CN109897929A - 铸铁三明治工艺球化时间自动采集***及其工作方法 - Google Patents

Abstract

铸铁三明治工艺球化时间自动采集***及其工作方法，包括均设置在球化处理包上方的照度传感器和粉尘传感器；所述照度传感器远离所述球化处理包冒出烟的行进路径，且用于感应所述球化处理包中发出的光辐射强度；所述粉尘传感器设置在所述球化处理包冒出烟的行进路径中，即用于感应所述球化处理包冒出的粉尘浓度,设备自动得到三明治法球化处理的全过程数据，以及关键数据球化时间和衰退时间，还能根据攀升时间判断球化是否完全，全流程数字化自动化，无需人员参与，只需要定期维护，使得人员不在这种高危环境作业，同时过程参数数字化，便于监管和后期纠错，便于实现智能化工厂。

Description

铸铁三明治工艺球化时间自动采集***及其工作方法

技术领域

本发明涉及铸造球墨铸铁熔炼浇注单元设备，尤其涉及一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***及其工作方法。

背景技术

球墨铸铁生产过程中，球化处理是关键环节，常见的处理工艺方法有转包法、三明治法、盖包法、多孔塞法、压力加镁法、密封流动法、喂丝法、型内处理法等。因历史沿袭及性价比等因素，以及三明治球化工艺投入成本非常低、中等的镁回收率、易操作等特点，目前尚有相当数量的老铸造工厂采用该工艺进行球化处理。

三明治法球化处理常伴随强烈的理化反应，释放间隔性的强光与烟尘。在此过程中，实际的球化时间(球化结束与开始时间之差)为影响球化剂吸收率的重要指标；另一方面，衰退时间(浇注完毕与球化结束时间之差)为球化衰退的重要指标。即球化时间与衰退时间为质量控制与质量追溯的关键参数，且与球化开始时间、球化结束时间参数紧密相关。

为得到上述参数，现场球化过程中，操作工人或工艺人员一般通过强光与烟尘与否，配合手动掐表方式，记录球化开始与结束时间。因长时间强光辐射，操作工人或工艺人员眼睛易被灼伤,引起流泪,异物感,疼痛,视力严重下降,甚至睁不开眼等症状；所产生的氧化镁烟尘刺激鼻粘膜，若吸入氧化镁烟尘浓度4-6mg/m³，12分钟即可发生金属烟热，引起发热、咳嗽、胸部有压迫感、白细胞明显增多等症状。即间隔性的强光与烟尘严重影响现场操作工人或工艺人员的健康。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***及其工作方法，本发明公开的一个方面解决的一个技术问题是设备自动得到三明治法球化处理的球化时间和衰退时间，使得在这个环节无需人员在场，能得到可靠数据的同时，工作人员不会受到伤害。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：

一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***，包括均设置在球化处理包上方的照度传感器和粉尘传感器；所述照度传感器距离所述球化处理包开口的直线与所述照度传感器的工作温度相匹配；所述粉尘传感器距离所述球化处理包开口的直线与所述粉尘传感器的工作温度相匹配；所述照度传感器远离所述球化处理包冒出烟的行进路径，且用于感应所述球化处理包中发出的光辐射强度；所述粉尘传感器设置在所述球化处理包冒出烟的行进路径中，即用于感应所述球化处理包冒出的粉尘浓度。

优选的，还包括除尘罩，所述除尘罩包括收集斗、集尘管、抽风装置、处理装置，所述收集斗一端为大口径，且位于所述球化处理包开口上方，所述收集斗另一端为小口径，且与所述集尘管连通，所述集尘管的另一端与所述处理装置连通，所述抽风装置使得风从所述收集斗大口径一端向所述处理装置方向移动；所述粉尘传感器设置在所述集尘管，所述照度传感器与所述收集斗固定。

优选的，还包括冷却装置，所述粉尘传感器包括粉尘感应端和第一变送器端，所述粉尘感应端与所述第一变送器端连接，所述粉尘感应端用于感应粉尘，所述第一变送器端外周设置有冷却装置；所述照度传感器包括照度感应端和第二变送器端，所述照度感应端与所述第二变送器端连接，所述照度感应端用于感应光辐射强度，所述第二变送器端外周设置有冷却装置。

优选的，还包括警报装置、维护提醒装置、控制装置，控制装置分别于照度传感器、粉尘传感器、警报装置、维护提醒装置电连接。

一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法，根据照度传感器感应到的实时照度值，判断实时照度值是否大于第一设定照度阈值；若是，则将该时间点标记为起始时间点；然后从起始时间点延时设定时间后，根据粉尘传感器感应到的实时粉尘浓度值，判断实时粉尘浓度是否大于第一设定粉尘阈值；若是，则将所述起始时间点标记为球化开始时间点；

从所述起始时间点标记为球化开始时间点开始，根据照度传感器感应到的实时照度值，判断实时照度值是否小于第二设定照度阈值；若是，则将该时间点标记为结束时间点，然后从结束时间点延时设定时间后，根据粉尘传感器感应到的实时粉尘浓度值，判断实时粉尘浓度是否小于第二设定粉尘阈值；若是，则将所述结束时间点标记为球化结束时间点；

所述球化开始时间点与所述球化结束时间点之间的时间长度为球化时间。

优选的，根据照度传感器感应到的实施照度值，将最大的实施照度值标记为照度峰值，且相对应的时间点为峰值时间点，所述球化开始时间点与所述峰值时间点之间的时间长度为攀升时间；根据攀升时间和设定攀升时间，判断攀升时间是否小于设定攀升时间，若时，则发出球化不足警报。

优选的，所述“然后从起始时间点延时设定时间后，根据粉尘传感器感应到的实时粉尘浓度值，判断实时粉尘浓度是否大于第一设定粉尘阈值”步骤，若判断为否，则发送粉尘传感器一号维修警报；

所述“然后从结束时间点延时设定时间后，根据粉尘传感器感应到的实时粉尘浓度值，判断实时粉尘浓度是否小于第二设定粉尘阈值”步骤，若判断为否，则从所述球化开始时间点开始计时，当累计时间长度与设定最大球化时间相匹配时，该时间点标记为球化结束时间点，且同时发送粉尘传感器二号维修警报。

优选的，将所述实时照度值和所述实时粉尘浓度值分别进行平滑处理。

一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述中任意一种所述铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述中任意一种所述铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法。

由上述技术方案可知，本发明公开的一个方面带来的一个有益效果是，根据铸铁三明治工艺的球化特点，产生高光和大量烟雾，将照度传感器和粉尘传感器配合使用，已达到统计球化时间的目的，还能根据攀升时间判断球化是否完全，全流程数字化自动化，无需人员参与，只需要定期维护，使得人员不在这种高危环境作业，同时过程参数数字化，便于监管和后期纠错，便于实现智能化工厂。

附图说明

附图1是根据本发明公开的一个实施例的铸铁三明治工艺球化时间自动采集***结构示意图。

附图2是根据本发明公开的一个方面的铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法的流程图。

图中：球化处理包10、照度传感器20、粉尘传感器30、除尘罩40、收集斗41、集尘管42、处理装置43、警报装置50。

具体实施方式

结合本发明的附图，对发明实施例的一个技术方案做进一步的详细阐述。

球墨铸铁生产过程中的三明治法球化法是将球化剂放在球化处理包10的凹槽中，主要为特定数量坚实规整的镁合金，再覆盖一定数量的球铁、废钢、铁屑、硅铁(有时还加入碳化钙)压实，并用足够大且厚度合适的铁板作为夹层，以得到合适的反应推迟时间，确保铁水注入后，提升镁的收得率与球化率，从而使得铁水倾倒到球化处理包10中之后不会立刻就接触到球化剂，而是在倾倒至少一半以后，融化了覆盖物之后，铁水才和球化剂接触，而球化剂中含有的镁元素会剧烈反应产生强光和强烟，含有镁元素的球化剂在从底部浮到表面的过程中，使得镁元素融到铁水中，如果覆盖物没有压实，导致倾倒的铁水还不足够的时候就接触了球化物，会使得反应提前进行，而且镁没有融入到铁水中就随着烟气到了空气中了，这就会导致铁水镁的收得率与球化率相对偏低，整个过程是强光强烟，对于工作人员身体损害严重，现在的趋势是全工艺实现数字化、自动化、智能化，所以需要全过程脱离人员参与，而加入设备监控达到目的。

实施例1：

参照附图1所示，一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***，包括均设置在球化处理包10上方的除尘罩40、照度传感器20和粉尘传感器30；所述照度传感器20距离所述球化处理包10开口的直线与所述照度传感器20的工作温度相匹配；所述粉尘传感器30距离所述球化处理包10开口的直线与所述粉尘传感器30的工作温度相匹配；所述照度传感器20远离所述球化处理包10冒出烟的行进路径，且用于感应所述球化处理包10中发出的光辐射强度；所述粉尘传感器30设置在所述球化处理包10冒出烟的行进路径中，即用于感应所述球化处理包10冒出的粉尘浓度。

除尘罩40包括收集斗41、集尘管42、抽风装置、处理装置43，所述收集斗41一端为大口径，且位于所述球化处理包10开口上方，所述收集斗41另一端为小口径，且与所述集尘管42连通，所述集尘管42的另一端与所述处理装置43连通，所述抽风装置使得风从所述收集斗41大口径一端向所述处理装置43方向移动；所述粉尘传感器30设置在所述集尘管42，所述照度传感器20与所述收集斗41固定。

现场很多环境恶劣，经常是开放式的在环境中进行反应，工作人员带着防护用具在一旁通过强光与烟尘与否，配合手动掐表方式，记录球化开始与结束时间。数据波动性较大，准确性也欠佳，依照经验较多，信息数据对于重复生产没有可借鉴性，所以采用上述方式，一方面通过除尘罩40减少有害烟气在环境中的毒害作用，另一方面根据反应的特点，在合适的位置设置照度传感器20和粉尘传感器30分别感应照度和粉尘，全程自动化、数字化、智能化，只需要人员定期维护擦拭设备，在出问题的时候人工介入即可。

选择使用的照度传感器20测量范围设为0～200000lux，置于球化处理工位附近，强光辐射路线无遮挡，且距液面中心直线距离3.5m以上(铁水温度1500度左右，热辐射强度一般与距离的三次方成反比)，保证该位置在热辐射工况下，环境温度小于照度变送器的最高工作温度，以便获取正确的照度值；此外，按照产品说明及传感异常报警提示定期不定期清洗维护。

选择使用的粉尘传感器30粒子粒径设为1μm以上，传感部分置于除尘罩40的烟尘聚集处，粉尘感应端有耐超高温的，所以在除尘罩40集尘管42中可以正常工作，但是第一变送器工作温度就要求低些，所以第一变送器端部分采用底座固定，适当远离除尘罩40，保证该位置在热辐射工况下，环境温度小于粉尘变送器的最高工作温度，以便获取灵敏的浓度值，并可作为除尘风机降能节耗的反馈；此外，按照产品说明及传感异常报警提示定期不定期清洗维护。

实施例2：

在实施例1的基础上，铸铁三明治工艺球化时间自动采集***，还包括冷却装置、警报装置50、维护提醒装置、控制装置，控制装置分别于照度传感器20、粉尘传感器30、警报装置50、维护提醒装置电连接。所述粉尘传感器30包括粉尘感应端和第一变送器端，所述粉尘感应端与所述第一变送器端连接，所述粉尘感应端用于感应粉尘，所述第一变送器端外周设置有冷却装置；所述照度传感器20包括照度感应端和第二变送器端，所述照度感应端与所述第二变送器端连接，所述照度感应端用于感应光辐射强度，所述第二变送器端外周设置有冷却装置。

第一变送器端和第二变送器端工作温度不能过高，所以可以分别设置专门的水冷装置，利用循环的冷却水隔离第一变送器端和第二变送器端与高温的工作环境，使之能正常工作，延长使用寿命，提高数据准确性。

警报装置50置于便于观察处，提示工作与否，球化处理进行及完成状态，异常报警等；照度变送器、粉尘变送器及声光报警器信号就近接入除尘或其他设备PLC，若附近无PLC控制，则需新增。

实施例3：

一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法，利用照度传感器20感应到的实时照度值，利用粉尘传感器30感应到的实时粉尘浓度值，将得到的实时照度值和所述实时粉尘浓度值分别进行平滑处理。

根据照度传感器20感应到的实时照度值，判断实时照度值是否大于第一设定照度阈值；若是，则将该时间点标记为起始时间点；然后从起始时间点延时设定时间后，根据粉尘传感器30感应到的实时粉尘浓度值，判断实时粉尘浓度是否大于第一设定粉尘阈值；若是，则将所述起始时间点标记为球化开始时间点；为否，则发送粉尘传感器30一号维修警报。

从所述起始时间点标记为球化开始时间点开始，根据照度传感器20感应到的实时照度值，判断实时照度值是否小于第二设定照度阈值；若是，则将该时间点标记为结束时间点，然后从结束时间点延时设定时间后，根据粉尘传感器30感应到的实时粉尘浓度值，判断实时粉尘浓度是否小于第二设定粉尘阈值；若是，则将所述结束时间点标记为球化结束时间点；若否，否，则从所述球化开始时间点开始计时，当累计时间长度与设定最大球化时间相匹配时，该时间点标记为球化结束时间点，且同时发送粉尘传感器30二号维修警报。

所述球化开始时间点与所述球化结束时间点之间的时间长度为球化时间。

在球化过程中，根据照度传感器20感应到的实施照度值，将最大的实施照度值标记为照度峰值，且相对应的时间点为峰值时间点，所述球化开始时间点与所述峰值时间点之间的时间长度为攀升时间；根据攀升时间和设定攀升时间，判断攀升时间是否小于设定攀升时间，若时，则发出球化不足警报。

三明治球化工艺法可以延缓镁合金的反应(几秒～十几秒)，使冲入的铁液有一定高度，建立一个压头后才起反应，使镁蒸气上升过程中尽量被铁液吸收，减小反应激烈程度，提高镁的回收率。球化反应时，镁合金迅速沸腾与漂浮，并剧烈燃烧，伴生的强光通过照度传感器20检测，白色烟尘(主要成份为氧化镁)通过粉尘传感器30检测。

数据采集与预处理，即正常工作状态下，PLC周期性采集照度与粉尘值并进行数据预处理。为便于后续分析判断，对照度与粉尘浓度值的实时数据进行加窗平滑滤波，即在单位处理周期内(如100ms)，对最近累计采集的10次数据，剔除最大值与最小值后求平均，得到的平均数为该处理周期内的实时数值，然后窗口后移一个单位，继续反复操作，以次顺延，如果一次平滑不够，还可以进行多次平滑已达到目的。

根据反应特点，是先能感应到强光，然后一段时间后才能感应到烟尘，而且球化反映的光辐射强度很高，所以能与车间中别的光源区分，而如果检测到了光，而没有检测到烟尘，那就意味着已经反应了，但是因为粉尘传感器30故障，所以没能感应到粉尘，就需要警报，然后在反应完成之后人工干预维修。整个球化过程不论是光辐射强度还是粉尘浓度都是一个攀升到最高点之后缓慢下降的曲线，所以如果正常反应的话，一段时间内，光辐射强度和粉尘浓度就会降落到阈值之下，也就是完成了球化反应，可以计算得到球化过程的时间，对于工艺来说衰退时间也是一个重要参数，可以通过球化时间与攀升时间的差值得到。如果过早发生了球化反应，也就是攀升时间不够，所以也能根据这个数据，发出球化不足的警报。

通过光辐射强度与粉尘浓度判断球化开始与结束时间，其数据处理过程主要由两部分组成，即PLC数据处理流程与上位机软件数据处理流程。

正常工作状态情况下，上位机软件实时记录照度与粉尘曲线数据，当检测到球化结束标志后，读取球化开始时间、球化结束时间、球化时间，复位球化开始与球化结束标记，为下一轮球化作业做准备。

球化不足异常情况下，上位机软件自动记录球化不足数据与标记事件，采取应急措施或进行铁水报废处理完毕后，由上位机复位PLC球化开始、照度值峰值时间、球化不足报警等标记、记录。

照度或粉尘传感异常情况下，上位机软件检测到照度或粉尘变送器报警标志，触发运维事件，若规定时间内仍未处理，则周期性升级报警等级，如逐级向主管领导推送运维事件，直至异常问题解决。经现场操作人员确认后，上位机复位报警标记，方可正式使用。

实施例4：

一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例3中所述铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法。

实施例5：

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例3中所述铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法。

综上所述，本方案的有益效果有如下几条：一是，数据自动记录：正常状态下，无需操作人员或工艺人员干预，能够自动记录铸铁三明治工艺的球化处理开始时间、球化处理结束时间、球化处理时间，且照度与粉尘值经加窗平滑滤波预处理，有效屏蔽因干扰导致数据抖动情况；在不丢失工况特征的前提下，减少了数据交互量与存储量。二是，降低健康危害程度：操作工人可远离强光与烟尘的球化操作工位，通过观察声光报警器，即可间接判断球化结束、传感异常与球化不足异常状态，为后续扒渣转运，或采取应急措施或进行铁水报废处理等作业做准备。三是，便于现场操作：当实际检测性能随使用时间增加而降低后，可再次试验给出合适的判断阈值，并通过单元软件写入至PLC的相应的掉电保持变量中即可。四是，工艺改进与质量追溯：将浇注完毕时间与球化处理结束时间作差后，可方便得到球化衰退时间，每一箱铸件的球化处理时间与衰退时间均能够在上位机软件中得以存储，为后续统计分析、工艺改进、质量追溯提供可靠的数据来源。五是，节能降耗：增加的粉尘传感器30不仅可以辅助提供球化开始与结束的判断，还可以作为除尘风机节能降耗的输入参数，如按照铸造工业大气污染物排放标准，在粉尘浓度达标前提下，降低风机运行频率与开动率。

Claims (10)

1.一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***，其特征在于：包括均设置在球化处理包上方的照度传感器和粉尘传感器；所述照度传感器距离所述球化处理包开口的直线与所述照度传感器的工作温度相匹配；所述粉尘传感器距离所述球化处理包开口的直线与所述粉尘传感器的工作温度相匹配；所述照度传感器远离所述球化处理包冒出烟的行进路径，且用于感应所述球化处理包中发出的光辐射强度；所述粉尘传感器设置在所述球化处理包冒出烟的行进路径中，即用于感应所述球化处理包冒出的粉尘浓度。

2.根据权利要求1所述的铸铁三明治工艺球化时间自动采集***，其特征在于：还包括除尘罩，所述除尘罩包括收集斗、集尘管、抽风装置、处理装置，所述收集斗一端为大口径，且位于所述球化处理包开口上方，所述收集斗另一端为小口径，且与所述集尘管连通，所述集尘管的另一端与所述处理装置连通，所述抽风装置使得风从所述收集斗大口径一端向所述处理装置方向移动；所述粉尘传感器设置在所述集尘管，所述照度传感器与所述收集斗固定。

3.根据权利要求1或2中任意一项所述的铸铁三明治工艺球化时间自动采集***，其特征在于：还包括冷却装置，所述粉尘传感器包括粉尘感应端和第一变送器端，所述粉尘感应端与所述第一变送器端连接，所述粉尘感应端用于感应粉尘，所述第一变送器端外周设置有冷却装置；所述照度传感器包括照度感应端和第二变送器端，所述照度感应端与所述第二变送器端连接，所述照度感应端用于感应光辐射强度，所述第二变送器端外周设置有冷却装置。

4.根据权利要求3所述的铸铁三明治工艺球化时间自动采集***，其特征在于：还包括警报装置、维护提醒装置、控制装置，控制装置分别于照度传感器、粉尘传感器、警报装置、维护提醒装置电连接。

5.一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法，其特征在于：根据照度传感器感应到的实时照度值，判断实时照度值是否大于第一设定照度阈值；若是，则将该时间点标记为起始时间点；然后从起始时间点延时设定时间后，根据粉尘传感器感应到的实时粉尘浓度值，判断实时粉尘浓度是否大于第一设定粉尘阈值；若是，则将所述起始时间点标记为球化开始时间点；

从所述起始时间点标记为球化开始时间点开始，根据照度传感器感应到的实时照度值，判断实时照度值是否小于第二设定照度阈值；若是，则将该时间点标记为结束时间点，然后从结束时间点延时设定时间后，根据粉尘传感器感应到的实时粉尘浓度值，判断实时粉尘浓度是否小于第二设定粉尘阈值；若是，则将所述结束时间点标记为球化结束时间点；

所述球化开始时间点与所述球化结束时间点之间的时间长度为球化时间。

6.根据权利要求5所述的铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法，其特征在于：根据照度传感器感应到的实施照度值，将最大的实施照度值标记为照度峰值，且相对应的时间点为峰值时间点，所述球化开始时间点与所述峰值时间点之间的时间长度为攀升时间；根据攀升时间和设定攀升时间，判断攀升时间是否小于设定攀升时间，若时，则发出球化不足警报。

7.根据权利要求6所述的铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法，其特征在于：所述“然后从起始时间点延时设定时间后，根据粉尘传感器感应到的实时粉尘浓度值，判断实时粉尘浓度是否大于第一设定粉尘阈值”步骤，若判断为否，则发送粉尘传感器一号维修警报；

所述“然后从结束时间点延时设定时间后，根据粉尘传感器感应到的实时粉尘浓度值，判断实时粉尘浓度是否小于第二设定粉尘阈值”步骤，若判断为否，则从所述球化开始时间点开始计时，当累计时间长度与设定最大球化时间相匹配时，该时间点标记为球化结束时间点，且同时发送粉尘传感器二号维修警报。

8.根据权利要求5～7中任意一项所述的铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法，其特征在于：将所述实时照度值和所述实时粉尘浓度值分别进行平滑处理。

9.一种铸铁三明治工艺球化时间自动采集***，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求5～8中任意一种所述铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5～8中任意一种所述铸铁三明治工艺球化时间自动采集***的工作方法。