20kg鋁錠連續鑄造機不脫模檢測報警及二次打擊系統設計安裝

張秀儒， 韓家忠， 謝 祿， 潘玉倉

(青海橋頭鋁電股份有限公司， 青海 西寧 810100)

20kg鋁錠連續鑄造機不脫模檢測報警及二次打擊系統設計安裝

張秀儒， 韓家忠， 謝 祿， 潘玉倉

(青海橋頭鋁電股份有限公司， 青海 西寧 810100)

分析了20 kg鋁錠連續鑄造機存在的問題，設計安裝了不脫模檢測報警及二次打擊系統。該系統能對鋁錠出現未脫模時及時報警，并對不脫模鋁錠進行精確打擊。本系統可安裝在鑄造機的有限空間內，具有結構緊湊、設計精巧和自動化程度、運行的可靠性、安全性高的特點。

20 kg鋁錠連續鑄造機； 不脫模檢測； 報警； 二次打擊

20 kg鋁錠連續制造機組是集機、電、液、氣于一體的大型自動化鋁錠連續制造設備。系統由溜槽、鑄造機、液壓站、堆垛機、冷運機、成品運輸機、氣動執行機構和控制系統組成。其工作流程為：鋁液通過溜槽→環型分配器→鑄造機的鑄模→接錠→冷運機→堆垛機→成品運輸機，經過打包后，生產出合格的20 kg鋁錠，整個生產過程自動完成。它的正常運行與否，直接關系到電解鋁生產中的效率和效益問題。

1 存在的問題

在20 kg鋁錠生產過程中，由于鑄模表面存在裂紋或鑄模溫度過高，會導致鑄模內的鋁錠在第一次脫模打擊后未在接受位置順利脫模，生產人員又未及時發現，則未脫模的鑄模在運行至澆注位置時將會發生原鋁大量溢出鑄模，進入鑄機下部冷卻水槽內，每當出現上述情況時，生產線必須緊急封堵爐眼停機，并拆卸鑄模將水槽內的冒鋁清除干凈，方可再次開爐眼生產，這樣不但造成廢品及大塊鋁增加，而且存在著高溫鋁液和冷卻水接觸發生爆炸的重大安全隱患，嚴重影響了鑄造機正常進行。

2 改造方案

針對鑄造機生產的特點，通過多次分析、研究及多次現場試驗，從不脫模檢測報警裝置和二次打擊系統兩方面入手，通過電氣控制回路和PLC自動控制，使不脫模的鋁錠脫模。

2.1 機械部分

機械部分由不脫模檢測裝置和二次打擊系統組成，其中不脫模檢測裝置的主要作用是當鋁錠經一次打擊系統打擊后，未脫模，檢測裝置自動檢測出未脫模鋁錠，并給控制系統發出信號；二次打擊系統的作用是當接收到檢測裝置的信號后，由PLC電氣執行原件控制，二次打擊系統動作，使鋁錠脫模。

2.1.1不脫模檢測裝置

不脫模檢測裝置由五角轉盤、機架、配重臂、傳感器等組成，其動作過程是，在正常運行時五角轉盤按照鑄模運行放向轉動，不脫模檢測傳感器1CK1不動作，但當有未脫模鋁錠時(見圖1)，壓下五角轉盤，五角轉盤使配重柄產生上移動作，使不脫模檢測傳感器1CK1動作，發出檢測信號至PLC。

圖1 不脫模檢測裝置動作狀態圖

2.1.2執行機構

二次打擊執行機構為了節約成本和利用現有條件，經現場多次論證和實驗，決定采用氣動打擊系統，并在鑄模背部打擊，執行機構見圖2。執行機構由打擊頭、打擊曲柄、機架、打擊氣缸、電磁氣動閥等組成，安裝在檢測裝置后側，當檢測裝置檢測到未脫模鋁錠時，發出信號給PLC控制系統，控制系統經過邏輯判斷和分析，發出輸出信號，驅動打擊電磁閥，電磁閥動作后，在氣源的作用下，打擊氣缸伸出，打擊頭動作，使鋁錠脫模。因采用在鑄模背部打擊的方式，經現場實驗，運行效果較好。

圖2 二次打擊裝置圖

2.2 電氣部分

20 kg鋁錠連續鑄造機控制系統采用美國AB公司可編程控制器SLC-500作為其控制核心，使用開關量數字輸入輸出模塊及模擬模塊對現場控制信息進行數據采集，再經過PLC的中央微處理器(CPU)按用戶程序進行算術和邏輯運算，其運算結果用來刷新輸出數據寄存器，并輸出控制信號控制鑄造機的各個執行機構按要求完成規定動作，從而實現20 kg鋁錠連續鑄造機的智能化和自動化控制。該系統的PLC硬件配置圖見圖3。本次改造主要通過利用原有控制系統備用輸入和輸出節點實現其功能。為了保證動作的可靠性、靈敏性，輸入信號傳感器采用非接觸電感式傳感器，考慮到輸出驅動執行原件與PLC控制柜較遠，線路較長，為了保護PLC輸出模塊，在PLC輸出模塊和執行元件之間加裝中間繼電器，中間繼電器安裝于PLC柜中。

圖3 20 kg鋁錠連續鑄造機PLC硬件配置圖

2.2.1電氣控制回路

1ck2為不脫模打擊激發號傳感器，安裝于鑄造機主軸端部感應花盤，它的作用是當每塊鋁錠經過時，發出一次感應信號(見圖4、圖5)；1ck1為不脫模檢測信號傳感器，安裝于不脫模檢測裝置支架處，當檢測到鋁錠，即發出感應信號。其動作原理是，當每一次打擊鋁錠鑄模后→鑄模內鋁錠不能脫模→不脫模檢測(傳感器1CK1閉合、燈亮)給PLC發送輸入信號→PLC輸出使中間繼電器KA1線圈得電，即KA1常開閉合，使不脫模報警燈亮，產生不脫模聲光報警信號，同時鑄機運行→發訊盤中的傳感器1CK2閉合、燈亮，給PLC發送輸入信號→PLC輸出使中間繼電器KA2線圈得電，KA2常開閉合使打擊電磁閥線圈得電，即二次打擊動作(打擊頭精確敲擊未脫模的鑄模使鋁錠立即脫模)。

圖4 PLC IO接線圖

圖5 電氣接線圖

2.2.2聲光報警部分

當不脫模檢測到未脫模鋁錠后，不脫模檢測傳感器1CK1發出信號至PLC輸入點I：7/7，程序25梯級動作，輸出信號點不脫模報警O：14/5動作，驅動中間繼電器KA1動作，KA1中間繼電器輔助節點動作，發出聲光報警信號，同時不脫模報警O：14/5動作使報警延時關閉T4：21動作，經過30秒后，報警延時關閉T4：21/DN完成位置位，使輸出信號點不脫模報警O：14/5解鎖，報警信號自動解除。

3 新系統的特點

本系統20 kg鋁錠連續鑄造機不脫模檢測報警及二次打擊具有以下特點：

(1)20 kg鋁錠連續鑄造機不脫模檢測報警及二次打擊系統可安裝在20 kg鋁錠連續鑄造機的有限空間內，結構緊湊、設計精巧、自動化程度高；

(2)降低了員工的勞動強度，使生產流程更加順暢；

(3)徹底消除了由于鋁錠不脫模而造成鋁液爆炸的設備重大安全隱患；

(4)可推廣至電解鋁行業所有20 kg鋁錠連續鑄造機生產線。

4 應用效果

新系統的試運行表明，20 kg鋁錠連續鑄造機不脫模檢測報警及二次打擊系統能精確打擊不脫模鋁錠，能實現二次精確打擊脫模。系統改造后，每年可減少廢品及大塊回爐損耗為84480 kg×40‰=3379 kg，按噸鋁售價15000元計算，每年可創造效益為3.379t×15000元=50685元，經濟效果明顯。

中孚實業2500 mm冷軋機穿帶一次成功

2014年6月26日，隨著下壓缸調整好軋制厚度，鋁板帶從開卷機經機前設備進入軋機，勻速通過軋機本體后經機后設備進入卷取機卷取，由六冶機電安裝有限公司承建的中孚實業2500 mm單機架冷軋機組穿帶一次成功。設備安裝質量得到一致好評和贊譽。

這條具有國內領先水平的生產線由準備站、開卷機、機前設備、軋機本體、機后設備、卷取機、檢查站等主要部分組成。全套引進德國西馬克和瑞典ABB先進技術工藝，帶材最大寬度為2400 mm，軋機最高軋制速度為1800 m/min，其主要產品為0.15 mm至8 mm高精鋁板帶，產品主要用于鋁制易拉罐用鋁板帶、印刷CTP版用鋁板基和汽車車身用鋁板帶，屬于高附加值產品，可以填補我國長期依靠進口的空白。

這條冷軋機組的安裝從2013年12月開始施工，僅用了7個月就成功出產合格產品。此前該公司承建的中孚“1+4”熱連軋生產線，是目前世界上安裝精度要求最高、難度較大的“1+4”熱軋項目。

DesignandInstallationofDetectionandAlarmaswellasSecondaryStrikingSystemfor20kgAluminiumIngotContinuousCastingMachine

ZHANG Xiu-ru， HAN Jia-zhong， XIE Lu， PAN Yu-cang
(Qinghai Qiaotou aluminium & power Co., Ltd. Xining 810100, China)

The paper analyses existing problems of 20 kg aluminium ingot continuous casting machine, designs and installs the alarm and detection as well as secondary striking system. The system can make an alarm timely if aluminium ingots don’t demould, then makes accurate striking to the ingots. This system can install in a limited space of the casting machine, and have the characteristics of compact structure, ingenious design and high automation level, high running reliability and high security.

20 kg aluminium ingot continuous casting machine； detection for without demould； alarm； secondary striking

2014-02-21

張秀儒(1965-)，男，河南陜縣人，工程師，大學本科，主要從事設備管理工作。

韓家忠(1979-)，男，青海湟源人，工程師，大學本科，主要從事設備檢修管理工作，現任青海橋頭鋁電股份有公司電解鋁分公司檢修車間主任。

TG233

B

1003-8884(2014)04-0034-03

謝 祿(1982-)，男，青海湟源人，助理工程師，大學本科，主要從事設備檢修管理工作。