一种铝电解阳极全自动浇铸系统及浇铸方法与流程

1.本发明涉及电解铝所用阳极制造领域，特别涉及一种铝电解阳极全自动浇铸系统及浇铸方法。


背景技术：

2.在电解铝生产阳极组装的过程中，需采用熔融铁水浇铸，使阳极钢爪与炭块紧密结合。现有阳极组装浇铸环节主要有人工浇铸和机械化半自动浇铸两种方式。人工浇铸方式生产过程为：叉车将阳极炭块逐块摆放至浇铸架上，并人工手动调整水平度及对中，天车吊运阳极导杆使钢爪头放入阳极炭碗中，人工对中并固定，再由天车吊运铁水包至中频炉装满铁水，吊运至浇铸架，人工转动铁水包手轮，向炭碗中逐个注入铁水浇铸。操作过程中需天车的大、小车行走操作与铁水包浇铸操作紧密配合。人员劳动强度及操作熟练程度要求较高，受天车可靠性及浇铸熟练程度影响，铁水回炉重熔率较高，能耗较大。机械化半自动浇铸方式生产过程为：在浇铸区域配置机械化阳极组装及浇铸设备，炭块由输送设备送至啮合工位与钢爪组合，再由浇铸车自中频炉接运铁水至浇铸工位，由人工调整铁水包对阳极组进行组装浇铸；在该过程中需中频炉熔铁时间与浇铸车作业节拍紧密配合，对浇铸车操作人员熟练程度要求较高。
3.无论采用人工或半自动浇铸，铁水的浇铸均为人工操作，且钢水包由手轮驱动，炭碗中钢水液位由工人目测，浇铸的速度受人为因素影响较大，因此效率低下，使得阳极浇铸成为制约阳极组装效率的瓶径工序。同时浇铸所用的铁水温度在1100～1650℃，长期在该环境下工作对于工人健康有较为不利的影响，且在操作过程中易发生安全事故。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝电解阳极全自动浇铸系统及浇铸方法，可以实现整个浇铸过程的自动化，大幅度提高阳极浇铸的效率。
5.根据本发明的一个方面，提供了一种铝电解阳极全自动浇铸系统，包括浇铸控制系统和浇铸执行系统，自动浇铸控制系统和浇铸执行系统连接并控制浇铸执行系统运行，浇铸执行系统包括铁水存储区、铁水浇铸区和浇铸嘴，铁水存储区内部呈中空状且整体密封，铁水浇铸区的底部与铁水存储区的底部连通，浇铸嘴的一端与铁水浇铸区的一侧固定连接且内部连通，浇铸控制系统包括主控制装置、压缩气体补充系统和压缩气体排放系统，压缩气体补充系统和压缩气体排放系统均与铁水存储区的上部连接，压缩气体补充系统和压缩气体排放系统分别与主控制装置电性连接。
6.进一步地，铝电解阳极全自动浇铸系统采用压缩气体驱动控制铁水，通过控制压缩气体的补充量控制铁水的浇铸量，浇铸执行系统没有运动部件，根据不同的使用要求以带压力的空气、氮气作为驱动介质。
7.进一步地，浇铸执行系统还包括存储区液位检测装置、温度检测装置和压力检测装置，存储区液位检测装置、温度检测装置和压力检测装置均安装于铁水存储区，存储区液
位检测装置、温度检测装置和压力检测装置分别与主控制装置电性连接，存储区液位检测装置用于检测铁水存储区的铁水液位并传送液位信息给主控制装置。
8.进一步地，浇铸执行系统还包括加料口，加料口的一端敞开，加料口的另一端与铁水存储区连通。
9.进一步地，浇铸执行系统还包括压缩气体(空气、氮气等)紧急泄放装置，压缩气体(空气、氮气等)紧急泄放装置安装于铁水存储区的上部。
10.进一步地，浇铸执行系统还包括炭碗铁水液位检测系统，炭碗铁水液位检测系统与主控制装置电性连接，炭碗铁水液位检测系统用于检测炭碗中的铁水液位并传送液位信息给主控制装置。
11.进一步地，铁水浇铸区和浇铸嘴一一对应设置为1、2、4或8套。
12.根据本发明的一个方面，提供了一种电解阳极全自动浇铸方法，包括如下步骤：
13.s1、阳极炭块由输送设备送到预定位置，使浇铸嘴与阳极炭块上的炭碗相对；
14.s2、存储区液位检测装置检测铁水存储区的液位并将铁水液位的实时信号发送主控制装置，炭碗铁水液位检测系统检测炭碗中的铁水液位并将铁水液位的实时信号发送给主控制装置，温度检测装置检测铁水存储区内的温度并传送实时温度信号给主控制装置，压力检测装置检测铁水存储区内的压力并传送实时压力信号给主控制装置；
15.s3、主控制装置根据接收到的温度、压力和液位信号计算置换铁水需要用的压缩气体(空气、氮气等)的体积；
16.s4、主控制装置根据计算出的压缩气体(空气、氮气等)的体积发送控制信号给压缩气体补充系统，压缩气体补充系统启动并输送压缩气体(空气、氮气等)到铁水存储区内的上部空间以挤压铁水，铁水沿铁水浇铸区输送到浇铸嘴并流到所需浇铸的炭碗中。
17.进一步地，电解阳极全自动浇铸方法还包括如下步骤：
18.s5、主控制装置根据接收到的炭碗铁水液位检测系统发送的铁水液位实时信号，判断炭碗内的铁水液位是否达到预定值，若炭碗内的铁水液位未达到预定值则计算出需要补充的压缩气体(空气、氮气等)的体积并控制压缩气体补充系统继续运行，若炭碗内的铁水液位达到预定值则向压缩气体补充系统发送停止信号，压缩气体补充系统停止向铁水存储区输送压缩气体(空气、氮气等)。
19.进一步地，存储区液位检测装置采用接触式液位计，炭碗铁水液位检测系统采用图像识别测距或高精度的激光测距。
20.本发明的有益效果是：通过浇铸控制系统的主控制装置控制压缩气体补充系统向浇铸执行系统的铁水存储区加入压缩气体(空气、氮气等)，通过压缩气体(空气、氮气等)置换水存储区内的铁水体积迫使铁水流入到铁水浇铸区并从浇铸嘴流出进行定量浇铸。浇铸的全过程中整个装置处于静止不动，无任何运动部件，只有铁水在压缩气体(空气、氮气等)的置换下注入炭碗中。利用适当压缩气体(空气、氮气等)置换适当体积的铁水,该体积正好与所需浇铸炭碗的要求容积相同。压缩气体(空气、氮气等)与铁水存储于同一容器中，压缩气体(空气、氮气等)位于铁水的上部，以气囊的形式存在，铁水即是浇铸炭碗的工作介质，也是形成气囊的密封介质。置换铁水用的压缩气体(空气、氮气等)的体积在结合压缩气体(空气、氮气等)的压力、压缩气体(空气、氮气等)的容积、铁水的温度、炭碗中铁水的液位等各方面因素后，根据计算得到。实现了电解阳极的全自动无人执守浇铸，提高了工作效率和
浇铸精度。
附图说明
21.图1为本发明一实施方式的铝电解阳极全自动浇铸系统的结构示意图。
具体实施方式
22.实施例1
23.图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的一种铝电解阳极全自动浇铸系统。
24.参照图1，一种铝电解阳极全自动浇铸系统包括浇铸控制系统a和浇铸执行系统b，自动浇铸控制系统a和浇铸执行系统b连接并控制浇铸执行系统b运行。控制系统a和浇铸执行系统b可以紧邻布置，也可以间隔布置。
25.浇铸执行系统b包括铁水存储区b1、铁水浇铸区b2、浇铸嘴b3、存储区液位检测装置b4、温度检测装置b5、压力检测装置b6、加料口b7、压缩气体紧急泄放装置b8、炭碗铁水液位检测系统b9和手轮旋转机构b10。
26.浇铸控制系统a包括主控制装置a1、压缩气体补充系统a2和压缩气体排放系统a3，压缩气体补充系统a2和压缩气体排放系统a3分别与主控制装置a1电性连接并受主控制装置a1控制。
27.铁水存储区b1内部呈中空状且整体密封，铁水存储区b1用于存储浇铸用的铁水，外部由钢板焊接而成，内部衬以保温材料及耐火材料，以保证钢板外表面温度不超过设定温度。铁水浇铸区b2的底部与铁水存储区b1的底部连通，铁水浇铸区b2用于将铁水引导至浇铸嘴b3，其外部由钢板焊接而成，内部衬以保温材料及耐火材料，以保证钢板外表面温度不超过设定温度。铁水浇铸区b2与铁水存储区b1通过法兰连接，以便于衬入保温材料和耐火材料。铁水浇铸区b2面对炭碗一侧开有方形铁水出料口b21，浇铸嘴b3与铁水出料口b21连接，可以将铁水溢流至浇铸嘴b3；铁水出料口b21的上部开有紧急溢流口，用于液位失控时，将铁水引导至专用的存储区域，以避免铁水失控造成事故。
28.加料口b7的一端向上敞开且高度高于铁水存储区b1的顶部，加料口b7的另一端与铁水存储区b1连通，加料口b7用于引导将铁水加入至入铁水存储区b1中。
29.存储区液位检测装置b4、温度检测装置b5和压力检测装置b6均安装于铁水存储区b1的上部，存储区液位检测装置b4、温度检测装置b5和压力检测装置b6分别与主控制装置a1电性连接。存储区液位检测装置b4可以采用接触式液位计，例如采用型号为iwr1843的高温铁水液位传感器等。温度检测装置b5可以采用高温热电偶进行温度检测。存储区液位检测装置b4用于检测铁水存储区b1的铁水液位并传送液位信息给主控制装置a1。
30.温度检测装置b5用于检测铁水存储区b1内的铁水温度，压力检测装置b6用于检测铁水存储区b1内压缩气体(空气、氮气等)的压力。
31.压缩气体紧急泄放装置b8安装于铁水存储区b1的上部。压缩气体紧急泄放装置b8用于在压缩气体(空气、氮气等)超过设定压力时及时将压缩气体(空气、氮气等)排出系统，以保证系统的压力在安全的范围内。
32.炭碗铁水液位检测系统b9与主控制装置a1电性连接，炭碗铁水液位检测系统b9可
以采用图像识别测距或高精度的激光测距。炭碗铁水液位检测系统b9安装于炭碗预定浇铸工位的上方。铁水液位检测系统b9用于检测炭碗中的铁水液位并传送液位信息给主控制装置a1。
33.手轮旋转机构b10与铁水存储区b1连接，手轮旋转机构b10用于通过旋转调整整个全自动浇铸执行系统的倾覆角度。
34.主控制装置a1可以采用plc或dcs。压缩气体补充系统a2和压缩气体排放系统a3均与铁水存储区b1的上部连接并与铁水存储区b1的内部连通。压缩气体补充系统a2根据主控制装置a1的指令将适量的压缩气体(空气、氮气等)导入铁水存储区b1内部，压缩气体排放系统a3根据主控制装置a1的指令将适量的压缩气体(空气、氮气等)导出铁水存储区b1。
35.铁水浇铸区b2和浇铸嘴b3一一对应设置为1、2、4或8套。
36.本发明的铝电解阳极全自动浇铸系统采用压缩气体驱动控制铁水，通过控制压缩气体的补充量控制铁水的浇铸量，浇铸执行系统没有运动部件，根据不同的使用要求以带压力的空气、氮气作为驱动介质。浇铸的全过程中整个装置处于静止不动，无任何运动部件，只有铁水在压缩气体(空气、氮气等)的置换下通过浇铸嘴b3的引导注入炭碗中，以经计算得到的适当体积的压缩气体(空气、氮气等)置换适当体积的铁水，该体积正好能所需浇铸炭碗的要求容积相同，压缩气体(空气、氮气等)与铁水存储于同一容器中，压缩气体(空气、氮气等)位于铁水上部，以气囊的形式存在，铁水即是浇铸炭碗的工作介质，也是形成气囊的密封介质。本发明实现了阳极浇铸过程中铁水全自动供料，实现整个浇铸过程的自动化，通过无人执守作业大幅度提高阳极浇铸的效率。
37.实施例2
38.在实施例1的基础上，铁水浇铸区b2和浇铸嘴b3对应设置为1或2套。浇铸执行系统b整体位置保持不动，阳极炭块由输送设备调整位置，使炭块上的炭碗顺序通过浇铸执行系统b的浇铸嘴b3，在炭碗中注入适量的铁水，使得炭块与阳极钢棒的连接达到设计要求；单块炭块浇铸完成后即由输送设备送离浇铸工位，输送设备抓取下一块炭块重复以上动作，直至完成工作任务。
39.实施例3
40.在实施例1的基础上，铁水浇铸区b2和浇铸嘴b3对应设置为1或2套。阳极炭块由输送设备送到浇铸工位后即保持位置不动，浇铸执行系统b的底部设有活动底座和水平移动机构，水平移动机构推动活动底座移动，使浇铸执行系统b的浇铸嘴b3顺序通过炭碗，向炭碗中注入适量的铁水，使得炭块与阳极钢棒的连接达到设计要求；单块炭块浇铸完成后即由输送设备送离浇铸工位，输送设备抓取下一块炭块重复以上动作，直至完成工作任务。
41.实施例4
42.在实施例1的基础上，铁水浇铸区b2和浇铸嘴b3对应设置为4套。浇铸执行系统b整体位置保持不动，阳极炭块由输送设备运送至设定位置后也保持位置不动，在控制系统的控制下4个浇铸嘴b3同时向各自对应的炭碗中注入适量的铁水，使得炭块与阳极钢棒的连接达到设计要求；单块炭块浇铸完成后即由输送设备送离浇铸工位，输送设备抓取下一块炭块重复以上动作，直至完成工作任务。
43.实施例5
44.在实施例1的基础上，铁水浇铸区b2和浇铸嘴b3对应设置为8套。浇铸执行系统b整
体位置保持不动，阳极炭块由输送设备运送至设定位置后也保持位置不动，在控制系统的控制下8个浇铸嘴b3同时向各自对应的炭碗中注入适量的铁水，使得炭块与阳极钢棒的连接达到设计要求；单块炭块浇铸完成后即由输送设备送离浇铸工位，输送设备抓取下一块炭块重复以上动作，直至完成工作任务。
45.实施例6
46.一种电解阳极全自动浇铸方法，包括如下步骤：
47.s1、阳极炭块由输送设备送到预定位置即浇铸工位，使浇铸嘴b3与阳极炭块上的炭碗相对；
48.s2、存储区液位检测装置b4检测铁水存储区b1的液位并将铁水液位的实时信号发送主控制装置a1，炭碗铁水液位检测系统b9检测炭碗中的铁水液位并将铁水液位的实时信号发送给主控制装置a1，温度检测装置b5检测铁水存储区b1内的温度并传送实时温度信号给主控制装置a1，压力检测装置b6检测铁水存储区b1内的压力并传送实时压力信号给主控制装置a1。
49.s3、主控制装置a1根据接收到的温度、压力和液位信号计算置换铁水需要用的压缩气体(空气、氮气等)的体积；置换铁水用的压缩气体(空气、氮气等)的体积在结合压缩气体(空气、氮气等)的压力、压缩气体(空气、氮气等)的容积、铁水的温度、炭碗中铁水的液位等各方面因素后，由主控制装置a1计算得到。
50.s4、主控制装置a1根据计算出的压缩气体(空气、氮气等)的体积发送控制信号给压缩气体补充系统a2，压缩气体补充系统a2启动并输送压缩气体(空气、氮气等)到铁水存储区b1内的上部空间，铁水存储区b1内的压力增大，压迫铁水沿铁水浇铸区b2输送到浇铸嘴b3并流出到所需浇铸的炭碗中。
51.s5、主控制装置a1根据接收到的炭碗铁水液位检测系统b9发送的铁水液位实时信号，判断炭碗内的铁水液位是否达到预定值。若炭碗内的铁水液位未达到预定值则计算出需要补充的压缩气体(空气、氮气等)的体积并控制压缩气体补充系统a2继续运行，若炭碗内的铁水液位达到预定值则向压缩气体补充系统a2发送停止信号，压缩气体补充系统a2停止向铁水存储区b1输送压缩气体(空气、氮气等)。
52.通过炭碗铁水液位检测系统b9对炭碗铁水液位进行检测，并由主控制装置a1计算出浇铸所需要的压缩气体(空气、氮气等)的体积，可以对浇铸过程和浇铸液位进行精确控制，避免了人工手工操作和肉眼观察产生的误差，大大提高了产品的合格率，提高了工作效率。
53.以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。