材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化课件.ppt

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1、材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 Equipment and Automation of Materials Process吕书林吕书林华中科技大学材料学院华中科技大学材料学院材料成形及控制工程专业核心课程材料学院材料成形装备及自动化教案2015-2016学年第二学期EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院2目 录第一章第一章 绪绪 论（论（2 2学时）学时）第二章第二章 金属液态成形装备及自动化（金属液态成形装备及自动化（10学时）学时）第三章第三章金属塑性成形装备及自动化金属塑性成形装备及自动化（8学时）学时）第四章第四章金属连接成形装备及自动化金属

2、连接成形装备及自动化（10学时）学时）第五章第五章高分子材料成形设备及自动化高分子材料成形设备及自动化（2学时）学时）第六章第六章快速成形装备及控制快速成形装备及控制（8学时）学时）第七章第七章 其它材料成形装备（其它材料成形装备（3学时）学时）第八章第八章 热处理工业炉及其控制（热处理工业炉及其控制（2学时）学时）第九章第九章 材料加工中的环境保护装备（材料加工中的环境保护装备（3学时）学时）EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院3第二章第二章金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化2.1概述概述2.2金属熔化及浇注装备金属熔化及浇注装备2.3造型设

3、备及自动化生产线造型设备及自动化生产线2.4砂处理装备及自动检测系统砂处理装备及自动检测系统2.5铸件清理自动化铸件清理自动化2.6压力铸造装备及自动化压力铸造装备及自动化2.7消失模精密铸造装备及生产线消失模精密铸造装备及生产线2.8半固态成形装备半固态成形装备EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院4铸造产品实例铸造产品实例-汽车铸件汽车铸件EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院5铸造产品实例铸造产品实例EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院6铸造产品实例铸造产品实例-电子电器电子电器EAM

4、P 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院72.1概述概述液态金属成形俗称液态金属成形俗称铸造铸造，它是机械工业的基础，铸造成形的零件俗称它是机械工业的基础，铸造成形的零件俗称铸件。铸件。先进的铸造装备先进的铸造装备是生产是生产高质量铸件高质量铸件的保障。的保障。压力铸造压力铸造压力铸造压力铸造熔模精铸熔模精铸熔模精铸熔模精铸金属型铸造金属型铸造金属型铸造金属型铸造反重力铸造反重力铸造铸造成形铸造成形砂型铸造砂型铸造特种铸造特种铸造自硬砂型自硬砂型粘土砂型粘土砂型树脂砂、水玻璃砂树脂砂、水玻璃砂树脂砂、水玻璃砂树脂砂、水玻璃砂、CPCP法法多触头高压、气冲、静压造型多触

5、头高压、气冲、静压造型多触头高压、气冲、静压造型多触头高压、气冲、静压造型消失模铸造消失模铸造消失模铸造消失模铸造离心铸造离心铸造陶瓷型铸造陶瓷型铸造陶瓷型铸造陶瓷型铸造石膏型铸造石膏型铸造半固态铸造半固态铸造EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院8砂型铸造车间流程图砂型铸造车间流程图EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院9砂型铸造车间流程示意图砂型铸造车间流程示意图浇注工部浇注工部熔化工部熔化工部造型工部造型工部落砂工部落砂工部自动造型生产线自动造型生产线冲天炉冲天炉工工频炉炉EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动

6、化 华中科技大学材料学院10铸造设备的分类(1/3)序序号号铸造装备分类铸造装备分类主主 要要 装装 备备 名名 称称作作 用用 1熔化熔化及浇及浇注装注装备备冲天炉熔化装备冲天炉熔化装备冲天炉、鼓风机、配料设备、加料设备冲天炉、鼓风机、配料设备、加料设备铸铁（灰铁、球铁）的铸铁（灰铁、球铁）的配配料、加料及熔化料、加料及熔化电炉熔化装备电炉熔化装备电弧熔、感应电炉、电阻炉电弧熔、感应电炉、电阻炉各种金属各种金属炉料（钢、铁、炉料（钢、铁、铝）的铝）的熔化熔化浇注设备浇注设备倾转式浇注机、气压式浇机、电磁浇注机倾转式浇注机、气压式浇机、电磁浇注机金属液的金属液的浇注浇注2砂型砂型铸造铸造装备装

7、备砂处理装备砂处理装备混砂机、松砂机、破碎机、筛分设备、旧砂混砂机、松砂机、破碎机、筛分设备、旧砂再生机、烘干设备、旧砂冷却设备、磁分离再生机、烘干设备、旧砂冷却设备、磁分离设备设备型型砂砂、芯芯砂砂的的混混制制与与准准备备，旧砂的旧砂的再生回用再生回用等等造型装备造型装备震实造型机、压实造型机、震压实造型机、震实造型机、压实造型机、震压实造型机、射压造型机、气流冲击造型机、静压造型机射压造型机、气流冲击造型机、静压造型机型砂、芯砂的紧实与造型型砂、芯砂的紧实与造型制芯装备制芯装备热芯盒射芯机、冷芯盒射芯机、壳芯机热芯盒射芯机、冷芯盒射芯机、壳芯机砂芯的制造、成形砂芯的制造、成形落砂装备落砂装

8、备振动落砂机、滚筒落砂机、振动输送落砂机、振动落砂机、滚筒落砂机、振动输送落砂机、风动落砂机风动落砂机落砂、落砂、铸件与铸型的分离铸件与铸型的分离清理装备清理装备清理滚筒、喷丸清理、抛丸清理、抛喷丸联清理滚筒、喷丸清理、抛丸清理、抛喷丸联合清理、水力清砂设备、电液压清砂设备合清理、水力清砂设备、电液压清砂设备铸件表面清理铸件表面清理EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院11铸造设备的分类(2/3)序号序号 铸造装备的分类铸造装备的分类主主 要要 装装 备备 名名 称称作作 用用 3特种特种铸造铸造装备装备压铸机压铸机冷室压铸机、热室压铸机、定量浇注冷室压铸机、

9、热室压铸机、定量浇注机、取件机械手机、取件机械手压力铸造成形压力铸造成形熔模铸造装备熔模铸造装备蜡料处理设备、制模设备、制壳设备、蜡料处理设备、制模设备、制壳设备、脱蜡设备、模壳焙烧设备脱蜡设备、模壳焙烧设备熔模铸造成形熔模铸造成形低压铸造机低压铸造机立式低压铸造机、卧式低压铸造机、立式低压铸造机、卧式低压铸造机、液面加压控制装置液面加压控制装置低压铸造成形低压铸造成形离心铸造机离心铸造机卧式离心铸造机、离心铸管机卧式离心铸造机、离心铸管机离心铸造成形离心铸造成形4运输运输定量定量装备装备 铸型输送机铸型输送机 连续式铸型输送机、脉动式铸型输送连续式铸型输送机、脉动式铸型输送机、间歇式铸型输送

10、机机、间歇式铸型输送机 铸铸型型的的输输送送，组组成成造造型型、浇浇注注、冷冷却、落砂等工序的生产线却、落砂等工序的生产线鳞板输送机鳞板输送机Y31型鳞板输送机、型鳞板输送机、BLT型鳞板输送机型鳞板输送机输送热铸件输送热铸件振动输送机振动输送机矩形槽式振动输送机、管式振动输送矩形槽式振动输送机、管式振动输送机、螺旋槽式振动输送机机、螺旋槽式振动输送机输送砂粒、煤粉、粘土、焦碳等材输送砂粒、煤粉、粘土、焦碳等材料料气力输送装置气力输送装置压送式气力输送装置、脉冲压送式气压送式气力输送装置、脉冲压送式气力输送装置、吸送式气力输送装置力输送装置、吸送式气力输送装置输送砂粒、煤粉、粘土等材料输送砂粒

11、、煤粉、粘土等材料给料设备给料设备圆盘给料、螺旋给料、带式给料、振圆盘给料、螺旋给料、带式给料、振动给料动给料旧砂、型砂的定量给料旧砂、型砂的定量给料定量设备定量设备容积法定量、称量法定量容积法定量、称量法定量旧旧砂砂、型型砂砂、焦焦碳碳、煤煤粉粉、粘粘土土等等材料的称量材料的称量EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院12铸造设备的分类(3/3)序序号号铸造装备的分类铸造装备的分类主主 要要 装装 备备 名名 称称作作 用用 5检测检测与控与控制装制装备备 冲冲天天炉炉熔熔炼炼检检测测与与控制设备控制设备风风量量检检测测仪仪、风风压压检检测测、炉炉气气成成分分

12、检检测测仪仪、铁铁液液温温度度及及成成分分检检测测仪仪、料位测量仪等料位测量仪等冲冲天天炉炉熔熔炼炼过过程程工工艺艺参参数数的的检检测测与与控制控制炉炉前前快快速速分分析析与与检检验设备验设备比色计、光谱仪、碳硫测定仪、金比色计、光谱仪、碳硫测定仪、金属中含气量测定仪属中含气量测定仪用于金属液的化学成份、碳硫含量、用于金属液的化学成份、碳硫含量、气体含量的测定气体含量的测定型砂性能试验设备型砂性能试验设备原砂性能测试设备、型砂常温性能原砂性能测试设备、型砂常温性能测试设备、型砂高温性能测试设备测试设备、型砂高温性能测试设备型砂的常温及高温性能的测试型砂的常温及高温性能的测试铸件无损探伤设备铸件

13、无损探伤设备超声波探伤设备、射线探伤设备、超声波探伤设备、射线探伤设备、磁粉探伤、渗透探伤设备磁粉探伤、渗透探伤设备铸件内部质量的无损检测铸件内部质量的无损检测6环保环保装备装备 除尘设备除尘设备袋袋式式除除尘尘器器、旋旋风风除除尘尘器器、湿湿式式除除尘器尘器灰尘及微粒的去除设备灰尘及微粒的去除设备噪声防治设备噪声防治设备消声器、隔声防噪消声器、隔声防噪噪声的降低与防治噪声的降低与防治污水净化设备污水净化设备沉淀池、污水处理器沉淀池、污水处理器污水净化与处理污水净化与处理7其它其它附属附属装备装备材料准备设备材料准备设备锭锭料料断断裂裂机机、搅搅拌拌机机、球球磨磨机机、破破碎机碎机金金属属锭锭

14、料料的的准准备备、涂涂料料的的准准备备、旧旧砂的破碎等砂的破碎等起重运输设备起重运输设备电电动动平平车车、行行车车、起起重重机机、悬悬挂挂抓抓斗斗物料的运输、抓取等物料的运输、抓取等远红外烘干炉远红外烘干炉电热远红外烘干炉电热远红外烘干炉型、芯的烘干型、芯的烘干EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院132.2 金属熔化及浇注装备金属熔化及浇注装备 熔化熔化是金属液态成形的首要环节，其任务是是金属液态成形的首要环节，其任务是提供高质量提供高质量的金属液体。的金属液体。根据合金材料可选择不同的金属熔化方法：根据合金材料可选择不同的金属熔化方法：1 1）铸铁合金广泛

15、采用）铸铁合金广泛采用冲天炉冲天炉熔化熔化 2 2）铸钢常用）铸钢常用电弧炉或感应电炉电弧炉或感应电炉熔炼熔炼 3 3）铝合金常用）铝合金常用电阻炉或油气炉电阻炉或油气炉熔化等熔化等 金属的金属的熔化装备一般应包括熔化装备一般应包括三大部分：三大部分：熔化炉熔化炉、辅助装、辅助装备（如配料、加料装备等）、备（如配料、加料装备等）、浇注装备浇注装备。本节的内容：本节的内容：铁合金熔化用冲天炉、感应电炉熔炼装备铁合金熔化用冲天炉、感应电炉熔炼装备及其自动化、自动浇注装备及其应用。及其自动化、自动浇注装备及其应用。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院14一个完整的

16、冲天炉由一个完整的冲天炉由后炉后炉、前前炉炉和和送风系统送风系统三部分组成。三部分组成。后炉炉炉底底由炉基，炉腿，炉由炉基，炉腿，炉底板及炉底门组成，起底板及炉底门组成，起支撑炉体、炉顶和炉料支撑炉体、炉顶和炉料的作用的作用炉炉体体由炉底，炉缸和炉由炉底，炉缸和炉身组成，是冲天炉的熔身组成，是冲天炉的熔炼部分炼部分炉炉顶顶由烟囱和除尘器组由烟囱和除尘器组成，起排除炉气和收集成，起排除炉气和收集灰尘的作用灰尘的作用前炉 由过桥和前炉炉体组成，起存储铁水，均匀成分和温度，减少增碳、增硫及使渣铁分离的作用送风系统 由风管、风箱和风口组成，起向炉内均匀平稳送风的作用炉炉炉炉顶顶顶顶部部部部分分分分烟烟

17、烟烟囱囱囱囱高高高高度度度度炉炉炉炉 体体体体炉炉炉炉底底底底有有有有效效效效高高高高度度度度炉炉炉炉缸缸缸缸进进风风除尘器除尘器烟囱烟囱进风口进风口出渣口出渣口出铁口出铁口炉底板炉底板炉腿炉腿加料口加料口1、冲天炉结构、冲天炉结构2.2.1冲天炉熔化冲天炉熔化EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院15送风送风O O2 2+C=CO+C=CO、COCO2 2底焦层金属熔化：底焦层金属熔化：15001500，预热：预热：400400，出铁水出铁水排渣排渣废气排出废气排出加料加料(石灰石灰石石-金属炉金属炉料料-层焦）层焦）换热换热风口风口废气排出废气排出2、冲天

18、炉熔化过程、冲天炉熔化过程出水出水 空气空气经鼓风机升压后送入经鼓风机升压后送入风箱；然后由各风箱；然后由各风口风口进入炉进入炉内，与底焦层中的内，与底焦层中的焦炭发生焦炭发生燃烧燃烧反应，生成大量的热量反应，生成大量的热量和和COCO、COCO2 2等气体。等气体。高温炉气高温炉气向上流动，使向上流动，使底焦面底焦面上的第上的第一批金属炉料熔化。一批金属炉料熔化。熔化后的液滴在下落过程熔化后的液滴在下落过程中被进一步加热，温度上升中被进一步加热，温度上升（15001500）。）。高温液体汇集后由出铁口高温液体汇集后由出铁口放出；炉渣则由出渣口排出放出；炉渣则由出渣口排出,冲天炉常用于铸铁的熔

19、化。冲天炉常用于铸铁的熔化。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院163、冲天炉结构分类、冲天炉结构分类分分类类说说明明应应用用按炉按炉型分型分直线炉膛直线炉膛炉膛内经上下一致炉膛内经上下一致多数冲天炉用之多数冲天炉用之曲线炉膛曲线炉膛炉膛内经上下有变化，一般是炉膛内经上下有变化，一般是卡腰状卡腰状，灯罩状或灯罩状或倒立花瓶状倒立花瓶状需强化燃烧或控制熔化率时需强化燃烧或控制熔化率时按供按供风方风方式分式分侧侧送送风风风由炉膛侧壁送入炉内风由炉膛侧壁送入炉内多数冲天炉用之多数冲天炉用之中央送风中央送风风由炉心风嘴向四周呈放射状送风风由炉心风嘴向四周呈放射状送风

20、当焦炭质量差，块度小时当焦炭质量差，块度小时混合送风混合送风中央送风与侧送风相结合的送风中央送风与侧送风相结合的送风中大型冲天炉为改善中心燃烧并保中大型冲天炉为改善中心燃烧并保证炉况顺行时证炉况顺行时按风按风温分温分冷冷风风常温空气直接送入炉内常温空气直接送入炉内焦炭质量高或铸件质量要求一般焦炭质量高或铸件质量要求一般热热风风空气经预热后送入炉内。有空气经预热后送入炉内。有炉胆热风炉胆热风和和炉外热风炉外热风之分之分为提高冲天炉的冶金效果，或焦炭为提高冲天炉的冶金效果，或焦炭质量不高时质量不高时按炉按炉衬性衬性质分质分酸酸性性用酸性耐火材料，如石英砂，耐火泥用酸性耐火材料，如石英砂，耐火泥作炉

21、衬作炉衬绝大多数冲天炉用之绝大多数冲天炉用之碱碱性性用碱性耐火材料，如石灰石，白云石，用碱性耐火材料，如石灰石，白云石，镁砂作炉衬镁砂作炉衬当需炉内脱硫时当需炉内脱硫时中中性性用碳素砖作炉衬或采用水冷无炉衬，用碳素砖作炉衬或采用水冷无炉衬，后者靠炉壁的釉状凝渣起保护作用后者靠炉壁的釉状凝渣起保护作用大型连续开炉的冲天炉用大型连续开炉的冲天炉用EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院17(1)热风冲天炉热风冲天炉结构特点：结构特点：换热结构换热结构是由放置在预热是由放置在预热带的带的炉胆换热器炉胆换热器和置于加料口和置于加料口上的上的管式换热器管式换热器组合而成。

22、它组合而成。它充分利用了炉气中的物理热和充分利用了炉气中的物理热和化学热，热风温度可达化学热，热风温度可达400400以上，是熔炼可锻铸铁最理想以上，是熔炼可锻铸铁最理想的炉型。它的炉胆换热器结构的炉型。它的炉胆换热器结构特殊，特殊，热效率高热效率高，管式换热器，管式换热器是用优质锅炉管由特殊工艺弯是用优质锅炉管由特殊工艺弯制而成，无焊缝，寿命长。制而成，无焊缝，寿命长。炉炉炉炉顶顶顶顶部部部部分分分分炉炉炉炉 体体体体炉炉炉炉底底底底热热热热风风风风进进进进口口口口冷风进口冷风进口冷风进口冷风进口EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院18炉胆换热器结构进风口

23、进风口炉炉气气热热风风管管换热器换热器EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院19高效高效管式管式管式管式换热器换热器EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院20(2)炉外热风冲天炉炉外热风冲天炉特特特特 点：点：点：点：1 1）一个热风装）一个热风装）一个热风装）一个热风装置配两台冲天置配两台冲天置配两台冲天置配两台冲天炉；炉；炉；炉；2 2）设置有金属）设置有金属）设置有金属）设置有金属热交换器，由热交换器，由热交换器，由热交换器，由燃烧塔燃烧塔燃烧塔燃烧塔4 4和交和交和交和交换器换器换器换器5 5组成。组成。组成。组成。3

24、 3）燃烧塔设有）燃烧塔设有）燃烧塔设有）燃烧塔设有火焰稳定装置火焰稳定装置火焰稳定装置火焰稳定装置和冷却装置。和冷却装置。和冷却装置。和冷却装置。4 4）热风温度稳）热风温度稳）热风温度稳）热风温度稳定、波动小。定、波动小。定、波动小。定、波动小。1-1-排排风风口口，2-2-冲冲天天炉炉，3-3-进进风风管管，4-4-燃燃烧烧塔塔，5-5-热热交交换换塔塔，6-6-电电磁磁阀阀，7-7-冷冷却却塔塔，8-8-除尘器，除尘器，9-9-抽风机，抽风机，1010、13-13-冷却风机，冷却风机，11-11-主风机，主风机，12-12-燃烧用风机。燃烧用风机。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形

25、装备及自动化 华中科技大学材料学院21(3)水冷壁无炉衬冲天炉水冷壁无炉衬冲天炉主要结构特点：主要结构特点：炉壁由耐热钢制造，无炉衬，炉壁由耐热钢制造，无炉衬，设置喷水管；耗水量大；设置喷水管；耗水量大；无盖式炉顶；无盖式炉顶；水冷铜制风嘴，热风为外热式，水冷铜制风嘴，热风为外热式，空气预热空气预热500-600 C主要使用特点：主要使用特点：用于大型流水作业，用于大型流水作业，5-50t/h；连续工作连续工作15周，用于各种铸周，用于各种铸铁熔炼。铁熔炼。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院224、冲天炉系统及其辅助设备、冲天炉系统及其辅助设备加配料系统加

26、配料系统除尘系统除尘系统熔化系统熔化系统电磁秤的结构原理电磁秤的结构原理电磁秤的结构原理电磁秤的结构原理 主要由电子秤、电磁吸盘及控制主要由电子秤、电磁吸盘及控制主要由电子秤、电磁吸盘及控制主要由电子秤、电磁吸盘及控制部分组成。部分组成。部分组成。部分组成。1-1-1-1-控制屏控制屏控制屏控制屏2-2-2-2-小车卷扬机构小车卷扬机构小车卷扬机构小车卷扬机构3-3-3-3-荷重传感器荷重传感器荷重传感器荷重传感器4-4-4-4-电磁吸盘电磁吸盘电磁吸盘电磁吸盘5-5-5-5-万向挂钩万向挂钩万向挂钩万向挂钩6-6-6-6-滑轮卷电缆装置滑轮卷电缆装置滑轮卷电缆装置滑轮卷电缆装置7-7-7-7

27、-电子称电子称电子称电子称8-8-8-8-驾驶室驾驶室驾驶室驾驶室9-9-9-9-行车行车行车行车EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院23(1)称量配料装置称量配料装置 炉料炉料炉料炉料主要包括主要包括金属料金属料（生（生铁铁、回炉料、回炉料、废钢废钢等）、等）、焦炭焦炭和和石灰石石灰石等等。焦炭和石灰石等常用电子焦炭和石灰石等常用电子磅秤直接称量，振动给料机输磅秤直接称量，振动给料机输送；送；金属料则采用电磁秤金属料则采用电磁秤配料。配料。底盘为锰钢。底盘为锰钢。17823459EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院24电

28、磁吸盘：电磁吸盘：是在铸钢的钟盖内是在铸钢的钟盖内有电磁线圈，下面用锰钢的非磁有电磁线圈，下面用锰钢的非磁性底板盖住。当线圈内通电时，性底板盖住。当线圈内通电时，产生电磁力，吸住铁料，产生电磁力，吸住铁料，铁料在铁料在吸附状态下搬运吸附状态下搬运，断电去磁则卸，断电去磁则卸料。电磁盘的吸力与线圈的电流料。电磁盘的吸力与线圈的电流、匝数及被吸材料的性质和块度、匝数及被吸材料的性质和块度有关。有关。电子秤的基本原理：电子秤的基本原理：利用利用荷荷重传感器重传感器因载荷变化而产生的因载荷变化而产生的应应变信号变信号大小来计算出载重量。大小来计算出载重量。控制部分：控制部分：为计算机控制，可为计算机控

29、制，可根据前一次的称量误差在下一次根据前一次的称量误差在下一次称料时预予自动补偿。称料时预予自动补偿。电磁吸盘结构图电磁吸盘结构图(1)称量配料装置称量配料装置料桶小车料桶小车料桶小车料桶小车料桶料桶料桶料桶卷扬机卷扬机卷扬机卷扬机支支支支架架架架EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院25(2)加料装置加料装置常常见见的的爬爬式式加加料料机机构构杠杆式料位计杠杆式料位计EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院26(2)加料装置加料装置EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院27(3)冲天炉熔化的自

30、动化控制系统冲天炉熔化的自动化控制系统1)影响因素影响因素金属炉料金属炉料金属炉料金属炉料焦焦焦焦 炭炭炭炭鼓鼓鼓鼓 风风风风温温温温 度度度度成成成成 分分分分熔化速度熔化速度熔化速度熔化速度铁液铁液铁液铁液炉内尺寸炉内尺寸炉内尺寸炉内尺寸风量、含氧量风量、含氧量风量、含氧量风量、含氧量金属熔炼损耗金属熔炼损耗金属熔炼损耗金属熔炼损耗金属炉料金属炉料金属炉料金属炉料炉渣成分炉渣成分炉渣成分炉渣成分风量、风压风量、风压风量、风压风量、风压炉气成分、温度炉气成分、温度炉气成分、温度炉气成分、温度控控控控制制制制因因因因素素素素输输输输出出出出变变变变量量量量外界外界外界外界干扰干扰干扰干扰因素因

31、素因素因素监监监监测测测测 参参参参数数数数高温高温高温高温优质优质优质优质低耗低耗低耗低耗EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院282 2）冲天炉熔化自动化控制的要求）冲天炉熔化自动化控制的要求 为实现冲天炉熔化的为实现冲天炉熔化的自动化控制自动化控制，必须对影响冲天炉，必须对影响冲天炉熔炼效果的因素及指标实施熔炼效果的因素及指标实施实时监控实时监控，并进行实时调整。，并进行实时调整。控制结果：控制结果：必须是全面达到必须是全面达到优质、高温、低耗优质、高温、低耗优质、高温、低耗优质、高温、低耗三项技三项技术经济指标，即铁水术经济指标，即铁水化学成分化学成分

32、准确稳定、铁水准确稳定、铁水温度温度达到要求，达到要求，同时同时焦炭燃烧效率高焦炭燃烧效率高。所谓冲天炉熔化过程的控制，是在一定炉子结构，以一所谓冲天炉熔化过程的控制，是在一定炉子结构，以一所谓冲天炉熔化过程的控制，是在一定炉子结构，以一所谓冲天炉熔化过程的控制，是在一定炉子结构，以一定的原材料及其配比条件下，调节各种工艺因素，以达到铁定的原材料及其配比条件下，调节各种工艺因素，以达到铁定的原材料及其配比条件下，调节各种工艺因素，以达到铁定的原材料及其配比条件下，调节各种工艺因素，以达到铁水化学成分及温度的基本要求，并且保证炉子在最佳状态下水化学成分及温度的基本要求，并且保证炉子在最佳状态下水

33、化学成分及温度的基本要求，并且保证炉子在最佳状态下水化学成分及温度的基本要求，并且保证炉子在最佳状态下工作。工作。工作。工作。影响熔炼过程的因素很多，包括影响熔炼过程的因素很多，包括冶金因素冶金因素（原材料来源、（原材料来源、配比、铁料块度、预处理以及化学成分波动）、配比、铁料块度、预处理以及化学成分波动）、炉子结构因炉子结构因素素（风口、焦铁比、焦炭质量及鼓风温度等）。（风口、焦铁比、焦炭质量及鼓风温度等）。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院293)冲天炉多参数监视和控制系统方案冲天炉多参数监视和控制系统方案输入输入9个个模拟量模拟量 炉气成分炉气成分

34、炉气温度炉气温度 热风温度热风温度 铁水温度铁水温度 风量风量 风压风压 送风湿度送风湿度 铁水铁水成分成分 铁水重量铁水重量EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院303)冲天炉多参数监视和控制系统方案冲天炉多参数监视和控制系统方案4 4路路输出控制：输出控制：1 1）由测定的铁水温度值与给定的铁水温度进行比较，当温）由测定的铁水温度值与给定的铁水温度进行比较，当温度出现偏差时，输出通道输出度出现偏差时，输出通道输出开关量开关量信号开大供氧气路，信号开大供氧气路，以此控制以此控制铁水温度铁水温度；2 2）通过测定）通过测定炉气成分炉气成分控制控制送风量送风量；

35、3 3）通过测定送风湿度控制）通过测定送风湿度控制干燥器的功率干燥器的功率，以此来控制，以此来控制送风送风湿度湿度；4 4）通过热分析法测定铁水的）通过热分析法测定铁水的元素含量元素含量及铁水重量与给定的及铁水重量与给定的铁水成分比较，根据比较偏差，按铁水重量计算出炉前应铁水成分比较，根据比较偏差，按铁水重量计算出炉前应补加的硅铁量补加的硅铁量。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院312.2.2电炉熔化电炉熔化 铁合金常用的熔化电铁合金常用的熔化电炉，有炉，有：三相交流三相交流电弧炉电弧炉、感应电炉感应电炉。这些炉子特别适用于这些炉子特别适用于熔化熔化黑色金

36、属黑色金属，生产高质生产高质量的合金。它们也能用来量的合金。它们也能用来熔化熔化有色金属有色金属（如铝）和（如铝）和重金属（如青铜，铜和黄重金属（如青铜，铜和黄铜）。在一些应用中，它铜）。在一些应用中，它们也可以起到们也可以起到贮存和处理贮存和处理的双重操作功用。的双重操作功用。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院32（1）电弧炉）电弧炉原理：原理：利用电极和炉料之间产利用电极和炉料之间产生的生的高温电弧高温电弧使金属料熔化。使金属料熔化。1-1-1-1-支腿支腿支腿支腿2-2-2-2-炉体炉体炉体炉体3-3-3-3-炉盖炉盖炉盖炉盖4-4-4-4-抽风管抽

37、风管抽风管抽风管5-5-5-5-电极电极电极电极6-6-6-6-炉盖开启选炉盖开启选炉盖开启选炉盖开启选择机构择机构择机构择机构7-7-7-7-电缆电缆电缆电缆8-8-8-8-变压器变压器变压器变压器 这种电弧炉用这种电弧炉用这种电弧炉用这种电弧炉用三相交流电三相交流电三相交流电三相交流电为电源（见图），一为电源（见图），一为电源（见图），一为电源（见图），一般用般用般用般用碳素电极碳素电极碳素电极碳素电极或或或或石墨电极石墨电极石墨电极石墨电极。电弧发生在电极与被熔。电弧发生在电极与被熔。电弧发生在电极与被熔。电弧发生在电极与被熔炼的炉料之间，炉料受电弧直接加热。电弧长度靠炼的炉料之间，炉料

38、受电弧直接加热。电弧长度靠炼的炉料之间，炉料受电弧直接加热。电弧长度靠炼的炉料之间，炉料受电弧直接加热。电弧长度靠电极升降调节。为提高熔炼质量，大型电弧炉在炉电极升降调节。为提高熔炼质量，大型电弧炉在炉电极升降调节。为提高熔炼质量，大型电弧炉在炉电极升降调节。为提高熔炼质量，大型电弧炉在炉底装有底装有底装有底装有电磁搅拌器电磁搅拌器电磁搅拌器电磁搅拌器，驱使炉内熔螎金属沿一定方向，驱使炉内熔螎金属沿一定方向，驱使炉内熔螎金属沿一定方向，驱使炉内熔螎金属沿一定方向循环。循环。循环。循环。50 50 50 50吨以上的电弧炉常装有吨以上的电弧炉常装有吨以上的电弧炉常装有吨以上的电弧炉常装有炉体回转

39、机构炉体回转机构炉体回转机构炉体回转机构，炉体，炉体，炉体，炉体能左右旋转一定角度，使炉料受热均匀，金属液出能左右旋转一定角度，使炉料受热均匀，金属液出能左右旋转一定角度，使炉料受热均匀，金属液出能左右旋转一定角度，使炉料受热均匀，金属液出炉时炉体可以倾斜。三相电弧炉广泛用于炼钢。炉时炉体可以倾斜。三相电弧炉广泛用于炼钢。炉时炉体可以倾斜。三相电弧炉广泛用于炼钢。炉时炉体可以倾斜。三相电弧炉广泛用于炼钢。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院33（1）电弧炉）电弧炉EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院34（2）感应电炉感应电

40、炉 利用电磁感应原理熔化金属的工业炉。感应炉利用电磁感应原理熔化金属的工业炉。感应炉采用的交流电源有采用的交流电源有工频工频 (50Hz)、中频中频(5010KHz)和和高频（高于高频（高于10KHz）3种。感应炉的主要部件有感种。感应炉的主要部件有感应器、炉体、电源、电容和控制系统等。应器、炉体、电源、电容和控制系统等。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院35无芯坩埚式感应电炉无芯坩埚式感应电炉断面结构图断面结构图1-出水口；出水口；2-炉盖；炉盖；3-作业面板；作业面板；4-冷却水冷却水；5-感应线圈粘接剂；感应线圈粘接剂；6-炉体炉体；7-铁心；铁心；

41、8-感应线圈感应线圈；9-耐火材料；耐火材料；10-金属液；金属液；11-耐火砖耐火砖；12-倾转油缸倾转油缸；13-支架支架（2）感应电炉感应电炉EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院36（2）感应电炉感应电炉EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院37感应炉熔炼的集中控制式自动化系统感应炉熔炼的集中控制式自动化系统EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院382.2.3 自动浇注装备自动浇注装备（1 1）自动浇注机的类型及特点自动浇注机的类型及特点 基本功能包括：基本功能包括：浇注时的浇注时的定

42、位与同步定位与同步、浇注、浇注流量流量控制、浇注控制、浇注速度速度控制、金属液补充及控制、金属液补充及保温、安全保温、安全保护等。保护等。国内外常用的自动浇注机主要有：国内外常用的自动浇注机主要有：电磁泵式电磁泵式浇注浇注机、机、气压包式气压包式浇注机、浇注机、倾转式倾转式浇注机等。浇注机等。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院39(2)(2)电磁泵式自动浇注机电磁泵式自动浇注机1 1）电磁泵的电磁泵的原理原理：通入电流的导电流体在磁场中受通入电流的导电流体在磁场中受到到洛仑兹力洛仑兹力的作用的作用，使其定向移使其定向移动动，如图所示。如图所示。2 2）电磁

43、泵的主要技术性能指标电磁泵的主要技术性能指标压压头头()间存在如下关系间存在如下关系:：压头压头；JxJx：垂直于磁感应强度和金属液体流垂直于磁感应强度和金属液体流动方向上的电流密度动方向上的电流密度；ByBy：垂直于电流和金属液体流动方向垂直于电流和金属液体流动方向上的磁感应强度上的磁感应强度，：处于磁隙间的金属液体长度处于磁隙间的金属液体长度。电磁泵工作原理电磁泵工作原理EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院40 3 3）电磁泵式自动浇注机结构：电磁泵式自动浇注机结构：由由电磁泵电磁泵和和浇注流槽浇注流槽组成。组成。优点优点：容易调节：容易调节浇注速度浇注

44、速度和和浇注量浇注量；容易实现；容易实现自动化自动化；此外电磁力对熔渣不起作用，因此流动时只有金属液向浇此外电磁力对熔渣不起作用，因此流动时只有金属液向浇注口方向运动，注口方向运动，浇注的金属液质量高浇注的金属液质量高。电磁泵自动浇注机的结构简图电磁泵自动浇注机的结构简图1-排液口排液口 2-加料口加料口 3-电磁泵电磁泵 4-流槽流槽 5-耐火材料耐火材料 6-浇嘴浇嘴 7-贮液槽贮液槽 (2)(2)电磁泵式自动浇注机电磁泵式自动浇注机EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院41(3)气压式自动浇注机气压式自动浇注机1 1）工作）工作原理原理：在密封浇包在密封

45、浇包的金属液面上施加一的金属液面上施加一压力压力，金，金属液在压力的作用下沿属液在压力的作用下沿浇注槽浇注槽上升，金属液到达浇注口后便上升，金属液到达浇注口后便自然下落，浇入到铸型。自然下落，浇入到铸型。为保证浇注平稳，浇注前金为保证浇注平稳，浇注前金属液面上应施加一个属液面上应施加一个预压力预压力（备浇压力），使金属液到达（备浇压力），使金属液到达浇注槽的预定位置。浇注完毕，浇注槽的预定位置。浇注完毕，金属液面上的气体卸压，金属金属液面上的气体卸压，金属液回落。液回落。每浇注一次，浇包内的金每浇注一次，浇包内的金属液面下降，该属液面下降，该预压力随着液预压力随着液面的下降自动补偿面的下降自动

46、补偿。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院42(3)气压式自动浇注机气压式自动浇注机 2 2）带荷重传感器的气压式自动浇注机）带荷重传感器的气压式自动浇注机 采用采用荷重传感器荷重传感器与与预压力联合控制预压力联合控制，可大大，可大大提高浇注定量提高浇注定量的精度的精度和和浇注过程的稳定性浇注过程的稳定性，它使称量、保持备浇状态、浇注、，它使称量、保持备浇状态、浇注、卸压等卸压等各个动作均自动连续进行各个动作均自动连续进行。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院43(4)倾转式自动浇注机倾转式自动浇注机 倾转倾转式式浇浇注机

47、是目前使用最广泛的注机是目前使用最广泛的浇浇注装注装备备。其特点是其特点是结结构构简单简单，容易操作，适，容易操作，适应应性性强强，能，能满满足足不同用不同用户户的需求的需求。1-同步挡块同步挡块 2，4-薄膜气缸薄膜气缸 3-横向移动车架横向移动车架5-电机电机6-减速器减速器7-摩擦轮摩擦轮 8-横向移动液压缸横向移动液压缸9-纵向移动液压缸纵向移动液压缸 10-倾转油缸倾转油缸11-倾转架倾转架 12-浇包浇包EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院44(4)倾转式自动浇注机倾转式自动浇注机全自动倾转式浇注机控制原理全自动倾转式浇注机控制原理 图图2-17

48、 2-17 倾转式自动浇注机倾转式自动浇注机的现场浇注的现场浇注 采用采用多传感器多传感器多传感器多传感器检测浇注时检测浇注时温度温度、流量流量、浇口杯、浇口杯液面液面等以适时控制浇等以适时控制浇注机，实现浇注过程的全自动化。注机，实现浇注过程的全自动化。EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院45本节思考题本节思考题1 1、简述金属熔化的主要设备及适应范围，举、简述金属熔化的主要设备及适应范围，举例说明金属熔化设备的结构。例说明金属熔化设备的结构。2 2、简述自动浇注设备的基本功能，常用的自、简述自动浇注设备的基本功能，常用的自动浇注设备有哪些，简述其基本原理动浇注设备有哪些，简述其基本原理3 3、简述全自动倾转式浇注机控制原理。、简述全自动倾转式浇注机控制原理。4 4、简述电磁式浇注的原理及特点，为何它主、简述电磁式浇注的原理及特点，为何它主要用于铝、镁、铜等非铁合金的浇注？要用于铝、镁、铜等非铁合金的浇注？