一种有色金属锭的预热装置及预热方法与流程

1.本发明涉及有色金属铸造技术领域，特别是涉及一种有色金属锭的预热装置及预热方法。


背景技术：

2.有色金属锭的预热装置是一种在熔化有色金属零件铸造原料前进行预热的装置，可进行自动拆垛输送、预热、投料。
3.汽车用有色金属零件，尤其是发动机缸盖、缸体等，是采用铸造工艺制成的，铸造前述零件需要大量的铝液，铝液是通过熔化原料铝锭制成的，铝锭是最小单位的原料块，多块多层铝锭被包装成规定好尺寸的铝锭垛。为了生产铝液，当前铸造厂都设置有熔化车间，车间内部安装多台熔化炉，熔化时先将铝锭垛投入熔化炉中，炉中采用大量天然气进行燃烧加热使固态铝锭熔化成铝液。熔化炉中的铝液后续再用转运包转运到铸造车间，倒入进铸造机旁边的保温炉中，后续再进行铸造零件。
4.当前，熔铝锭的熔化炉都配置在单独的车间，需要单独的场地，熔化时采用大量天然气加热熔化铝锭，这种工艺，需要消耗大量的天然气，产生很高的碳排放，大量的热量和燃烧产物直接排入大气环境中，也恶化了作业环境，同时天然气需要单独的输运、监管，天然气的泄露、失火等安全隐患也一直存在。
5.有鉴于此，针对现有技术的不足予以研究改良，本技术提供了一种有色金属锭的预热装置及预热方法。


技术实现要素：

6.因此，针对现有技术的不足，本发明提供了一种有色金属锭的预热装置及预热方法，实现了提前预热，可同时进行自动拆垛输送、预热、投料，以解决现有生产效率低、对环境不友好的问题。
7.第一方面，本发明的实施例提出了一种有色金属锭的预热装置，该装置包括拆垛部、输送部、预热部和投入部，拆垛部包括放置台和机械手单元，所述放置台用于放置金属锭垛，所述机械手单元用于将金属锭搬运到输送部；输送部包括输送槽、输送导轨、底座和推入机构，适配的输送槽和输送导轨设置在所述底座上，所述推入机构设在所述输送槽的起始端，用于将所述输送槽内的金属锭推向所述输送部末端的预热部；预热部包括上箱体和下箱体形成的封闭箱体，箱体两端通过升降门分别与输送部和投入部连通，所述上箱体内和所述下箱体内均设有加热元件和断热板，所述断热板安装在箱体的壳体上，用于隔热，所述加热元件通过断热板固定在壳体上，用于对箱体内的金属锭加热；投入部为两端开口的箱体结构，一端连接预热部的出口端，另一端连接保温炉的投料口，投入部设有保温板，用于对预热后的金属锭保温。
8.进一步地，所述拆垛部还包括框架，所述机械手单元包括x、y、z 向的三维移动轴、一个旋转轴及控制器，所述y向移动轴沿y向可移动的架设在所述框架顶部两根平行梁上，
所述x向移动轴沿x向可移动的设在所述y向移动轴上，所述z向移动轴沿z向可移动的设在所述x向移动轴上，所述z向移动轴的底端设有机械手抓取部，用于抓取金属锭。
9.进一步地，所述拆垛部还包括视觉相机，所述视觉相机设在所述y向移动轴的中部且朝向金属锭垛，所述视觉相机用于采集并计算金属锭的水平和垂直位置误差并负反馈到机械手单元的控制器。
10.进一步地，所述输送部还包括第一支撑座，所述底座设在所述第一支撑座上，所述推入机构可移动的设在所述第一支撑座顶部的进入端，所述推入机构包括伸缩执行器和推头，所述推头设在所述伸缩执行器的端头朝向输送槽中金属锭放置方向，所述推头的数量与输送槽的数量适配。
11.进一步地，所述预热部还包括第二支撑座、第一升降门、第二升降门、第一升降气缸和第二升降气缸，所述下箱体设置在所述第二支撑座的顶部，所述上箱体的壳体与所述下箱体的壳体之间通过一转轴铰接，上箱体可旋转打开，所述第一升降门、第二升降门分别安插在所述预热部箱体的进入端、出口端，所述第一升降气缸、第二升降气缸分别连接并驱动所述第一升降门、第二升降门做升降运动，使预热部箱体的两端开启或封闭。
12.进一步地，所述上箱体内、下箱体内的加热元件是辐射管，上、下箱体内的多根所述辐射管均分别穿插入断热板并固定在箱体壳体上，整体对金属锭表面进行红外线均匀辐射加热，在断热板表面还设有反射板，用于反射红外线到金属锭加热，所述上箱体内辐射管的下部装有护栏杆，所述下箱体内还装有滑轨座和滑轨，所述滑轨座安装在所述下箱体的断热板上，所述滑轨安装在所述滑轨座上，所述滑轨用于支撑金属锭并起导向作用，所述上、下箱体内的辐射管距金属锭表面的净距离均为5～50mm。
13.进一步地，所述上辐射管、下辐射管的形状可根据被加热金属锭的形状和结构设计成直管状、l形状、u形状、w形状、ω形状、s形状或螺旋形。
14.进一步地，所述上箱体内和下箱体内的加热元件为电磁感应线圈盘，所述电磁感应线圈盘包括电磁感应线圈、陶瓷体、线圈升降气缸和导杆，所述线圈升降气缸设在所述陶瓷体一表面中部，用于推动所述电磁感应线圈盘做升降运动，至少两根用于导向的所述导杆分设在线圈升降气缸两侧的陶瓷体表面，所述电磁感应线圈设在所述陶瓷体的另一表面，所述陶瓷体设置在断热板内表面侧，导杆穿插入断热板与壳体中，电磁感应线圈朝向加热区域，所述电磁感应线圈通电产生高频或中频电流，使金属锭表面至内部出现涡流而使金属锭发热升温，所述上、下箱体内的电磁感应线圈表面与金属锭表面的净距离均为1.5～15mm。
15.进一步地，还包括plc控制单元，所述plc控制单元连接并控制所述拆垛部、输送部、预热部、投入部的工作。
16.第二方面，提供了一种有色金属锭的预热方法，采用第一方面的预热装置，该方法包括：
17.步骤s110，有色金属锭垛放置在拆垛部，机械手单元将金属锭搬运到输送部的输送槽中；
18.步骤s120，推入机构将输送槽中的金属锭推送向预热部入口端，入口端升降门上升开启，金属锭进入预热部后，两端升降门均为关闭状态，通过加热元件对预热部封闭箱体内的金属锭快速加热至低于其熔化温度的预定温度，根据生产节拍需要，预定温度可设定
在100℃～500℃之间；
19.步骤s130，金属锭完成预热后，预热部出口端升降门上升开启，预热后的高温金属锭通过投料部投入保温炉中继续进行熔化为液体状态。
20.综上，本发明提出的一种有色金属锭的预热装置及预热方法，可进行自动拆垛输送、预热、投料。该装置实现提前预热铝锭到一定温度，然后结合铸造机现有的保温炉继续熔化已被预热的铝锭，进而实现摒弃当前需要额外的天然气熔化炉来熔铝的工艺，同时实现节能减排的目的，也为使用者节省下熔铝车间的场地。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图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。
22.图1是本发明实施例的一种有色金属锭的预热装置的总体结构示意图。
23.图2是本发明实施例的一种放置在拆垛部的铝锭垛示意图。
24.图3是本发明实施例的一种有色金属锭的预热装置的输送部、预热部轴视图。
25.图4是本发明一实施例的一种有色金属锭的预热装置的输送部剖视示意图。
26.图5是本发明一实施例的一种有色金属锭的预热装置的预热部剖视示意图。
27.图6是本发明一实施例的上/下箱体内的辐射管示意图。
28.图7是本发明另一实施例的预热部上箱体打开轴视示意图。
29.图8是图7中的预热部正视示意图。
30.图9是图7中的预热部剖视示意图。
31.图10是图7中的感应线圈形状一种实施例示意图。
32.图11是图7中的感应线圈形状另一种实施例示意图。
33.图中：
34.10-拆垛部；11-机械手单元；12-放置台；13-框架；14-视觉相机；15
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铝锭；
35.20-输送部；21-输送槽；22-输送导轨；23-底座；24-推入机构；241
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伸缩执行器；242-推头；27-第一支撑座；
36.30-预热部；31-上箱体；32-下箱体；33-第一升降门；34-第二升降门；35-第一升降气缸；36-第二升降气缸；37-第二支撑座；38-断热板； 39-反射板；311-上辐射管；3111-护栏杆；312-电磁感应线圈盘a；3121
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线圈盘升降气缸a；3122-导杆a；321-下辐射管；3211滑轨座；3212滑轨；322-电磁感应线圈盘b；3221-线圈盘升降气缸b；3222-导杆b；
37.40-投入部；
38.50-保温炉。
具体实施方式
39.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的
任何修改、替换和改进。
40.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本技术。
41.本技术以下实施例中的金属锭以铝锭为例说明，本技术的装置和方法不限于铝锭预热，还可应用于其他有色金属锭的预热，
42.铸造车间的铸造机都配备有保温炉，保温炉都具备一定的熔化铝锭能力，若适当提前预热下铝锭就能使保温炉熔化铝锭的时间满足铸造零件的节拍。由此，本技术提供了一种使用电能预热的装置，采用红外热辐射来初步预热铝锭到一定温度，然后自动投入到保温炉中继续熔化已被加热的铝锭，装置前端增加拆垛机，用于实现自动搬运输送铝锭，达到自动化生产。
43.本发明涉及的有色金属锭的预热装置是一种在熔化有色金属零件铸造原料前进行预热的装置，可进行自动拆垛输送、预热、投料。该装置实现提前预热铝锭到一定温度，然后结合铸造机现有的保温炉继续熔化已被预热的铝锭，进而实现摒弃当前需要额外的天然气熔化炉来熔铝的工艺，同时实现节能减排的目的，也为使用者节省下熔铝车间的场地。
44.该有色金属锭的预热装置安装在铸造机保温炉旁边，该装置包括拆垛部、输送部、预热部和投入部，首先拆垛部的机械手单元通过四个轴的运动，将铝锭垛上的常温铝锭自动的一个一个搬送到输送部的输送槽内，当预热部内的铝锭被加热到预定的高温后，此时预热部的两个升降门打开，输送部的推入机构通过推头将输送槽中的常温铝锭推入进预热部，预热部对常温铝锭进行加热。在推入常温铝锭的同时原来在预热部的高温铝锭被常温铝锭推入到投入部，通过投入部进入了保温炉中，保温炉对已是高温的铝锭继续进行熔化。装置的整体轴视图参见附图1：
45.参见附图1～图3，本发明的一种有色金属锭的预热装置，至少包括拆垛部10、输送部20、预热部30和投入部40。拆垛部10包括放置台12和机械手单元11，放置台12用于放置金属锭垛(铝锭垛)，该机械手单元 11用于将金属锭(铝锭15)搬运到输送部20。输送部20包括输送槽 21、输送导轨22、底座23和推入机构24，适配的输送槽21和输送导轨 22设置在底座23上，推入机构24设在输送槽21的起始端，用于将输送槽21内的金属锭(铝锭15)推向输送部20末端的预热部30。预热部30 包括上箱体31和下箱体32形成的封闭箱体，箱体两端通过升降门(第一升降门33、第二升降门34)分别与输送部20和投入部40连通，上箱体 31内和下箱体32内均设有加热元件和断热板38，断热板38安装在箱体的壳体上，用于隔热，加热元件通过断热板38安装在壳体上，用于对箱体内的金属锭(铝锭15)加热。投入部40为两端开口的箱体结构，一端连接预热部30的出口端，另一端连接保温炉50的投料口，投入部40的箱体中或箱体外设有保温板，用于对预热后的金属锭(铝锭15)保温。需要说明的是，本技术的预热装置还可以包括plc控制单元。
46.具体地，拆垛部10还包括框架13，机械手单元11包括x、y、z向的三维移动轴、一个旋转轴及控制器，(框架13是支撑部，框架13上部安装有机械手的四个运动轴机构，可实现横向、纵向、垂直3个方向移动和1个拆垛机械手的旋转)y向移动轴沿y向可移动的架设在框架13顶部两根平行梁上，x向移动轴沿x向可移动的设在y向移动轴上，z向移动轴沿z向可移动的设在x向移动轴上，z向移动轴的底端设有机械手抓取部，用于抓取金属锭(铝锭15)。
47.作为一种可选实施例，拆垛部10还包括视觉相机14，该视觉相机14 设在y向移动
轴的中部且朝向金属锭垛，视觉相机14用于采集并精确计算金属锭的水平和垂直位置误差并负反馈到机械手单元11的控制器。或者，由于铝锭15是标准尺寸，铝锭垛也是可以没有相机来检测，根据铝锭的尺寸逐个的进给运动抓取。本装置中的放置台12安装在框架13下面、输送部20的侧面，铝锭垛暂放在放置台12上，放置台具有承载和定位作用，根据需求可以设置1～3个铝垛和放置台。工作时，运动轴控制将机械手移动到需要抓取的铝锭上，机械手抓取部抓取铝锭，通过运动轴的移动将铝锭搬运到输送部的v型输送槽中。
48.注：铝锭垛是由每层横向或纵向放置的多根铝锭叠放在一起形成的标准原料包装，见图2铝锭垛示意图。
49.参见图3、图4所示，输送部20还包括作为支撑的第一支撑座27，底座23设在第一支撑座27上，推入机构24可移动的设在第一支撑座27 顶部的进入端，推入机构24包括伸缩执行器241和推头242，推头242设在伸缩执行器241的端头朝向输送槽21中金属锭(铝锭15)放置方向，推头242的数量与输送槽21的数量适配。输送槽21用于稳定存放铝锭15 并起移动导向作用，一般为v型，输送槽21存放铝锭15的个数可以根据需要设计成1～3个；推头242与导轨配合实现滑动，导轨起导向、定位作用。伸缩执行器241安装在第一支撑座27上，伸缩执行器241带动推头 242往前伸出规定的长度从而将输送槽21中的铝锭15通过升降门(第一升降门33)推入进预热部30内，然后缩回到初始位置。伸缩执行器241 伸出的长度通过位置传感器检测到，常用的一般为光电传感器。
50.参见图3、图5，预热部30还包括第二支撑座37、第一升降门33、第二升降门34、第一升降气缸35和第二升降气缸36，下箱体32设置在第二支撑座37的顶部，上箱体31的壳体与下箱体32的壳体之间通过一转轴铰接，上箱体31可旋转打开，便于维护，第一升降门33、第二升降门34分别安插在预热部30箱体的进入端、出口端，第一升降气缸35、第二升降气缸36分别连接并驱动第一升降门33、第二升降门34做升降运动，使预热部30箱体的两端开启或封闭。
51.参见图5～图6，作为一种优选实施方案，上箱体34内、下箱体32内的加热元件是辐射管(上辐射管311、下辐射管321)，上、下箱体内的多根所述辐射管(上辐射管311、下辐射管321)均分别穿插入相应断热板38并固定在箱体壳体上，整体对金属锭(铝锭15)表面进行红外线均匀辐射加热，断热板38安装于上、下箱体壳体内部，起隔热作用，壳体由不锈钢制成。在断热板38表面还设有反射板39，用于反射红外线到金属锭(铝锭15)加热，上箱体内上辐射管311的下部装有护栏杆3111，起保护上部辐射管311的作用，护拦杆材料由耐高温不锈钢制成(优选 310s)，下箱体32内还装有滑轨座3211和滑轨3212，滑轨座3211安装在下箱体32的断热板上，滑轨3212安装在滑轨座3211上，滑轨3212用于支撑金属锭并起导向作用，滑轨3212和滑轨座3211都由耐高温材料制成，上、下箱体内的辐射管(上辐射管311、下辐射管321)距金属锭 (铝锭15)表面的净距离均为5～50mm。
52.需要说明的是，预热部30工作时，上箱体31、下箱体32一直是闭合的状态，第一升降门33、第二升降门34在金属锭(铝锭15)推入的短时间内是打开的状态外，其它时间都是下降闭合的，此时预热部30呈封闭腔体，上辐射管311、下辐射管321同时分别加热铝锭15的上、下表面，进而达到快速加热铝锭的目的。
53.上辐射管311、下辐射管321的形状可以根据被加热金属锭的形状和结构设计成直管状、l形状、u形状、w形状、ω形状、s形状或螺旋回形等。
54.参见图7～图11，作为另一种优选实施方案，上箱体31内和下箱体32 内的加热元件为电磁感应线圈盘(电磁感应线圈盘a312、电磁感应线圈盘b322)，电磁感应线圈盘包括电磁感应线圈、陶瓷体、线圈升降气缸和导杆，线圈升降气缸(线圈盘升降气缸a3121、线圈盘升降气缸3221) 设在陶瓷体一表面中部，用于推动电磁感应线圈盘(电磁感应线圈盘 a312、电磁感应线圈盘b322)做升降运动，至少两根用于导向的导杆 (导杆a3122、导杆b3222)分设在线圈升降气缸两侧的陶瓷体表面，电磁感应线圈设在陶瓷体的另一表面，陶瓷体设置在断热板内表面侧，导杆穿插入断热板与壳体中，电磁感应线圈朝向加热区域，电磁感应线圈通电产生高频或中频电流，使金属锭表面至内部出现涡流而使金属锭发热升温，加热时，线圈升降气缸a、b(3121、3221)推动电磁感应线圈盘 a、b(312、322)接近铝锭15表面，加热完成后，线圈升降气缸a、b 缩回拉动电磁感应线圈盘a、b远离铝锭表面，上、下箱体内的电磁感应线圈表面与金属锭表面的净距离均为1.5～15mm。
55.参见图10、图11所示，电磁感应线圈的缠绕形状，可以根据被加热体表面形状和预热部结构的不同设计成不同的形状。
56.同样的，第一升降门33、第二升降门34在铝锭15推入的短时间内是打开的状态外，其它时间都是下降闭合的，此时预热部30呈封闭腔体，电磁感应线圈盘a312和电磁感应线圈盘b322分别在线圈盘升降气缸 a3121、线圈盘升降气缸b3221的推动下接近铝锭15表面，并同时分别加热铝锭的上、下表面，进而达到快速加热铝锭的目的。
57.参见图3所示，投入部40包括外壳和保温板。投入部40一端连接到预热部30出口(第二升降门34一侧)，另一端连接到保温炉50的投料口。当预热部30加热铝锭15到规定的高温时，预热部30的升降门(第一升降门33、第二升降门34)打开，输送部20的伸缩执行器241伸出将输送槽21中的常温铝锭15推入进预热部30，预热部30中的高温铝锭被常温铝锭推入进投入部，进而滑入保温炉50中，继续后续的熔化进程。
58.第二方面，本发明还提供了一种有色金属锭的预热方法，采用第一方面所述的预热装置，该预热方法至少以下步骤s110～步骤s130：
59.步骤s110，有色金属锭垛放置在拆垛部，机械手单元将金属锭搬运到输送部的输送槽中；
60.步骤s120，推入机构将输送槽中的金属锭推送向预热部入口端，入口端升降门上升开启，金属锭进入预热部后，两端升降门均为关闭状态，通过加热元件对预热部封闭箱体内的金属锭快速加热至低于其熔化温度的预定温度，根据生产节拍需要，预定温度可设定在100℃～500℃之间；
61.步骤s130，金属锭完成预热后，预热部出口端升降门上升开启，预热后的高温金属锭通过投料部投入保温炉中继续进行熔化为液体状态。
62.在上述方法中，通过plc控制单元连接并控制拆垛部、输送部、预热部、投入部的工作，具体各部分动作控制参见以下表1。
63.表1有色金属的预热装置动作控制
[0064][0065][0066]
有色金属低压铸造机一般一对一配置一个保温炉，保温炉的容量大小从几百公斤到两吨不等，保温炉的加热功率都设置有较大功率富余，若将这部分加热能力利用起来熔
化铝锭，就可以满足预加热+保温炉加热实现熔化铝锭的目的，在此基础上，发明人对现有技术做了改进创新，发明了本技术的有色金属锭的预热装置及预热方法，实现了天然气熔铝改成用电熔铝，具有显著的节能、减碳效益，在保证现有的铸造节拍下，有效利用了现有的保温炉及周边场地，完成了自动化搬运、预热、熔铝。同时也为使用者节省下熔铝车间的场地，以作它用。
[0067]
综上，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
[0068]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不限制于本技术。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围内。