基于電渣重熔的大型鑄錠成形關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來,我國裝備制造業(yè)水平進(jìn)一步提高,裝備制造業(yè)的一個(gè)突出技術(shù)發(fā)展趨勢是極端制造,其中一個(gè)方向是朝著超大發(fā)展,電力、石化、冶金等領(lǐng)域裝備大型化、復(fù)雜化對(duì)大型鑄鍛件行業(yè)提出了更高要求,未來10～15年將是中國推進(jìn)工業(yè)化的關(guān)鍵時(shí)期,電力、石化、冶金、船舶等行業(yè)都將繼續(xù)快速發(fā)展,孕育著對(duì)大型鑄鍛件的空前需求,而我國在大型鑄鍛件的自主技術(shù)水平與生產(chǎn)能力上嚴(yán)重不足,與此對(duì)應(yīng)的卻是國際上大型鑄鍛件明顯的供不應(yīng)求,依靠國外大型鑄鍛件,價(jià)格高昂,交貨周

2、期長,而且關(guān)鍵時(shí)候,國外對(duì)我國的技術(shù)封鎖,且限制出口。因此大力發(fā)展我國自主技術(shù)的優(yōu)質(zhì)大型鑄鍛件,具有十分重要意義。
　　 由于大型鑄鍛件產(chǎn)品的自身特點(diǎn),要求優(yōu)質(zhì)的大型鋼錠必須含雜質(zhì)元素少:氣體和夾雜物含量低；化學(xué)成分均勻,即偏析要小。而實(shí)際上,鋼錠越大,這些要求越難實(shí)現(xiàn),反而會(huì)有更多的缺陷產(chǎn)生。
　　 電渣重熔工藝具有設(shè)備要求低,且同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn):金屬純凈、組織致密、成分均勻、表面光潔,在具有優(yōu)良產(chǎn)品性能的同時(shí),工藝的

3、穩(wěn)定性與質(zhì)量的重現(xiàn)性高,且生產(chǎn)靈活,可生產(chǎn)各種錠型。電渣重熔工藝還有兩個(gè)重要特點(diǎn),即:電渣冶金的連續(xù)性與可疊加性,電渣重熔可通過更換自耗電極連續(xù)生產(chǎn),以及可通過多臺(tái)設(shè)備同時(shí)連續(xù)生產(chǎn)一個(gè)大型構(gòu)件,這些特性決定了電渣重熔工藝在生產(chǎn)大型鑄鍛件上可以發(fā)揮重要作用!
　　 但是簡單的將電渣重熔系統(tǒng)擴(kuò)大用于生產(chǎn)大型鑄件,會(huì)面臨著一些問題,如電效率降低,電渣長時(shí)間工作的穩(wěn)定性,由于結(jié)晶器增大而帶來的控制順序凝固作用減弱,中心縮孔、疏松,電極更

4、換時(shí)造成的工藝參數(shù)波動(dòng)等,這些對(duì)鑄件質(zhì)量及其穩(wěn)定性均會(huì)造成影響,因此有必要對(duì)電渣重熔生產(chǎn)大型鑄件進(jìn)行深入研究。
　　 基于以上目的,本文提出了兩種全新的基于電渣重熔工藝生產(chǎn)大型鑄錠的方案,并設(shè)計(jì)了用于現(xiàn)在常用的抽錠式電渣重熔連鑄設(shè)備的通用自動(dòng)控制系統(tǒng),具體內(nèi)容如下:
　　 (1)研究、設(shè)計(jì)了采用電渣重熔復(fù)合技術(shù)生產(chǎn)大型鑄錠的方案,利用數(shù)模模與試驗(yàn)驗(yàn)證的方法,分析了該方案的可行性。通過數(shù)值模擬的結(jié)果顯示,在電渣重熔過程中,

5、自耗電極的末端將產(chǎn)生電流密度高的高溫區(qū),它具有使芯錠表層快速熔化的能力,有利于芯錠與熔融金屬液的復(fù)合,為大型鑄錠的生產(chǎn)創(chuàng)造條件；加大重熔電流或電壓、增加電極在電渣中的插入深度、減小自耗電極與芯錠之間的距離等措施有利于實(shí)現(xiàn)芯錠與熔融金屬液的復(fù)合,但在具體操作時(shí),需要考慮操作的可行性與對(duì)設(shè)備的耐受性。
　　 (2)研究設(shè)計(jì)了一種電渣澆鑄實(shí)現(xiàn)大型鑄錠的方案。該方案采用有襯電渣爐實(shí)現(xiàn)金屬的熔化與提純,以獲得純凈的優(yōu)良金屬液,并可獲得較高

6、的功率因數(shù),具有明顯的節(jié)電效果。這些金屬液在滑動(dòng)水口的控制下,匯集并貯存于中間包內(nèi)保溫,用于大型鑄錠的澆鑄。為了解決澆鑄過程中的縮孔、疏松等問題,提出在金屬結(jié)晶過程中,利用高壓氣體的壓力以及合適的振動(dòng)制度以使鑄件的結(jié)晶向有利的方向發(fā)展。
　　 (3)針對(duì)常用的抽錠式電渣重熔連鑄設(shè)備,設(shè)計(jì)了一種通用自動(dòng)控制系統(tǒng),用于抽錠全過程的自動(dòng)控制、參數(shù)記錄及質(zhì)量監(jiān)控。該系統(tǒng)采用PLC作自動(dòng)控制執(zhí)行器,工控機(jī)作上位機(jī),實(shí)現(xiàn)電渣重熔工藝參數(shù)的設(shè)