大型鑄鍛件加熱透燒的無損預(yù)報與工業(yè)應(yīng)用研究.pdf

1、大型鑄鍛件形大體重、制造技術(shù)難度大、質(zhì)量要求高，是冶金、電力、石化、交通、礦山、兵器等國民經(jīng)濟建設(shè)各部門所需的各種大型關(guān)鍵設(shè)備的重要基礎(chǔ)件。同時，大型鑄鍛件行業(yè)既是裝備制造的基礎(chǔ)行業(yè)，也是關(guān)系到國家經(jīng)濟命脈的戰(zhàn)略性行業(yè)，是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平和綜合國力的重要標(biāo)志。
　　當(dāng)前，我國重型裝備制造業(yè)面臨國內(nèi)外市場需求低迷、經(jīng)濟下行壓力加大的雙重挑戰(zhàn)與考驗，如何從產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級、生產(chǎn)流程再造、技術(shù)與管理創(chuàng)新等領(lǐng)域?qū)ふ彝黄瓶?，對于重型機械

2、制造企業(yè)已刻不容緩。特別是在大型鑄鍛件熱加工領(lǐng)域，工業(yè)鍛造及熱處理加熱透燒時刻尚無法實現(xiàn)便捷無損預(yù)報，對不同材質(zhì)/類型大型鑄鍛件加熱透燒后保溫時間缺少明確的確定準(zhǔn)則，且無任何透燒智能預(yù)報系統(tǒng)及短流程工藝制度與現(xiàn)有工業(yè)設(shè)備實現(xiàn)對接和功能嵌入，而工藝流程復(fù)雜、生產(chǎn)效率低下、能源工時耗用巨大等問題一直是大型鑄鍛件熱加工領(lǐng)域的難題。
　　本文通過對大型鑄鍛件加熱過程中設(shè)備耗能狀態(tài)數(shù)據(jù)的監(jiān)測與解析，研究并提出了大型鑄鍛件加熱透燒時刻的便捷、

3、準(zhǔn)確及無損預(yù)報新方法，建立了典型大型鑄鍛件透燒后保溫工藝制度的確定準(zhǔn)則，并與爐溫儀表檢測、埋敷電偶實測以及數(shù)值模擬結(jié)果進行了對比驗證，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出大型鑄鍛件加熱過程智能控制系統(tǒng)并用于若干典型件的熱加工流程的工業(yè)實踐。取得如下主要研究結(jié)果：
　　結(jié)合大型鑄鍛件加熱過程的傳熱學(xué)與物理冶金學(xué)基礎(chǔ)理論，系統(tǒng)分析了大型鑄鍛件加熱的物理過程，討論了加熱爐系統(tǒng)散熱及能量平衡準(zhǔn)則，建立了大型鑄鍛件加熱過程中等溫面的遷移模型，給出了能量平衡與工

4、件尺寸的函數(shù)關(guān)系，闡釋了加熱方式及能量輸入形式與節(jié)能降耗之間的關(guān)系。
　　大型鑄鍛件的熱傳導(dǎo)加熱過程主要決定于加熱介質(zhì)與被加熱工件間的溫度梯度以及被加熱工件的導(dǎo)熱性，在不同的加熱介質(zhì)以及不同的加熱溫度條件下，起主導(dǎo)作用的傳熱方式各不不同。工件實際加熱過程中滿足能量守恒定律，且當(dāng)工件透燒后，工件與介質(zhì)之間達到熱交換平衡，此時單位時間內(nèi)用于加熱消耗的輸入能量基本上保持穩(wěn)定。單個或多個工件的加熱過程均可按整體處理，當(dāng)爐中工件開始加熱至全

5、部透燒時，可基于能量平衡準(zhǔn)則評估爐內(nèi)全部工件的透燒狀態(tài)。
　　提出了一種基于解析加熱爐能量耗用速率來準(zhǔn)確判定大型鑄鍛件加熱透燒時刻的無損預(yù)報新方法，確定了某大型支承輥、餅類鍛件、L側(cè)鍛軸鍛件等分別在熱處理及鍛造加熱過程中的透燒時刻，并與爐溫儀表檢測、埋敷偶實測及數(shù)值模擬結(jié)果進行了對比分析，同時建立了支承輥鍛件分別在850°C、950°C和1030°C加熱保溫條件下，燃氣耗用速率與透燒深度之間的經(jīng)驗公式。發(fā)現(xiàn)加熱爐能量輸入速度的瞬時

6、變化可以用來準(zhǔn)確表征大型鑄鍛件實際加熱過程中的透燒時刻，藉此實現(xiàn)大型工件透燒時刻的便捷、準(zhǔn)確及無損預(yù)報。所提出的大型鑄鍛件加熱透燒預(yù)報新方法既不受大型鑄鍛件材質(zhì)、形狀、尺寸及裝爐量的影響，也無需在工件中心敷埋電偶，對于優(yōu)化大型鑄鍛件熱加工工藝、節(jié)能減排及降本增效，意義重大。
　　開發(fā)了新型加熱爐智能控制系統(tǒng)，并針對單件支承輥鍛件和核電鍛件的加熱過程進行了時間、溫度及燃料耗用速率的采集與測算，通過控制系統(tǒng)的LED燈和蜂鳴器報警實現(xiàn)了

7、工件加熱透燒時刻的便捷、準(zhǔn)確及無損預(yù)報?？刂葡到y(tǒng)所采集的支承輥鍛件熱處理數(shù)據(jù)與實際加熱爐控制系統(tǒng)幾乎一致，且最高峰對應(yīng)時刻與爐溫保溫初始點吻合較好，在爐溫升高至930°C的保溫階段，該支承輥鍛件透燒所需保溫時間約為23h。利用該系統(tǒng)采集并測算了一核電鍛件在鍛前加熱過程中的時間、溫度及煤氣耗用速率等參數(shù)，發(fā)現(xiàn)保溫前煤氣耗用速率的最高峰對應(yīng)時刻與爐溫保溫初始點吻合較好，該核電鍛件在1280°C的保溫時的透燒時間約為7.2h。
　　在大

8、型法蘭蓋鋼錠、低碳鋼鋼錠及高中壓轉(zhuǎn)子的鍛前加熱、保溫以及鐓拔處理工藝實踐中，通過解析燃氣消耗總量變化數(shù)據(jù)預(yù)報了工件的透燒時間。產(chǎn)品最終質(zhì)量檢驗結(jié)果表明，法蘭蓋鋼錠在1250°C和5.7h、8.5h與17.5h三種鍛前保溫制度下，鍛后力學(xué)性能均顯著高于相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，鍛后樣品的晶粒度級別在5.5~7.0范圍，基體主要由貝氏體回火組織組成；低碳鋼錠在1250°C和7.0h、26.3h條件下分別加熱及鍛造處理后的晶粒級別及力學(xué)性能均達標(biāo)，實