（毕业设计论文）《电渣炉控制系统》.docVIP

1 绪论 1.1 铸造铝合金 铸造铝合金为传统的金属材料，由于其密度小、比强度高等特点，广泛地应用于航空、航天、汽车、机械等各行业。随着现代工业及铸造新技术的发展，对铸造铝合金需求量越来越大。例如，80年代末到90年代初，在铸件总量停滞甚至下降的时候，日本的铝铸件产量一直保持着年递增10%左右的高增长率。又以汽车工业为例，由于要降低能耗，汽车需减重，各国广泛地采用铝等有色铸件代替钢铁铸件。到2001年，小汽车总重将降低为800kg，其中钢铁零部件为200kg，铝合金零部件为275 kg，镁合金将增为40 kg。而汽车零部件70%为铸件，由此可以看出，铸造铝合金的研究及应用将继续得到发展[1]。 近年来，铸造铝合金的研究也得到相应的发展，其中发展较为迅速的是铸造铝基复合材料。铸造Al-Si基SiC颗粒增强复合材料的研究和应用相对成熟。随SiC颗粒的加入，提高了合金的性能，尤其是刚性和耐磨性，并已应用到航空、航天、汽车等领域，具有广阔的应用前景。此外，一些新型特种功能的铸造铝合金材料也处于研究应用阶段[2]。 尽管铸造铝合金具有广阔的应用前景，但其研究与应用也面临着严峻的挑战。首先，随着现代工业的飞速发展，人们对铸件的可靠性等要求越来越高，同时对合金综合性能和特种性能的要求不断提高。如何使传统的铸造铝合金在新世纪继续保持发展势头，如何开发研制新合金满足各种需要，使得铸造铝合金这种传统的合金材料焕发新的光彩，是摆在我们面前的重要课题[3]。 1.2 电渣重熔 1.2.1 国外电渣重熔发展现状 电渣重熔（ESR）是电渣冶金的分支之一。电渣重熔包括电渣熔铸、电渣浇注、电渣热封顶、电渣焊接和自熔模电渣重熔等。电渣重熔是利用电源接通的金属自耗电极，一端插入导电的起精炼作用的熔渣层，电流由电极流通渣池，在电流通过渣池时放出的热量使电极熔化。改变自耗电极的截面、渣料的成分（物理特性）及其数量，以及过程电参数，电渣重熔就能在相当广泛的范围内调整熔炼的速度[4]。 1935年美国霍金普斯进行电渣冶金自耗电极熔化，并于1940年获得电渣熔炼专利。1959年，Firth-Sterling公司建成3座3.6t电渣重熔炉[5]。乌克兰电渣冶金技术是巴顿电焊研究所焊接工的偶然发现：当过多的渣液用于埋弧焊时，电弧熄灭，结果操作平稳，从而发明了电渣焊。电渣重熔在20世纪60年代得到了飞速的发展。20世纪70年代初到80年代中期是世界各国电渣冶金迅速发展的重要时期，德国R6hling-Burbach公司160t的电渣炉、美国Erie市NationaLForge公司的92t电渣炉、日本神户制钢公司高砂厂的70t的电渣炉、韩国Hundai国际公司的92t电渣炉、印度的88t电渣炉、英国不列颠钢铁公司的50t三相电渣炉、前苏联YII-107型多流电渣炉及YII-106型电渣熔铸专用电渣[6]。 1.2.2 国内电渣重熔发展现状 我国的电渣冶金技术起步较早，1958年就进行了电渣重熔实验。1960年小型工艺性电渣炉先后在重庆特殊钢厂、大冶钢厂、大连钢厂和上钢五厂建成投产。1961年11月原冶金部在重庆召开了第一届全国电渣冶金会议，标志着我国电渣冶金技术进入了大规模研究和开发阶段[7]。 1981年我国上海重型机器厂与北京钢铁学院合作，建成了世界上最大的200t电渣炉,最大生产能力为240t,实际已生产出205t的钢锭,1982年国家鉴定后即为秦山30万KW核电站提供了300MW、600MW汽轮机高中低压转子和560t加氢反应器电渣钢锻件以及124件毛坯等产品。电渣熔铸涡轮盘、水轮机导叶和石油裂解等产品在国际上处于领先水平[8]。 我国在电渣重熔理论研究方面，如夹杂物去除机理、工艺参数优化匹配与热平衡计算以及新渣系的开发等有许多独创性的工作。总之，我国在电渣重熔领域处于世界先进水平。东北大学等单位正在联合制定《我国优势技术国际标准研究制定》项目中电渣重熔炉的两项国际标准[9]。 1.2.3 电渣重熔的技术特点 与其它净化方法相比，铸造铝合金电渣重熔有以下特点： （1）金属的熔化在一个较为纯净的环境中实现最大限度地减轻大气对铝液的污染，减少铝液氢、氮的增加和的二次氧化。 （2）具有良好的冶金反应的热力学和动力学条件 电渣重熔过程中渣池的温度通常在700℃以上，而电极下端至金属熔池中心区域的熔渣温度超过700℃，高温熔池促进了一系列物理化学反应的进行。 良好的动力学条件还表现在电渣重熔过程中铝液和电渣充分接触，冶金反应进行充分。同时在电磁力的作用下渣池被强力的搅拌，不断更新渣和铝液接触面，强化了冶金反应，促进了有害杂质元素和非金属夹杂物的去处[10]。 1.3 电渣重熔的新发展 1.3.1 电渣重熔工艺的发展 最近，在广大电渣冶金工作者的努力下，电渣冶金技术又有了新