一种铜圆盘浇铸机定量浇铸过程建模方法技术

本发明专利技术公开了一种铜圆盘浇铸机定量浇铸过程建模方法，该方法应用于包括双摇杆机构和浇铸包的特定的浇铸机，首先根据双摇杆机构的主动摇杆、连杆、从动摇杆和机架的几何约束方程，建立摇杆‑连杆‑浇铸包关联运动模型，由主动摇杆的运动状态解出浇铸包的运动状态；然后根据铜水水力学方程，建立铜水出流流量模型，由浇铸包的运动状态，结合初始铜水量和浇铸包几何尺寸，解出铜水出流流量；融合摇杆‑连杆‑浇铸包关联运动模型和铜水出流流量模型，根据主动摇杆的运动状态解出铜水出流流量。运用本方法建立的圆盘浇铸机定量浇铸模型，能结合浇铸工艺形成定量浇铸的闭环控制，从而获得精度高、外形好的铜阳极板，提升铜阳极板的浇铸优质率。

A copper disc casting machine casting process modeling method

The invention discloses a copper disc casting machine casting process modeling method, this method is applied to include the double rocker mechanism and the specific casting ladle casting machine, according to the active rocker and double rocker mechanism, the connecting rod from the geometric constraint equations of rocker and frame, a rocker rod casting package Association motion model the state of motion, active rocker solution casting motion package; then according to the copper water hydraulics equation, a copper water flow model, the motion state of the casting package, combined with the initial copper content and casting ladle geometry, a solution of copper water flow; fusion casting package Association rocker rod movement the copper water flow model and flow model, according to the motion state of active rocker solution of copper water flow. Using this method to establish the quantitative model of disc casting machine casting, casting process can be combined to form a closed loop control so as to obtain quantitative casting, copper anode plate with high precision, good appearance, high quality casting to enhance the rate of copper anode plate.

【技术实现步骤摘要】
一种铜圆盘浇铸机定量浇铸过程建模方法
本专利技术涉及电解精炼铜及定量浇铸
，尤其涉及一种铜圆盘浇铸机定量浇铸过程建模方法。
技术介绍
电解精炼铜的原料是铜阳极板，为了减少电解精炼过程中的能源消耗，要求铜阳极板具有高精度和良好物理外形。铜阳极板通常由圆盘浇铸机浇铸而成，对浇铸过程的控制决定了铜阳极板的精度和外形。当前浇铸生产实际中，浇铸过程的控制往往凭技术人员的经验完成，因此在实际生产过程中仍然会出现误差过大、生产效率偏低的问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于实现对铜圆盘浇铸机浇铸过程的定量控制。为实现上述目的，本专利技术提供了一种铜圆盘浇铸机定量浇铸过程建模方法。该方法应用于特定的浇铸机，包括双摇杆机构和浇铸包，其中双摇杆机构由主动摇杆连杆从动摇杆和机架构成，最长杆为机架，最短杆为从动摇杆，浇铸包固连在所述连杆上，且连杆与浇铸包拥有相同角速度，首先根据所述主动摇杆所述连杆所述从动摇杆和所述机架的几何约束方程，建立摇杆-连杆-浇铸包关联运动模型，由主动摇杆的运动状态解出浇铸包的运动状态，再根据流体力学、水力学原理，结合铜水流动特点与浇铸包几何边界条件建立铜水出流流量模型，由浇铸包的运动状态解出铜水出流流量。运用该方法建立的圆盘浇铸机定量浇铸模型，结合浇铸工艺形成定量浇铸的闭环控制。可选地，本专利技术求解铜水出流流量具体包括：根据所述主动摇杆与水平正向的夹角变化，求解所述双摇杆机构其余各杆与水平方向的夹角变化，进而获得浇铸包的旋转角度、角速度和平移量；然后根据所述浇铸包的旋转角度、角速度和平移量结合所述铜水出流流量模型解出铜水出流流量。进一步地，本专利技术还可以根据建立的所述铜水出流流量模型，结合浇铸工艺形成定量浇铸的闭环控制。藉此，本专利技术具有以下有益效果：运用本专利技术可以定量描述浇铸过程中铜水出流流量与主动摇杆运动状态的关系，从而能根据主动摇杆的运动状态定量计算铜水出流流量，及时回收浇铸包，使得铜水出流流量与设定值相符，从而获得精度高、外形好的铜阳极板，提升铜阳极板的优质率。而且，所建立圆盘浇铸机定量浇铸模型输出为铜水出流总量，根据铜水出流总量与铜水浇铸状态，控制器实时控制输入端(主动摇杆运动)，形成闭环控制，从而使浇铸平稳运行。其控制逻辑如下：浇铸包开始浇铸时，快速起包，在铜水流出浇铸包前减小主动摇杆转速，度过铜水起始出铜段后，加快主动摇杆旋转速度，以最高效率完成整个定量浇铸过程。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是铜圆盘浇铸机定量浇铸过程建模总体思路流程图；图2是双摇杆机构；图3是浇铸包几何外形；图4是铜水液位在挡流板之上铜水分割图；图5是挡流板左侧铜水分割图；图6是铜水液位在挡流板之下铜水分割图；图7是圆盘浇铸机定量浇铸过程。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，首先根据双摇杆机构传动几何约束，建立摇杆-连杆-浇铸包关联运动模型，获得主动摇杆运动状态与浇铸包运动状态的关系。然后，运用铜水流体力学方程，建立铜水出流流量模型。从而，建立了主动摇杆运动状态与铜水出流流量的关系，获得圆盘浇铸机定量浇铸模型。在图2中，最长杆为机架，最短杆为从动摇杆，AB′C′D、AB″C″D为双摇杆机构的两个极限位置，浇铸包安装在连杆上，最长杆为机架电机驱动运动，从而带动其余杆转动。将双摇杆机构的四杆分别向竖直、水平方向分解，可以建立几何约束方程。如果获得主动摇杆的角度θ0与任意时刻角速度ω1，可得出在任意时刻的连杆旋转角度θ2、旋转角速度ω2和从动摇杆角度θ3、旋转角度ω3，由于浇铸包安装在连杆上，可根据连杆的运动状态得到浇铸包的运动状态。如图3所示，阴影部分表示浇铸包剖面，铜水在浇铸包内。为了避免初始浇铸时铜水由于流速过快而冲出模具，浇铸包内设有挡流板1，将浇铸包空间分隔为两个部分，第一部分2远离浇铸包出口5，第二部分3临近浇铸包出口5，挡流板1以下留有一个矩形窗口4，铜水可通过矩形窗口4流入第二部分3。开始浇铸时，铜水液位高于挡流板最低点，随着浇铸的进行，铜水不断流出，铜水体积逐渐减小，铜水液位随之降低，当液位低于挡流板1最低点时，挡流板1不再具有限流作用。如图4所示，当铜水液位高于挡流板1最低点时，将铜水体积分割为四部分，第一部分铜水位于挡流板1左侧，第二部分铜水位于挡流板1右侧，且位于浇铸包出口下方，第三部分铜水位于挡流板1下方，第四部分铜水位于挡流板1右侧，且位于浇铸包出口上方，每个部分分别建立铜水流体力学方程，解出各部分体积变化量，求和即是浇铸包铜水出流总流量。如图6所示，当铜水液位于低于挡流板1最低点，由于挡流板1不再具有限流作用，将铜水体积分割为两个部分：第五部分位于浇铸包出口5下方，第六部分位于浇铸包出口5下方。运用本方法进行实际浇铸时，如图7所示，起始阶段并无铜水从浇铸包中流出，可使用较大的主动摇杆转度来提高效率，即快速起包；当浇铸包旋转到某角度时，铜水开始流出，此时为了防止流入铸模的铜水因速度过快冲出铸模，浪费铜水，造成安全隐患，在铜水流出浇铸包前减小主动摇杆转速，让铜水平稳地流入铸模，即慢速出铜；度过铜水起始出铜段后，加快主动摇杆旋转速度，此时，若在浇铸包未达到极限浇铸位时，铜水出流流量已达到回收设定值，回收浇铸包。若浇铸量未达到回收设定值，则浇铸包到达极限位并保持在此位置，圆盘浇铸机以最高的浇铸效率进行极限位浇铸，当铸模中铜水量达到设定值，快速回收浇铸包，回收阶段流出的铜水加上回收前流出铜水，正好达到阳极板设定量，完成整个定量浇铸过程。(一)摇杆-连杆-浇铸包关联运动模型根据图2可建立主动摇杆、连杆、从动摇杆和机架的几何约束方程其中l1，l2，l3，l4分别为主动摇杆连杆从动摇杆机架的长度，θi，i＝1，2，3为三杆与水平正向的夹角，正向为逆时针方向。如果已知主动摇杆初始角度为θ1，0，可求出其余各杆与水平方向的初始夹角。将式(1)中各角度θi对时间求导，可得其中ωi为各杆角速度。根据主动摇杆旋转角速度ω1可求出ω2，ω3。如果对时间积分，加上初始角度θ0，可得出任意时刻的连杆旋转角度θ2、从动摇杆角度θ3。由此获得了浇铸包的旋转角度和平移量。(二)铜水出流流量模型浇铸包内总流平衡方程可表示为：求解时，先确定在挡流板左侧的铜水流量。流体是连续的，单位时间通过管道每一截面的流体质量相等。截取流体运动两断面，两断面与此流场流线正交，则连续性方程简化为：两断面的面积与此断面上流速之积恒定，v1，v2为两断面铜水流速，A1，A2为两断面面积。v1为挡流板左侧铜水液面下降流速，v2为挡流板下铜水平均流速，则有v1A1＝v2A2(4)挡流板左侧的铜水在流动时，铜水质量一直减小，运动状态一直在变化，属于非定常流动；铜水在流动过程中，因为具有粘滞性，铜水在运动时需克服内摩擦力，因此流动时机械能有损失，在水流或其他液体运动过程中单位质量液体的机械能的损失称为水头损失hw。依据机械能守恒原理，建立非定常条件总流伯努利方程：hw＝∑hf+∑hm(6)其中ρ为铜水密度，pi为两断面静压，a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜圆盘浇铸机定量浇铸过程建模方法，其特征在于，所述方法应用于特定的浇铸机，所述浇铸机包括双摇杆机构和浇铸包，所述双摇杆机构由主动摇杆

【技术特征摘要】
1.一种铜圆盘浇铸机定量浇铸过程建模方法，其特征在于，所述方法应用于特定的浇铸机，所述浇铸机包括双摇杆机构和浇铸包，所述双摇杆机构由主动摇杆连杆从动摇杆和机架构成，最长杆为机架，最短杆为从动摇杆，所述浇铸包固连在所述连杆上，且所述连杆与浇铸包拥有相同角速度，所述方法包括：根据所述主动摇杆所述连杆所述从动摇杆和所述机架的几何约束方程，建立摇杆-连杆-浇铸包关联运动模型，由所述主动摇杆的运动状态解出所述浇铸包的运动状态；根据流体力学、水力学原理，结合铜水流动特点与浇铸包几何边界条件建立铜水出流流量模型，由所述浇铸包的运动状态解出铜水出流流量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浇铸包的空间被内嵌的挡流板分为第一部分和第二部分，所述第二部分设有浇铸包出口，所述挡流板下方设有一个连通第一部分和第二部分的矩形窗口；所述铜水出流流量模型包括铜水液位高于所述挡流板最低点的模型和铜水液位低于所述挡流板最低点的模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铜水液位高于所述挡流板最低点的模型的建立方法，先将所述浇铸包内铜水分割为第一部分铜水(V1)、第二部分铜水(V2)、第三部分铜水(V3)和第四部分铜水(Vr)，所述第一部分铜水(V1)位于所述挡流板左侧，所述第二部分铜水(V2)位于所述挡流板右侧，且位于所述浇铸包出口下方，所述第三部分铜水(V3)位于所述挡流板底部所覆盖的正下方，所述第四部分铜水(Vr)位于所述挡流板右侧，且位于所述浇铸包出口上方；将流体连续性方程简化为：v1A1＝v2A2其中，v1为所述第一部分铜水(V1)液面下降流速，v2为所述挡流板下铜水平均流速，A1和A2分别为第一及第三部分的断面面积；由于所述第一部分铜水(V1)属于非定常流动，依据机械能守恒原理，建立非定常条件总流伯努利方程：

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋朝辉，周家达，桂卫华，谢永芳，阳春华，沈宇航，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43