一种铝合金直冷铸造铝液泄漏识别及防爆系统与方法

本发明涉及铝加工生产安全，特别涉及一种铝合金直冷铸造铝液泄漏识别及防爆系统与方法。

背景技术：

1、铝合金直冷铸造是铝型材生产的核心工序，在实际生产中，铸造模盘上方需设置保温盖，导致传统通过结晶器液面漩涡识别铝液泄漏的方式完全失效，同时铸坯排布密集，无法单根监测结晶器泄漏状态，存在严重的监测盲区，导致泄漏识别滞后、定位不准。传统铸造工艺采用单深井结构，冷却水直接存储于深井内，铝液一旦泄漏会立即与水接触，瞬间产生大量氢气和水蒸气，引发剧烈爆炸，造成重大安全事故；同时，泄漏的铝液会散落于深井底部，与冷却水、杂质混合凝固后，难以清理回收，安全风险高、作业效率低。现有液氮冷却技术无回收系统，氮气直接向上逸散，易造成作业人员中毒，且资源浪费严重；同时，泄漏识别、冷却、防爆、回收各环节相互独立，无自动化联动控制，应急响应滞后，无法满足铝合金直冷铸造的本质安全需求。

2、基于以上缺陷，现有技术无法适配铝合金直冷铸造现场实际工况，难以实现铝液泄漏精准识别、根源防爆、高效回收与资源循环利用，严重制约铝加工行业安全发展。

3、目前，国内外铝加工铝合金直冷铸造企业铝液泄漏征兆识别能力普遍严重不足，受铸造模盘上方保温盖遮挡、铸坯排布密集影响，传统依赖人工经验判别漏铝，存在判别精度差、响应不及时、无法准确定位的问题，生产过程存在铝液遇水爆炸的极大安全隐患。现有技术中，铝液泄漏监测与防爆处置手段存在诸多核心局限：

4、申请号为202410538848.3的中国发明专利公开了一种基于数字水听器的分流盘铝液泄漏声音识别预警系统，依靠铝液与水接触的声音判断泄漏。该方案无法适配铝合金直冷铸造工况，受现场高温高湿、设备噪音及保温盖遮挡影响，声音信号无法有效采集，漏铝识别准确度极低，且完全无法定位泄漏位置。

5、申请号为202311522740.7的中国发明专利公开了一种铝液泄漏红外图像识别系统，通过结晶器出口热图像判定泄漏。该方案在直冷铸造场景中完全失效，模盘保温盖遮挡液面、铸坯排布过于密集，红外设备无法覆盖监测，图像识别存在严重滞后与盲区，无法实现泄漏实时识别与定位。

6、申请号为202511610977.x的中国发明专利公开了一种深井铸造铝液泄漏预警系统，仅能实现泄漏预警与定位，无任何根源防爆与应急处置功能，仍采用传统单深井冷却水结构，预警后无法阻断铝水接触，泄漏铝液无法快速凝固与便捷回收，易引发爆炸事故升级。

7、同时，现有技术均未适配铝合金直冷铸造模盘带盖、铸坯密集的特殊工况，无针对引锭头底座间倾斜面的温度场监测手段，泄漏识别存在天然盲区；未采用分级铸造坑实现水铝分离，无法从根源杜绝铝液遇水爆炸；无液氮冷却与氮气循环回收系统，液氮消耗大且氮气易逸散毒害作业人员；泄漏铝液散落坑底无法整体回收，清理难度大、安全风险高；导致泄漏识别的精准性、防爆的彻底性与系统的实用性严重不足。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的缺陷，本发明提出一种铝合金直冷铸造铝液泄漏识别及防爆系统与方法，整合磁吸式双源温度场精准识别（红外热像仪+光纤温度传感器）、分级坑体根源性防爆、液氮双功能冷却、冷却水闭环循环、氮气环保回收和泄漏铝液整体回收，依托引锭台防护栏杆安装的红外热像仪监测结晶器出口端泄漏状态，配合倾斜面密排布设的光纤温度传感器弥补铸坯遮挡盲区，实现全泄漏路径温度场无盲区监测；通过一级、二级铸造坑分离结构从根源阻断铝水接触，从根源上杜绝铝液遇水爆炸隐患。配合两级液氮喷嘴完成铸坯冷却与泄漏铝液快速凝固，彻底解决铝合金直冷铸造铝液泄漏识别难、爆炸风险高、回收困难、氮气逸散毒害的行业痛点。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种铝合金直冷铸造铝液泄漏识别及防爆系统，所述系统包括泄漏识别模块、分级防爆冷却模块、循环水处理模块、氮气循环回收模块、引锭台防护组件和主控终端，

4、其中，所述泄漏识别模块设置在结晶器出口端处的所述引锭台防护组件上，用于采集所述出口端处泄漏的铝液的温度数据；

5、所述分级防爆冷却模块设置在所述结晶器的下方，用于冷却铸坯或快速凝固所述铝液；

6、所述循环水处理模块与分级防爆冷却模块相连接，用于对分级防爆冷却模块进行循环水供给；

7、所述氮气循环回收模块与分级防爆冷却模块相连接，用于对分级防爆冷却模块循环进行循环氮气供给；

8、所述引锭台防护组件设置在所述结晶器的四周，用于进行安全防护和作为安装载体；

9、所述主控终端与泄漏识别模块、分级防爆冷却模块、循环水处理模块和氮气循环回收模块相连接，根据从所述泄漏识别模块接收的温度数据，控制所述分级防爆冷却模块、循环水处理模块和氮气循环回收模块的动作。

10、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述引锭台防护组件包括相拼接的多个引锭台角立柱和引锭台防护栏杆。

11、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述泄漏识别模块包括带防护外壳的无线红外热像仪、强磁磁铁、内置电池及密排光纤温度传感器，所述红外热像仪通过强磁磁铁磁吸固定于引锭台防护栏杆，且其镜头朝向结晶器出口端；所述光纤温度传感器沿引锭头底座之间的倾斜面密排布置，用于采集倾斜面温度数据。

12、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述分级防爆冷却模块包括一级铸造坑、二级铸造坑、一级液氮喷嘴、二级液氮喷嘴和不规则铝块，二级铸造坑位于一级铸造坑的下部，用于密闭存储结晶器冷却水，一级铸造坑为无水防爆空间，一级和二级液氮喷嘴布置于一级铸造坑内壁，不规则铝块铺设于一级铸造坑底部。

13、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述一级液氮喷嘴和二级液氮喷嘴在一级铸造坑四个壁面每排各设置三个，两级喷嘴错位排布。

14、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述不规则铝块的厚度为50cm-100cm，且一级铸造坑侧壁设置多个一级排水管。

15、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述循环水处理模块包括一级排水管、二级排水管、抽水泵、高位水箱、进水管和出水管，所述一级排水管设置在一级铸造坑的侧壁上，所述二级排水管连接在抽水泵与二级铸造坑的侧壁之间，所述进水管设置在二级排水管与抽水泵进水口之间，所述出水管设置在所述抽水泵出水口与所述高位水箱之间。

16、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述氮气循环回收模块包括氮气排放口、氮气入口管、抽气泵、氮气出气管和氮气增压制冷中心，氮气排放口设置于一级铸造坑的下方侧壁上，所述氮气入口管设置在抽气泵的出气口与氮气排放口之间，所述氮气出气管设置在所述抽气泵的进气口与所述氮气增压制冷中心之间。

17、本发明还提供了一种铝合金直冷铸造铝液泄漏识别及防爆方法，所述方法采用所述的系统来实现，包括以下步骤：

18、s1.固定于引锭台防护组件的泄漏识别模块的红外热像仪，实时采集结晶器出口端温度场数据，同时泄漏识别模块的光纤温度传感器采集其所在倾斜面的温度场数据，两类温度场数据同步无线传输至主控终端；

19、s2.主控终端融合两类温度数据判断,若红外热像仪监测到结晶器出口端局部温度超过预设阈值，或光纤温度传感器监测到倾斜面局部温度超过预设阈值，且异常区域面积持续扩大，判定发生铝液泄漏，生成泄漏报警信息并定位泄漏区域；温度小幅温升未达阈值，判定为疑似异常并强化双源监测频率；温度无明显变化，判定为正常工况；

20、s3.主控终端控制分级防爆冷却模块的两级液氮喷嘴加大液氮喷射量，使泄漏铝液快速凝固；

21、s4.循环水处理模块的一级铸造坑内残留水经一级排水管快速排入二级铸造坑，阻断铝液与水接触；

22、s5.泄漏铝液在一级铸造坑底部不规则铝块上凝固，整体取出后回炉重熔；

23、s6.气化氮气经氮气循环回收模块的氮气排放口、氮气抽气泵输送至氮气增压制冷中心处理，为液氮后循环供给液氮喷嘴。

24、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，若红外热像仪监测到结晶器出口端局部温度为小幅温升未达到设定阈值，或光纤温度传感器监测到倾斜面局部温度为小幅温升且未达到预设阈值，则判定为疑似异常，此时所述主控终端强化对红外热像仪和光纤温度传感器的监测频率。

25、如上所述的任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s2中，所述预设阈值为100℃，融合的判定逻辑为：单一温度场数据触发阈值且持续3秒以上，或双温度场数据源均出现大于等于50℃/min的温升趋势，即启动泄漏响应及高温区域面积每秒扩张超过2cm2。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、1.泄漏识别无监测盲区，适配现场工况。本发明采用“红外热像仪+光纤温度传感器”双源监测方案，红外热像仪监测结晶器出口端泄漏初始状态，光纤温度传感器密排覆盖倾斜面，有效规避铝铸坯遮挡造成的盲区，双源数据融合实现全泄漏路径精准识别与定位，彻底解决传统监测方式因遮挡导致的识别失效问题。

28、2.根源防爆设计彻底，杜绝爆炸隐患。本发明采用分级铸造坑分离结构，冷却水独立存储于二级铸造坑，一级铸造坑全程无水，从机理上阻断铝液与水接触，完全消除铝液遇水爆炸的核心风险，实现本质安全。

29、3.铝液回收高效便捷，无资源浪费。泄漏铝液与不规则铝块快速凝固为一体，可整体取出干燥后回炉熔化，无需破碎清理，回收流程简单、无杂质污染。

30、4.双循环系统节能环保，消除安全隐患。冷却水闭环循环实现水资源高效利用，氮气密闭回收再利用，既降低生产成本，又避免氮气逸散毒害人员，适配恶劣铸造环境。

31、5.全流程自动化闭环，安全等级大幅提升。系统集成监测、防爆、回收、循环全功能，无需人工高危介入，从泄漏识别到应急处置形成完整闭环，显著提升铝合金直冷铸造本质安全水平，工业实用性强。