大型鑄鍛件加熱透燒的無損預報與工業(yè)應用研究.pdf

1、大型鑄鍛件形大體重、制造技術難度大、質量要求高，是冶金、電力、石化、交通、礦山、兵器等國民經濟建設各部門所需的各種大型關鍵設備的重要基礎件。同時，大型鑄鍛件行業(yè)既是裝備制造的基礎行業(yè)，也是關系到國家經濟命脈的戰(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志。
　　當前，我國重型裝備制造業(yè)面臨國內外市場需求低迷、經濟下行壓力加大的雙重挑戰(zhàn)與考驗，如何從產品轉型升級、生產流程再造、技術與管理創(chuàng)新等領域尋找突破口，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)便捷無損預報，對不同材質/類型大型鑄鍛件加熱透燒后保溫時間缺少明確的確定準則，且無任何透燒智能預報系統(tǒng)及短流程工藝制度與現(xiàn)有工業(yè)設備實現(xiàn)對接和功能嵌入，而工藝流程復雜、生產效率低下、能源工時耗用巨大等問題一直是大型鑄鍛件熱加工領域的難題。
　　本文通過對大型鑄鍛件加熱過程中設備耗能狀態(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、準確及無損預報新方法，建立了典型大型鑄鍛件透燒后保溫工藝制度的確定準則，并與爐溫儀表檢測、埋敷電偶實測以及數(shù)值模擬結果進行了對比驗證，在此基礎上開發(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果：
　　結合大型鑄鍛件加熱過程的傳熱學與物理冶金學基礎理論，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)能降耗之間的關系。
　　大型鑄鍛件的熱傳導加熱過程主要決定于加熱介質與被加熱工件間的溫度梯度以及被加熱工件的導熱性，在不同的加熱介質以及不同的加熱溫度條件下，起主導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，且當工件透燒后，工件與介質之間達到熱交換平衡，此時單位時間內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，當爐中工件開始加熱至全

5、部透燒時，可基于能量平衡準則評估爐內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確判定大型鑄鍛件加熱透燒時刻的無損預報新方法，確定了某大型支承輥、餅類鍛件、L側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、準確及無損預報。所提出的大型鑄鍛件加熱透燒預報新方法既不受大型鑄鍛件材質、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、準確及無損預報?？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)預報了工件的透燒時間。產品最終質量檢驗結果表明，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，鍛后力學性能均顯著高于相應技術標準要求，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性能均達標，實