20kg铝锭连续铸造机不脱模检测报警及二次打击系统设计安装

张秀儒， 韩家忠， 谢 禄， 潘玉仓

(青海桥头铝电股份有限公司， 青海 西宁 810100)

20kg铝锭连续铸造机不脱模检测报警及二次打击系统设计安装

张秀儒， 韩家忠， 谢 禄， 潘玉仓

(青海桥头铝电股份有限公司， 青海 西宁 810100)

分析了20 kg铝锭连续铸造机存在的问题，设计安装了不脱模检测报警及二次打击系统。该系统能对铝锭出现未脱模时及时报警，并对不脱模铝锭进行精确打击。本系统可安装在铸造机的有限空间内，具有结构紧凑、设计精巧和自动化程度、运行的可靠性、安全性高的特点。

20 kg铝锭连续铸造机； 不脱模检测； 报警； 二次打击

20 kg铝锭连续制造机组是集机、电、液、气于一体的大型自动化铝锭连续制造设备。系统由溜槽、铸造机、液压站、堆垛机、冷运机、成品运输机、气动执行机构和控制系统组成。其工作流程为：铝液通过溜槽→环型分配器→铸造机的铸模→接锭→冷运机→堆垛机→成品运输机，经过打包后，生产出合格的20 kg铝锭，整个生产过程自动完成。它的正常运行与否，直接关系到电解铝生产中的效率和效益问题。

1 存在的问题

在20 kg铝锭生产过程中，由于铸模表面存在裂纹或铸模温度过高，会导致铸模内的铝锭在第一次脱模打击后未在接受位置顺利脱模，生产人员又未及时发现，则未脱模的铸模在运行至浇注位置时将会发生原铝大量溢出铸模，进入铸机下部冷却水槽内，每当出现上述情况时，生产线必须紧急封堵炉眼停机，并拆卸铸模将水槽内的冒铝清除干净，方可再次开炉眼生产，这样不但造成废品及大块铝增加，而且存在着高温铝液和冷却水接触发生爆炸的重大安全隐患，严重影响了铸造机正常进行。

2 改造方案

针对铸造机生产的特点，通过多次分析、研究及多次现场试验，从不脱模检测报警装置和二次打击系统两方面入手，通过电气控制回路和PLC自动控制，使不脱模的铝锭脱模。

2.1 机械部分

机械部分由不脱模检测装置和二次打击系统组成，其中不脱模检测装置的主要作用是当铝锭经一次打击系统打击后，未脱模，检测装置自动检测出未脱模铝锭，并给控制系统发出信号；二次打击系统的作用是当接收到检测装置的信号后，由PLC电气执行原件控制，二次打击系统动作，使铝锭脱模。

2.1.1不脱模检测装置

不脱模检测装置由五角转盘、机架、配重臂、传感器等组成，其动作过程是，在正常运行时五角转盘按照铸模运行放向转动，不脱模检测传感器1CK1不动作，但当有未脱模铝锭时(见图1)，压下五角转盘，五角转盘使配重柄产生上移动作，使不脱模检测传感器1CK1动作，发出检测信号至PLC。

图1 不脱模检测装置动作状态图

2.1.2执行机构

二次打击执行机构为了节约成本和利用现有条件，经现场多次论证和实验，决定采用气动打击系统，并在铸模背部打击，执行机构见图2。执行机构由打击头、打击曲柄、机架、打击气缸、电磁气动阀等组成，安装在检测装置后侧，当检测装置检测到未脱模铝锭时，发出信号给PLC控制系统，控制系统经过逻辑判断和分析，发出输出信号，驱动打击电磁阀，电磁阀动作后，在气源的作用下，打击气缸伸出，打击头动作，使铝锭脱模。因采用在铸模背部打击的方式，经现场实验，运行效果较好。

图2 二次打击装置图

2.2 电气部分

20 kg铝锭连续铸造机控制系统采用美国AB公司可编程控制器SLC-500作为其控制核心，使用开关量数字输入输出模块及模拟模块对现场控制信息进行数据采集，再经过PLC的中央微处理器(CPU)按用户程序进行算术和逻辑运算，其运算结果用来刷新输出数据寄存器，并输出控制信号控制铸造机的各个执行机构按要求完成规定动作，从而实现20 kg铝锭连续铸造机的智能化和自动化控制。该系统的PLC硬件配置图见图3。本次改造主要通过利用原有控制系统备用输入和输出节点实现其功能。为了保证动作的可靠性、灵敏性，输入信号传感器采用非接触电感式传感器，考虑到输出驱动执行原件与PLC控制柜较远，线路较长，为了保护PLC输出模块，在PLC输出模块和执行元件之间加装中间继电器，中间继电器安装于PLC柜中。

图3 20 kg铝锭连续铸造机PLC硬件配置图

2.2.1电气控制回路

1ck2为不脱模打击激发号传感器，安装于铸造机主轴端部感应花盘，它的作用是当每块铝锭经过时，发出一次感应信号(见图4、图5)；1ck1为不脱模检测信号传感器，安装于不脱模检测装置支架处，当检测到铝锭，即发出感应信号。其动作原理是，当每一次打击铝锭铸模后→铸模内铝锭不能脱模→不脱模检测(传感器1CK1闭合、灯亮)给PLC发送输入信号→PLC输出使中间继电器KA1线圈得电，即KA1常开闭合，使不脱模报警灯亮，产生不脱模声光报警信号，同时铸机运行→发讯盘中的传感器1CK2闭合、灯亮，给PLC发送输入信号→PLC输出使中间继电器KA2线圈得电，KA2常开闭合使打击电磁阀线圈得电，即二次打击动作(打击头精确敲击未脱模的铸模使铝锭立即脱模)。

图4 PLC IO接线图

图5 电气接线图

2.2.2声光报警部分

当不脱模检测到未脱模铝锭后，不脱模检测传感器1CK1发出信号至PLC输入点I：7/7，程序25梯级动作，输出信号点不脱模报警O：14/5动作，驱动中间继电器KA1动作，KA1中间继电器辅助节点动作，发出声光报警信号，同时不脱模报警O：14/5动作使报警延时关闭T4：21动作，经过30秒后，报警延时关闭T4：21/DN完成位置位，使输出信号点不脱模报警O：14/5解锁，报警信号自动解除。

3 新系统的特点

本系统20 kg铝锭连续铸造机不脱模检测报警及二次打击具有以下特点：

(1)20 kg铝锭连续铸造机不脱模检测报警及二次打击系统可安装在20 kg铝锭连续铸造机的有限空间内，结构紧凑、设计精巧、自动化程度高；

(2)降低了员工的劳动强度，使生产流程更加顺畅；

(3)彻底消除了由于铝锭不脱模而造成铝液爆炸的设备重大安全隐患；

(4)可推广至电解铝行业所有20 kg铝锭连续铸造机生产线。

4 应用效果

新系统的试运行表明，20 kg铝锭连续铸造机不脱模检测报警及二次打击系统能精确打击不脱模铝锭，能实现二次精确打击脱模。系统改造后，每年可减少废品及大块回炉损耗为84480 kg×40‰=3379 kg，按吨铝售价15000元计算，每年可创造效益为3.379t×15000元=50685元，经济效果明显。

中孚实业2500 mm冷轧机穿带一次成功

2014年6月26日，随着下压缸调整好轧制厚度，铝板带从开卷机经机前设备进入轧机，匀速通过轧机本体后经机后设备进入卷取机卷取，由六冶机电安装有限公司承建的中孚实业2500 mm单机架冷轧机组穿带一次成功。设备安装质量得到一致好评和赞誉。

这条具有国内领先水平的生产线由准备站、开卷机、机前设备、轧机本体、机后设备、卷取机、检查站等主要部分组成。全套引进德国西马克和瑞典ABB先进技术工艺，带材最大宽度为2400 mm，轧机最高轧制速度为1800 m/min，其主要产品为0.15 mm至8 mm高精铝板带，产品主要用于铝制易拉罐用铝板带、印刷CTP版用铝板基和汽车车身用铝板带，属于高附加值产品，可以填补我国长期依靠进口的空白。

这条冷轧机组的安装从2013年12月开始施工，仅用了7个月就成功出产合格产品。此前该公司承建的中孚“1+4”热连轧生产线，是目前世界上安装精度要求最高、难度较大的“1+4”热轧项目。

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

张秀儒(1965-)，男，河南陕县人，工程师，大学本科，主要从事设备管理工作。

韩家忠(1979-)，男，青海湟源人，工程师，大学本科，主要从事设备检修管理工作，现任青海桥头铝电股份有公司电解铝分公司检修车间主任。

TG233

B

1003-8884(2014)04-0034-03

谢 禄(1982-)，男，青海湟源人，助理工程师，大学本科，主要从事设备检修管理工作。