CN115792169A - 一种熔体成分修正***、方法、电子设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶炼技术领域，其目的在于提供一种熔体成分修正***、方法、电子设备及介质。其中的方法包括：控制装炉机器人进行装料，并将物料传送至熔炼炉；熔炼炉熔炼结束后，控制给料机器人自动对熔炼炉进行取样，并将熔液样品传送至成分分析仪；控制成分分析仪进行熔液样品检测，得到熔液样品成分参数；判断熔液样品成分参数与工艺目标数据的差值是否在预设范围内，如否，则根据熔液样品成分参数与工艺目标数据得到修正结果，然后根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与修正结果对应的合金。本发明可实现原料铝锭的自动加料及目标合金液体成分的自动调整，利于减轻人工工作量，同时提升成分控制精度、效率与稳定性。

Description

一种熔体成分修正***、方法、电子设备及介质

技术领域

本发明属于冶炼技术领域，具体涉及一种熔体成分修正***、方法、电子设备及介质。

背景技术

目前在国内大部分铸造车间中，熔炼炉生产中的合金称量、配料、加料等工作都是由一线工人手工完成的，在高温、烟尘、震动、噪音等恶劣工作环境下，工人的劳动强度极大，不能保证给料准确度。合金给料***的自动化运行已成为制约铸造生产自动化、铸造管理现代化过程中的一个重要环节。

合金自动给料控制***是电熔炉生产中必不可少的控制***。在前期的熔炼环节中，合金称量的准确性决定了合金配比的准确性，直接关系到合金液体的品质；合金能否快速称量，将直接影响熔炼生产的效率。

在铝合金熔炼过程中，合金成分含量对最终合金液体的品质有极大的影响。常规的铝合金熔炼炉的合金添加过程主要有两种：

a、人工手动添加，由技术人员根据合金液体成分的检测结果，对比合金液体的目标成分计算出需要添加的各种元素重量，再由操作人员人工称量出各合金重量后添加到熔炼炉中。

b、通过高位料仓，由控制***计算出本炉次需要添加的各种合金量，控制***依次从各高位合金料仓内称重，汇总后统一给料至熔炼炉内。

但是，在使用现有技术过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

采用人工手动添加的方式时，高温环境下人工操作，同时人工计算工作量大，计算误差大。采用上述自动添加的方式，存在称量过程的大惯性和滞后性问题，导致成分控制精度及稳定性较差。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，本发明提供了一种熔体成分修正***、方法、电子设备及介质。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供了一种熔体成分修正***，包括主控模块、装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和成分分析仪，所述装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和成分分析仪均与所述主控模块通信连接；其中，

所述主控模块用于控制装炉机器人进行装料，并将物料传送至熔炼炉，以便熔炼炉对物料进行熔炼；

所述主控模块还用于在熔炼炉熔炼结束后，控制给料机器人自动对熔炼炉进行取样，并将熔液样品传送至成分分析仪；并控制成分分析仪进行熔液样品检测，得到熔液样品成分参数；

所述主控模块还用于将所述熔液样品成分参数与静态的工艺目标数据进行处理，判断所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据的差值是否在预设范围内，如否，则根据所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据得到修正结果，然后根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金，以修正熔炼炉内的合金液体成分。

本发明可实现原料铝锭的自动加料及目标合金液体成分的自动调整，具体地，本发明在实施过程中，通过控制装炉机器人进行装料，并将物料传送至熔炼炉，完成物料的自动给料操作；然后通过控制给料机器人自动对熔炼炉进行取样，控制成分分析仪进行熔液样品检测，得到熔液样品成分参数，再将所述熔液样品成分参数与静态的工艺目标数据进行处理，并在所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据的差值未在预设范围内时根据所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据得到修正结果，进而根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金，以修正熔炼炉内的合金液体成分，由此完成合金液体成分参数的智能修正，利于提升合金的熔炼及精炼效果，为大型铝合金铸件铸造成形提供前期设备及技术保障，同时可避免人工手动操作，利于减轻人工工作量，同时提升成分控制精度、效率与稳定性。

在一个可能的设计中，所述熔体成分修正***还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述主控模块通信连接；其中，

所述人机交互模块用于接收控制指令，以便于所述主控模块控制装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和/或成分分析仪运行，所述人机交互模块还用于显示所述主控模块发送的数据。

在一个可能的设计中，所述熔体成分修正***还包括熔炼信息采集模块，所述熔炼信息采集模块设置在所述熔炼炉内，所述熔炼信息采集模块与所述主控模块通信连接；其中，

所述熔炼信息采集模块用于采集所述熔炼炉的熔炼状态信息，并将所述熔炼状态信息发送至所述主控模块。

第二方面，提供了一种熔体成分修正方法，基于上述任一项所述熔体成分智能修正***中的主控模块实现，所述方法包括：

控制装炉机器人进行装料，并将物料传送至熔炼炉，以便熔炼炉对物料进行熔炼；

熔炼炉熔炼结束后，控制给料机器人自动对熔炼炉进行取样，并将熔液样品传送至成分分析仪；

控制成分分析仪进行熔液样品检测，得到熔液样品成分参数；

将所述熔液样品成分参数与静态的工艺目标数据进行处理，判断所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据的差值是否在预设范围内，如否，则根据所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据得到修正结果，然后进入下一步；

根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金，以修正熔炼炉内的合金液体成分。

在一个可能的设计中，所述修正结果包括指定合金类型的合金锭的长度；其中，任一合金锭的长度为：

X＝(a-b)*Q/d/ρ；

其中，a为工艺目标数据中指定合金成分的目标含量，b为熔液样品成分参数中指定合金成分的分析含量，Q为熔液样品的重量，d为当前合金锭中指定合金成分的含量，ρ为当前合金锭的密度。

在一个可能的设计中，所述熔体成分修正***还包括熔炼信息采集模块，所述熔炼信息采集模块设置在所述熔炼炉内，所述熔炼信息采集模块与所述主控模块通信连接；对应地，得到熔液样品成分参数后，所述方法还包括：

将所述熔液样品成分参数通过人机交互模块进行显示。

第三方面，提供了一种电子设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序指令；以及，

处理器，用于执行所述计算机程序指令从而完成如上述任一项所述的熔体成分修正方法的操作。

第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的计算机程序指令，所述计算机程序指令被配置为运行时执行如上述任一项所述的熔体成分修正方法的操作。

附图说明

图1是实施例中一种熔体成分修正***的模块框图；

图2是实施例中一种熔体成分修正方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

实施例1：

本实施例第一方面提供了一种熔体成分修正***，如图1所示，包括主控模块、装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和成分分析仪，所述装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和成分分析仪均与所述主控模块通信连接；其中，

所述主控模块用于控制装炉机器人进行装料，并将物料传送至熔炼炉，以便熔炼炉对物料进行熔炼；

所述主控模块还用于在熔炼炉熔炼结束后，控制给料机器人自动对熔炼炉进行取样，并将熔液样品传送至成分分析仪；并控制成分分析仪进行熔液样品检测，得到熔液样品成分参数；

所述主控模块还用于将所述熔液样品成分参数与静态的工艺目标数据进行处理，判断所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据的差值是否在预设范围内，如否，则根据所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据得到修正结果，然后根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金，以修正熔炼炉内的合金液体成分。

本实施例可实现原料铝锭的自动加料及目标合金液体成分的自动调整，具体地，本实施例在实施过程中，通过控制装炉机器人进行装料，并将物料传送至熔炼炉，完成物料的自动给料操作；然后通过控制给料机器人自动对熔炼炉进行取样，控制成分分析仪进行熔液样品检测，得到熔液样品成分参数，再将所述熔液样品成分参数与静态的工艺目标数据进行处理，并在所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据的差值未在预设范围内时根据所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据得到修正结果，进而根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金，以修正熔炼炉内的合金液体成分，由此完成合金液体成分参数的智能修正，利于提升合金的熔炼及精炼效果，为大型铝合金铸件铸造成形提供前期设备及技术保障，同时可避免人工手动操作，利于减轻人工工作量，同时提升成分控制精度、效率与稳定性。

本实施例中，熔炼炉主要用于熔解料锭及合金等物料，以及维持合金液体的温度，本熔炼炉对物料进行熔解后得到的最终产品是具有一定温度的合金液体。

本实施例中，如装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和成分分析仪等各模块与主控模块之间的网络连接，均采用标准的工业以太网连接，采用TCP/IP协议，以此保证网络协议的统一性及数据传输的快速性。具体地，本实施例中，主控模块配置有通讯网卡，以实现主控模块及装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和成分分析仪等设备之间的信息交换。

本实施例中，主控模块可以但不仅限于采用S7-1200/S7-1500系列主控制器实现，并采用远程站控制形式实现对装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和成分分析仪等模块的通信连接。

本实施例中，所述熔体成分修正***还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述主控模块通信连接；其中，

所述人机交互模块用于接收控制指令，以便于所述主控模块控制装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和/或成分分析仪运行，所述人机交互模块还用于显示所述主控模块发送的数据。

具体地，本实施例中，用户可就人机交互模块实现以下操作：装炉量的设定、目标合金成分的输入、存储和修改，给料料单的设定，给料过程中各设备状态和电气参数的动态显示及工艺参数的人工调整，电气设备的一般操作及显示，故障报警与记录、存储等，基于人机交互模块，可实现用户和本实施例中熔体成分修正***之间的人机交互，用户体验佳。

本实施例中，所述熔体成分修正***还包括熔炼信息采集模块，所述熔炼信息采集模块设置在所述熔炼炉内，所述熔炼信息采集模块与所述主控模块通信连接；其中，

所述熔炼信息采集模块用于采集所述熔炼炉的熔炼状态信息，并将所述熔炼状态信息发送至所述主控模块。需要说明的是，熔炼状态信息包括熔炼温度、合金液体重量等，熔炼信息采集模块将所述熔炼状态信息发送至所述主控模块，可便于主控模块实现对熔炼炉熔炼状态的实时监控。

实施例2：

本实施例第二方面提供了一种熔体成分修正方法，可以但不限于由具有一定计算资源的计算机设备或虚拟机执行，例如由个人计算机、智能手机、个人数字助理或可穿戴设备等电子设备执行，或者由虚拟机执行。

本实施例中的熔体成分修正方法基于上述任一项所述熔体成分智能修正***中的主控模块实现，如图2所示，一种熔体成分修正方法，可以但不限于包括有如下步骤：

S1.控制装炉机器人进行装料，并将物料传送至熔炼炉，以便熔炼炉对物料进行熔炼；本实施例中，物料包括料锭及合金等，料锭如为纯铝锭及需要添加的主要元素的合金锭，以便于熔炼炉对其熔炼得到合金液体；此外，需要说明的是，本实施例中，为保证合金液体成分熔炼后期的调整，料锭及合金等物料的装料量遵循就低不就高的原则。具体地，为保证成分修正的精度与一致性，通过大小块锭料的匹配保证中间合金补给量的高精度，具体地，本实施例中的物料采用大块板状锭和小块华夫锭两种规格的中间合金，分别用于成分的粗调和精调，设计重量分别为6±0.5kg和0.4±0.05kg，通过装炉机器人和料仓完成下料。

作为示例，本实施例中，修正用中间合金锭的成分及重量规格如下表1所示。

图1修正用中间合金锭的成分及重量规格

熔炼炉对物料进行熔炼时，采用电磁搅拌的方式对物料进行搅拌，并在熔炼过程中从物料底部进行吹氩操作，以减小物料中的氧气含量。

S2.熔炼炉熔炼结束后，控制给料机器人自动对熔炼炉进行取样，并将熔液样品传送至成分分析仪。

S3.控制成分分析仪进行熔液样品检测，得到熔液样品成分参数；具体地，本实施例中，成分分析仪可获取熔液样品的重量及其中的合金成分等参数。

本实施例中，得到熔液样品成分参数后，所述方法还包括：

将所述熔液样品成分参数通过人机交互模块进行显示。

S4.根据成分变化分析及补偿模块和合金最小成本模块，将所述熔液样品成分参数与静态的工艺目标数据进行处理。

S5.判断所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据的差值是否在预设范围内，如否，则进入下一步。

S6.根据所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据得到修正结果。需要说明的是，修正结果中包含各元素的补偿信息，以便于主控模块控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金。本实施例中，最小成本模块根据熔体初始成分和目标成分的要求、各元素收得率以及熔体量等决定，通过模型计算，在保证成分/性能一致性的前提下，获得既满足工艺要求又使成本最低的合金投入量、成本组合。熔液样品成分参数包括取样合金液体温度、成分(Cu、Mn、Mg、Ti等)和熔体理论重量等，修正结果包括需添加的合金类型和理论重量等。本实施例中，修正结果以给料料单的形式在人机交互模块进行体现。

本实施例中，所述修正结果包括指定合金类型的合金锭的长度；其中，任一合金锭的长度为：

X＝(a-b)*Q/d/ρ；

其中，a为工艺目标数据中指定合金成分的目标含量，b为熔液样品成分参数中指定合金成分的分析含量，Q为熔液样品的重量，d为当前合金锭中指定合金成分的含量，ρ为当前合金锭的密度。

S7.根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金，以修正熔炼炉内的合金液体成分，以便使合金液体成分满足下一工序要求。

S8.控制所述熔炼炉输出合金液体，以便合金液体通过熔炼炉的溜槽转运到下一工序。

具体地，本实施例中，根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金的过程，即为主控模块对熔炼炉内合金进行成分修正的过程，其分为粗调和精调两步，即通过给料机器人先将指定量的大块板状锭规格的中间合金添加至熔炼炉内，再将指定量的小块华夫锭规格的中间合金添加至熔炼炉内，在此过程中，给料机器人通过计数与计重相结合的方式抓取中间合金，以保证修正精度。

本实施例可实现原料铝锭的自动加料及目标合金液体成分的自动调整，具体地，本实施例在实施过程中，通过控制装炉机器人进行装料，并将物料传送至熔炼炉，完成物料的自动给料操作；然后通过控制给料机器人自动对熔炼炉进行取样，控制成分分析仪进行熔液样品检测，得到熔液样品成分参数，再将所述熔液样品成分参数与静态的工艺目标数据进行处理，并在所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据的差值未在预设范围内时根据所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据得到修正结果，进而根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金，以修正熔炼炉内的合金液体成分，由此完成合金液体成分参数的智能修正，利于提升合金的熔炼及精炼效果，为大型铝合金铸件铸造成形提供前期设备及技术保障，同时可避免人工手动操作，利于减轻人工工作量，同时提升成分控制精度、效率与稳定性。

在此需要说明的是，如表2所示的热调及验证考核结果表明，基于本实施例中的给料数学模型的熔体成分修正方法，可实现给料误差(-0.39％，+0.32％)以内，修正后合金成分波动区间稳定在GB1173允许区间的(-53.3％，+33.3％)以内，实现了对大吨位、多元素、高烧损铝熔体成分的动态、精确、快速、自动调控。

表2ZL114A成分修正试验给料误差及成分区间统计表

实施例3：

在实施例2的基础上，本实施例第三方面提供了一种电子设备，该设备可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑或者台式电脑等。电子设备可能被称为用于终端、便携式终端、台式终端等，电子设备包括：

存储器，用于存储计算机程序指令；以及，

处理器，用于执行所述计算机程序指令从而完成如实施例2中任一所述的熔体成分修正方法的操作。

实施例4：

在实施例2至3任一项实施例的基础上，本实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的计算机程序指令，所述计算机程序指令被配置为运行时执行如实施例2所述的熔体成分修正方法的操作。

需要说明的是，所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种熔体成分修正***，其特征在于：包括主控模块、装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和成分分析仪，所述装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和成分分析仪均与所述主控模块通信连接；其中，

所述主控模块用于控制装炉机器人进行装料，并将物料传送至熔炼炉，以便熔炼炉对物料进行熔炼；

所述主控模块还用于在熔炼炉熔炼结束后，控制给料机器人自动对熔炼炉进行取样，并将熔液样品传送至成分分析仪；并控制成分分析仪进行熔液样品检测，得到熔液样品成分参数；

所述主控模块还用于将所述熔液样品成分参数与静态的工艺目标数据进行处理，判断所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据的差值是否在预设范围内，如否，则根据所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据得到修正结果，然后根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金，以修正熔炼炉内的合金液体成分。

2.根据权利要求1所述的一种熔体成分修正***，其特征在于：所述熔体成分修正***还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述主控模块通信连接；其中，

所述人机交互模块用于接收控制指令，以便于所述主控模块控制装炉机器人、熔炼炉、给料机器人和/或成分分析仪运行，所述人机交互模块还用于显示所述主控模块发送的数据。

3.根据权利要求1所述的一种熔体成分修正***，其特征在于：所述熔体成分修正***还包括熔炼信息采集模块，所述熔炼信息采集模块设置在所述熔炼炉内，所述熔炼信息采集模块与所述主控模块通信连接；其中，

所述熔炼信息采集模块用于采集所述熔炼炉的熔炼状态信息，并将所述熔炼状态信息发送至所述主控模块。

4.一种熔体成分修正方法，其特征在于：基于权利要求1至3任一项所述熔体成分智能修正***中的主控模块实现，所述方法包括：

控制装炉机器人进行装料，并将物料传送至熔炼炉，以便熔炼炉对物料进行熔炼；

熔炼炉熔炼结束后，控制给料机器人自动对熔炼炉进行取样，并将熔液样品传送至成分分析仪；

控制成分分析仪进行熔液样品检测，得到熔液样品成分参数；

将所述熔液样品成分参数与静态的工艺目标数据进行处理，判断所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据的差值是否在预设范围内，如否，则根据所述熔液样品成分参数与所述工艺目标数据得到修正结果，然后进入下一步；

根据修正结果控制给料机器人对熔炼炉添加与所述修正结果对应的合金，以修正熔炼炉内的合金液体成分。

5.根据权利要求4所述的一种熔体成分修正方法，其特征在于：所述修正结果包括指定合金类型的合金锭的长度；其中，任一合金锭的长度为：

X＝(a-b)*Q/d/ρ；

其中，a为工艺目标数据中指定合金成分的目标含量，b为熔液样品成分参数中指定合金成分的分析含量，Q为熔液样品的重量，d为当前合金锭中指定合金成分的含量，ρ为当前合金锭的密度。

6.根据权利要求4所述的一种熔体成分修正方法，其特征在于：所述熔体成分修正***还包括熔炼信息采集模块，所述熔炼信息采集模块设置在所述熔炼炉内，所述熔炼信息采集模块与所述主控模块通信连接；对应地，得到熔液样品成分参数后，所述方法还包括：

将所述熔液样品成分参数通过人机交互模块进行显示。

7.一种电子设备，其特征在于：包括：

存储器，用于存储计算机程序指令；以及，

处理器，用于执行所述计算机程序指令从而完成如权利要求4至6中任一项所述的熔体成分修正方法的操作。

8.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机可读取的计算机程序指令，其特征在于：所述计算机程序指令被配置为运行时执行如权利要求4至6中任一项所述的熔体成分修正方法的操作。

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