高性能镁合金型坯连铸生产线成套电气设备制造技术

高性能镁合金型坯连铸生产线成套电气设备，涉及材料制备电气机械和过程控制技术领域，用于高性能镁合金型坯连铸生产线电气自动化。控制平台硬件为工控机，软件用ＶＢ６．０开发，协调四个双单片机控制的现场管理模块，协调大功率用电设备分时使用电源，无线连接各工序中的无线设备，错误发生时提出容错尺度。借助于储能罐，通过减、调压电控制手段从一台真空泵获得到全程真空保护及导流传输用的４种压力。设计制造了１６０ｋＷ三相／单相矩阵变换变流的串联谐振铁坩埚中频熔化炉，功率器件为１２只１２００Ａ／１７００Ｖ的ＩＧＢＴ组成三相桥，上半桥与下半桥间放置快速熔断器。变质、结晶和牵引工序及电气设备的水冷均采用变频伺服过程控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料制备电气机械和过程控制
,具体是一种高强变形镁合金型坯连铸生产线用的成套电气设备。包括感应熔化炉、保温炉及电磁力搅拌器电气机械；镁 合金真空保护冶炼、镁合金熔体传输、镁合金液体变质与结晶及型坯牵引过程控制。
技术介绍
得益于电力电子技术的进步，目前感应熔炼设备用功率器件，除晶闸管外还有更 多的选择，如MOSraT、IGBT、SIT、MCT等自关断器件。自关断器件的出现，感应熔炼换流技术 由单一的交-直-交变频方式也朝着交-交直接变频的“绿色”电源技术方向扩展,交-交 直接变频的电源系统不需要储能元件,使系统更紧凑，更节能，不足的只是自关断器件的价 格相对高些。交-交直接变频的电路拓扑形式在1976年就提出，实用化则是1979年矩阵 变换器学术思想，可归纳为输出电压增益问题、调制策略以及开关换流三个关键技术。目前 矩阵式变换器在感应熔炼换流技术中的应用，以理论研究居多，有部分实验室样机，实用化 和工业化产品未见报道。三相/单相矩阵变换器驱动感应加热的串联谐振电源系统，谐振槽路来源于负载 感应线圈与电容串联，串联电容目的是向负载提供无功能量提高功率因素，在这样特定环 境下的三相/单相矩阵变换器变频原理也单一了，为工业化实际应用提供了可能。郑州大 学刘平教授指导了研究生王洋2006年5月论文《禾U用IGBT串联的感应加热电源研究》；浙 江大学张仲超教授指导了研究生王剑2006年6月论文《矩阵变换器的研究及其在感应加热 中的应用》，研究生蔡家利2007年6月论文《三相—单相矩阵变换器应用于串联谐振感应加 热的研究》;为三相/单相矩阵变换器应用于串联谐振感应加热做了一系列理论与实践的探 索性研究工作,特别王洋制作了输出功率达到IOKW感应加热电源样机。以上的试验研究均 没有考虑到感应熔炼的复杂工况，与三相/单相的交_交直接变频的感应熔化炉工业化应 用还存在一段距离。
技术实现思路
本专利技术目的是开发一种高强变形镁合金型坯连铸生产线用的成套电气设备，确保 镁合金材料熔化、配制及连铸生产工艺过程安全、稳定及全程自动化，且自身污染小。本专利技术另一目的是最少的能源消耗获得最大生产效率。技术方案及实施方式为以上目的采取如下措施，设计制造了 160kW铁坩埚真空感应熔化炉，ISOkff铁坩 埚真空感应保温炉，使用了三相/单相矩阵变换器驱动的串联谐振感应加热电源技术。生 产线全程真空保护电控技术，包括加料仓中加料测控作业、熔化炉和保温炉的双真空测控 作业、熔体的差压输送作业；还包括螺旋给料、旋转磁场和牵引机伺服控制作业。本专利技术的特征在于，①生产线控制平台②生产线全程真空保护电控制③生产线感 应熔化炉及控制④生产线各工序作业及伺服控制高性能镁合金型坯连铸生产线在控制平台协调下工作，三级控制策略，即控制平台一现场管理一工序作业。控制平台F设的现场管理是一个工序或几个工序的组合，本发 明中的现场管理的中心是围绕熔化工序或保温工序，其他工序配合完成指定的任务；工序 是借助电气机械完成的最基本作业，控制电气的设备按照指定程序运行完成生产线自动化 过程。工序作业的现场安放数量不等,类型不同的传感器来返回当前的运行状况,带无线收 发功能的传感器可将运行状况同时报送现场管理和控制平台。三级控制中，每一级控制都 有自己权属空间。图la,高性能镁合金型坯连铸生产线控制流程图，描叙了型坯连铸生产线的组织 方式。控制平台是一台具有无线收发能力的稳定工控机,无线收发硬件接口和控制平台软 件均为自主研发，控制软件幵发平台VB6. 0，图Ib是控制平台应用的一个实例页面。图2,生产线全程真空的组织管理及电控制。系统中共设置4种压力，分别为蒸发 压(指原材料油污、水汽蒸发和浮尘挥发时的压力)、熔炼压(指真空屏障的压力)、坩埚 压(指液体镁合金不蒸发的压力)及导流压。蒸发压通常不变；熔炼压和坩埚压与冶炼的 镁合金材料性质有关，材料一定熔炼压也不变化；导流压在导流期间是变化的，非导流时保 护保温坩埚中的液体。比较前三者绝对压力可知，坩埚压最高，蒸发压最低。用一台真空泵 产生蒸发压力,借助储能罐,通过减压方式得到熔炼压和导流压,坩埚压可从熔炼压减压得 至IJ。考虑到冶炼过程中镁液蒸发压随温度发生的变化,控制电气中配备电动V型球阀实时 调整。导流压通过减压阀与电动V型球阀组合得到导流要求的压力。为适应测温和测压力 的需要，自主研制了非接触测温、绝对压力测量双功能无线传感器，同时测量熔化坩埚和保 温坩埚的压力和温度。图3a, 160kff三相/单相串联谐振铁坩埚真空感应熔化炉变频及调功原理图。图 3b，双单片机现场管理的硬件系统电原理图。由图3b-l三相/单相变频功率模块组件，在 三相工频输入到单相中频输出的变流中，使用了 12只1200A/1700V的大功率IGBT。12只 IGBT均分在三相电源上构成为三相桥,2只共e的IGBT构成上半桥,程序上设计为允许工 作在正半周的工频电流通过；2只共C的IGBT构成下半桥,允许工作在负半周的工频电流 通过；—丨二半桥与下半桥间的快速熔断器是同相短路时保护IGBT的最后保护措施。三相桥的 两公共端分别与串联在其上的感应圈负载和补偿电容相连。在工频侧加入LC滤波器减轻 感应熔化炉高次谐波对供电源造成的干扰。Rogowski线圈分别采集工频侧桥路的电流，得 到三相工频电压的换相点；测量感应线圈电流的霍尔传感器,获得中频谐振电流的过零点。 感应炉工作期间，输入电压与谐振电流完全同相且功率因素为1时，得到满功率输出；不完 全同相或功率因素不等于1则功率降低。为在整个感应熔化期间补偿功率因素到1，系统中 串联的补偿电容其中一部分可调，选用小功率IGBT作开关器件。图3b-2、图3b-3是以熔化 炉为中心，由双单片机构成的现场管理系统，图3b-2ADuC841单片机负责采集工频电压换 相点，中频电流过零点，接收控制平台协调指令，综合处理后，向图3b-4发出请求，驱动功 率元件工作获得功率；在图3b 7中的无线收发模块主要是遇到灾难事件，如漏炉第一时间 停止加热功率；图3b 3AI)UC812单片机负责驱动加料作业(见加料工序)，通过图3b-6与 控制平台保持紧密的联系,熔化炉熔化状况可通过图3b-6USB接口记录到U盘中，为熔炼的 最佳方案选择提供技术资料。加料工序，电气机械为1台蜗杆减速机和1台升降机,2台套加料设备。减速机用于启闭炉料进仓门和炉料转运，作旋转运动；升降机启闭炉料出仓门，作直线运动。初始状 况，进、出仓门关闭；加料小车停加料位；图2，快速排放阀11得电，换向阀14、15失电；此时 加料仓气压与仓外相同。运动节拍为，图2-12减速机正转(开进仓门)一减速机暂停(等 待加料)一开关动作(加料完毕)—减速机反转(关进仓门)一图2换向阀15线包得电 保持(仓内达蒸发压)一图2换向阀14线包得电保持(仓内达熔化压)一图2-13升降机 正转(幵出仓门、预热)，减速机反转(加料小车到运动，给料)，减速机正转(加料小车返 回加料位)一升降机反转(关出仓门)—换向阀14线包失电一快速排放阀得电，完成了一 次加料作业。熔化工序，电气机械为熔化炉,2台套熔化设备,感应圈和炉壳冷却变频供水装置。依据三相/单相矩阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
高性能镁合金型坯连铸生产线成套电气设备，包括①生产线控制平台②生产线全程真空保护电控制③生产线感应熔化炉及控制④生产线各工序作业及伺服控制本专利技术的特征在于，一台具有硬件无线收发接口的工控机（ｗｉｎＸＰ操作系统），装载自主研发控制软件（ＶＢ６．０开发平台），将主要的６个工序作业组合为四个现场管理独立模式运行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王仁辉，
申请(专利权)人：王仁辉，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]