專利名稱：測定熔鑄爐中液態金屬量的方法
技術領域：
本發明涉及一種測定熔鑄爐中液態金屬量的方法。
背景技術：
由于許多原因，需要精確地知道在澆注前、澆注中以及澆注完成后的整個過程中有多少金屬始終存在于熔鑄爐中。在鋁螺栓以及軋制用鋁錠的半連續鑄造過程中，通常使用可盛裝60～80噸液態鋁的熔鑄爐。為了確保鋁螺栓和軋制用鋁錠被澆注到一個特定的長度，在澆注前掌握熔鑄爐中鋁的量是很重要的。而且，掌握澆注完成之后熔鑄爐中所剩余鋁的量也是很重要的，這是因為熔鑄爐中剩余的金屬量將構成在熔鑄爐中所制備的下一包鋁水的基礎，為了在熔鑄爐下一包鋁水的生產過程中對鋁合金進行正確的分析，必須對該金屬量加以研究。
已知由于熔鑄爐爐襯的磨損而使容積增大以及由于廢渣的沉積而使容積減小，熔鑄爐的有效容積是隨著熔鑄爐的使用而變化的。例如，用來熔化鋁的新的熔鑄爐可以盛裝60噸的鋁水，而使用兩到三年后則可盛裝70噸鋁水。
已經知道利用稱重的方法來確定在這種熔鑄爐中金屬的量，但是由于多種原因，人們發現維持一個穩定的稱重系統對于這種熔鑄爐來說是很困難且昂貴的。這樣的爐體結構其自重可達200-300噸并且在生產過程中還承受著很大的熱應力和機械應力。此外，也很難將爐子因爐襯磨損而產生的容積變化考慮進去，因為要將爐子完全排空才能稱得空爐重量。稱重系統的配衡也需要將熔鑄爐完全排空，稱重系統的校準也需要將熔鑄爐完全排空并且還要將已知的配重加入爐中。這些操作都將中斷熔鑄爐的操作。并且稱重系統僅能用于記錄熔鑄爐中的金屬量而不能記錄在熔鑄爐出口與鑄型之間的流槽和過濾器等部件中的液態金屬量。此外，當稱重系統超出校準精度時它無法自我檢測。這意味著對稱重系統必須定期進行校準或檢測。
發明內容
因此需要一種可靠的方法來計算熔鑄爐中的金屬量，在澆注過程中的任意時刻，熔鑄爐中的金屬量以及在熔鑄爐與鑄型之間的流槽系統中的金屬量都能計算，并且該方法還應考慮到熔鑄爐中的磨損和其它容積變化。
本發明的目的是提供一種測定可傾動熔鑄爐中金屬量的方法，該方法基于通過監測澆注過程中任意時刻從熔鑄爐中流出的金屬量。
因此，本發明涉及一種測定盛裝在可傾動熔鑄爐中的液態金屬量的方法，該方法的特征在于，在熔鑄爐出口處的一個基準金屬液面上，建立并維持一條表示熔鑄爐內金屬量與爐子傾斜角度之間函數關系的基準曲線；當由于實際金屬液面與所述基準面間存在偏差而進行修正之后，在澆注過程中，熔鑄爐在任意傾斜角度下所盛裝的金屬量都可從該基準曲線讀出。
與爐子傾斜角度成函數關系的熔鑄爐內金屬量的基準曲線最好通過下述方法得到，即先根據熔鑄爐的幾何尺寸計算出一條關于熔鑄爐中金屬量的曲線，然后在爐子從一個傾斜角度向更大傾斜角度轉動的多個間隔過程中，使熔鑄爐出口處的金屬液面保持恒定，記錄從熔鑄爐中流出的金屬量；根據爐子從一個傾斜角度向更大傾斜角度轉動的多個間隔過程中所記錄的金屬流出量，計算從熔鑄爐流出的金屬量與傾斜角度之間函數關系的準確曲線的對應斜率；用已知量的金屬充填所述熔鑄爐并將熔鑄爐傾動到某個傾斜角度，在該傾斜角度金屬液面升至熔鑄爐出口中的基準液面，這樣就確定了一個在一具體傾斜角度下與熔鑄爐中的已知金屬量相對應的點，并且所述表示熔鑄爐中的金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線通過這個在具體傾斜角度下的熔鑄爐中金屬量的已確定的點。
按照一個優選的實施例，根據向熔鑄爐填充的已知金屬量及其對應的傾斜角度來確定基準曲線上的多個準確點，其中在傾動過程中在該傾斜角度下爐內金屬液面升至基準液面。
建立基準曲線時，當金屬從一個傾斜角度傾動到更大傾斜角度之間流入一個或多個鑄型而同時保持熔鑄爐出口處的金屬液面恒定時，記錄從熔鑄爐流出的金屬量。根據鑄型的數量、鑄型的橫截面、任意時刻鑄型的長度以及金屬的密度來計算澆注到鑄型中的金屬量。這些數據可以很容易地記錄并存儲在計算機中。
用一個或多個傳感器監測在熔鑄爐出口以及流槽系統中的金屬液面。在澆注過程中，只要實際的金屬液面與基準液面平齊，則熔鑄爐在某個傾斜角度下所盛裝的液態金屬量都可以從基準曲線讀出。如果實際記錄的金屬液面與基準液面間有偏差，用下述方法對熔鑄爐中的金屬量進行調整如果實際記錄的金屬液面比基準液面高，則通過加入一個修正量來調整所記錄的熔鑄爐中金屬量，這個修正量對應于爐內高出基準面的那部分金屬量。在爐內基準面和所記錄的實際金屬液面之間的金屬量可以根據爐子的幾何尺寸、傾斜角度以及從基準面到所記錄的實際金屬液面之間的距離來計算。
如果所記錄的實際金屬液面低于基準面，那么上述修正可以通過從由基準曲線得到的熔鑄爐中金屬量減去所述修正值來實現。
為了控制基準曲線，對于每一爐澆注，記錄熔鑄爐在從一個傾斜角度轉至更大傾斜角度的多個間隔中所流出的金屬量，并且根據這些記錄數據計算一個與基準曲線相比較的曲線。基于所記錄的爐子澆鑄的金屬量與傾斜角度的函數關系計算得到該曲線，以便與相對于基準曲線給出可接受極限值的曲線進行比較。如果在熔鑄爐的一次或多次連續澆注中所述計算得到的曲線普遍超出基準曲線的極限值，則需要查找導致這種情況出現的可能因素。
如果發現該因素是沒有正確記錄從熔鑄爐流出的金屬量，那么不需要對基準曲線進行校正。如果不是這種情況，那么根據前幾爐次或后幾爐次澆注的斜率重新建立一條表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線。如果在超過極值曲線之前所計算的曲線在澆注之間的變化不大，那么最好根據當前最近的幾次澆注重新建立一條表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線，因為這時變化的原因是爐子容積的緩慢變化，例如由爐襯磨損引起的變化。
如果某一次澆注所計算出的曲線與前幾次澆注的差別很大，最好根據以后的幾次澆注重新建立一條表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線，因為在這種情況下偏差可能是由于熔鑄爐的容積突然變化造成的，例如爐襯發生較大部分的坍塌引起的。
利用這種方法可以對基準曲線實現連續控制并且在任何時候都可以用一條新的基準曲線代替它。
由于在澆注過程中可以隨時知道熔鑄爐中的金屬量以及從熔鑄爐出口到鑄型之間的流槽系統中的金屬量，因此利用本發明的方法可以進一步得到更多的優點。在垂直澆注多個擬被澆鑄成預定長度的鋁或鋁合金的螺栓或軋制用錠材的過程中，可以隨時使用該方法，例如如果有時在澆鑄過程中，當發現熔鑄爐中和流槽系統中剩余的金屬量太少以致不能將螺栓或錠材澆鑄到預定長度時，可以關閉一個或多個螺栓或錠材鑄型，以確保其余的螺栓或錠材能澆鑄到預定長度。
在澆注結束時，可以得到熔鑄爐中的剩余金屬量并且當進行熔鑄爐中下一爐金屬的化學分析計算時可以考慮這個剩余金屬量。
進而，所使用的基準曲線可以被存儲并用來監測爐子情況，例如爐襯磨損或坍塌。由于基準曲線給出了熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度間的函數關系，因此通過比較存儲的基準曲線，就可以分析出爐子的哪部分爐襯磨損最嚴重，并且據此可以確定修補爐襯的準確時間。
本發明的方法還具有這樣的優點，即根據在以前澆注過程中存儲的數據可以隨時校準和調整表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線。
在實際應用中發現，通過使用本發明的方法，對于可容納60噸液態金屬的熔鑄爐可以得到超過±1000千克的精度，并且精度隨著傾斜角度的增大而提高。
由于通常情況下監測爐子的計算機可以用來記錄所需數據，所以本發明的方法可以很容易地應用于現有的可傾動熔鑄爐上。
附圖簡述
圖1是帶有流槽系統的一個可傾動熔鑄爐的俯視圖，圖2是沿圖1中I-I線截取的垂直視圖，圖3是一條表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的計算曲線，圖4示出一條表示從熔鑄爐中流出的金屬量與其傾斜角度之間函數關系的曲線A，以及一條表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線B，以及圖5表示一條具有極限值的基準曲線B。
優選實施例詳述圖1和圖2表示了一個用于澆注鋁水的熔鑄爐1。爐1可傾動并且具有一個出口2。當爐1傾動時，從出口2流出的金屬充填第一流槽3、過濾裝置4、第二流槽5以及位于澆注臺7上的分配流槽6。金屬從分配流槽6被分配到多個用于垂直澆注螺栓8的鑄型(未示出)中。在澆注過程中，螺栓8的下端放置在一個可垂直移動的平臺9上，在澆注過程中利用一個液壓缸10可使所述平臺9下降。平臺9用常規的方法放置在一個澆注坑中(未示出)。
在澆注過程中，盡可能地使第一流槽3、第二流槽5以及分配流槽6中的金屬液面保持穩定。通過調整熔鑄爐1的傾斜角度來調整所述液面。
利用傳感器12監測金屬液面。雖然圖2中示出了兩個傳感器12，但是也可使用一個或多于兩個的傳感器。為了按照本發明建立起一條表示熔鑄爐1中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線，先利用一條表示熔鑄爐中金屬量與熔鑄爐1傾斜角度之間函數關系的計算曲線。圖3表示的就是這樣一條計算曲線。本發明的方法不要求計算曲線能正確地表示熔鑄爐1中金屬量與其傾斜角度之間的函數關系。
在澆注過程開始時，傾斜熔鑄爐1使金屬液從熔鑄爐出口2流出并充填流槽3、4、6以及過濾裝置5至基準面11，然后再使金屬液流入螺栓8的鑄型中。
為了確立熔鑄爐1的傾斜角度與其中金屬量之間的關系，進行以下步驟根據基準金屬液面11計算流槽3、5、6及過濾裝置4中容納的金屬量。這可以利用例如流槽和過濾裝置的已知幾何尺寸以及任何其它方法來完成。澆注到螺栓8鑄型中的金屬量可以根據金屬密度、螺栓8的橫截面積、螺栓8的數量以及螺栓8在澆鑄過程任意時刻的長度連續地計算出來。同時，利用傳感器12監測流槽系統中的金屬液面與金屬基準液面11的偏差，并且按照前述方法對從熔鑄爐流出的金屬量進行校正。根據上述數據，在澆注過程中的任意時刻都能計算和存儲從熔鑄爐流出的金屬量。該步驟優選地通過將所需要的數據提供給一臺計算機來完成。
熔鑄爐1從傾斜角度t(1)轉至一個更大傾斜角度t(2)時所流出的金屬量可根據在兩個傾斜角度記錄的數據來確定。這樣需要流槽系統中的金屬液面從傾斜角度t(1)轉至傾斜角度t(2)時保持恒定。如果金屬液面在從傾斜角度t(1)轉至傾斜角度t(2)時發生變化，那么必須如上所述對從熔鑄爐流出的金屬量進行調整。
假設熔鑄爐1在傾斜角度t(1)時的金屬體積在圖3所示的曲線上，然后將傾斜角度t(2)時的金屬量畫在圖3所示的曲線上。連接表示傾斜角度t(1)和傾斜角度t(2)處金屬量的點的直線將表示圖3金屬量曲線在t(1)到t(2)間隔處的斜率。在澆注過程中的多個傾斜角度的間隔中，重復記錄熔鑄爐從一個傾斜角度轉至一個更大傾斜角度時所流出的金屬量，這樣在多個傾斜角度間隔中的實際金屬量曲線的斜率就可計算出來。在圖3中為簡單起見僅僅示出了這種記錄數據。如果金屬液面與基準液面11存在偏差，那么必須如上所述對從熔鑄爐流出的金屬量進行調整。
在熔鑄爐1的多次澆鑄中重復對上述斜率記錄，這樣在每個間隔中都能記錄多條平行的斜率線。
根據上面計算的斜率，在記錄了從爐子所流出金屬量的那些斜率間隔內，構造一條表示從熔鑄爐中流出的金屬量與其傾斜角度之間函數關系的實際曲線。圖4就示意了這樣一條曲線A，它表示從熔鑄爐中流出的金屬量與熔鑄爐傾斜角度之間的函數關系。
如上所述，作為圖4中曲線A構造基礎的斜率是根據熔鑄爐1在從一個傾斜角度轉至一個更大傾斜角度的多個間隔中所流出的金屬量來計算的。因此曲線A沒有給出熔鑄爐在某個傾斜角度所容納金屬量的準確值。為了使圖4中的曲線A能表示熔鑄爐在某個傾斜角度所容納金屬量的準確值，按照下列步驟對曲線A進行調整1.完全倒空熔鑄爐。
2.將已知量的金屬充入熔鑄爐。
3.將熔鑄爐1的出口2關閉并使熔鑄爐傾動到某個傾斜角度，在此使出口2中的金屬液面位于基準金屬液面。
將這個傾斜角度在圖4的曲線中用點P標出。然后使所構造的曲線A沿圖4中曲線A的體積軸交錯排列直到它與點P相交。從而得到一條表示熔鑄爐1中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線B。
如上所述，曲線A和基準曲線B僅僅在已測定斜率的傾斜角度范圍內是有效的。因此對于一個滿的或接近填滿的熔鑄爐或者接近排空的熔鑄爐來說，基準曲線B是無效的。但是，可以通過重復上述確定圖4中點P的步驟來使基準曲線B延伸到很小或很大的傾斜角度。這樣就可以用已知量的金屬充滿或接近充滿熔鑄爐，然后在關閉出口2的情況下將熔鑄爐傾斜到使熔鑄爐出口2中的金屬液面與基準面11平齊的傾斜角度，從而確定基準曲線B的起始點。利用同樣的方法，向空熔鑄爐中加入已知較少量的金屬并確定與該金屬量對應的傾斜角度，從而能夠在基準線B中繪制出與很大傾斜角度對應的點。
當基準曲線B建立后，將如圖5中曲線C和D所示的極限值曲線繪制在基準曲線B的兩側。
現在可以使用基準曲線B來確定在以后的澆鑄過程中熔鑄爐中的金屬量，直到一條新的修正過的基準曲線被建立起來。
熔鑄爐中的金屬量從基準曲線B讀出。然而，如果實際金屬液面與基準液面11之間存在偏差，那么必須利用下述方法對由基準曲線B得到的金屬量進行調整如果實際記錄的金屬液面高于基準液面，那么通過加入一個修正值來調整由基準曲線B得到的熔鑄爐中金屬量，這個修正值對應于爐內高出基準液面11的那部分金屬量。在爐內位于基準液面11和所記錄的實際金屬液面之間的金屬量可以根據熔鑄爐的幾何尺寸、傾斜角度以及從基準液面11到所記錄的實際金屬液面之間的距離來計算。
如果所記錄的實際金屬液面低于基準液面11，那么上述修正可以通過從由基準曲線B得到的熔鑄爐金屬量中減去所述修正值來實現。
按照上述有關建立基準曲線B的方法，對于每一爐澆注，記錄熔鑄爐從一個傾斜角轉至更大傾斜角度的多個間隔中所流出的金屬量，由此控制基準曲線B。存儲并采用這些數據來計算一條表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的曲線。將該曲線與基準曲線B比較，如果計算曲線大體上位于曲線C和D之間的區域，那么同樣的基準曲線B可用于下一次澆注。用這種方法，在每一次澆注中將表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的計算曲線與基準曲線進行比較。因此可以知道在澆注過程中的任意時刻熔鑄爐中所剩余的金屬量，從而確保得到預定長度的螺栓。進而可以知道澆注完成以后熔鑄爐中的金屬量。
如果在一次或多次澆注中，表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的計算曲線沒有落在由圖5中曲線C和D所限定的區域內，那么控制從熔鑄爐流出的金屬量的正確計算。如果這個計算是正確的，那么利用上述方法建立一條新的基準曲線。
權利要求
1.一種測定可傾動熔鑄爐中液態金屬量的方法，其特征在于，在熔鑄爐出口處的一個基準金屬液面上建立并維持一條表示熔鑄爐內金屬量與爐子傾斜角度之間函數關系的基準曲線；當由于實際金屬液面與所述基準面之間存在偏差而進行修正之后，在澆注過程中熔鑄爐在任意傾斜角度下所容納的金屬量都可從該基準曲線讀出。
2.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于，熔鑄爐出口處的基準金屬液面是利用傳感器監測的。
3.一種如權利要求1-2所述的方法，其特征在于，如果實際的金屬液面與基準面之間存在偏差，那么利用一個與熔鑄爐中高于或低于基準液面的體積變化相對應的量來對由基準曲線得到的熔鑄爐中金屬量進行修正。
4.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于，表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線通過下述方法得到，即根據熔鑄爐的幾何尺寸計算出一條關于熔鑄爐中金屬量的曲線，然后在爐子從一個傾斜角度向更大傾斜角度轉動的多個間隔過程中，使熔鑄爐出口處的金屬液面保持恒定，記錄從熔鑄爐中流出的金屬量；根據爐子從一個傾斜角度向更大傾斜角度轉動的多個間隔過程中所記錄的金屬流出量，計算出從熔鑄爐流出的金屬量與傾斜角度之間函數關系的準確曲線的對應斜率；用已知量的金屬充填所述熔鑄爐并將熔鑄爐傾動到某個傾斜角度，在該傾斜角度金屬液面升至熔鑄爐出口中的基準液面，這樣就確定了一個在一具體傾斜角度下與熔鑄爐中的已知金屬量相對應的點，并且所述表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線通過這個在具體傾斜角度下的熔鑄爐中金屬量的已確定的點。
5.一種如權利要求4所述的方法，其特征在于，當金屬從一個傾斜角度轉至更大傾斜角度之間充填到鑄型而同時保持熔鑄爐出口處的金屬液面恒定時，記錄從熔鑄爐流出的金屬量。
6.一種如權利要求4所述的方法，其特征在于，根據向熔鑄爐裝入的已知金屬量及其對應的傾斜角度來確定基準曲線上的多個準確點，其中在傾動過程中在該傾斜角度下爐內金屬液面升至基準液面。
7.一種如權利要求1所述的方法，其特征在于，對于每一次澆注，記錄熔鑄爐從一個傾斜角度轉至一個更大傾斜角度的多個間隔中所流出的金屬量，并且根據這些記錄數據計算出一個與基準曲線進行比較的曲線。
8.一種如權利要求7所述的方法，其特征在于，如果對于一次澆注，計算所得的表示金屬量與傾斜角度之間函數關系的曲線在基準曲線的預定極限值之內，那么該基準曲線可用于熔鑄爐的下一次澆注。
9.一種如權利要求7所述的方法，其特征在于，如果計算所得的表示金屬量與傾斜角度之間函數關系的曲線在基準曲線的預定極限值之外，那么根據前幾次或后幾次澆鑄所記錄的斜率建立一條新的基準曲線。
全文摘要
本發明涉及一種測定可傾動熔鑄爐中液態金屬量的方法。在熔鑄爐出口處的基準金屬液面上建立和維持一條表示熔鑄爐中金屬量與其傾斜角度之間函數關系的基準曲線,當由于實際金屬液面與所述基準液面間存在偏差而進行修正之后,熔鑄爐在澆鑄過程中的任意傾斜角度下所容納的金屬量都可從該基準曲線上讀出。
文檔編號B22D46/00GK1183065SQ96193674
公開日1998年5月27日 申請日期1996年4月19日 優先權日1995年5月2日
發明者A·伯奇 申請人:工業訊息技術有限公司