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    3
    摩擦系数 0.1 0.103 0.108
    0.0045
    晶粒的作用, 无论对管坯力学性能还是磨损性能都有 较大的提高.综合来看,采用30%新料的KMS-2E的熔 炼品质可获得最佳的材料的金相组织和机械性能.
    《铜加工研究》2009 年第 7 期
    浅谈水平连铸感应电炉熔沟断裂
    浙江海亮股份有限公司 周俊芳 王云龙
    摘要:有芯熔沟式感应炉因具有加热速度快,热效率高等优点,被广泛用于熔化紫铜.水平连铸 TP2 管坯一般采用有芯熔沟式感应加热,当熔沟断裂时,感应体内没有电流通过,最终造成死炉事故,出 现死炉后就会使炉体报废,这样会使生产成本增加.通过研究发现在新炉子启动升温,停炉启动升温, 正常浇铸过程中都会出现熔沟断裂事故.本文针对不同情况的熔沟断裂可能产生的原因以及采取的预 防措施进行探讨,以便同行相互借鉴,减少感应电炉发生熔沟断裂事故的概率,提高炉体使用寿命. 关键词: 水平连铸 熔沟断裂 停炉启熔 凝固顺序
    1 前言 由于有芯熔沟式感应炉具有加热速度快,热 效率高,金属烧损少,质量好,投资低等一系列 优点,被广泛用于熔炼铜及铜合金.某厂水平连 铸采用有芯感应电炉进行加热,其工作原理相当 于短路状态下工作的变压器,通电线圈相当于变 压器的一次线圈,其熔沟(感应体)相当于变压 器的二次线圈.当一次线圈通电后,熔沟内的金 属由于产生感应电流而被加热.当热量传到炉膛 时,又使其炉膛内金属的温度不断上升,使金属 熔化.然而长期以来,熔沟断裂事故一直是该种 电炉生产的主要问题,若处理不当极易造成死 炉,使炉体报废,生产线全线停产,进而给企业 带来巨大的经济损失.本文在生产工艺实践的基
    础上对水平连铸使用的有芯感应电炉熔沟断裂 机理的分析,提出了预防与控制断沟的措施,以 期最大限度地防止设备事故的发生. 2 熔沟热断裂的原因分析 有芯熔沟式感应炉采用感应加热, 其熔沟 (感 应体)相当于变压器的二次线圈.当一次线圈通 电后,熔沟内的金属由于产生感应电流而被加 热.熔沟一旦断裂,感应器便处于断路状态,此 时二次电流为零,铜液在电炉内不再循环,炉子 就失去了熔炼能力.可以说熔沟是有芯感应铜炉 的要害.生产过程中我们发现在新炉子启动升 温,停炉启动升温,正常浇铸过程中都会出现熔 沟断裂事故.
    图1,熔沟外形图
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    《铜加工研究》2009 年第 7 期
    2.1开炉时熔沟断裂 在新炉开炉过程中,若预先放置的熔沟是铸 造件,难免存在有夹渣,气孔,裂纹,晶间裂纹 等铸造缺陷,这些缺陷分布在晶界上.由于夹渣 和气孔难于使晶体润湿,留有细小的微孔,另外 当熔沟温度逐渐升高时,捣打料中的水汽会被吸 出,铜熔沟基体就不连续,在高温烘烤过程中熔 沟处于高应力和低温度状态.熔沟内晶界此时将 产生滑动和扩散,当滑动扩散到有铸造缺陷部位 就会产生应力集中.在高温的作用下,晶粒边界 快速移动.再加上微孔和气体作用必定导致晶间 裂纹或穿晶裂纹而萌生裂纹形核.原子的排列与 两颗晶粒内部比较是歪曲,并逐渐变化的.由于 高温将位错的钉扎降低,晶粒边界处金属的强度 会显著降低.由于金属往复运动加速热运动,扩 大了裂口,最终导致宏观裂纹出现,虽然铜受热 体积膨胀,但往往膨胀部分的体积无法填充上述 缺陷形成的裂纹.当新开炉时只要出现熔沟温度 过低,上下部温差过大,输入功率过大等任何一 种情况下,都会产生熔沟断裂. 另外在筑炉过程中,熔沟与水套距离最近周 围捣打料捣打不紧密,水冷套冷却水流量大,炉 膛温度低,熔沟升温等工艺因素控制不当,都可 能造成断沟.新炉捣打时采用的是新熔沟,在升 温烘炉时, 熔沟的顶部与炉膛的底部连接 (AB 弧, AD 弧) ,通过热交换,散热面积大,散热速度快, 升温较慢.而熔沟的下半圆部分全部被捣打料包 裹(BC 弧,CD 弧) ,石英砂热交换能力差,且该 部分横断面小,电流密度大,因此总是该部位先 熔化,熔化的铜液逐渐向上方移动.随着时间的 延长,熔沟存在夹渣,气孔,缩孔等缺陷如果进 入铜液内部时,不会存在熔沟断裂,当在熔化过 程出现长时间断电或者水压异常变动时,上部铜 处于固态,下部已经处于液态的金属收缩,晶体 彼此在不大的连接面上也跟着被扯出显微裂纹, 随着时间的延长沿晶界断裂;上部固态熔沟是铸 态晶粒长合的地方,边界显得比本身强度大得 多,虽不能沿晶界断裂,但它可以因直接穿过晶 粒本身而断裂.裂口使熔沟多处截面的电阻不 同,在电阻大的地方,产生的热量就多,这时使 用钳形电流表出现剧烈摆动. 当熔沟一旦出现宏观断裂,二次绕组便处于 断路状态而无法工作.温度随之下降,熔沟内将 出现膨胀不均匀产生的应力,加大了裂纹宽度, 造成死炉. 2.2 停炉后重新启动时熔沟断裂 水平连铸熔沟式感应电炉的特点是适合于连 续生产,尤其是新的电炉内部石英砂没有烧结完 成前,停炉后再次启动时炉体不仅要经历两次热 胀冷缩,还增加了停炉及以后开炉时断沟的危险 性.所以炉体在投入使用后除非特殊情况,其他 时间严禁停炉.停炉后重新启动时熔沟断裂的可 能性很大,因此必须对停炉后重新启动断熔沟给 予关注. 2.2.1 冷凝收缩断裂 停炉后炉内通常有一层厚度为 200mm 的金属 与两条熔沟相连,金属液凝固时,在上部金属与 下部熔沟之间由于冷却补缩不充分而形成大面 积中间缩孔(见图 2) .如果这时脱氧不彻底,在 熔沟处有大量气泡,下层冷凝收缩时会在 A,B, C 三个区域由于拉应力作用产生断裂.笔者对发 生停炉启熔断裂熔沟进行观察,发现所有断裂位 置均在这三个区域,因此可以认为这三个区域是 当重新启熔时断裂高发区.在生产过程应对这三 个断裂高发区域给予重视.

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