自动化技术在铝合金熔铸生产工艺中的应用及发展现状

2023-01-14 22:54:56
山西冶金 2022年3期
关键词:钢锭起重机铝合金

裘 桢

(西南铝业(集团)有限责任公司, 重庆 401326)

1 自动化技术发展的重要性

自动化是指在对机器设备、系统或生产管理的过程中,通过一系列自动检测、信息处理、分析和判断以及操纵和控制过程,而不需要任何人或少数人参与,从而实现计划目标的过程。自动化技术不仅可以将人们从体力劳动、部分脑力劳动和恶劣环境中解放出来,而且可以增强人体器官功能,提高社会生产力水平,促进经济快速发展,提高人类对世界的认识水平、认知能力和改造世界的能力。因此,工农业科技现代化的重要标志之一就是自动化程度。而自动化本身也处在不断发展的过程之中,从最初的替代人工某一方面的劳动,到现在实现了全部人工的替代。早在后工业时期,国外就有相关学者提出了工业设备自动化的思想,我国正在实现从劳动密集型向生产机械自动化的过渡,而随着经济发展,我国劳动力成本不断增加,为了降低生产成本,企业越来越重视自动化技术的改革。

从建国初期到近代,我国的铝合金铸造生产工艺经历了设备的更新迭代和工艺技术的升级,从最初的简单铸造到大规模机械化铸造生产,从小容量、高劳动强度的劳动密集型工作分散到现场作业。企业正在向高产能、机械化和集约化的技术型企业转变。随着电子技术的飞速发展,企业也开始重视信息技术的发展,这大大提高了工业化水平。将现代电子信息技术与企业工厂的机械设备相结合,能够有效提升熔铸工艺设备的自动化生产水平。

工厂中机器的自动化程度极大地影响着企业铝合金熔铸生产技术。熔铸设备对提高熔铸过程的自动化水平起着重要作用,可以减少整个生产过程中的员工数量,降低员工的工作强度。同时,电子信息技术使工人能够更准确地检测炉温、炉压、浇铸水温、水控制和能源管理等信息[1]。

由此可以看出,现阶段冶炼设备的自动化成果已经较多,并在不断改进和升级。如铝棒线材连铸连轧设备基本实现冶炼完成后各工序的自动铸造生产。铝合金半连续铸造的生产工艺相对落后,主要体现在下料过程和钢锭的吊放过程。因此,应从提高铝合金熔铸生产车间整个生产过程的自动化程度入手,完善尚未实现或尚未完全自动化的关键领域的生产,以此来提高生产的智能化、自动化程度。

2 铝合金熔铸生产工艺自动化目标

铝合金铸造生产是一种工业化生产过程,基于自动化技术的发展要求,结合铝合金铸造生产的基本特点,可将铝合金熔铸生产工艺自动化目标分为以下三个阶段:

1)连续生产。工厂内生产的连续性可以通过减少设备的等待时间,提高原材料的利用率,减少重复和繁琐的生产环节,实现单向物流来实现。连续生产能够最大限度地发挥生产能力,提高厂房空间利用率,将重点从单一设备转移到全过程,及时发现和解决车间生产中存在的问题,从而提高车间整体生产效率。

2)智能化生产流程。智能化的实现可以减少人员的脑力劳动,传统生产过程中的脑力劳动现由计算机完成,包括物料的选择流动、设备工作参数的自动调整、设备问题的自动分类和自动校正等。设备数据信息可实时显示设备运行状态,并可对自动运行状态进行判断,以减少可能导致减产或停工的人为错误及强度过高的工作[2]。

3)无人智能车间。实现智能化生产后,可以进入下一个发展阶段,即无人化,这可以降低劳动力成本和减少人员伤亡,完全解放生产力,而将人力资源转移到研发和技术改进,形成人负责脑力劳动的、机器和设备负责生产的模式。

3 铝合金熔铸工艺关键问题的解决思路与方法

铝合金加工过程中,加料和铸锭起吊摆放方式对于铝合金加工自动化而言是十分重要的环节,接下来对该问题进行深入分析。

3.1 加料过程

铝合金铸造生产过程中要使用的原料有很多,其中最重要的原料是电解铝液、重熔用铝锭以及铝中间合金。电解铝液设备包由电解铝液自动倾卸台包,可实现机械倾卸和上料,操作更简单方便。重熔用铝锭或其他形式的废包装由叉车或机械加料车选择加料,存在加料速度慢、次数多、数量不准确等问题。循环炉具有开顶、盖料的功能,但仍不能完全解决装料效率低的问题,且循环炉的成本和炉体结构十分复杂。由于熔炼过程的速度比铸造过程的速度慢,因此有必要选择多个熔炉与单台铸造机相匹配。

送料速度慢的主要原因为生产过程中废料投入过多,废料形状各异,不便于统一管理。对于废物的处理,大多数工厂没有统一和系统的处理方法,通常采用随机堆放和捆扎处理,这给进料和配料带来了不必要的麻烦。虽然有些工厂有自己的废物处理室,但它们毫无用处,基本上只是利用它们储存废物。

建议采用加工线模式处理废弃物,在废弃物处理前增加成分检测和分类程序,选择最方便进入炉内的废物形状,使用机械传动工具进行粉碎、挤压、弯曲和扭曲,或者通过与形状相关的过程接头的线性排列来重新处理不规则的废料,使其形状均匀。在成型和包装过程中,提高给料效率,或将加工线延伸到给料车的料斗,随时准备在炉内加工。但是,该技术目前还没有在企业得到实际应用。

3.2 铸锭起吊摆放过程

当完成铸造工序后,下一步工作是对铸锭的位置进行调整,使用相关机器进行运输工作,而立式半连续铸造机可完成该工程。扁锭质量大、体积大,即使使用特殊吊具,起重机也必须缓慢进行调整,然后才能平移和放下,那么该项工作对于起重机来说,十分繁复琐细。由于缺乏钢锭专用起重机械,起重机主要依靠起重机车床的手动控制。同时,起重机也有一定的缺点,即提升的高度有限,这就导致铸造机的效率低下,且工作环节存在安全隐患问题。

在欧洲,一些工厂也在着力解决如何使用机械化方法完成钢锭提升和翻转,以及轨道运输的问题,解决钢锭提升的想法基本上是使用专用钢锭起重机[3]。当钢锭专用提升机升出铸造井时,钢锭根据程序设计的机械臂方向直接提升到水平运输轨道上,而后进入下一个工作环节,或使钢锭在轨道上等待一定时间,对其进行冷却处理,这便无需手动操作起重机来提升钢锭,节省了车间内钢锭的调整和堆积空间,减少了车间面积、后续的浸泡过程和锯切设备,同时可配备钢锭堆积和运输设备,基本实现了半连续铸造,完善了机械化自动铸造生产线。但是目前还没有铸造起重机的应用实例,而堆叠机和运输机械在后续工艺环节中已经在市面上使用。

4 铝合金熔铸自动化工艺发展的影响因素

众所周知,经济效益的提升和技术进步息息相关,经济效益高,企业就有更多的利润来改进生产设备,促进技术发展,从而提高生效率,而生产效率的提升,又能为企业带来更多的经济效益,二者相辅相成,形成良好的闭环。而企业采用自动化的根本目的在于提升企业经济效益,自动化实现后能否提高经济效益是自动化能否获得资金支持的关键因素。自动生产方式所获得的经济效益与原始模型所得经济效益之间的差异是影响自动化的关键因素。如果在自动化方面的投资是原来综合成本的两倍以上,则很难利用自动化来产生竞争力。

产品自身的特点会对自动化产生一定的影响。一般来说,材料的规格、体积、产品的一致性和对于加工要求的高低决定了自动化程度,自动化投入使用时间的早晚会对生产过程的完整性产生影响。对于一些体积大、重量重、形状奇特、产品多样的产品,企业员工需要根据各区域温升的特点及时手动控制加热炉的温度,以满足工艺加工的需要,确保钢锭温度不高于规定温度。

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