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《南昌大学》 2011年
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基于电渣重熔的大型铸锭成型关键技术研究

唐建军  
【摘要】:近年来,我国装备制造业水平进一步提高,装备制造业的一个突出技术发展趋势是极端制造,其中一个方向是朝着超大发展,电力、石化、冶金等领域装备大型化、复杂化对大型铸锻件行业提出了更高要求,未来10-15年将是中国推进工业化的关键时期,电力、石化、冶金、船舶等行业都将继续快速发展,孕育着对大型铸锻件的空前需求,而我国在大型铸锻件的自主技术水平与生产能力上严重不足,与此对应的却是国际上大型铸锻件明显的供不应求,依靠国外大型铸锻件,价格高昂,交货周期长,而且关键时候,国外对我国的技术封锁,且限制出口。因此大力发展我国自主技术的优质大型铸锻件,具有十分重要意义。 由于大型铸锻件产品的自身特点,要求优质的大型钢锭必须含杂质元素少;气体和夹杂物含量低;化学成分均匀,即偏析要小。而实际上,钢锭越大,这些要求越难实现,反而会有更多的缺陷产生。 电渣重熔工艺具有设备要求低,且同时具有以下优点:金属纯净、组织致密、成分均匀、表面光洁,在具有优良产品性能的同时,工艺的稳定性与质量的重现性高,且生产灵活,可生产各种锭型。电渣重熔工艺还有两个重要特点,即:电渣冶金的连续性与可叠加性,电渣重熔可通过更换自耗电极连续生产,以及可通过多台设备同時连续生产一个大型构件,这些特性决定了电渣重熔工艺在生产大型铸锻件上可以发挥重要作用! 但是简单的将电渣重熔系统扩大用于生产大型铸件,会面临着一些问题,如电效率降低,电渣长时间工作的稳定性,由于结晶器增大而带来的控制顺序凝固作用减弱,中心缩孔、疏松,电极更换时造成的工艺参数波动等,这些对铸件质量及其稳定性均会造成影响,因此有必要对电渣重熔生产大型铸件进行深入研究。 基于以上目的,本文提出了两种全新的基于电渣重熔工艺生产大型铸锭的方案,并设计了用于现在常用的抽锭式电渣重熔连铸设备的通用自动控制系统,具体内容如下: (1)研究、设计了采用电渣重熔复合技术生产大型铸锭的方案,利用数模模拟与试验验证的方法,分析了该方案的可行性。通过数值模拟的结果显示,在电渣重熔过程中,自耗电极的末端将产生电流密度高的高温区,它具有使芯锭表层快速熔化的能力,有利于芯锭与熔融金属液的复合,为大型铸锭的生产创造条件;加大重熔电流或电压、增加电极在电渣中的插入深度、减小自耗电极与芯锭之间的距离等措施有利于实现芯锭与熔融金属液的复合,但在具体操作时,需要考虑操作的可行性与对设备的耐受性。 (2)研究设计了一种电渣浇铸实现大型铸锭的方案。该方案采用有衬电渣炉实现金属的熔化与提纯,以获得纯净的优良金属液,并可获得较高的功率因数,具有明显的节电效果。这些金属液在滑动水口的控制下,汇集并贮存于中间包内保温,用于大型铸锭的浇铸。为了解决浇铸过程中的缩孔、疏松等问题,提出在金属结晶过程中,利用高压气体的压力以及合适的振动制度以使铸件的结晶向有利的方向发展。 (3)针对常用的抽锭式电渣重熔连铸设备,设计了一种通用自动控制系统,用于抽锭全过程的自动控制、参数记录及质量监控。该系统采用PLC作自动控制执行器,工控机作上位机,实现电渣重熔工艺参数的设定、重熔过程的记录、监控以及打印。自动控制系统着重解决了电极的进给、金属液位的检测与稳定、铸锭的抽出等的自动控制。该系统实现了对一个完整大锭重熔全过程的自动控制,对于铸件质量的稳定、提高生产率、降低劳动强度具有重要意义,且具有通用性,亦可用于电渣企业实现技术改造与升级。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TF14;TF777

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 葛蓓蕾;电渣重熔中渣成分变化对电渣冶金过程影响的数值模拟[D];西安建筑科技大学;2016年
2 陈慧娜;基于抽锭式电渣重铸自动控制系统研究[D];江西农业大学;2012年
【参考文献】
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【共引文献】
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2 张俊婷;Cu-Fe合金亚稳液相分离行为与性能的研究[D];太原科技大学;2014年
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8 唐建军;基于电渣重熔的大型铸锭成型关键技术研究[D];南昌大学;2011年
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2 葛蓓蕾;电渣重熔中渣成分变化对电渣冶金过程影响的数值模拟[D];西安建筑科技大学;2016年
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7 许凤叶;基于CA的焊接接头微观组织演化仿真方法研究与系统实现[D];哈尔滨工业大学;2011年
【同被引文献】
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6 陈艳梅;电渣重熔过程中渣成分变化机理研究[D];西安建筑科技大学;2011年
7 赵准;双电渣轧辊复合技术的研究[D];南昌大学;2008年
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【二级引证文献】
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1 吕彦杰;钢厂电渣炉电极控制系统设计[D];河北科技大学;2014年
【二级参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 刘东戎;TiAl合金锭凝固组织形成的数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 丁恒敏;铸造合金的微观组织模拟[D];华中科技大学;2005年
3 龙文元;铝合金凝固过程枝晶生长的相场法数值模拟[D];华中科技大学;2004年
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6 陆秋敏;电渣重熔工艺中渣金两相流动、传热及凝固的研究[D];东北大学 ;2009年
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10 梁洪铭;电渣重熔过程氟化物挥发机理研究[D];西安建筑科技大学;2013年
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