专利名称：测定熔铸炉中液态金属量的方法
技术领域：
本发明涉及一种测定熔铸炉中液态金属量的方法。
背景技术：
由于许多原因，需要精确地知道在浇注前、浇注中以及浇注完成后的整个过程中有多少金属始终存在于熔铸炉中。在铝螺栓以及轧制用铝锭的半连续铸造过程中，通常使用可盛装60～80吨液态铝的熔铸炉。为了确保铝螺栓和轧制用铝锭被浇注到一个特定的长度，在浇注前掌握熔铸炉中铝的量是很重要的。而且，掌握浇注完成之后熔铸炉中所剩余铝的量也是很重要的，这是因为熔铸炉中剩余的金属量将构成在熔铸炉中所制备的下一包铝水的基础，为了在熔铸炉下一包铝水的生产过程中对铝合金进行正确的分析，必须对该金属量加以研究。
已知由于熔铸炉炉衬的磨损而使容积增大以及由于废渣的沉积而使容积减小，熔铸炉的有效容积是随着熔铸炉的使用而变化的。例如，用来熔化铝的新的熔铸炉可以盛装60吨的铝水，而使用两到三年后则可盛装70吨铝水。
已经知道利用称重的方法来确定在这种熔铸炉中金属的量，但是由于多种原因，人们发现维持一个稳定的称重系统对于这种熔铸炉来说是很困难且昂贵的。这样的炉体结构其自重可达200-300吨并且在生产过程中还承受着很大的热应力和机械应力。此外，也很难将炉子因炉衬磨损而产生的容积变化考虑进去，因为要将炉子完全排空才能称得空炉重量。称重系统的配衡也需要将熔铸炉完全排空，称重系统的校准也需要将熔铸炉完全排空并且还要将已知的配重加入炉中。这些操作都将中断熔铸炉的操作。并且称重系统仅能用于记录熔铸炉中的金属量而不能记录在熔铸炉出口与铸型之间的流槽和过滤器等部件中的液态金属量。此外，当称重系统超出校准精度时它无法自我检测。这意味着对称重系统必须定期进行校准或检测。
发明内容
因此需要一种可靠的方法来计算熔铸炉中的金属量，在浇注过程中的任意时刻，熔铸炉中的金属量以及在熔铸炉与铸型之间的流槽系统中的金属量都能计算，并且该方法还应考虑到熔铸炉中的磨损和其它容积变化。
本发明的目的是提供一种测定可倾动熔铸炉中金属量的方法，该方法基于通过监测浇注过程中任意时刻从熔铸炉中流出的金属量。
因此，本发明涉及一种测定盛装在可倾动熔铸炉中的液态金属量的方法，该方法的特征在于，在熔铸炉出口处的一个基准金属液面上，建立并维持一条表示熔铸炉内金属量与炉子倾斜角度之间函数关系的基准曲线；当由于实际金属液面与所述基准面间存在偏差而进行修正之后，在浇注过程中，熔铸炉在任意倾斜角度下所盛装的金属量都可从该基准曲线读出。
与炉子倾斜角度成函数关系的熔铸炉内金属量的基准曲线最好通过下述方法得到，即先根据熔铸炉的几何尺寸计算出一条关于熔铸炉中金属量的曲线，然后在炉子从一个倾斜角度向更大倾斜角度转动的多个间隔过程中，使熔铸炉出口处的金属液面保持恒定，记录从熔铸炉中流出的金属量；根据炉子从一个倾斜角度向更大倾斜角度转动的多个间隔过程中所记录的金属流出量，计算从熔铸炉流出的金属量与倾斜角度之间函数关系的准确曲线的对应斜率；用已知量的金属充填所述熔铸炉并将熔铸炉倾动到某个倾斜角度，在该倾斜角度金属液面升至熔铸炉出口中的基准液面，这样就确定了一个在一具体倾斜角度下与熔铸炉中的已知金属量相对应的点，并且所述表示熔铸炉中的金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线通过这个在具体倾斜角度下的熔铸炉中金属量的已确定的点。
按照一个优选的实施例，根据向熔铸炉填充的已知金属量及其对应的倾斜角度来确定基准曲线上的多个准确点，其中在倾动过程中在该倾斜角度下炉内金属液面升至基准液面。
建立基准曲线时，当金属从一个倾斜角度倾动到更大倾斜角度之间流入一个或多个铸型而同时保持熔铸炉出口处的金属液面恒定时，记录从熔铸炉流出的金属量。根据铸型的数量、铸型的横截面、任意时刻铸型的长度以及金属的密度来计算浇注到铸型中的金属量。这些数据可以很容易地记录并存储在计算机中。
用一个或多个传感器监测在熔铸炉出口以及流槽系统中的金属液面。在浇注过程中，只要实际的金属液面与基准液面平齐，则熔铸炉在某个倾斜角度下所盛装的液态金属量都可以从基准曲线读出。如果实际记录的金属液面与基准液面间有偏差，用下述方法对熔铸炉中的金属量进行调整如果实际记录的金属液面比基准液面高，则通过加入一个修正量来调整所记录的熔铸炉中金属量，这个修正量对应于炉内高出基准面的那部分金属量。在炉内基准面和所记录的实际金属液面之间的金属量可以根据炉子的几何尺寸、倾斜角度以及从基准面到所记录的实际金属液面之间的距离来计算。
如果所记录的实际金属液面低于基准面，那么上述修正可以通过从由基准曲线得到的熔铸炉中金属量减去所述修正值来实现。
为了控制基准曲线，对于每一炉浇注，记录熔铸炉在从一个倾斜角度转至更大倾斜角度的多个间隔中所流出的金属量，并且根据这些记录数据计算一个与基准曲线相比较的曲线。基于所记录的炉子浇铸的金属量与倾斜角度的函数关系计算得到该曲线，以便与相对于基准曲线给出可接受极限值的曲线进行比较。如果在熔铸炉的一次或多次连续浇注中所述计算得到的曲线普遍超出基准曲线的极限值，则需要查找导致这种情况出现的可能因素。
如果发现该因素是没有正确记录从熔铸炉流出的金属量，那么不需要对基准曲线进行校正。如果不是这种情况，那么根据前几炉次或后几炉次浇注的斜率重新建立一条表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线。如果在超过极值曲线之前所计算的曲线在浇注之间的变化不大，那么最好根据当前最近的几次浇注重新建立一条表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线，因为这时变化的原因是炉子容积的缓慢变化，例如由炉衬磨损引起的变化。
如果某一次浇注所计算出的曲线与前几次浇注的差别很大，最好根据以后的几次浇注重新建立一条表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线，因为在这种情况下偏差可能是由于熔铸炉的容积突然变化造成的，例如炉衬发生较大部分的坍塌引起的。
利用这种方法可以对基准曲线实现连续控制并且在任何时候都可以用一条新的基准曲线代替它。
由于在浇注过程中可以随时知道熔铸炉中的金属量以及从熔铸炉出口到铸型之间的流槽系统中的金属量，因此利用本发明的方法可以进一步得到更多的优点。在垂直浇注多个拟被浇铸成预定长度的铝或铝合金的螺栓或轧制用锭材的过程中，可以随时使用该方法，例如如果有时在浇铸过程中，当发现熔铸炉中和流槽系统中剩余的金属量太少以致不能将螺栓或锭材浇铸到预定长度时，可以关闭一个或多个螺栓或锭材铸型，以确保其余的螺栓或锭材能浇铸到预定长度。
在浇注结束时，可以得到熔铸炉中的剩余金属量并且当进行熔铸炉中下一炉金属的化学分析计算时可以考虑这个剩余金属量。
进而，所使用的基准曲线可以被存储并用来监测炉子情况，例如炉衬磨损或坍塌。由于基准曲线给出了熔铸炉中金属量与其倾斜角度间的函数关系，因此通过比较存储的基准曲线，就可以分析出炉子的哪部分炉衬磨损最严重，并且据此可以确定修补炉衬的准确时间。
本发明的方法还具有这样的优点，即根据在以前浇注过程中存储的数据可以随时校准和调整表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线。
在实际应用中发现，通过使用本发明的方法，对于可容纳60吨液态金属的熔铸炉可以得到超过±1000千克的精度，并且精度随着倾斜角度的增大而提高。
由于通常情况下监测炉子的计算机可以用来记录所需数据，所以本发明的方法可以很容易地应用于现有的可倾动熔铸炉上。
附图简述
图1是带有流槽系统的一个可倾动熔铸炉的俯视图，图2是沿图1中I-I线截取的垂直视图，图3是一条表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的计算曲线，图4示出一条表示从熔铸炉中流出的金属量与其倾斜角度之间函数关系的曲线A，以及一条表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线B，以及图5表示一条具有极限值的基准曲线B。
优选实施例详述图1和图2表示了一个用于浇注铝水的熔铸炉1。炉1可倾动并且具有一个出口2。当炉1倾动时，从出口2流出的金属充填第一流槽3、过滤装置4、第二流槽5以及位于浇注台7上的分配流槽6。金属从分配流槽6被分配到多个用于垂直浇注螺栓8的铸型(未示出)中。在浇注过程中，螺栓8的下端放置在一个可垂直移动的平台9上，在浇注过程中利用一个液压缸10可使所述平台9下降。平台9用常规的方法放置在一个浇注坑中(未示出)。
在浇注过程中，尽可能地使第一流槽3、第二流槽5以及分配流槽6中的金属液面保持稳定。通过调整熔铸炉1的倾斜角度来调整所述液面。
利用传感器12监测金属液面。虽然图2中示出了两个传感器12，但是也可使用一个或多于两个的传感器。为了按照本发明建立起一条表示熔铸炉1中金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线，先利用一条表示熔铸炉中金属量与熔铸炉1倾斜角度之间函数关系的计算曲线。图3表示的就是这样一条计算曲线。本发明的方法不要求计算曲线能正确地表示熔铸炉1中金属量与其倾斜角度之间的函数关系。
在浇注过程开始时，倾斜熔铸炉1使金属液从熔铸炉出口2流出并充填流槽3、4、6以及过滤装置5至基准面11，然后再使金属液流入螺栓8的铸型中。
为了确立熔铸炉1的倾斜角度与其中金属量之间的关系，进行以下步骤根据基准金属液面11计算流槽3、5、6及过滤装置4中容纳的金属量。这可以利用例如流槽和过滤装置的已知几何尺寸以及任何其它方法来完成。浇注到螺栓8铸型中的金属量可以根据金属密度、螺栓8的横截面积、螺栓8的数量以及螺栓8在浇铸过程任意时刻的长度连续地计算出来。同时，利用传感器12监测流槽系统中的金属液面与金属基准液面11的偏差，并且按照前述方法对从熔铸炉流出的金属量进行校正。根据上述数据，在浇注过程中的任意时刻都能计算和存储从熔铸炉流出的金属量。该步骤优选地通过将所需要的数据提供给一台计算机来完成。
熔铸炉1从倾斜角度t(1)转至一个更大倾斜角度t(2)时所流出的金属量可根据在两个倾斜角度记录的数据来确定。这样需要流槽系统中的金属液面从倾斜角度t(1)转至倾斜角度t(2)时保持恒定。如果金属液面在从倾斜角度t(1)转至倾斜角度t(2)时发生变化，那么必须如上所述对从熔铸炉流出的金属量进行调整。
假设熔铸炉1在倾斜角度t(1)时的金属体积在图3所示的曲线上，然后将倾斜角度t(2)时的金属量画在图3所示的曲线上。连接表示倾斜角度t(1)和倾斜角度t(2)处金属量的点的直线将表示图3金属量曲线在t(1)到t(2)间隔处的斜率。在浇注过程中的多个倾斜角度的间隔中，重复记录熔铸炉从一个倾斜角度转至一个更大倾斜角度时所流出的金属量，这样在多个倾斜角度间隔中的实际金属量曲线的斜率就可计算出来。在图3中为简单起见仅仅示出了这种记录数据。如果金属液面与基准液面11存在偏差，那么必须如上所述对从熔铸炉流出的金属量进行调整。
在熔铸炉1的多次浇铸中重复对上述斜率记录，这样在每个间隔中都能记录多条平行的斜率线。
根据上面计算的斜率，在记录了从炉子所流出金属量的那些斜率间隔内，构造一条表示从熔铸炉中流出的金属量与其倾斜角度之间函数关系的实际曲线。图4就示意了这样一条曲线A，它表示从熔铸炉中流出的金属量与熔铸炉倾斜角度之间的函数关系。
如上所述，作为图4中曲线A构造基础的斜率是根据熔铸炉1在从一个倾斜角度转至一个更大倾斜角度的多个间隔中所流出的金属量来计算的。因此曲线A没有给出熔铸炉在某个倾斜角度所容纳金属量的准确值。为了使图4中的曲线A能表示熔铸炉在某个倾斜角度所容纳金属量的准确值，按照下列步骤对曲线A进行调整1.完全倒空熔铸炉。
2.将已知量的金属充入熔铸炉。
3.将熔铸炉1的出口2关闭并使熔铸炉倾动到某个倾斜角度，在此使出口2中的金属液面位于基准金属液面。
将这个倾斜角度在图4的曲线中用点P标出。然后使所构造的曲线A沿图4中曲线A的体积轴交错排列直到它与点P相交。从而得到一条表示熔铸炉1中金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线B。
如上所述，曲线A和基准曲线B仅仅在已测定斜率的倾斜角度范围内是有效的。因此对于一个满的或接近填满的熔铸炉或者接近排空的熔铸炉来说，基准曲线B是无效的。但是，可以通过重复上述确定图4中点P的步骤来使基准曲线B延伸到很小或很大的倾斜角度。这样就可以用已知量的金属充满或接近充满熔铸炉，然后在关闭出口2的情况下将熔铸炉倾斜到使熔铸炉出口2中的金属液面与基准面11平齐的倾斜角度，从而确定基准曲线B的起始点。利用同样的方法，向空熔铸炉中加入已知较少量的金属并确定与该金属量对应的倾斜角度，从而能够在基准线B中绘制出与很大倾斜角度对应的点。
当基准曲线B建立后，将如图5中曲线C和D所示的极限值曲线绘制在基准曲线B的两侧。
现在可以使用基准曲线B来确定在以后的浇铸过程中熔铸炉中的金属量，直到一条新的修正过的基准曲线被建立起来。
熔铸炉中的金属量从基准曲线B读出。然而，如果实际金属液面与基准液面11之间存在偏差，那么必须利用下述方法对由基准曲线B得到的金属量进行调整如果实际记录的金属液面高于基准液面，那么通过加入一个修正值来调整由基准曲线B得到的熔铸炉中金属量，这个修正值对应于炉内高出基准液面11的那部分金属量。在炉内位于基准液面11和所记录的实际金属液面之间的金属量可以根据熔铸炉的几何尺寸、倾斜角度以及从基准液面11到所记录的实际金属液面之间的距离来计算。
如果所记录的实际金属液面低于基准液面11，那么上述修正可以通过从由基准曲线B得到的熔铸炉金属量中减去所述修正值来实现。
按照上述有关建立基准曲线B的方法，对于每一炉浇注，记录熔铸炉从一个倾斜角转至更大倾斜角度的多个间隔中所流出的金属量，由此控制基准曲线B。存储并采用这些数据来计算一条表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的曲线。将该曲线与基准曲线B比较，如果计算曲线大体上位于曲线C和D之间的区域，那么同样的基准曲线B可用于下一次浇注。用这种方法，在每一次浇注中将表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的计算曲线与基准曲线进行比较。因此可以知道在浇注过程中的任意时刻熔铸炉中所剩余的金属量，从而确保得到预定长度的螺栓。进而可以知道浇注完成以后熔铸炉中的金属量。
如果在一次或多次浇注中，表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的计算曲线没有落在由图5中曲线C和D所限定的区域内，那么控制从熔铸炉流出的金属量的正确计算。如果这个计算是正确的，那么利用上述方法建立一条新的基准曲线。
权利要求
1.一种测定可倾动熔铸炉中液态金属量的方法，其特征在于，在熔铸炉出口处的一个基准金属液面上建立并维持一条表示熔铸炉内金属量与炉子倾斜角度之间函数关系的基准曲线；当由于实际金属液面与所述基准面之间存在偏差而进行修正之后，在浇注过程中熔铸炉在任意倾斜角度下所容纳的金属量都可从该基准曲线读出。
2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，熔铸炉出口处的基准金属液面是利用传感器监测的。
3.一种如权利要求1-2所述的方法，其特征在于，如果实际的金属液面与基准面之间存在偏差，那么利用一个与熔铸炉中高于或低于基准液面的体积变化相对应的量来对由基准曲线得到的熔铸炉中金属量进行修正。
4.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线通过下述方法得到，即根据熔铸炉的几何尺寸计算出一条关于熔铸炉中金属量的曲线，然后在炉子从一个倾斜角度向更大倾斜角度转动的多个间隔过程中，使熔铸炉出口处的金属液面保持恒定，记录从熔铸炉中流出的金属量；根据炉子从一个倾斜角度向更大倾斜角度转动的多个间隔过程中所记录的金属流出量，计算出从熔铸炉流出的金属量与倾斜角度之间函数关系的准确曲线的对应斜率；用已知量的金属充填所述熔铸炉并将熔铸炉倾动到某个倾斜角度，在该倾斜角度金属液面升至熔铸炉出口中的基准液面，这样就确定了一个在一具体倾斜角度下与熔铸炉中的已知金属量相对应的点，并且所述表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线通过这个在具体倾斜角度下的熔铸炉中金属量的已确定的点。
5.一种如权利要求4所述的方法，其特征在于，当金属从一个倾斜角度转至更大倾斜角度之间充填到铸型而同时保持熔铸炉出口处的金属液面恒定时，记录从熔铸炉流出的金属量。
6.一种如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据向熔铸炉装入的已知金属量及其对应的倾斜角度来确定基准曲线上的多个准确点，其中在倾动过程中在该倾斜角度下炉内金属液面升至基准液面。
7.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每一次浇注，记录熔铸炉从一个倾斜角度转至一个更大倾斜角度的多个间隔中所流出的金属量，并且根据这些记录数据计算出一个与基准曲线进行比较的曲线。
8.一种如权利要求7所述的方法，其特征在于，如果对于一次浇注，计算所得的表示金属量与倾斜角度之间函数关系的曲线在基准曲线的预定极限值之内，那么该基准曲线可用于熔铸炉的下一次浇注。
9.一种如权利要求7所述的方法，其特征在于，如果计算所得的表示金属量与倾斜角度之间函数关系的曲线在基准曲线的预定极限值之外，那么根据前几次或后几次浇铸所记录的斜率建立一条新的基准曲线。
全文摘要
本发明涉及一种测定可倾动熔铸炉中液态金属量的方法。在熔铸炉出口处的基准金属液面上建立和维持一条表示熔铸炉中金属量与其倾斜角度之间函数关系的基准曲线,当由于实际金属液面与所述基准液面间存在偏差而进行修正之后,熔铸炉在浇铸过程中的任意倾斜角度下所容纳的金属量都可从该基准曲线上读出。
文档编号B22D46/00GK1183065SQ96193674
公开日1998年5月27日 申请日期1996年4月19日 优先权日1995年5月2日
发明者A·伯奇 申请人:工业讯息技术有限公司