半固态连铸技术的经济分析与研究进展

时间:2019-03-24 14:13:03 来源:文登新闻网 作者:匿名



1半固态连铸的技术特点和经济分析

半固态连续铸造,也称为连续流变铸造,是一种基于材料流变学生产板坯的新技术。一个基本特征是进入结晶器的熔体是固 - 液共存混合物,其具有具有非树枝状特征的固相。

1.1半固态连铸和普通连铸的比较

1.2半固态连铸的几个技术术语

半固态连续铸造文献中常用的术语是:浆料——含有一定比例固相的固 - 液两相混合物。制浆室——用于制备半固体浆料的装置或容器。拉速——每单位时间拉出的毛坯的重量或长度。它是半固态连铸生产率的衡量标准。非树突状结构——树突状组织向非树突状组织转化的过程。临界固体分数——在某些剪切条件下可以流动的浆料的最大固体分数。当固体部分超过该值时,半固体浆料不会像固体一样流动。

1.3经济分析

通过相对比较法分析了半固态连铸的经济性。表1比较了半固态连续铸造和普通连续铸造的成本。由于半固态连铸的铸造温度较低,熔炼成本低于普通连铸;但半固态连铸投资大于普通连铸,设备折旧成本较高;并且必须加热和搅拌制浆室中的熔体。浇注成本更高;有更多的业务,更低的生产力,更高的工资和福利。总的来说,半固态连铸的成本高于普通连铸的成本。

2半固态连铸技术现状

2.1国内外半固态连铸设备的研??究开发现状

半固态连铸有三个关键技术:第一,浆料的制备必须将枝晶转变为非树枝状,以确保半固态浆料在高固相分数下仍具有足够的流动性;其次,半固态连铸需要增加剪切应力,因此半固态浆料的流变填充是该技术不可忽视的另一关键。第三,必须避免泄漏或破损现象,以确保半固态连铸生产过程的稳定性。围绕上述关键技术,已经进行了大量研究,并开发了各种实用技术。不超过十种半固态浆料制备技术。每种技术都有自己的优点和缺点。例如,最常见的非接触式电磁搅拌方法具有不污染合金和便于自动控制的优点,但难以制备具有高固体分数的浆料;接触式机械搅拌方法设备简单,投资少,易于发射等优点,但存在搅拌棒严重损失,合金熔体污染,混合不均匀,黑色金属难以使用等缺点。超声波法也是一种非接触式搅拌技术,但它需要配备大功率设备才能达到预期效果;存在诸如高功率和复杂设备的缺点。熔体热处理方法(圆形等温法)具有颗粒圆度均匀性高,但生产率低,难以用于大型铸锭的优点。预变形法(应变)诱导熔体活化法)可获得合格的坯料,但工艺漫长,生产成本高。它仅适用于塑料材料。机械剪切淬火(SCR)的优点是晶粒细小(60μm),生产率高,易于控制。但是,该设备寿命短,氧化严重,铸造钢坯很难。喷涂沉积法已在国内一些实验室得到应用,所得坯料细晶粒(60μm),质量稳定,但难度大。大量生产;由FlemingsM C发明并应用于日本专利的电脉冲方法适用于各种合金,并且所获得的小方坯颗粒小于60μm,但该方法需要高电压和大电流放电操作,并且需要特殊的电源设备。工业测试报告。可以看出,虽然半固态浆料的制备方法很多,但只有电磁搅拌半固态连铸法具有良好的工业应用前景。

虽然半固态连续铸造与普通连铸没有太大区别,但普通连铸机不能用于半固态连铸。自20世纪80年代以来,已经进行了大量研究以开发半固态连铸机。其中,最早在美国,Alumax首先发展成为有色金属半固态连铸机,可用于生产半固态坯料和直接成型机械零件;然后美国ISC(InlandSteelCompany)公司开展了一种有机合金的半实心圆坯。铸造机的商业开发。 20世纪90年代,日本Fujikawa Ansino发明了一种半固态机械搅拌卧式连铸机和电磁搅拌立式连铸机,丰富了有色金属半固态连铸机的种类;法国Pechiney也于1996年实现了铝合金半固态连铸的产业化。 1995年,美国ISC公司研制出第一台黑色金属半固态连铸机并进行了工业试制,这使得黑色半固态连铸机的研究取得了突破性进展。中国对黑色金属半固态连铸技术的研究还为时不晚。 1996年,北京科技大学胡汉琦教授指导博士生邢树明开发黑色金属半固态连铸机。 1999年1月,他成功地制定并通过了教育部组织的技术鉴定,以填补这一领域的国家。空白。2.2国内外半固态连铸机主要型号

目前,半固态连铸机的主要型号是纵向和横向,主要是垂直形式。然而,这就像普通连铸机开发中的初始模型一样。要真正实现工业化,必然会发展成为一种弯曲的连铸机,随着半固态连铸技术的逐步完善。

2.3半固态连铸工艺及合金的研究现状

目前,半固态连铸工艺的研究还不够系统。在美国ISC公司进行了更多的研究。他们首先研究了半固态连铸工艺的凝固行为以及拉伸和拉断的机理。在此基础上,提出了“拉停”的绘制模式。虽然这种铸造方式可以在一定程度上防止拔出和破损,但是很难在工业上应用,并且问题并没有真正解决。

以中国黑色金属为例,研究半固态连铸工艺的稳定性及工艺参数对其的影响。它揭示了泄漏和破裂的根本原因是保留层的形成和发展以及破裂区的膨胀和向下运动。提出了半固态连铸的工艺设计标准。

目前,目前对半固态连铸工艺的研究还不充分,还有许多问题有待进一步研究和解决。

半固态连铸合金的主要限制是合金的结晶温度范围。这是因为树枝状结构向非树枝状结构的转变过程需要一段时间。因此,合金的结晶温度范围越小,半固态连续铸造越困难。目前,它仍是一种低熔点有色金属合金,实际上已投入大批量工业应用,特别是铝合金半固态连铸的研究和应用。由于黑色金属的高熔点和操作难度,目前的研究和应用很少。事实上,黑色金属更能抵抗固态变形,并且半固态成形的必要性更加明显。因此,可以预计,随着半固态连铸及其成型技术的不断发展和完善,其在黑色金属中的应用将逐步增加。

3当前的任务和研究趋势半固态连续铸造可以理解为现代连铸技术和材料流动成形技术相结合的产物。现代连铸技术取得了很大进展,但半固态合金流动转化技术仍处于研发阶段。因此,未来半固态连铸技术的主要研究方向仍将集中在半固态合金流变性能的研究以及流动成型技术与现代连铸技术的结合。

3.1半固态合金填充性能的研究

虽然半固态合金的流变性能一直是该领域的热门话题,但已经取得了许多研究成果。然而,以往的研究主要集中在合金的流变性能和流变力学,而流变行为的控制和调整尚未引起足够的重视,尤其是将流变性能的实验数据与填充性能的定量性质联系起来的研究。见报告。事实上,只有将流变学研究的结果与实际条件下的填充性能联系起来,才能有效地控制半固态合金的形成过程。该领域的研究课题一般包括以下内容:

(1)研究半固态浆料的微观结构与填充性能之间的定量关系;

(2)半固态合金填充理论研究;

(3)半固态合金填充性能的定量描述;

(4)研究模具性能对半固态合金填充性能的影响;

(5)填充工艺参数对半固态合金填充性能影响的定量研究。

这些研究不仅促进了半固态连铸技术的推广应用,也为半固态成形技术的全面发展做出了贡献。

3.2半固态连铸过程稳定性研究

半固态连铸工艺的稳定性是半固态连铸技术发展和应用的关键问题。半固态连续铸造过程似乎不是半固态连铸的最低要求,没有泄漏和破损。由于半固态浆料和大型液态金属差别很大,现代连铸的稳定性理论并不完全适用于半固态连铸,因此有必要建立半固态连铸的稳定性理论。该领域的研究课题包括:半固态连铸工艺的不稳定现象和机理研究;半固态连铸过程稳定性判据;半固态连铸过程的稳定性控制;钢坯质量和工艺参数对铸造过程的影响规律。3.3半固态连铸坯性能特征研究

由于半固态连铸技术的研究历史还很短,半固态连铸坯的组织特征,宏观质量和成形性能尚不明确,因此有必要加以研究。尽快形成生产和应用的技术标准。

3.4半固态连铸设备的研??究

半固态连铸设备的研??究重点是如何在现代连铸机的基础上进行改造,而不是重新设计。主要内容包括:制浆室与普通连铸机的相容性研究;连续冷却条件下半固态浆料的制备工艺;半固态电弧连铸机的研发;半固态连铸生产线等优化配置研究。

4。结论

(1)半固态连铸技术是铸造金属坯料的新技术。目前,它仍处于中国应用开发阶段,国外已开始批量生产。

(2)半固态连铸作为工业项目,具有较强的盈利能力和较强的还款能力。其经济对产品的销售价格敏感,但只要未来价格不低于预期值226%,投资项目是可以接受的。

(3)未来的主要研究任务是:研究合金的半固态连铸性能;半固态连铸过程稳定性的理论研究;控制坯料质量和连铸工艺;半固态连铸生产线的优化配置和电弧开发连铸机。


  
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