诺贝丽斯集团普基铝业工程公司全自动化工业4.0铝合金锭半连续铸造系统

发布时间:2020年8月27日 来源:中国有色金属报 作者:王祝堂
新闻导读:普基铝业工程公司(PAE)属诺贝丽斯铝业公司,所研发的全自动化工业4.0铝合金锭半连续直接水冷铸造(DC Castig)系统AUTOPAK已在全世界一些铝厂获得实际应用,效果良好,达到了预期目标。使用企业有:法国敦刻尔克铝厂(Aluminum Dunkerque)、肯联铝业公司纽布利萨克铝业公司(Constellium Neuf Brisach),德国阿卢诺夫铝业公司(Alunorf)、海德鲁铝业公司诺伊斯(Hygdro Neuss)铝厂等。

普基铝业工程公司(PAE)属诺贝丽斯铝业公司,所研发的全自动化工业4.0铝合金锭半连续直接水冷铸造(DC Castig)系统AUTOPAK已在全世界一些铝厂获得实际应用,效果良好,达到了预期目标。使用企业有:法国敦刻尔克铝厂(Aluminum Dunkerque)、肯联铝业公司纽布利萨克铝业公司(Constellium Neuf Brisach),德国阿卢诺夫铝业公司(Alunorf)、海德鲁铝业公司诺伊斯(Hygdro Neuss)铝厂等。

AUTOPAK是诺贝丽斯普基铝业工程公司(Novelis PAE)积40余年的研发成果,经过多次改进,导入了多项自动控制系统,采用多种传感器、控制器、执行器,熔体水平全自动操控,操作起来既灵活又可靠,安全性大大提高,达到了工业4.0各项要求。这套自动控制系统,既适于新建企业,又适于已建成的铸锭系统的改扩建项目。

紧凑式设计

铝合金锭半连续铸造厂地并不宽裕,所以铸造系统装备应尽可能地紧凑些,现有铸造流槽中有一些不足之处,比如,一部分电线电缆直接安于流槽的上方,处于热场和苛刻环境中,有一些企业在铸造旁建有小亭,将控制系统安于其中,必须用灵敏的信号电缆,在安装更换流槽时会被破坏,有些铸造车间为避免这类事情发生,将控制亭直接建在流槽上方,占用了一定的空间,造成混乱。

为避免这些欠妥措施,设计人员把自动控制器金属驱动系统(AUTOPAK Metal Drive System)设计得相当紧凑,同时传感器和执行器都含于其中,为了连接传感器、执行器与PLC(可编程序逻辑控制器)仅用了标准控制器网络母线(CAN bus, Controller area network)与电源连接线。这种紧凑式设计,一方面大大减轻了熔体的热与环境对自动化器件的不良影响,而且留有安装其它装备的足够空间。

灵活的界面(interface)

由于采用了控制器母线(CAN bus),使用名为AUTOPAK界面的数字化控制软件就可以自动调定与控制传感器和执行器,同时利用调定片(web server)就可以将软件与整个系统接通,操作人员可立马检查与调定系统的全部数据。

公司为便于操作掌控自动铸造系统,可提供一块将流槽上方的CAN bus与标准操作网络系统集于一体的操控牌,可将集中铸造区的所有中间参数立即传给主监控系统。执行工业4.0装备的所有功能,预测一些主要装备的运转情况,包括是否需要更换与修理,还可以通过数据的自动化分析,对工艺参数进行调整。

新电容式传感器

新电容式传感器由两个电极组成。形成一个电容式熔体水平传感器,它的作用就是通过测定两个电极之间的电场以及电极与熔体之间的电场确定熔体金属水平。

由于传感器与熔体靠得近,因此必须精准地控制环境温度。普基铝业工程公司采用了新的电容式传感器CS-F240,对传感器零件作了可靠的热保护。由于在设计方面作了这此改进,同时采用了两次测量法,因此铸造车间的环境条件对电容式传感器的工作没有影响,能确保熔体水平测量精准,通常误差小于1mm。此外,为了达到更精准的测量,采用了磁线性编码器,淘汰了敏感电位计。

为了保证在更高温度下能长期工作,试用了新的比热阻抗连接器(specific heat resistant connector)。这种能在严峻工作条件下工作的电气元件,能在高达70℃的高温下稳定可靠地工作,因此环境温度上升对传感器控制模块(sensor control module)工作没有影响,也不影响它们的使用期限。

公司对每个电容式传感器在发货前都进行了全方位的校准试验,能确保其精准性与使用性能。由于新的CS-F 240电容式传感器的机械连接界面与以前生产的传感性界面相同,因此可方便地替换。

流量控制器

由于对电容式传感器在机械方面作了相应的改进,流量控制器的尺寸减小了,质量也下降到小于7kg,因此便于机械集成与组装。控制系统熔体流量始终保持在所需的范围内,一旦发生意外事件,如停电或发生紧急停车事故,耐用坚固的磁性塞钎可立即自动切断熔体流。铸造开始时,塞钎会按程序自动打开,并放出所需要的熔体流量。塞钎还能按指令前进或后退,精准控制流量大小。

可视管理

可以在铸造井内安装一台照相系统,帮助操作人员随时了解井内情况,还可以在控制室内装上警铃,一旦有事就会报警。AUTOPAK Metal Drive System(AUTOPAK 金属驱动系统)有维护记忆功能,新的CS-F240电容式传感器与FC-F100 熔体流量控制器都集成在数字控制插电板内,不管对用户还是对维护人员都能提供更好的工效学(ergonomic)服务。传感器与流量控制器都利用常规耐用的机械零件,好维护,成本也低。在系统包内还附有装备与零件质量规格代码(QR code),可以追溯它们的来龙去脉,大大方便了维护。

2020年年初,德国阿卢诺夫铝厂(Alunorf)铸造线拆下了原来的人工控制设备,换上了新的AUTOPAK Metal Drive System。铝锭铸造生产线真正大规模地用上了新的传感器与控制器。

结束语

2019年,中国原铝产量3593万吨,消费量3655万吨,再生铝产量约700万吨,铝的总消费量4355万吨,其中约34%用于生产压铸件与铸件,另外的66%,即约2874万吨铝(原铝与再生铝之和)用于生产加工材。在生产的加工材中,约有500万吨是用双辊式铸轧带坯轧制的,所以用扁锭轧制与圆锭挤压的加工材约2400万吨,如果综合成品率按68%匡算,则需要铸造约3600万吨扁锭与圆锭。

笔者向铝工业界介绍工业4.0全自动化铸锭技术的原因有两个:一是铸锭铸造技术发展如何,到了哪一步与哪个阶段,我们怎么办,是否应紧跟与超过;二是AUTOPAK Metal Drive System是一套铝合金铸锭全自动化生产线控制系统,不需要人工去操作,操作人员可远离铸造线,只在控制室看看显示屏,全生产线的运转情况就会尽收眼底,可谓是铝工业实现智能制造的一大步,希望国内的铝企可以关注并引进。

责任编辑:王慧