浅析熔铸设备与机电一体化

浅析熔铸设备与机电一体化

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滴要 :随着现代工业的发展 ,对真空熔铸设备提出了更高的要求 ,这样也促使着真空熔铸设备的发展。本文回顾了在真空冶金过程中曾经投入使用过的真空熔铸设备与方法 ,结合目前国内用于熔铸工业生产的最大容量一真空自耗电极电弧凝壳炉(260kg),对其工作原理、设备主体、设备特点、系统组成等采用机电一体化技术的情况进行介绍，阐述了将机电一体化技术应用于真空熔铸设备的熔炼过程控制具有非常重要的意义。

关键词:真空熔铸设备;机电一体化技术;熔铸工业;控制系统

引言

随着铸钛工业生产的不断发展,对真空熔铸设备的控制系统水平和规模都提出了越来越高的要求,从而促使了机电一体化技术的发展和进步,而许多企业采用新的机电一体化技术设备,在很大程度上获得更加显著的工艺技术经济效益和社会效益,这是一-个循环促进、不断发展的过程。真空熔铸工业机电- -体化控制系统经过这些年的发展,已日趋成熟和完善。

1机电一体化技术在真空熔模铸造中的应用

机电一体机技术是多学科复合交叉型的综合技术。它综合应用了微电子技术.计算机技术.机械技术、自动控制技术、信息技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、信号变换技术等多方面相结合的综合性高新技术,是计算机技术(Compu工er 工echnology)、通信技术(Communira工ion 工ehnology )、控制技术( Con工ml 工echnology )的有机结合。

2真空冶金生产中的真空熔模铸造设备

所谓真空冶金是指在隔绝空气条件下(低于标准大气压)可以实现大气中无法进行的冶金过程,能防止金属氧化,分离沸点不同的物质,除去金属中的气体或杂质,增强金属中碳的脱氧能力,提高金属和合金的质最,是精炼和浇注金属以提高产品纯洁度的一-种冶金方法。作为最早的高活性钛及钛合金熔炼与重熔铸造的主要工业方法之-一-真空自耗电极电弧凝壳炉(简称凝壳炉),其主要特点是真空状态下,作为自耗电极的待熔炼材料,在直流电弧的高温作用下迅速熔化,并在水冷铜坩埚中形成熔池。建成于2002年的260 kg真空自耗电极电弧凝壳炉,是目前国内用于铸钛工业规模化生产的最大容量VAR炉。

2.1真空自耗电极电弧凝壳炉的工作原理。真空自耗电极电弧凝壳炉的工作原理是以海绵钛或加人合金元素的海绵钛为原料而压制成自耗电极,夹在电极上(即为直流电源的负极),使之与水冷铜坩埚(即为直流电源的正极)间产生电弧,依靠电弧的热量将电极熔化,熔化电极以液滴形式进人坩埚,形成熔池,熔池表面被电弧加热，始终呈现液态,而底部和周围受水强制冷却产生自下而上的结晶过程,不间断地以适当的速度下降电极,以保持电弧熔炼的继续进行,与此同时,液态钛在坩埚壁上凝固为--薄层“凝壳”,以保护钛液不被坩埚材料污染和隔热作用，当熔池中溶液达到需要的浇铸量时,停止熔炼翻转坩埚将钛液注人铸型,形成铸件。

2.2真空自耗电极电弧凝壳炉的设备主体与设备特点。真空自耗电极电弧凝壳炉是真空电弧熔炼的改型,在熔炼过程中,将聚集必须份量的液态钛,浇注于铸膜待其凝固。其基本组成部分包括炉体.电极升降机构、真空系统坩埚系统、离心浇注盘电源系统、电控系统及冷却系统等。

2.2.1炉体。它是炉子的主体，包括炉门、炉膛及连接其他系统地窗口。由于熔炼烧注是在炉膛中进行,炉体必须能够承受电极、电极驱动等设备的重量。其作用是容纳电极,构成与大气隔离的空间。

2.2.2电极升降机构。用于在熔炼过程中和装炉过程中调节和传动电机的升降。在浇铸坩埚内钛和钛合金的金属液体时，能在尽可能短的时间内快速提升电极杆,保证坩埚顺利翻转。电极传动有直流电动机减速机式和多电动机复差齿轮式两种方式,前者是由一台直流电动机和一台交流变频电动机构成.熔炼过程中电极杆升降采用交流变频电动机和直流电动机同时驱动一台差动减速器来实现;而260 kg 凝壳炉采用的是多电动机复差齿轮式,它由两台型号完全-样但转向相反的直流电动机和- -台交流电动机构成,熔炼过程中电极杆升降采用两台转向相反的直流电动机同时驱动一台差动减速器来实现。能够实现精确的电机给进速度和定位控制。

2.2.3真空系统。凝壳炉熔炼过程的真空度直接影响到被熔金属的质量和性能以及操作的安全性。真空系统用于确保钛合金熔炼烧注在高真空下进行。

2.2.4坩埚系统。坩埚是该系统中的核心构件,由坩埚、冷却系统、翻转系统及稳弧线圈等组成。坩埚的结构尺寸、构成材料以及附属在外面的冷却系统，在很大程度上决定了凝壳炉的熔铸金属质量整台炉子的技术经济效益和工作安全性。

2.2.5离心浇注盘电源系统。用于放置铸型,在采用离心浇注工.艺时,可旋转固定在盘上的铸型、加快注人金属充填速度。

2.2.6电控系统。用于启动和控制炉子各功能系统地运转。目前钛合金电弧凝壳炉

,大多数采用电压控制系统。

2.2.7冷却系统。用于冷去炉体坩埚及其他散热部件。在潮湿的地区,必须设置冷却系统,以防止炉膛凝结水汽,影响抽真空的效果。

真空自耗电极电弧凝壳炉的设备特点分为以下几点:

a.重熔过程能使部分不稳定的氧化物、氮化物分解或被还原，或使稳定的氧化物、氮化物通过熔池上凝固净化合金液体。

b.气体和有色金属杂质在真空下除去，但不能脱硫。易:氧化元素不易烧损。

d.对活性元素(如AI.工i)而言的惰性性质和在铸造中得到的控制凝固组织,铸造的稳定性和均匀性较好。

e.夹杂物数量少、体积大。

3机电一体化技术在真空熔模铸造中的作用

真空冶金生产的熔模铸造设备经过几十年的改进和革新,已经有了很大的进展。目前世界上生产的绝大部分钛和钛合金铸件,都是用真空自耗电极电弧凝壳炉浇铸而成的。机电一体化技术在真空熔模铸造设备中的应用,极大地提高真空熔模铸造的水平,对推动我国科学技术的进步和国民经济的发展具有深远的战略意义。

结束语

随着科技水平的进步及对材料性能的要求越来越高.对真空熔铸技术的要求也越来越高，各种真空冶金的新方法也会不断出现。机电一体化技术应用于真空熔模铸造设备，对其提高熔炼工艺水平保证产品质量和提高经济效益具有非常重要的社会影响力。

参考文献

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