中部冷却的半连续铸造机设计讲课稿.doc
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1、中部冷却的半连续铸造机设计精品文档 本科毕业论文(设计)题目用于中部冷却的半连续铸造机设计作者学院专业材料成型及控制工程0902班学号指导教师二一三年六月八日毕业论文(设计)任务书学生姓名: 学号: 专业班级:材料成型及控制工程 0902 毕业论文(设计)题目: 用于中部冷却的半连续铸造机设计 题目类型: 工程技术研究 毕业论文(设计)时间: 自 2012 年 12 月 28 日开始至 2013 年 5 月 日止1. 毕业论文(设计)内容要求:一、 文献综述(国际国内研究动态);二、 250mm圆锭液压半连续铸造机设计;三、 中部搅拌热管冷却系统设计;四、 装配工艺设计;五、 关键零部件计算图
2、表,工作原理图等;六、 平面布置图;七、 设备工艺运行说明。1题目类型:(1)理论研究(2)实验研究(3)工程设计(4)工程技术研究(5)软件开发2.主要参考资料1 王艳苓.6063 半连续铸造机的改造J.有色设备,2001(3):27-28.2 甘进军.20 kg铝锭连续铸造机组技术改造J.有色设备,2002(4):38-39.3 甘进军.钢丝绳传动立式半连续铸造机技术改进J.有色设备,2002(4):48-49.4 牛妍贞,华仁德.国产50吨大型铝扁锭液压半连续铸造机设计J.有色金属加工,2005, 34(1):40-42.5 刘萍.新型液压缸使铸造机铸造平台运行平稳J.有色金属加工程,
3、2003,32(4):48-49.6 强明辉,刘大为,于波.新型铝锭连续铸造机浇铸过程控制方法研究J.2008, 8(2):519-520.7 张宝业.铸造机链条滚轮滑动原因的分析及改进J.冶金设备,2005,4:62-64.8 朱旭东,董 鄂,俞正江.大型铸件的铸造装备J.中国铸造装备与技术, 2007,4:45-49.9 王之平.立式液压半连续铸造机的使用、维护及其改进J.有色设备,2010,4:52-54.10张建兵,林高用.铝合金半连续铸造结晶器内腔形状优化设计J.轻合金加工技术,2005,33(4):31-36.11何树民.5kN丝杠式半连续铸造机的设计改进J.机械工人,2008,1
4、:55.12陈 亮.速度闷披制系统在立式半连续铸造中的应用J.有色冶金节能,2010,2:28-30.3.毕业论文(设计)进度安排阶段阶 段 内 容起止时间第一文献检索阶段,去校内外图书馆收集好参考资料2012.12-2013.1第二常规半连续铸造机的设计2013.1-2012.3第三中部冷却系统的设计2013.3-2013.4第四总理毕业设计资料,撰写论文2013.4-203.5第五中、上旬答辩2013.5指导教师(签章):_ 日期:_系(教研室)主任(签章) :_ 日期:_二级学院院长(签章) :_ 日期:_注:任务书由指导教师本人填写,经教研室主任(学术小组组长)审核后下发给学生。毕业论
5、文(设计)指导教师评语建议成绩: 指导教师: (签章)年 月 日毕业论文(设计)评阅教师评语建议成绩: 评阅教师: (签章)年 月 日毕业论文(设计)答辩记录日期: 学生姓名: 学号: 专业班级: 题目: 毕业论文(设计)答辩委员会(小组)意见:答辩成绩: 评定等级: 答辩委员会(小组)负责人: (签章)委员(小组成员): (签章) (签章) (签章) (签章) 二级学院审查意见: 论文(设计)最终评定等级:_ 负责人: (签章) _年_月_日收集于网络,如有侵权请联系管理员删除 摘 要本课题提出一种轻合金铸锭制备的新方法,简称为“热管导热铸锭法”。这种方法就是要从根本上改变常规铸锭中单一的从
6、铸锭周边冷却的方法,增加从中部导热冷却的途径,从而打破了传统铸锭方法的模式,自然,铸锭凝固过程中面临着一系列新的问题,这些问题的处理就是本课题的研究内容。本课题的目标就是要通过小铸锭半连续铸造的实验研究,探明新方法中出现的新规律、新机制,以期推广到大铸锭的半连续铸造。关键词:热管导热铸锭法;半连续铸造;ABSTRACTThis paper presents a new method of light alloy ingot preparation,referred to as the heat pipe heat of ingot. The method is to fundamentally
7、 change the conventional ingots of single method from casting peripheral cooling, increasing from the way central conduction cooling, thus breaking the traditional casting method model, natural, facing a series of new problems in the ingot solidification process, dealing with these problems is the c
8、ontent of this research. Experimental study on this topic goal is to pass a small ingot in semi-continuous casting, new rules, new method to find out the mechanism of continuouscasting, in order to the big ingot half.Keyword: Heat pipe heat of ingot;semi-continuous casting ;目录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11半
9、连续铸造的应用12国内外发展及状况1第二章 250mm圆锭液压半连续铸造机设计62.1主要技术参数62.2主要设备性能参数62.3 设备结构7第三章 中部搅拌热管冷却系统设计113.1中部搅拌热管冷却系统的作用113.2中部搅拌热管冷却系统的构成113.3中部搅拌热管冷却系统总体图133.4中部搅拌热管冷却系统工作原理14第四章 装配工艺设计154.1装配工艺系统图154.2制定装配工艺规程的原则154.3制定装配工艺规程步骤154.4装配尺寸链的建立16第五章 搅拌热管冷却系统在半连续铸造机中的应用175.1搅拌热管冷却系统在半连续铸造机中的应用原理17第六章 平面布置图196.1 250m
10、m圆锭液压半连续铸造机的平面装配图196.2 搅拌热管冷却系统平面装配图206.3热管冷却系统应用于铸造机后的平面布置20第七章 设备工艺运行说明227.1铸造准备227.2 铸造227.3 铸造结束22第八章 全文总结和展望23致 谢24参考文献25第一章 绪论1半连续铸造的应用现代航天航空、交通运、信息产业等高技术领域,要求采用大型整体构件以减轻结构重量,提高装备的刚度和有效性。如核电站、轻轨列车、飞机机身、导弹舱体、运载火箭箭体、天地往返系统等的大型整体结构都需要采用轻质高性能的大规格铝材。例如,航空用高强铝合金结构材料历来是大型客机、军机的关键材料,如高强度的Al-Cu、Al-Zn-M
11、g系结构材料。这些合金的大型板、梁和蒙皮等结构件,依靠大型的铸锭通过变形加工制造。大规格高强铝合金构件的制备与组织性能调控是一个国家铝加工能力与水平的重要标志。然而,随构件的尺寸增大,大规格整体构件的成型与控制愈来愈困难,大规格铝合金材料只有少数几个国家能够生产,如欧盟和美国,它们控制着这些材料的市场。随着我国经济的发展,国家重大工程规划的重要高技术装备,不仅对铝合金性能提出了愈来愈高的要求,而且对大型铝合金整体构件存在迫切需求。2国内外发展及状况 目前,国内针对铝合金大铸锭裂纹问题,主要手段仍然是一些常规方法,如采用电磁搅拌、超声波搅拌和热顶铸造等方法,它们的共同特点是靠结晶器从液穴周边冷却
12、,没有从根本上解决难铸合金结晶温度范围宽、铸造流动性不好的问题。现在面临的是对传统铸造工艺的创新。 国外对于高强铝合金大锭铸造的研究很早,取得成功的国家很少,限于欧盟、美国、俄罗斯等少数国家。“空中客车”、“波音”等大型客机的高强铝合金用材由少数几家公司控制,其制造技术是严格保密的。我国飞机制造部门所用的大型铝合金结构材料长期以来依赖从国外进口,随时面临着材料短缺和停供的危险,这种受制于人的局面严重制约着我国航空航天工业的发展。 我国对高强铝合金大铸锭的研究没有取得突破,废品率太高。目前我国在这方面的研究还处于起步阶段。大型铝合金材料的制造首先必须具备合格铝合金大锭子的制造技术,然后还要建立起
13、大型变形铝合金加工技术。我国高强铝合金大铸锭的生产都存在问题,是当前重要的科技攻关课题。 目前,铝合金大铸锭普遍采用立式连续铸锭技术和水平连续铸造技术,铝合金大铸锭一般采用立式半连续铸锭技术10,11。为了改善铸锭的质量,发展了一些较先进的铸锭技术,如电磁铸锭技术、热顶铸锭技术、悬浮铸锭技术、流变铸锭技术,还有在发展中的一些技术,如美国特殊金属公司提出的一种VADER法、日本千叶工业大学提出的“内部凝固法”,即所谓OCC方法12-14。图1.1是电磁铸锭法示意图。电磁铸锭法20世纪60年代中期前苏联发展的一种技术,从20世纪70年代以来,各国争相引进应用11.12。它是利用电磁感应器产生的电磁
14、推力限制金属液流散,并在金属液表面张力及氧化膜的维护下,内受电磁搅拌外受直接水冷作用而冷凝成锭的。电磁铸锭法的特点是:在铸锭过程中金属液主要靠电磁力成型,不与电磁场内的一切工具接触,无一次水冷,只有二次水冷且冷却强度大,铸锭下降时无接触摩擦,液穴较浅且受电磁推力而旋转,铸态组织细密,枝晶臂间距较小,偏析度较小,力学性能较高,表面质量好,成材率较高。但需增加设备投资,在更换铸锭规格时磁场工具也得换。 1.流槽;2.节流阀;3.漏斗;4.电磁屏;5.液穴;6.感应器;7.螺栓;8.盖板;9.冷却水环;10.铸锭;11.引锭座 图1.1 电磁铸锭装置示意图图1.2是热顶铸锭法示意图。热顶铸造技术是由
15、法国人G.Trapied研究出来的。它在水冷结晶器上壁放置保温耐火内衬,以免熔体过早过多地散失热量,缩短熔体到达二次水冷处的距离,使凝壳早受水冷,可减少形成冷隔、气隙及反偏析瘤倾向。此法的特点是:利用结晶器上部内壁的保温作用,减免冷隔和夹渣等缺陷,降低结晶器的有效高度,提前水冷,增大冷速,可改善锭坯表面和内部质量15-16。主要用于中、小锭坯。 电磁铸锭技术和热顶铸锭技术都是从液穴的周边施加影响,随着铸锭尺寸的增大,其作用受到限制,且没有改变从周边冷却的传统方法思路。(a) 保温帽口式; (b) 保温流槽式1.石棉板;2.结晶器;3.二次冷却水; 4.金属液;5.水箱;6.铸锭;7.保温流槽图
16、1.2 热顶铸锭法示意图图1.3是悬浮铸锭示意图17。此法是在浇注过程中将定量的金属或非金属粉末加入到金属液流中去,使之与熔体均匀混合并悬浮于其中,起吸热、形核、促进凝固和弥散强化等作用。悬浮法的特点能细化晶粒,明显改善铸锭组织和性能的均匀性,降低热裂和偏析倾向,提高致密度和力学性能,还可提高锭模寿命及铸锭速度。但必须事先制粉,且粉粒不易均匀分布在熔体中,另外还可能增加夹渣和气孔等缺陷。 (a) 加粉方法; (b) 加粉器1.浇斗;2.吸尘器;3.进粉管道; 4.进氩气管道;5.喷水嘴;6.流柱;7.喷粉嘴;8.导辊;9.结晶器;10.铸锭图1.3 悬浮铸锭法示意图图1.4是固液铸锭(流变铸锭
17、)示意图(半固态铸造)。固液铸造法是在合金熔体处在固液两相共存状态下进行铸造的一种技术,它是20世纪70年代初由美国发展的。该法突破了以往仅由液体铸造和固体锻造的传统方法,开拓了金属构件及材料成型的新途径。固液铸造法与液体铸造法有所不同18。在金属凝固过程中,一般总是形成枝晶发达的晶体,当冷凝到含2030固相时,枝晶开始搭接成少数的结晶骨架;当固相增加到4060时,剩余部分的金属液变成几乎不能流动的糊状金属。但研究发现,当强烈搅拌时,正在凝固的糊状合金和浆糊一样具有良好的流动性,称为流变性,利用此种糊状金属直接铸造,便是流变铸造。固液两相浆料不仅具有流变性,而且还有触变性或搅溶性。将这种流变铸
18、坯重新加热到固液区温度,再进行挤压成棒或压铸成件,便称为触变铸造。固液铸造的特点是:解决了高熔点合金挤铸模寿命问题,挤压含50固相浆料时,充型平稳,无喷射,浇温低,模具表面温度比液体金属挤压时低得多,因而可延长模具寿命;产品性能高,可减少金属的二次氧化生渣及裹入气体,细化晶粒,铸件致密度高,力学性能高于液体压铸者,有的可达到锻件水平;扩大了材料的成型途径。但是,存在难于精确控制固相体积分数及其形状和尺寸,产品的延伸率不够稳定等问题。这种方法仅适应于制备小型铸锭。1.感应器;2.搅拌器;3.浆料;4.冷却水管;5.结晶器;6.铸锭;7.固液穴图1.4 流变铸锭法示意图悬浮铸锭法和固液铸锭法着眼于
19、从熔体内部采取措施,大大改善了铸锭的组织和性能,表现出铸锭制备技术的优点。但是,这两种工艺的特点反映出对制备大铸锭的不适应性。还有一些在发展中的铸锭新方法。如1982年美国特殊金属公司的W.J.Woeseh等提出的VADER法,用以制得了细晶的优质铸锭。它是以两根经真空感应电炉熔铸的合金锭坯作自耗电极,装于真空炉内通电后在水平电极间产生电弧,刚要熔化的糊状金属液滴在高速旋转电极离心力作用下,被甩落到下面的水冷结晶器内,凝固成细晶粒铸锭。又如1983年初日本千叶工业大学大野研究室研究成功的一种与传统方法完全不同的凝固技术,即熔体内部凝固法。如图1.5所示,它是将锭模加热到合金熔点以上温度,以保证
20、紧靠模壁的熔体最后凝固,依靠在熔体内部加入晶核物质,使由熔体中部向外进行顺序凝固。这样,就从根本上解决了内部出现各种缺陷(如气孔、缩孔、裂纹等)的问题。图1.5 OCC连续定向凝固原理这些方法虽然富有开拓思想,也能改善铸锭内部质量,但对于大铸锭,铸造条件难以保证。在常规半连续铸造中,早已从理论和实践中证明19,铸锭尺寸加大引起显微组织呈规律性的粗化,即随着铸锭尺寸的增大,铸锭枝晶结构的不均匀性增大。浇铸大型铸锭时,实质上使获得具有弥散显微组织的铸锭和半成品的问题复杂化。尽管在常规铸造中采取了许多措施,如结晶器的改造、二次冷却系统的改善、覆盖剂和变质剂的采用、超声和电磁搅拌的外场作用等等,都没有
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