自動化技術在鋁合金熔鑄生產工藝中的應用及發展現狀

裘 楨

（西南鋁業（集團）有限責任公司， 重慶 401326）

1 自動化技術發展的重要性

自動化是指在對機器設備、系統或生產管理的過程中，通過一系列自動檢測、信息處理、分析和判斷以及操縱和控制過程，而不需要任何人或少數人參與，從而實現計劃目標的過程。自動化技術不僅可以將人們從體力勞動、部分腦力勞動和惡劣環境中解放出來，而且可以增強人體器官功能，提高社會生產力水平，促進經濟快速發展，提高人類對世界的認識水平、認知能力和改造世界的能力。因此，工農業科技現代化的重要標志之一就是自動化程度。而自動化本身也處在不斷發展的過程之中，從最初的替代人工某一方面的勞動，到現在實現了全部人工的替代。早在后工業時期，國外就有相關學者提出了工業設備自動化的思想，我國正在實現從勞動密集型向生產機械自動化的過渡，而隨著經濟發展，我國勞動力成本不斷增加，為了降低生產成本，企業越來越重視自動化技術的改革。

從建國初期到近代，我國的鋁合金鑄造生產工藝經歷了設備的更新迭代和工藝技術的升級，從最初的簡單鑄造到大規模機械化鑄造生產，從小容量、高勞動強度的勞動密集型工作分散到現場作業。企業正在向高產能、機械化和集約化的技術型企業轉變。隨著電子技術的飛速發展，企業也開始重視信息技術的發展，這大大提高了工業化水平。將現代電子信息技術與企業工廠的機械設備相結合，能夠有效提升熔鑄工藝設備的自動化生產水平。

工廠中機器的自動化程度極大地影響著企業鋁合金熔鑄生產技術。熔鑄設備對提高熔鑄過程的自動化水平起著重要作用，可以減少整個生產過程中的員工數量，降低員工的工作強度。同時，電子信息技術使工人能夠更準確地檢測爐溫、爐壓、澆鑄水溫、水控制和能源管理等信息[1]。

由此可以看出，現階段冶煉設備的自動化成果已經較多，并在不斷改進和升級。如鋁棒線材連鑄連軋設備基本實現冶煉完成后各工序的自動鑄造生產。鋁合金半連續鑄造的生產工藝相對落后，主要體現在下料過程和鋼錠的吊放過程。因此，應從提高鋁合金熔鑄生產車間整個生產過程的自動化程度入手，完善尚未實現或尚未完全自動化的關鍵領域的生產，以此來提高生產的智能化、自動化程度。

2 鋁合金熔鑄生產工藝自動化目標

鋁合金鑄造生產是一種工業化生產過程，基于自動化技術的發展要求，結合鋁合金鑄造生產的基本特點，可將鋁合金熔鑄生產工藝自動化目標分為以下三個階段：

1）連續生產。工廠內生產的連續性可以通過減少設備的等待時間，提高原材料的利用率，減少重復和繁瑣的生產環節，實現單向物流來實現。連續生產能夠最大限度地發揮生產能力，提高廠房空間利用率，將重點從單一設備轉移到全過程，及時發現和解決車間生產中存在的問題，從而提高車間整體生產效率。

2）智能化生產流程。智能化的實現可以減少人員的腦力勞動，傳統生產過程中的腦力勞動現由計算機完成，包括物料的選擇流動、設備工作參數的自動調整、設備問題的自動分類和自動校正等。設備數據信息可實時顯示設備運行狀態，并可對自動運行狀態進行判斷，以減少可能導致減產或停工的人為錯誤及強度過高的工作[2]。

3）無人智能車間。實現智能化生產后，可以進入下一個發展階段，即無人化，這可以降低勞動力成本和減少人員傷亡，完全解放生產力，而將人力資源轉移到研發和技術改進，形成人負責腦力勞動的、機器和設備負責生產的模式。

3 鋁合金熔鑄工藝關鍵問題的解決思路與方法

鋁合金加工過程中，加料和鑄錠起吊擺放方式對于鋁合金加工自動化而言是十分重要的環節，接下來對該問題進行深入分析。

3.1 加料過程

鋁合金鑄造生產過程中要使用的原料有很多，其中最重要的原料是電解鋁液、重熔用鋁錠以及鋁中間合金。電解鋁液設備包由電解鋁液自動傾卸臺包，可實現機械傾卸和上料，操作更簡單方便。重熔用鋁錠或其他形式的廢包裝由叉車或機械加料車選擇加料，存在加料速度慢、次數多、數量不準確等問題。循環爐具有開頂、蓋料的功能，但仍不能完全解決裝料效率低的問題，且循環爐的成本和爐體結構十分復雜。由于熔煉過程的速度比鑄造過程的速度慢，因此有必要選擇多個熔爐與單臺鑄造機相匹配。

送料速度慢的主要原因為生產過程中廢料投入過多，廢料形狀各異，不便于統一管理。對于廢物的處理，大多數工廠沒有統一和系統的處理方法，通常采用隨機堆放和捆扎處理，這給進料和配料帶來了不必要的麻煩。雖然有些工廠有自己的廢物處理室，但它們毫無用處，基本上只是利用它們儲存廢物。

建議采用加工線模式處理廢棄物，在廢棄物處理前增加成分檢測和分類程序，選擇最方便進入爐內的廢物形狀，使用機械傳動工具進行粉碎、擠壓、彎曲和扭曲，或者通過與形狀相關的過程接頭的線性排列來重新處理不規則的廢料，使其形狀均勻。在成型和包裝過程中，提高給料效率，或將加工線延伸到給料車的料斗，隨時準備在爐內加工。但是，該技術目前還沒有在企業得到實際應用。

3.2 鑄錠起吊擺放過程

當完成鑄造工序后，下一步工作是對鑄錠的位置進行調整，使用相關機器進行運輸工作，而立式半連續鑄造機可完成該工程。扁錠質量大、體積大，即使使用特殊吊具，起重機也必須緩慢進行調整，然后才能平移和放下，那么該項工作對于起重機來說，十分繁復瑣細。由于缺乏鋼錠專用起重機械，起重機主要依靠起重機車床的手動控制。同時，起重機也有一定的缺點，即提升的高度有限，這就導致鑄造機的效率低下，且工作環節存在安全隱患問題。

在歐洲，一些工廠也在著力解決如何使用機械化方法完成鋼錠提升和翻轉，以及軌道運輸的問題，解決鋼錠提升的想法基本上是使用專用鋼錠起重機[3]。當鋼錠專用提升機升出鑄造井時，鋼錠根據程序設計的機械臂方向直接提升到水平運輸軌道上，而后進入下一個工作環節，或使鋼錠在軌道上等待一定時間，對其進行冷卻處理，這便無需手動操作起重機來提升鋼錠，節省了車間內鋼錠的調整和堆積空間，減少了車間面積、后續的浸泡過程和鋸切設備，同時可配備鋼錠堆積和運輸設備，基本實現了半連續鑄造，完善了機械化自動鑄造生產線。但是目前還沒有鑄造起重機的應用實例，而堆疊機和運輸機械在后續工藝環節中已經在市面上使用。

4 鋁合金熔鑄自動化工藝發展的影響因素

眾所周知，經濟效益的提升和技術進步息息相關，經濟效益高，企業就有更多的利潤來改進生產設備，促進技術發展，從而提高生效率，而生產效率的提升，又能為企業帶來更多的經濟效益，二者相輔相成，形成良好的閉環。而企業采用自動化的根本目的在于提升企業經濟效益，自動化實現后能否提高經濟效益是自動化能否獲得資金支持的關鍵因素。自動生產方式所獲得的經濟效益與原始模型所得經濟效益之間的差異是影響自動化的關鍵因素。如果在自動化方面的投資是原來綜合成本的兩倍以上，則很難利用自動化來產生競爭力。

產品自身的特點會對自動化產生一定的影響。一般來說，材料的規格、體積、產品的一致性和對于加工要求的高低決定了自動化程度，自動化投入使用時間的早晚會對生產過程的完整性產生影響。對于一些體積大、重量重、形狀奇特、產品多樣的產品，企業員工需要根據各區域溫升的特點及時手動控制加熱爐的溫度，以滿足工藝加工的需要，確保鋼錠溫度不高于規定溫度。