第7章--铸造过程检测与控制--课件

第7章铸造过程检测与控制1PPT课件2024/7/122 铸造过程质量是指从原材料进厂到合格铸件出厂的铸造全过程质量，是铸造过程满足规定需要和潜在需要的特性的总和。包括铸造过程的每一个生成环节的质量，如：u原材料质量：保证铸件质量的先决条件。u工艺装备质量：影响到铸件毛坯的质量u型砂芯砂与涂料的配制质量：影响铸件质量u熔炼前的正确配料与备料：可减少废品，保证铸件质量，降低炉料消耗u浇注工艺：铸件质量u铸件落砂清理及后续处理：影响毛坯质量7.17.1铸造过程质量检测与控制的重要性铸造过程质量检测与控制的重要性7.1.1 7.1.1 铸造过程质量概念铸造过程质量概念2PPT课件2024/7/123一、影响铸件质量的因素 1、生成组织和管理 2、原材料质量 3、设备、工艺控制质量 4、生产者操作经验7.1.2 7.1.2 铸造过程质量控制的重要性和意义铸造过程质量控制的重要性和意义7.17.1铸造过程质量检测与控制的重要性铸造过程质量检测与控制的重要性 要想获得高质量产品，必须采用先进和科学的测试要想获得高质量产品，必须采用先进和科学的测试和控制方法和手段。和控制方法和手段。3PPT课件二、铸造过程质量控制意义 1、使设备保持最佳运行状态，保证质量；2、使工序处于受控状态，确保合格率；3、找出铸件质量波动规律，把正常波动控制在合理范围内。2024/7/1247.17.1铸造过程质量检测与控制的重要性铸造过程质量检测与控制的重要性4PPT课件2024/7/125铸造适应性广，所需材料、生成参数、生成设备及生成过程多种多样，进行检测和控制要求各不相同。检测和控制对象和目标不同，系统差异较大，如：u砂处理过程：控制对象是混砂机，目标是获得性能良好的型砂，以便造型。u造型过程：对象是造型机，目标是获得形状完整、紧实度适中，透气性好的铸型。u熔炼过程：对象是熔炼炉。u控制方式：开环控制（常用）和闭环控制u检测与控制思路：确定被控对象或控制系统参数、考虑被控参数的特点、研究采用何种检测元件检测被测参数及检测精度、执行机构、算法。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点7.2.1 7.2.1 铸造过程控制一般特点铸造过程控制一般特点5PPT课件2024/7/1267.2.2 砂处理过程控制特点 型砂的组成：型砂主要由原砂、粘上类粘结剂、水和煤粉等组成，具体材料成分如下：一、旧砂一、旧砂 旧砂一般占80%90。铸造1t铸件大约要使用45t型砂。从经济效益考虑，型砂必须回收使用，故称为旧砂。由于型砂在使用过程中受高温金属液的热作用，使砂粒破裂，型砂中煤粉燃烧成灰分，部分粘土烧毁而失去粘结力，所以旧砂不能直接回用。必须经过磁选（去除旧砂中的铁块、铁钉等）、破碎(破碎大砂团）、除尘、筛分等工艺过程，才能作为基本骨架材料使用。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点6PPT课件2024/7/127二、新砂二、新砂 新砂一般占型砂的10一20。由于旧砂回收使用后，有效粘土和煤粉减少，灰分增加，使型砂性能急剧下降，型砂量减少，所以每次混砂时都要附加一部分新砂(同时成比例加入粘土和煤粉），目的是调整型砂性能。三、粘土三、粘土 在型砂中作为粘给剂的粘土分为普通粘土和膨润土两种。干型砂中常用普通粘土，湿型砂中常用膨润土。由于膨润土粘结力大，型砂湿压强度高，加入量一般是5%-7（包括旧砂中有效粘土量)。四、水四、水 水的作用是润湿粘土，使粘土产生粘结力，加入量为4%6%。一般要在混砂过程中，根据型砂性能和环境的温度、湿度进行调整。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点7PPT课件2024/7/128五、煤粉五、煤粉铸铁件湿型砂中加入煤粉是为了防止铸件产生粘砂，降低铸件表面粗糙度，加入量为46。对于干型砂，常加入锯末等，是为了提高型砂的遇让性。在手工造型时，为了降低成本，保证铸件表面质量，常把型砂分为面砂和背砂。面砂是特殊配制的在造型时与模样接触的一层型砂，具有较好的性能，常加入较多的新砂配制；背砂是在模样上覆盖面砂后，填充砂箱用的型砂，用100旧砂稍加处理即可。在机械化程度较高的大批量生产时，为了方便生产，提高生产率，常采用不分面砂、背砂的型砂，称为单一砂。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点8PPT课件2024/7/129砂处理过程：控制对象是混砂机，目标是获得性能良好的型砂，以便造型。系统复杂，涉及设备多，变化因素多，很难控制。一般采用预防性控制理论。如:间歇式混砂机砂处理系统检测参数：温度、紧实率、湿强度。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点9PPT课件2024/7/12101 1、物料加入量控制特点、物料加入量控制特点（1）型砂在循环过程中成分会发生变化（2）成分：水分、膨润土的添加量控制是一个关键环节，煤粉、新砂添加量的控制也很重要。（3）目前的做法，“事后控制”（4）组分稳定控制正逐步成为型砂质量控制的基本指导思想。根据生产数据总结公式，决定物料补加量。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点10PPT课件2024/7/12112 2、含水量控制特点、含水量控制特点 含水量是湿型粘土砂必须控制的几个组分之一。型砂既不能太干也不能太湿。危害。l传统式：工人根据经验调整（人为误差大）或实验室实验确定（测试时间长，不具有实时性），都有不足。l新的方法：型砂含水量自动控制系统，直接控制含水量。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点11PPT课件2024/7/12123 3、粘土含量控制特点、粘土含量控制特点 如能把影响型砂性能的主要组分即粘土含量和含水量控制在理想的范围内，在混制工艺稳定的条件下，型砂性能完全可以得到有效控制。所以不需要在线监测型砂的性能参数，只需测得型砂粘土含量和含水量即可。含水量可直接控制，而粘土含量监测很难，只能依据粘土含量相关参数判断。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点12PPT课件2024/7/12134、性能参数控制特点 监测和控制参数：紧实率、透气性、湿强度、韧性等。其中紧实率是最重要的控制目标之一，加水量是达到目标值的调节手段。紧实率不仅能反映型砂湿强度和韧性，还能反映型砂含水量等，是一个综合参数。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点13PPT课件2024/7/12147.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点7.2.3 7.2.3 造型（芯）过程控制特点造型（芯）过程控制特点1 1、典型砂型铸造工艺流程、典型砂型铸造工艺流程 造型工序：造型、下芯、合型、浇铸、冷却、落砂。造型工序：造型、下芯、合型、浇铸、冷却、落砂。14PPT课件2024/7/12152、设备 组成：造型机、翻箱机、合箱机、捅箱机、分箱机、取放压铁机、落箱机等。造芯工部任务：生成出合格的砂芯。造型机：热芯盒射芯机、冷芯盒射芯机和壳芯机7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点15PPT课件实现造型线的计算机自动控制的优点具有很好的抗干扰和故障诊断功能，使设备故障率大大降低，提高设备的可靠性；可对造型机的工艺参数进行优化，提高型砂质量；可将造型机或造型机流水线的控制计算机与铸造厂的企业信息管理网络连接，随时将造型机上的信息传送到网络服务器上，供其它网络单元使用，也可以通过网络向造型机发出指令，实现这个铸造厂的计算机网络化管理。2024/7/12167.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点16PPT课件2024/7/12177.2.4 熔炼过程控制特点1、冲天炉熔化过程控制特点 冲天炉，是铸造生产中熔化铸铁的重要设备，将铸铁块熔化成铁水后浇注到砂型中待冷却后开箱而得到铸件。冲天炉是一种竖式圆筒形熔炼炉，分为前炉和后炉。前炉又分为出铁口，出渣口，炉盖前炉缸和过桥。后炉又分为三个部分，顶炉，腰炉和炉缸。腰炉与热风围管分开，修炉之后合上，用泥巴密封。顶炉上是热交换器。主要用于铸铁件生产，也用以配合转炉炼钢，因炉顶开口向上，故称冲天炉。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点17PPT课件2024/7/121818PPT课件2024/7/121919PPT课件2024/7/1220 冲天炉熔化过程控制，是指在一定的炉子结构，以一定的原材料及其配比条件下，调节各种工艺因素，以达到铁水化学成分和温度的基本要求，并保证炉子在最佳状态下工作。信息分为以下四种：l控制因素（参数）：金属炉料量、焦炭量及其化学成分、鼓风量、鼓风温度、富氧送气l干扰因素（参数）：炉料化学成分及加入量的波动量、冲天炉内部几何尺寸的变化等。l输出变量：铁水的温度及其化学成分、铁水熔化速度l监测参数：炉气成分及温度、送风压力及炉渣化学成分等。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点20PPT课件2024/7/1221冲天炉熔化过程调节方法分为：（1）主动调节：根据计划配料成分及运行时的风量值、风温、铁水温度、底焦高度、炉气中的CO和CO2值可以通过实验找到相应关系。将回归得到的数学模型送入计算机，可在冲天炉整个熔炼过程中，定时采样、运算、比较、判断成分的准确性，一旦发现偏差，就按差值调整控制参数，使铁水成分校正过来。控制及时。常用方法。（2）被动调节：根据测定的铁水成分和温度与预订成分和温度直接差值来调节。需要一定时间，循环较慢，但简单易行。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点21PPT课件2024/7/12222、工频感应炉熔化过程控制特点 用于某些金属及合金的熔炼，熔炼过程分为：（1 1）熔化阶段）熔化阶段 自控系统任务：在电能消耗的条件下，使炉料在最短时间内熔化，并在趋近要求的化学成分及金属液温度前，能保持合理的电流规范。为此，要不断修正熔化过程中采用的电加热规范。（2 2）精炼阶段）精炼阶段 自动调节系统任务：保证在最少非生产停炉的条件下，稳定的得到给定化学成分的铸铁。非生产停炉包括为改变化学成分而加入附加剂以及快速分析等花费的时间。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点22PPT课件2024/7/1223 感应炉熔炼优点：感应炉熔炼优点：（1）无接触加热（2）铁水的搅动（3）铁水的净化能力强。磁场作用使杂质在拱顶部分形成熔渣。（4）铁水的温度控制方便（5）铁水化学成分容易控制 感应炉熔炼缺点感应炉熔炼缺点：功率因数低、负载材料物理化学参量随温度变化大，使感应器测得的电气参数在很大范围内变化。所以对感应炉进行功率因数补偿和三相负载的平衡式基本控制任务。传统上采用人工调节。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点23PPT课件2024/7/12243、加热炉熔化过程控制特点 多用电加热炉，是一大惯性、非线性、多变量耦合的被控对象，所以控制存在很大困难。目前随着计算机技术发展，逐步实现了微机化控制和智能控制。控制方案分为两大类：如图7.4（a）设备所示，成本高，输出通道环节多，非线性严重，抗干扰差，精度低。7.4（b）克服上述缺点。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点24PPT课件2024/7/1225控制方式:最常用是位式控制系统，其次是PID连续控制系统，还有超前位式控制。补充：补1：断续调节（老式炉中最常用）断续调节是指加在电炉发热体的端电压恒定不变，通过改变在单位时间内通电（或断电）的时间长短来控制供给电炉的实际平均功率，以达到调节温度的目的。位式调节、时间比例调节、采用晶闸管调功器作为执行器的PID调节均属此类。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点25PPT课件2024/7/1226（1）二位式调节（持续振荡，一般不采用）根据偏差极性，反复通电、断电，从而使炉温在给定温度附近波动。波动较大，准确度较差，800-1100时波动1025。当X0（X=给定值-测量值），通电；当X0（X=给定值-测量值），断电；7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点26PPT课件2024/7/1227（2）超前位式调节 可减小调节仪表不灵敏区和炉内温度滞后对调节质量的影响，从而达到较高的调节准确度。缺点是交流接触器的启闭频率增加，缩短寿命。有个范围：当XA时，通电，XB时，断电。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点27PPT课件2024/7/1228(3)三位式调节 上述两种方法都是使电炉输入功率从最大变为零，这是造成波动大的根本原因。为减少炉温波动，提高调节质量，采用三位式调节，可分档次的改变电炉的输入功率。升温时以最大功率输入；保温时采用小功率；故称为三位式。超过上限时无功率。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点28PPT课件2024/7/1229升温时：控制触点SA2、SA3接通，继电器1KA、2KA通电动作，交流接触器1KM、2KM随之通电动作，接触器主触头1KM1、2KM1闭合，接法，功率最大。保温时（上下限之间）：控制触点SA3断开，SA2接通，继电器2KA断电，交流接触器2KM随之断电，接触器3KM通电，Y型接法，小功率。超上限时：控制触点SA2，SA3均断开，电炉断电，炉温下降。1KM1、2KM1合上时，接法，功率最大。1KM1、3KM1合上时，Y型接法，小功率。适用于总功率较大（适用于总功率较大（75KW），加热元件可以改变接法的电阻炉。），加热元件可以改变接法的电阻炉。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点29PPT课件2024/7/1230补2：炉温的连续调节 连续调节是指电炉一旦启动后，就始终有电流通过电炉发热体，借改变电炉发热体的端电压来控制供给电炉的实际平均功率以达到调节温度的目的，而发热体的端电压在一定范围内是可以连续变化的。采用晶闸管调压器作为执行器的PID调节属于此类。位式调节温度因电炉输入功率不能连续调节，炉温波动大，控温精度不高。另外交流接触器通断次数频繁产生很大噪音和火花，触点又是大电流，触头极易熔焊，故经常出现故障。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点30PPT课件2024/7/1231 要求越来越高，现在可采用晶闸管，饱和电抗器，磁性调压器等好。晶闸管，无触点调节，电炉输入功率不受通断频率限制，易于实现连续调节。通过调整晶闸管的导通角实现。7.2 7.2 铸造过程检测与控制特点铸造过程检测与控制特点31PPT课件2024/7/1232 铸造的目的就是获得高质量的、性能良好的铸件。而要达到此目的，除需要有正确的铸造工艺外，还必须对生产过程严格控制，特别是设备和工艺参数的控制，传感器就是以被测工艺参数作为输入信号，并把它们转换成便于后处理和使用的输出信号的仪器。传感器是获取信息过程的第一环节，直接与被测对象接触。所以它必须适应现场的恶劣条件，满足控制要求，且工作可靠。计算机的广泛应用，使传感器作用更加重要。若没有良好的传感器，再好的计算机也发挥不出作用。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法7.3.1 7.3.1 铸造过程传感器的作用铸造过程传感器的作用32PPT课件2024/7/1233通用传感器是测量一般工艺参数的传感器，如位移、压力、速度、流量、温度等；专用传感器是指专门用于铸造车间的特殊工艺参数测量的传感器，如冲天炉炉料位检测、铁水浇注量检测、型砂性能检测等。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法33PPT课件 砂处理系统的混砂质量自动检测。1、含水量检测 两种情况：一是测定旧砂的含水量,二是旧砂增湿冷却。测定旧砂（或型砂）的含水量，可通过测定型砂某些物理性能（如电阻、电容、容重等）而求得。2024/7/12347.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法7.3.2 7.3.2 砂处理过程信号检测方法砂处理过程信号检测方法34PPT课件2024/7/1235（1）电阻法 将插入型砂中的测试棒作为一极，以混砂机的底板和侧壁作为另一极，或直接插入型砂中两根电极，然后在电路上加上电压，测量两极之间的电压。水分少时电阻值大，水分多时电阻小。据此可测得阻值随水分的变化情况。将电阻变化转换成电压变化输入计算机与计算机里的型砂电压水分关系曲线进行比对，可得水含量。含水量会随型砂组分变化而变化，如灰分含量、粘土含量、新砂比例变化，甚至砂温、环境湿度等。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法35PPT课件2024/7/12367.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法36PPT课件2024/7/12377.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法37PPT课件2024/7/1238（2）电容法 型砂含水量不同，其介电常数也不同。砂粒、粘土、煤粉介电系数都小于5，水介电系数81，相对比较大。所以根据型砂介电系数可测含水量。含水量微弱变化可引起型砂介电系数很大变化。而其他组分变化对型砂介电系数影响较小。将电容采用高频发生器转换为电压送入计算机。如图7.7。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法38PPT课件2024/7/12397.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法39PPT课件2024/7/12407.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法40PPT课件2024/7/12412、粘土含量的检测 无法在线检测，只能在实验室内用亚甲基蓝滴定法或分光光度计法作常规检验。周期长、测量复杂，无法用于在线监测。因此提出了在线快速检测方法：双双电电源源二二次次激激励励法法。检测有效粘土含量和含水量等参数。测量原理：对标准砂样，首先通过交流电源，测得其交流电阻值，随后通以直流电源，在限定时间内测出其直流电阻值，利用交流电阻值排除含水量对直流电阻值的影响，使直流电阻值仅与有效粘土含量有关，最终计算出型砂有效粘土含量。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法41PPT课件2024/7/1242 湿型砂在外电场作用下，粘土与水中电解质将发生电离，离解出的离子一部分被粘结水和粘土吸附，一部分则游离于自由水中，粘土中水分越大，自由水就越多，游离于自由水中离子数就越多，离子在外电场作用下移向电极的阻力越小，宏观上表现为型砂导电能力越强，反之导电能力越弱。换言之，导电能力可反映粘土含量及含水量变化。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法42PPT课件2024/7/12437.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法43PPT课件2024/7/12447.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法44PPT课件2024/7/12457.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法45PPT课件2024/7/12463、综合性能参数检测 型砂日常检验项目：紧实率、含水量、试样重量、透气性、湿压强度或劈裂强度、亚甲基蓝粘土和温度。试样重量和甲基蓝粘土难以在线监测。（1）紧实率 型砂紧实前后的容积减少率。用标准样筒测定时，是指砂样紧实前后高度的减少率。紧实率与水分之间呈线性关系，因此可以用紧实率间接测定型砂中的水分，当恒值紧实率所需含水量有变化时，说明型砂中载水物质含量已经发生变化。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法46PPT课件2024/7/1247 紧实率参数用电感式位移传感器检测。样筒高度50mm，紧实率计算公式为C=1-h/50（其中h为紧实后样砂高度mm）。（2）含水量，前已讨论。（3）温度 采用软衬底薄膜热敏电阻测量。（4）透气性 测量定量气体通过标准试样所需时间和试样前部的气源压力，最终求得透气性。（5）劈裂强度7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法47PPT课件2024/7/124848PPT课件2024/7/12491 1、砂斗料位检测、砂斗料位检测 砂斗中砂子必须要有最低限位的型砂以保证造型机正常工作，也要有最高位检测，防止砂子逸出。即必须要有低位和高位的料位检测器。（1 1）电阻砂位计法）电阻砂位计法 湿型砂具有一定的导电性，不同高度的砂柱具有不同的导电能力。在砂斗中在不同高度装入一系列探头，在砂位上升或下降时探头输出信号，使晶体管导通，发光管指示出砂位高度，并输出控制信号控制加砂装置的动作。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法7.3.3 7.3.3 造型过程信号检测方法造型过程信号检测方法49PPT课件2024/7/12507.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法50PPT课件2024/7/1251（2 2）电容砂位计法）电容砂位计法 在砂斗中插入一根测量电极，电极与砂斗构成一支圆筒形电容器，型砂即为两电极间的电介质。砂斗料位不断变化，电容量也不断变化，料斗满时电容量最大。将电容接入LC振荡电路，电容改变可使谐振电路阻抗变化，又可表现为整流器电路变化，经整流放大，即可指示出砂位，并控制给料器动作。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法51PPT课件2024/7/125252PPT课件2024/7/12532 2、砂型紧实度检测、砂型紧实度检测 利用探头插入铸型表面，利用压力传感器测出贯入过程中贯入阻力变化及最高和最低紧实度值。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法53PPT课件2024/7/12541、冲天炉 主要参数分为四类。控制参数和干扰参数直接影响熔炼效果；检测参数和输出参数直接反映熔炼效果好坏。（1）送风量 是指送入冲天炉内的实际风量。决定着整个熔化过程。合适的送风量保证焦炭合理燃烧。太大或太小都不可，一般100-150m3/m2h。测试方法：毕托管或孔板。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法7.3.4 7.3.4 熔炼过程信号检测方法熔炼过程信号检测方法54PPT课件2024/7/1255毕托管流量计是采用毕托管原理提取管道中心流体流速（全压静压毕托管流量计是采用毕托管原理提取管道中心流体流速（全压静压 =动压）再换算成流体体积流量与质量流量的差压式流量计。毕托管动压）再换算成流体体积流量与质量流量的差压式流量计。毕托管原理很早就广泛应用在航天航空业中。如：飞机风洞的测试和检测、原理很早就广泛应用在航天航空业中。如：飞机风洞的测试和检测、飞机发动机气体动力测试、飞机飞行速度的测速杆等。飞机发动机气体动力测试、飞机飞行速度的测速杆等。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法55PPT课件2024/7/1256 毕托管结构：标准毕托管用两根不同内径管子同心套接而成，内管通直端尾接头是全压管，外管通侧接头是静压管，S 型毕托管用二支同径管焊接而成，面对气流为全压端，背对气流为静压端，并在接头处标有系数号及静压接头标记号，使用时不能接错。侧面指向杆与测头方向一致，使用时可确定方向，保证测头对准来流方向。利用毕托管感知平均流速气体动压力，通过差压传感器变为相应直流信号，经A/D转换后送入计算机，按公式计算风量值。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法56PPT课件2024/7/1257（2）送风湿度 指鼓入冲天炉内空气的绝对湿度。湿度增加，铁水温度下降，元素烧损，铁水含氧量、白口深度增加，以及铁水流动性下降，焦耗量增加，熔化率下降，废品率增加等问题。用干湿球电信号传感器测量。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法57PPT课件2024/7/1258干球温度计干球温度计湿球温度计湿球温度计干湿球温差效应干湿球温差效应棉纱棉纱7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法干湿球温度计是一种测定气温、气湿的一种仪器。它由两干湿球温度计是一种测定气温、气湿的一种仪器。它由两支相同的普通温度计组成，一支用于测定气温，称干球温支相同的普通温度计组成，一支用于测定气温，称干球温度计；另一支在球部用蒸馏水浸湿的纱布包住，纱布下端度计；另一支在球部用蒸馏水浸湿的纱布包住，纱布下端浸入蒸馏水中，称湿球温度计。浸入蒸馏水中，称湿球温度计。58PPT课件2024/7/1259干干球球温温度度计计湿湿球球温温度度计计刻度盘刻度盘纱布纱布水槽水槽59PPT课件2024/7/1260 根据测出的干球温度和湿球温度，查“湿空气线图”，可以得知此状态下空气的温度、湿度、比热、比焓、比容、水蒸气分压、热量、显热、潜热等资料。例如：干球18度，湿球15度时，其度差3度之纵栏与湿球15度之横栏交叉68度就是表示湿气为68%。通过测得的数值，对照湿空气线图可以计算空气加热，冷却，加湿和减湿的状态变化。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法60PPT课件2024/7/1261湿空气线图湿空气线图61PPT课件2024/7/1262 干湿温度计的干球探头直接露在空气中，湿球温度探头用湿纱布包裹着，其测湿原理就是，在一定风速下，湿球外边的湿纱布的水分蒸发带走湿球温度计探头上的热量，使其温度低于环境空气的温度；干湿球温度计测量出来的就是环境空气的实际温度，此时，湿球与干球之间的温度差与环境的相对湿度有一个相应的关系，但该关系是非线性的。用公式表达起来相当复杂。这两者之间的关系会受好多因素的影响如：风速，温度计本身的精度，大气压力，干湿球温度计的球泡表面积大小，纱布材质等等。相对湿度=水汽分压/饱和蒸汽压（压力、温度一定的情况下）7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法62PPT课件2024/7/1263（3）送风温度 冲入冲天炉内的风温，一般指风箱的温度。送风温度提高，使炉内温度提高，还原性气氛增强，利于铁水高温过热，减少元素烧损，降低焦耗，加快熔化速度。测定风温，用镍铬-考铜热电偶或热电阻接温度变送器，将温度信号变为相应直流电信号作为检测信号。镍铬-考铜热电偶：分度号EA，镍铬合金为正极。因负极考铜中有一半铜，因此易氧化，故适合在还原和中性介质中应用。短时间可测800，长时间测量低于600。优点是热电动势最大，分度曲线接近直线，测量精度高，不足之处是测量温度较低。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法63PPT课件2024/7/1264（4）底焦高度 利用层铁焦比来保证底焦高度。生产上多用经验确定层铁焦比。用摄像测定底焦高度。所谓层铁焦比是指一批炉料中铁料和焦炭重量之比。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法64PPT课件2024/7/1265（5）送风压力 是鼓风机鼓入冲天炉的空气克服炉内炉料阻力产生的。风压变化可指示炉内气流阻力变化，告知炉况是否正常。利用压力计或压力传感器测量。（6）炉气温度 反映熔炼效果。可用镍铬-镍硅热电偶测量。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法65PPT课件2024/7/1266（7）炉气成分 指冲天炉加料口处的废气成分。反映炉子热工效果，判断冶金特性。可用红外线气体分析仪。红外线气体分析仪，是利用红外线进行气体分析。它基于待分析组分的浓度不同，吸收的辐射能不同。剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同，动片薄膜两边所受的压力不同，从而产生一个电容检测器的电信号。这样，就可间接测量出待分析组分的浓度。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法66PPT课件2024/7/1267（8）铁水温度 可用铂铑30-铂铑6热电偶（分度号B，温度1800，）、钨铼热电偶（2000）。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法67PPT课件2024/7/1268（9）铁水化学成分 热分析测试仪。（10）熔化速度 主要取决于鼓风量和耗焦量。与鼓风量成直线关系，与耗焦量成反比关系。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法68PPT课件2024/7/12692、工频感应炉熔化过程参数检测 为单相感性负载，运行时需解决无功补偿和三相平衡问题。普遍采用的是容抗平衡法，即用平衡电抗器和平衡电容器与经过补偿的感应绕组组成平衡三角形，按一定相序接入电网。系统需要检测三相电压、三相电流及主回路相位，或者检测有功功率和无功功率，计算当前应投入的平衡和补偿电容量。此外，需对感应器和电抗器的水温、水压和底部炉衬温度进行监测。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法69PPT课件2024/7/12707.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法70PPT课件2024/7/12717.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法电量变送器起信号调理、变换和隔离作用，它将电气回路中的电压、电量变送器起信号调理、变换和隔离作用，它将电气回路中的电压、电流、相角、温度等信号统一转换为计算机能接受的标准信号。电流、相角、温度等信号统一转换为计算机能接受的标准信号。控制器主机是整个控制系统的核心部分，根据电量变送器送来的控制器主机是整个控制系统的核心部分，根据电量变送器送来的测量测量信号，显示、记录和监视感应炉的运行状况，并信号，显示、记录和监视感应炉的运行状况，并控制补偿电容。控制补偿电容。71PPT课件2024/7/1272电量变送器可分为两部分:1）互感隔离部分为减少现场的干扰信号通过输入信号窜人控制器，并保持原有测量电路的精度，一般采用0.2级的精密互感器导入电量信号。互感器的输入信号标准电压为100V，电流为5A。2）信号调理单元电量变送器的核心是信号调理单元。其主要任务是将输入的各种信号统一变换为0-5V信号，以便控制器主机接收。变送器中电压、电流值变送单元均采用高精度、低噪声的运算 放大器组成线性全波整流电路，并具有调零和输出调整电路，输出为0-5V直流信号。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法72PPT课件2024/7/1273变送器中还具有相位信号的变送单元，电路也由运算放大器组成。由于电路放大倍数 极大，输入的工频电压、电流信号经放大和稳压管限幅后能输出相位不变的脉冲。不同输 人信号间输出脉冲的相位差即反映了三相电压、电流及主回路电压、电流伺的相位差，从而测定它们的功率因数。热电偶用来监测炉衬的温度和铁水温度。炉体打结炉衬时，在底部放入一支带有不锈钢护管的舰偶，以便用于检测炉衬温度。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法73PPT课件2024/7/1274实现无功补偿及三相平衡时还可以测量有功功率或无功功率。有功功率或无功功率测 量采用单相功率变送器，功率变送器的输入为电压互感器的的电压和电流信号，输出值05V的直流电压，此电压反应有功功率和无功功率的大小。输入电压与电流信号反映工频感应炉（包括补偿电容）的输入电压和电流，因此功率变送器输出对应为工频感应炉有功和无功的数值。7.3 7.3 铸造过程信号检测方法铸造过程信号检测方法74PPT课件2024/7/1275 型砂质量的高低对铸件质量有显著影响。而砂处理过程易于实现自动控制，且其处理过程劳动条件差，迫切需要实现砂处理过程的自动化。型砂质量控制参数：含水量 紧实率 成型性 粘聚力 控制形式多种多样。7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制7.4.17.4.1砂处理过程自动控制砂处理过程自动控制75PPT课件2024/7/12761、混砂过程自动控制 混砂机混砂质量的控制主要是要实现型砂含水量、紧实率、成型性、粘聚力等性能的控制。就混砂机混砂过程的控制过程特点来看，可以分成3类控制系统：前测控制系统：在混砂各成分加人混砂机前对混砂量及其成分进行控制；即测控制系统：在混砂机混制型砂的过程中随时检测砂质量，并对过程实现闭环控制；后测控制系统：一次混好 型砂后，根据其质量对下一次混制过程实现控制。7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制76PPT课件2024/7/1277影响大影响大1 1）前测控制系统）前测控制系统前测控制系统需要在混砂前对各成分准确定量，而旧砂所占前测控制系统需要在混砂前对各成分准确定量，而旧砂所占比例最大，影响也最大，其含水量的多少对于型砂的含水量比例最大，影响也最大，其含水量的多少对于型砂的含水量也影响最大。也影响最大。7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制77PPT课件2024/7/1278 以利用电容法检测旧砂含水量进行混砂过程控制的系统为例（图7.23）：运算器输入：运算器输入：旧砂含水量旧砂含水量S旧砂温度电信号旧砂温度电信号T给定混砂量给定混砂量a给定型砂含水量给定型砂含水量b运算器计算可得：运算器计算可得：Y1-混制后型砂应有含水量混制后型砂应有含水量Y2-补偿水分蒸发用水量补偿水分蒸发用水量Y3-旧砂带入水量旧砂带入水量混砂机应加水量：混砂机应加水量：Y=Y1+Y2-Y3=a(b+T-s)7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制78PPT课件2024/7/1279该控制系统由于采用的是电容法检测旧砂含水量，旧砂含水量可允许测量范围为 0.5%4.5%，型砂含水量可控制在2.5%10%之间，控制精度可达0.2%0.3%。实际经验表明，当旧砂中粘结剂含量波动较大时，保持型砂含水量值一定，不仅达不到 预期的效果，还可能造成型砂废品。这时，为了获得较好的型砂工艺性能，重要的是保证水 与粘结剂含量的比值。而成型性、堆积密度及紧实率等型砂性能可以反映出这一特性来。7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制79PPT课件2024/7/1280堆积密度p与含水量W间的线性关系如图7.24所示。7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制80PPT课件2024/7/1281利用这一关系可组成混砂过程控制系统，如图利用这一关系可组成混砂过程控制系统，如图7.257.25所示。所示。旧砂斗旧砂斗1 1和混砂机和混砂机8 8之间安置一大容之间安置一大容器，容器安放在器，容器安放在3 3个电阻应变传感个电阻应变传感器器5 5上，其斗上部设有闸门上，其斗上部设有闸门3.3.容器容器4 4内充满砂后闸门关闭，保证容器内内充满砂后闸门关闭，保证容器内砂体积恒定。计算机砂体积恒定。计算机6 6接收给定的接收给定的型砂含水量信号、水流量传感器型砂含水量信号、水流量传感器7 7信号和温度传感器信号和温度传感器2 2信号。利用称信号。利用称重传感器重传感器5 5给出的信号输给计算机，给出的信号输给计算机，计算出考虑混合料温度在内的实际计算出考虑混合料温度在内的实际含水量，从而可换算出需要的加水含水量，从而可换算出需要的加水量。量。旧砂含水量需在旧砂含水量需在2%-5%之间。之间。81PPT课件2024/7/1282由于粘结剂对型砂质量会造成影响，造成废品，因此必须要保证旧砂中含水量和粘结剂含量的比值，可用成型性、堆积密度及紧实率反映出来。如按旧砂堆积密度和温度控制混砂过程的系统（图7.25）：堆积密度：把粉尘或者粉料自由填充于某一容器中，堆积密度：把粉尘或者粉料自由填充于某一容器中，在刚填充完成后所测得的单位体积质量。在刚填充完成后所测得的单位体积质量。7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制82PPT课件2024/7/1283前测控制系统的特点：优点：（1）混前加水，混合均匀，混砂质量高；（2）可减少旧砂温度对混砂过程的影响；（3）可用于混砂时间短的快速混砂机。不足：（1）开环控制，混砂过程随机干扰无法消除；（2）不能保证型砂其他性能稳定；（3）电路复杂，价格较高，抗干扰能力弱。7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制83PPT课件2024/7/12842）即测控制系统 在混砂过程中及时检测型砂的含水量或其他性能，并与要求的性能指标进行比较，根据比较后产生的偏差值对生产过程的参数进行调节，直到达到要求的性能指标。（1）温度和含水量即测控制系统7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制84PPT课件2024/7/1285（2）紧实率和粘结力即测控制系统7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制85PPT课件2024/7/1286（3）成型性即测控制系统7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制86PPT课件2024/7/12877.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制87PPT课件2024/7/12887.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制88PPT课件2024/7/12893）后测控制系统 以检测混制好的型砂性能指标去控制混砂过程，只能对下一辗型砂起调节作用。多与即测控制系统或前测控制相结合。2、3、4等用于等用于成型性控制系成型性控制系统统7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制89PPT课件2024/7/12902、混砂机连续定量装置自动控制 适合大批量生产。定量形式：重量定量-结构复杂，准确度高，用于前测系统。容积定量-简单，准确度低，用于即测及后测系统。7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制90PPT课件2024/7/12917.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制1 1）定流量控制系统）定流量控制系统91PPT课件2024/7/12922）容积及重量混合控制系统旧砂采用皮带旧砂采用皮带给料机连续定给料机连续定量，粘结剂采量，粘结剂采用重量连续定用重量连续定量。量。7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制92PPT课件2024/7/12933、热砂增湿冷却系统加水量自动控制7.4 7.4 铸造过程自动控制铸造过程自动控制93PPT课件