号给油缸，通过油缸的活塞杆伸长及回缩驱动接锭溜槽摆动角度以接液以及出液至铸锭模具当中，完成浇铸动作。
具体为，运动控制器控制摆臂电机驱动左、右摆臂加速转动角度ω1至中间锅，运动控制器控制舀勺电机驱动舀勺转动角度a1+a2，舀取熔液；然后运动控制器控制摆臂电机驱动左、右摆臂加速转动角度ω1+ω2，从中间锅到浇铸机，同时该过程保持舀勺内熔液水平（即舀勺垂直于水平面）；运动控制器控制摆臂电机驱动左、右摆臂减速转动ω3角度靠近浇铸机，同时舀勺慢慢转动角度a3+a4倒出熔液到接锭溜槽，控制系统控制油缸，油缸驱动接锭溜槽绕轴摆动角度a5接液，再摆动角度a5倒出熔液至铸锭模具当中；倒出熔液后，运动控制器控制摆臂电机驱动左、右摆臂快速返回；同时舀勺转动到进液角度a2，进入下个工作循环（本实施例中a1为26°、a2为42°、a3为35°、a4为10°、a5为31°；ω1为67°、ω2为35°、ω3为33°）。
本发明可同时配置单个舀勺或双舀勺，且舀勺为定量容器，为金属锭的质量控制提供了保障，舀勺材料为陶瓷纤维，耐高温不粘溶液。
本发明的中间锅的液位不需单独进行控制，正常舀勺液位为溢流液面高度H1。
本发明中舀勺舀取的溶液先倒入接锭溜槽，接锭溜槽通过油缸摆动角度a5接液和出液，接锭溜槽可同时浇铸双模具，且因接锭溜槽摆动角度较小，能够减少液面的波动，从而能够减少氧化膜的产生。
本发明的摆臂电机和舀勺电机均为伺服电机，摆臂电机和舀勺电机与运动控制器电连接，因摆臂的心轴与舀勺的转轴为单独的伺服电机控制（心轴和转轴采用虚拟主轴控制法，即主轴为虚拟轴，心轴和转轴为从轴），具体如图4所示：
在传统的机械式同步方案中,各运动轴通过传动机构与主轴相连，主轴将驱动力矩传递到每个运动轴（从轴），并起到同步协调者的作用。当某个运动轴受扰动而改变速度时,该变化会通过力矩反馈影响主轴的输出，从而使其他轴的速度以同样的趋势变化，达到了减小同步误差的效果。虚拟主轴控制法便是利用运动控制器来模拟上述过程，以实现同步控制。
机械主轴会受到从轴的影响，但虚拟主轴不会，如果过程控制有任何一个从轴滞后或者异常，运动控制器都可以得到信号停止所有轴的运行，包括虚拟主轴。传统的机械式主从方式和虚拟主轴的方式都可以做到同步，区别在于前者从轴始终跟随主轴，在舀起或倾倒液体时需要脱离同步，后者从轴可以互不干涉，可以不需要脱离同步，只是两个从轴各自与虚拟主轴同步，各自规划曲线。由于主轴是虚拟设定的, 因此可以灵活修改其各项参数。
因摆臂的心轴与舀勺的转轴为单独的伺服电机控制，舀勺的转轴与摆臂的心轴角度调节和速度控制非常精准方便，控制如下：
（1）舀取熔液后到倒熔液前的运行过程中，舀勺需垂直于水平面，要求转轴和心轴能同步运行，防止熔液溅出，同步误差不超过0.5°。运动控制器的显示界面显示两个轴的运行状态、报警信息、运行角度以及周期运行时间等。
（2）舀勺的熔液舀取位、倒液位，以及心轴和转轴的速度均能通过运行控制器进行调整。（运行控制器通过控制摆臂电机和舀勺电机的转动速度、转动角度来控制左右摆臂和舀勺的转动速度和角度。本发明中，因左、右摆臂的长度、原始位置、舀勺的大小是已知，中间锅的位置也是已知的，调整后的舀液准备位的高度是已知的，因而可以计算出ω1、a1、a2的具体角度。同理，调整倒液位的位置，也可计算出ω3、a3、a4的具体角度。）
（3）摆臂和舀勺在停机状态能自动回原位并且处于制动状态，防止悬臂因受外力动作（在心轴及转轴轴端安装有原始位置接近开关传感器，在停机后，控制系统驱动摆臂电机和舀勺电机转动，从而驱动左右摆臂和舀勺回复至原位，直至接近开关传感器感应到左右摆臂和舀勺回到原始位置，接近开关传感器发送信号给控制系统，然后控制系统发送信号给舀勺电机与摆臂电机，舀勺电机与摆臂电机进入制动状态。因舀勺电机与摆臂电机都为伺服电机，伺服电机本身自带编码器和制动器，能对执行的动作进行制动）。
本发明通过多种方式对液流进行控制，克服人工控制的不稳定性，又弥补了以往浇铸质量不稳定的缺陷，确保了整个浇铸过程中液流平稳，减少了氧化膜产生，提高了铸锭重量均匀性以及铸锭的表面质量，具有安全、平稳、高效的性能。满足生产企业在同样设备的情况下既能满足高产能需求又提高了浇铸质量， 同时提高了有色冶炼的直收率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
