復(fù)雜金屬構(gòu)件用熔鑄設(shè)備的研究

二戰(zhàn)以后，全球經(jīng)濟(jì)飛速向前，各國(guó)的裝備制造業(yè)的整體水平的也在不斷攀升，在材料領(lǐng)域，軍用及民用的各個(gè)領(lǐng)域都對(duì)高性能材料提出了更高的要求，尤其是金屬材料。金屬，因其致密性、均勻性、純凈度、表面光滑平整等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今世界應(yīng)用最廣泛的材料之一。目前，市面上有超過(guò)350種金屬材料構(gòu)件需要經(jīng)常性應(yīng)用。因此，制造這些構(gòu)件的熔鑄設(shè)備的需求也越來(lái)越大

。

當(dāng)前，常規(guī)的金屬構(gòu)件用熔鑄設(shè)備主要用于重熔形狀簡(jiǎn)單的金屬錠或金屬坯。但是，在熔鑄復(fù)雜金屬構(gòu)件時(shí)，熔鑄設(shè)備必須y要具有能快速更換電極、結(jié)晶器的能力，且設(shè)備必須能做到精準(zhǔn)控制、高安全性?，F(xiàn)今，我國(guó)在這方面的研發(fā)依舊缺乏自主性和創(chuàng)新性，嚴(yán)重依賴國(guó)外技術(shù)，但是由于條件限制，先進(jìn)技術(shù)在我國(guó)有的出現(xiàn)了水土不服的狀況，這就要求我們需要努力自主研發(fā)復(fù)雜金屬構(gòu)件用的熔鑄設(shè)備。

1 我國(guó)熔鑄設(shè)備的發(fā)展

我國(guó)的金屬熔鑄技術(shù)研究是起步于20世紀(jì)70年代，主要用于研究生產(chǎn)簡(jiǎn)單型金屬產(chǎn)品。80年代初，我國(guó)已初步掌握了中小型金屬構(gòu)件的生產(chǎn)技術(shù)。90年代初，我國(guó)考慮到產(chǎn)品的安全性考慮和使用壽命，對(duì)金屬構(gòu)件質(zhì)量提出了更嚴(yán)苛的要求，隨著質(zhì)量的提升打開(kāi)了國(guó)際市場(chǎng)的大門。21世紀(jì)開(kāi)始后，國(guó)內(nèi)企業(yè)采用熔鑄方法所生產(chǎn)的一般鑄件的質(zhì)量都可以達(dá)到國(guó)際最優(yōu)等級(jí)，市場(chǎng)反應(yīng)優(yōu)異。從熔鑄工藝上來(lái)講，金屬構(gòu)件產(chǎn)品的純凈度、均勻性、耐疲勞性能等方面也一直處于國(guó)際領(lǐng)先地位。從產(chǎn)品應(yīng)用方面來(lái)說(shuō)，我國(guó)的熔鑄設(shè)備由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能單一還僅限于熔鑄一般性中小金屬構(gòu)件，不能滿足生產(chǎn)復(fù)雜性金屬構(gòu)件的市場(chǎng)需求。國(guó)際市場(chǎng)上，高品質(zhì)高端的復(fù)雜金屬構(gòu)件越來(lái)越多的占領(lǐng)市場(chǎng)份額，也促動(dòng)了國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)的，與此同時(shí)也推動(dòng)著我國(guó)金屬熔鑄設(shè)備的革新。

2 復(fù)雜金屬構(gòu)件用熔鑄設(shè)備的構(gòu)造

主流的金屬構(gòu)件熔鑄設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)造主要包括機(jī)械系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)。

醫(yī)院場(chǎng)地比較小，院方總是希望患者在醫(yī)院逗留的時(shí)間越少越好，于是就推出分時(shí)段掛號(hào)。醫(yī)院經(jīng)過(guò)對(duì)患者就診數(shù)據(jù)分析，計(jì)算出每位患者就診、檢查的平均時(shí)間；以半小時(shí)為一個(gè)時(shí)段，把患者預(yù)約時(shí)間限定在相對(duì)精準(zhǔn)的時(shí)段；讓患者在更為精準(zhǔn)時(shí)間段來(lái)就醫(yī)，沒(méi)有必要提早來(lái)醫(yī)院。

在設(shè)計(jì)復(fù)雜金屬構(gòu)件用的熔鑄設(shè)備的系統(tǒng)構(gòu)造時(shí)，我們主要是要借鑒國(guó)內(nèi)外的此方面設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)基，而且要抓住三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：其一是設(shè)備電極如何準(zhǔn)確簡(jiǎn)單更換、其二，我們要弄準(zhǔn)設(shè)備的電極裝卡方式，其三設(shè)備的供電系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)需要借鑒過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)也要結(jié)合當(dāng)前情況，對(duì)其完善和改進(jìn)，并時(shí)刻確保系統(tǒng)安全性能。

設(shè)計(jì)該復(fù)雜構(gòu)建用熔鑄設(shè)備的基本原理需要參照國(guó)際先進(jìn)熔鑄設(shè)備的構(gòu)造和熔鑄基本原理。整個(gè)系統(tǒng)需要囊括，自耗電極、結(jié)晶器、殘?jiān)占?、金屬熔化槽、金屬坯放置槽、水箱、絕緣裝置、變壓器。其基本原理是將固態(tài)或液態(tài)金屬渣加入到結(jié)晶器中，然后利用液態(tài)渣阻所產(chǎn)生的焦耳熱把金屬電極熔化掉，然后把金屬熔滴凈化一次。在整個(gè)過(guò)程中，控制住自耗電極下降速度就可以直接控制電極埋入深度。當(dāng)電極下降速度超過(guò)熔化速度時(shí)，電極就會(huì)很可能和金屬熔池發(fā)生短路。傳統(tǒng)上來(lái)說(shuō)，由于設(shè)備供電方式的差異，設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也差別較大。很多傳統(tǒng)電渣供電方式無(wú)法在同一熔煉設(shè)備設(shè)備使用是當(dāng)前的基本現(xiàn)狀。因此，我們要在傳統(tǒng)的設(shè)備供電方式基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)，改變?cè)O(shè)備中的短網(wǎng)接線方式，這樣就能實(shí)現(xiàn)熔煉設(shè)備的新功能。（短網(wǎng)，secondary conductors and terminals，由電爐變壓器次級(jí)向電爐熔池供電的低電壓大電流電路系統(tǒng)。由水冷軟電纜、水冷導(dǎo)電橫臂、電極把持器等組成的大電流輸電導(dǎo)體。

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2.1 構(gòu)造原理

2017年新改版“檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則（ISO/IEC 17025:2017）”[1]由中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)于2018年3月1日發(fā)布，2018年9月1日實(shí)施。其中的“6.2 有關(guān)人員要素”有較大改動(dòng)，首次提出“公正”，不再區(qū)別在培員工、長(zhǎng)期雇傭人員、簽約人員，全部納入“人員”進(jìn)行管理；刪除了“人員培訓(xùn)活動(dòng)的有效性評(píng)價(jià)”“并包含授權(quán)/或能力確認(rèn)的日期”“這些信息易于獲得”等內(nèi)容，更加重視人員的培訓(xùn)和培養(yǎng)，將人員全過(guò)程的監(jiān)督和監(jiān)控放在比較重要的地位。

圖4中，1為自耗電極，2為結(jié)晶器，3為殘?jiān)占鳎?為金屬熔化，5為金屬坯放置槽，6為水箱，7為絕緣裝置，8為短網(wǎng)，9為變壓器。

2.2 設(shè)備電極

目前，對(duì)于金屬構(gòu)件熔鑄設(shè)備中的電極，常規(guī)來(lái)講，主要通過(guò)兩種途徑進(jìn)行更換：第一種是，通過(guò)旋轉(zhuǎn)設(shè)備本體來(lái)進(jìn)行更換。第二是種是利用滑動(dòng)式臺(tái)車來(lái)進(jìn)行金屬電極更換。但是，當(dāng)需要熔鑄復(fù)雜金屬鑄件時(shí)，絕大多數(shù)情況都是使用滑動(dòng)式臺(tái)車來(lái)進(jìn)行更換。因?yàn)榛瑒?dòng)式臺(tái)車在更換電極的過(guò)程中可以同步完成設(shè)備結(jié)晶器的臨時(shí)更換。

綜上所述，此次個(gè)稅的改革是為了能夠更加合理的解決收入分配不公的現(xiàn)象，盡可能縮短貧富差距，從而提高我國(guó)人民生活的幸福指數(shù)。但是，由于地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平的差異，收入與支出都會(huì)存在差異，如果不劃分檔級(jí)，可能會(huì)因?yàn)閭€(gè)稅基數(shù)的差異而引發(fā)矛盾。所以，個(gè)稅改革過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題還需我們進(jìn)一步做出研究與探討。

2.3 電極裝卡方式

目前，市面上常見(jiàn)的技術(shù)構(gòu)建熔鑄設(shè)備中的電極裝卡主要有3種，即對(duì)半開(kāi)式電極夾頭、自動(dòng)裝卡式電極夾頭、頂桿式電極夾頭

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2.4 復(fù)雜金屬構(gòu)件用熔鑄設(shè)備的供電設(shè)計(jì)

由此可知，炎癥應(yīng)答是NAFLD疾病進(jìn)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，起到承前啟后的作用。而炎癥應(yīng)答的產(chǎn)生及其發(fā)揮作用的分子機(jī)制，目前仍不明確。

2.5 復(fù)雜金屬構(gòu)件用熔鑄設(shè)備的冷卻設(shè)計(jì)

從常規(guī)角度來(lái)看，目前大部分的熔鑄設(shè)備中的結(jié)晶器形狀單一，很少進(jìn)行更換，設(shè)備內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)也較為簡(jiǎn)單。但是，對(duì)于金屬構(gòu)件來(lái)說(shuō)，結(jié)晶器形狀就會(huì)變得復(fù)雜許多，更換的次數(shù)也再增多，其內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)各方面的要求都極為嚴(yán)格。

綜合考慮復(fù)雜金屬用熔鑄設(shè)備的各項(xiàng)需求，和空間利用率，我們需要設(shè)計(jì)出雙循環(huán)冷卻系統(tǒng)，并配套安裝多項(xiàng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)安全提供保障。

2.6 復(fù)雜金屬構(gòu)件用熔鑄設(shè)備的自動(dòng)控制系統(tǒng)

操作步驟：先將結(jié)晶器用螺絲固定在含有四層結(jié)構(gòu)的臺(tái)車上。臺(tái)車下方需事先配備好稱重設(shè)備，然后我們可以快速地移動(dòng)支臂，再慢速地移動(dòng)電極，這樣就可以準(zhǔn)確的將其與結(jié)晶器中心線對(duì)齊。當(dāng)進(jìn)行金屬構(gòu)件熔鑄時(shí)，在調(diào)整結(jié)晶器的垂直角度之后，我們就可以采用手動(dòng)方式來(lái)操作。

在設(shè)計(jì)金屬構(gòu)建用熔鑄設(shè)備的供電系統(tǒng)時(shí)，我們需要掌握兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，即三相平衡技術(shù)和單項(xiàng)熔鑄和雙極串聯(lián)熔鑄兼容技術(shù)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以引進(jìn)當(dāng)下流行的t型AC變壓器，并結(jié)合中性抽頭接線法來(lái)在設(shè)備中完美實(shí)現(xiàn)了兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在實(shí)際使用過(guò)程中，設(shè)備誤差極小，平衡度超出預(yù)期水平。目前，該項(xiàng)技術(shù)已取得國(guó)家創(chuàng)新專利。

通過(guò)交流變頻器模塊，我們可以輕松控制電機(jī)快速升降。但是，這也可以改由智能模塊自動(dòng)控制。此外，我們也可以安裝伺服控制器模塊來(lái)代替交流變頻器模塊，這樣我們也可以簡(jiǎn)易控制電機(jī)的上升和下降。需要注意的是，電機(jī)的電磁離合器需要配合模塊的使用，從而滿足控制復(fù)雜金屬構(gòu)件在熔煉過(guò)程的擺動(dòng)速度的要求。

在對(duì)金屬坯進(jìn)行熔煉時(shí)，無(wú)論是采用單電極熔煉法還是雙電極熔煉法，我們都可以輕松控制設(shè)備，并能保證熔鑄時(shí)間的準(zhǔn)確性以及金屬構(gòu)件的質(zhì)量。本研究中，我們采用了固定式結(jié)晶器、滑動(dòng)式臺(tái)車、熔鑄支臂交換熔煉工位的方式進(jìn)行復(fù)雜金屬構(gòu)件的熔鑄。

2.6.1 控制要求

2.6.2 控制方式

本研究中設(shè)計(jì)的金屬熔鑄設(shè)備的控制系統(tǒng)包含了兩個(gè)極組，即上位極組和下位機(jī)組，上位機(jī)組負(fù)責(zé)人機(jī)交互程序的啟動(dòng)完成，下位機(jī)組負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)中的各項(xiàng)操作功能。主要控制方式包括：

調(diào)壓控制模塊安裝在操作面板上，可進(jìn)行手動(dòng)操作來(lái)對(duì)電壓進(jìn)行高低控制。此外，我們也可通過(guò)上位機(jī)組中安裝的手動(dòng)桿來(lái)操控高低電壓。

在設(shè)備的控制系統(tǒng)中，微機(jī)系統(tǒng)安裝有自動(dòng)調(diào)壓功能模塊。當(dāng)變壓器的電流發(fā)生了過(guò)載或者熔鑄設(shè)備的內(nèi)部液壓油的溫度高于設(shè)定值時(shí)，狀態(tài)和參數(shù)數(shù)據(jù)立即實(shí)時(shí)回傳至PLC模塊，并由其自動(dòng)檢測(cè)并記錄，然后自動(dòng)斷路器會(huì)立即跳閘進(jìn)入控制保護(hù)狀態(tài)。

在PLC模塊上，我們安裝了高壓真空斷路器，通過(guò)這種控制模塊和方式我們可分別地在不同的兩處，分別地進(jìn)行控制高壓柜和控制室的主操作臺(tái)，而且不會(huì)出現(xiàn)相互干擾。

比較金屬坯的常規(guī)數(shù)據(jù)后，按金屬坯的最大尺寸ф300×600厘米來(lái)計(jì)算，我們可以估算出變壓器容量約為14400kVA。

另外，在互動(dòng)式臺(tái)車的控制面板中，我們安裝了控制按鈕以及液晶顯示器，這樣就可以單獨(dú)單人地進(jìn)行控制操作，且安全性高。熔煉設(shè)備的參數(shù)顯示后，設(shè)備運(yùn)行狀況一目了然，其中包括熔煉電流、熔煉電壓、溫度、速度、功率、時(shí)間等多項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)。實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫面以及歷史趨勢(shì)畫面也有顯示器提供并由后臺(tái)進(jìn)行分析，以便于工藝改進(jìn)和流程長(zhǎng)期監(jiān)視。

另?yè)?jù)了解，本次進(jìn)博會(huì)中，拜耳展臺(tái)主要分為4個(gè)板塊，包括處方藥業(yè)務(wù)之健康醫(yī)院主題、健康消費(fèi)品業(yè)務(wù)之自我保健主題、作物科學(xué)業(yè)務(wù)之綠色農(nóng)場(chǎng)主題，以及拜耳04勒沃庫(kù)森俱樂(lè)部展示區(qū)域。值得一提的是，根植中國(guó)農(nóng)業(yè)60余年，拜耳的創(chuàng)新作物解決方案以可持續(xù)的方式，幫助種植戶提升產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率，為大眾提供安全、營(yíng)養(yǎng)、可負(fù)擔(dān)的糧食產(chǎn)品，同時(shí)兼顧環(huán)境。拜耳在水產(chǎn)養(yǎng)殖、寵物保健和農(nóng)場(chǎng)畜牧等業(yè)務(wù)領(lǐng)域也提供了全面地解決方案。

通過(guò)以上控制方式，我們就可以可根據(jù)復(fù)雜金屬構(gòu)件的熔煉工藝要求，簡(jiǎn)單查詢并選擇操作曲線來(lái)進(jìn)行整體操作完成制備。

男性，51歲，右側(cè)腋窩淋巴結(jié)活檢病理確診為間變性大細(xì)胞淋巴瘤，化療前及化療3個(gè)療程后顯像. A：經(jīng)“uWS-MI”處理腋窩病灶的PET、PET/CT、MIP圖像；B：經(jīng)“GE AWS46”處理的腋窩病灶CT、PET、MIP圖像

3 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)金屬熔鑄設(shè)備的發(fā)展歷史，系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)、控制方式等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，研發(fā)出高性能高穩(wěn)定性的適用于復(fù)雜金屬構(gòu)件熔鑄的新型設(shè)備。通過(guò)對(duì)熔鑄過(guò)程中的熔鑄工藝參數(shù)對(duì)比和工藝研究，總結(jié)提出系統(tǒng)的復(fù)雜金構(gòu)件用熔鑄工藝流程并使設(shè)備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。

在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方面，考慮到熔鑄復(fù)雜金屬構(gòu)件的需要，采用滑動(dòng)式臺(tái)車與多種方式相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了多自由度以及電極和結(jié)晶器的更換。

一般情況下，普通硅酸鹽水泥或者是硅酸鹽水泥是道路橋梁施工中常用的施工材料，但是，為了能夠切實(shí)提高整體建設(shè)項(xiàng)目的質(zhì)量，就可以考慮適用鋼纖維混凝土材料。主要是鋼纖維混凝土在施工過(guò)程中，其厚度攤鋪量可以比較小，同時(shí)它具備抗壓、抗磨抗凍等特點(diǎn)，因此，水泥的選擇上可以采取鋼纖維混凝土進(jìn)行施工。

通過(guò)計(jì)算對(duì)比熔鑄過(guò)程中各項(xiàng)工藝參數(shù)，完善了當(dāng)前的復(fù)雜金屬構(gòu)件的熔鑄工藝技術(shù)。本文針對(duì)復(fù)雜金屬構(gòu)件的工藝需求，采用滑動(dòng)式臺(tái)車和t型AC變壓器相結(jié)合的方式，通過(guò)中性抽頭解決了熔鑄兼容問(wèn)題，也實(shí)現(xiàn)了三相供電平衡，且平衡度超出預(yù)期值。本文提出的設(shè)計(jì)理念和方法，使復(fù)雜金屬構(gòu)件的力學(xué)性能達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)要求。在可視化控制方面，采用了上下位機(jī)組相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。總體上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜金屬構(gòu)件熔煉的整體控制和品質(zhì)工藝的提升。

[1]李正邦．電渣冶金原理及應(yīng)用．北京冶金工業(yè)出版社 1996．233．

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