發(fā)布時間：2020-11-05 16:49

　　 空心鋼錠由于其獨特的組織結(jié)構(gòu)和凝固特性,在生產(chǎn)大型筒形鍛件和大口徑厚壁管上具有普通鋼錠無可比擬的優(yōu)越性。電渣重熔作為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)空心錠的有效工藝獲得了越來越多的重視,并具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以東北大學(xué)電渣重熔空心鋼錠成套實驗設(shè)備和工藝為背景,設(shè)計了管坯電渣爐控制系統(tǒng)和提出了有效的內(nèi)結(jié)晶器防抱死方案,并對所提方案進(jìn)行了實驗驗證。論文以PLC控制器為核心開發(fā)了一套的管坯電渣爐計算機(jī)控制系統(tǒng)。整個系統(tǒng)采用上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)。上位機(jī)硬件采用工業(yè)控制計算機(jī)和液晶顯示器,軟件采用WinCC組態(tài),實現(xiàn)對電渣爐生產(chǎn)過程監(jiān)控,實時監(jiān)控運行過程各個數(shù)據(jù)及報警信息,并提供數(shù)據(jù)存儲和打印功能。下位機(jī)硬件采用S7-200SMART系列PLC,軟件采用STEP7-microwin smart對控制器編程,負(fù)責(zé)電渣爐生產(chǎn)過程的全部控制動作。上位機(jī)與下位機(jī)用工業(yè)以太網(wǎng)連接,PLC與驅(qū)動設(shè)備及部分檢測用Modbus通訊連接。運用PID控制算法實現(xiàn)熔煉功率和抽錠過程的控制。論文結(jié)合管坯電渣爐的生產(chǎn)工藝,詳細(xì)分析了目前電渣重熔法生產(chǎn)空心鋼錠存在的主要問題,并提出解決方案。采用雙電源與拉力傳感器技術(shù)解決內(nèi)結(jié)晶器抱死的問題。將所設(shè)計的控制系統(tǒng)和改進(jìn)方案進(jìn)行實驗測試。實驗結(jié)果驗證了表明所提出的方案顯著提高了空心錠熔煉的成功率,有效降低了內(nèi)結(jié)晶器抱死概率。生產(chǎn)的空心錠表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量優(yōu)異,結(jié)晶組織致密,純凈度高。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TP273;TF14
【部分圖文】：

圖１．１不同管坯的制造方法??Ｆｉｇｌ．ｌ?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄｓ?ｆｏｒ?ｈｏｌｌｏｗ?ｉｎｇｏｔ??東北大學(xué)實驗室開發(fā)了電渣重熔空心鋼錠成套實驗設(shè)備和工藝，其原理如圖１．２??所示。該電渣爐采用短結(jié)晶器的抽錠生產(chǎn)方式，可以兼容生產(chǎn)空心錠和實心錠兩種錠??型［６］。采用了基于電磁渦流法的液面檢測與自動控制系統(tǒng)，這樣可以保證液面的精確??控制，也防止漏渣和漏鋼事故［７］。???．ｒ￣ｉ??Ｌｒ??金ｓ熔池??ｎ???＼???重熔空心錠底水箱??圖１．２空心鋼錠電渣重熔原理圖??Ｆｉｇｌ．２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｌａｇ?ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ?ｈｏｌｌｏｗ?ｉｎｇｏｔ??生產(chǎn)電渣重熔空心鋼錠過程中，在內(nèi)結(jié)晶器、外結(jié)晶器和引錠裝置構(gòu)成的環(huán)形空??間中加入液態(tài)爐渣，將自耗電極的端部插入其中。當(dāng)多支并聯(lián)的自耗電極、爐渣和底??水箱通過短網(wǎng)與變壓器形成回路時，便有電流從變壓器輸出通過液態(tài)爐渣，使自耗電??極的端部逐漸加熱熔化，熔化的金屬穿過渣池進(jìn)入金屬熔池，因結(jié)晶器中心裝有水冷??內(nèi)結(jié)晶器

＝ｒ?，；ｗ??圖１．１不同管坯的制造方法??Ｆｉｇｌ．ｌ?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ?ｍｅｔｈｏｄｓ?ｆｏｒ?ｈｏｌｌｏｗ?ｉｎｇｏｔ??東北大學(xué)實驗室開發(fā)了電渣重熔空心鋼錠成套實驗設(shè)備和工藝，其原理如圖１．２??所示。該電渣爐采用短結(jié)晶器的抽錠生產(chǎn)方式，可以兼容生產(chǎn)空心錠和實心錠兩種錠??型［６］。采用了基于電磁渦流法的液面檢測與自動控制系統(tǒng)，這樣可以保證液面的精確??控制，也防止漏渣和漏鋼事故［７］。???．ｒ￣ｉ??Ｌｒ??金ｓ熔池??ｎ???＼???重熔空心錠底水箱??圖１．２空心鋼錠電渣重熔原理圖??Ｆｉｇｌ．２?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｓｌａｇ?ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ?ｈｏｌｌｏｗ?ｉｎｇｏｔ??生產(chǎn)電渣重熔空心鋼錠過程中，在內(nèi)結(jié)晶器、外結(jié)晶器和引錠裝置構(gòu)成的環(huán)形空??間中加入液態(tài)爐渣，將自耗電極的端部插入其中。當(dāng)多支并聯(lián)的自耗電極、爐渣和底??水箱通過短網(wǎng)與變壓器形成回路時，便有電流從變壓器輸出通過液態(tài)爐渣，使自耗電??極的端部逐漸加熱熔化

?＊?■＝！??ＣＺＺ｜ＺＺ＾?［?＝３－７??圖１．３中空電極一固定式非金屬芯棒的電渣?圖１．４中空電極一固定式金屬芯棒的電??重熔中空錠裝置示意圖?渣重熔中空錠裝置的示意圖??１?一夾持器；２—固定式非金屬芯棒（實心）；３—水冷?１?一水冷結(jié)晶器；２?—水冷金屬芯棒（固定）；３??結(jié)晶器；４一中空電極；５—渣池；６—金屬熔池；７?—中空電極；４－渣池；５—金屬熔池；６—中空??一中空錠；８—水冷底板。?錠；７—水冷底板。??Ｆｉｇ?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＥＳＲ?ｈｏｌｌｏｗ?ｉｎｇｏｔ?ｄｅｖｉｃｅ?Ｆｉｇ?１．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＥＳＲ?ｈｏｌｌｏｗ?ｉｎｇｏｔ??ｗｉｔｈ?ｈｏｌｌｏｗ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ－?ｆｉｘｅｄ?ｎｏｎ?ｍｅｔａｌ
【參考文獻(xiàn)】

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1 陳旭;劉福斌;姜周華;李星;;T型導(dǎo)電結(jié)晶器電渣重熔空心鋼錠過程的數(shù)值模擬[J];東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2015年06期

2 陳旭;劉福斌;李星;景馨;姜周華;;工藝參數(shù)對電渣重熔空心鋼錠凝固過程影響的數(shù)值模擬[J];材料與冶金學(xué)報;2015年02期

3 姜周華;董艷伍;李花兵;臧喜民;;特殊鋼特種冶金技術(shù)的新發(fā)展[J];中國冶金;2011年12期

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7 蔣國森;李寶東;陳瑞;李旭東;王洪鋒;;電渣熔鑄大型鑄件內(nèi)裂紋分析[J];材料與冶金學(xué)報;2011年S1期

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9 鄧鑫;姜周華;董艷伍;;電渣爐熔速控制技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[J];東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2011年01期

10 劉微容;李二超;李煒;;一種基于WinCC的PID型自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計[J];工業(yè)儀表與自動化裝置;2009年02期

本文編號：2871913