新型镁合金半连续铸造技术与装备的研发

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半连续铸造是轻合金变形材加工必需的坯料熔铸工艺。作为“21世纪绿色金属结构材料”的镁合金,因其高温熔融状态下极易氧化、固态夹杂与熔体比重相近且浸润难以分离,镁合金的熔体制备供应和半连续铸造技术不仅与铝合金存在显著差别,且技术状态十分落后,严重制约了镁合金变形材的研发和应用。  目前,我国镁合金半连续铸造普遍采用以熔剂为阻燃和精炼介质的炉次式熔体制备模式,采用坩埚下部塞孔出液、流槽转移、人工调节流量稳定结晶器液位人工调速拉坯的落后生产模式,存在着“熔剂严重污染、能耗熔损高、浇出熔体质量波动大、浇注熔体二次污染、人工调节浇注与拉坯、工艺和品质重现性差等问题。为推动我国镁合金半连续铸造技术与装备的进步,本论文研究工作致力于研发集气体保护、连续熔化精炼、自动耦合封闭浇注、数字化半连续拉坯为一体的智能化半连续铸造技术与装备。  为此,在重庆硕龙科技有限公司的资助下,作者通过对镁合金熔体制备供应、半连续铸造技术的系统研究,率先提出了以结晶器液位在线检测和浇注速度数字调节为特征的自动耦合封闭定量浇注方法;并提出用三室炉完成炉料的连续熔化、无熔剂精炼和熔体供应准备;用向上浇管和浸入式水口,将从浇注室熔池上部抽取的熔体全封闭地引入结晶器熔池;通过结晶器液位激光在线检测和闭环调控定量泵浇注速度,实现半连铸起浇及稳定拉坯过程中的熔体自动耦合供应;用伺服电机驱动,实现半连续铸造起浇和拉坯速度的数字控制;用智能集成软硬件系统实现上述功能的集成控制,最终构成全新的镁合金半连续铸锭单元的思路。  本课题重点研制的集成控制系统,采用西门子S7-300 PLC作为主控单元、以液晶触摸屏为人机界面,通过硬件和软件研发,实现了对熔炉的熔化、精炼、溶析、保温区的温度实时控制,并对保护气体和精炼气体流量、定量泵浇注电机转速、浇管保护气体和温度、半连续铸坯过程的精确数字化控制。为了方便工艺过程的设置和管理,还在相关程序中,置入了以触摸屏为界面的工艺参数的设置、实时监测、记录、异常状态应对策略、报警等信息管理功能。试生产运行考核表明,设备运转正常,各项工艺参数控制实际情况和试生产铸棒的质量均达到了预期。
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