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多功能热浸镀模拟试验机的开发--边军.doc

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上传者: lin敏林 2018-04-30 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《多功能热浸镀模拟试验机的开发--边军doc》,可适用于高等教育领域,主题内容包含多功能热浸镀模拟试验机的开发边军博士学位论文多功能热浸镀模拟试验机的开发边军东北大学年月分类号密级UDC学位论文多功能热浸镀模拟试验机的开发作者姓名符等。

多功能热浸镀模拟试验机的开发边军博士学位论文多功能热浸镀模拟试验机的开发边军东北大学年月分类号密级UDC学位论文多功能热浸镀模拟试验机的开发作者姓名边军指导导师姓名刘相华教授东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室王国栋教授东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室申请学位级别博士学科类别工学学科专业名称材料加工工程论文提交日期年月论文答辩日期学位授予日期答辩委员会主席温景林评阅人温景林才庆魁李德元王忠堂张士宏邸洪双东北大学年月DevelopmentofMultifunctionHotdipGalvanizingSimulatorbyBianJunXianghuaSupervisor:ProfessorLiuProfessorWangGuodongNortheasternUniversityJuly声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包括本人为获得其它学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本人签名:日期:年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导老师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。(如作者和导师同意网上交流请在下方签名否则视为不同意。)学位论文作者签名:导师签名:签名日期:签名日期:东北大学博士学位论文摘要摘要根据目前带钢连续热镀锌生产技术发展和研究的需要本文以自主开发多功能热浸镀模拟试验机为目的展开以下研究:进行试验机机械结构的整体设计设计开发试样张力装置真实模拟实际生产过程带钢受力设计设备的控制系统及液压系统制造出多功能热浸镀模拟试验机设备样机完成设备调试、系统运行与改进利用该设备开展热浸镀锌、连续退火等模拟试验通过实际使用取得了较为满意的结果。具体研究内容和主要结论如下:()经对模拟设备制造技术的相关文献研究针对国外同类设备体积大试样加热炉固定各个部件串联布置的不足将试验机整体结构设计为试样加热炉可自由升降的立式结构设备主体共分为六大部分:试样升降装置、红外线试样加热炉、张力装置、隔离密封装置、气刀装置及移动式熔化炉。设备整体高度不高于m为浸镀试样的装卸与维修提供方便。()开发了利用红外线加热的低热惯性加热炉可对金属薄板试样进行快速加热及模拟连续退火热处理加热速度s可控温度范围室温加热腔气氛可控可进行真空加热和保护气氛加热。采用红外线加热管和冷却气管来进行控制加热和控制冷却。设计了独特的液压张力装置能够模拟实际生产过程对加热、连续退火和热浸镀的试件施加张力。张力大小可以根据工况的需要可调调整范围MPa。()采用PLC编程控制红外线加热炉的快速加热、保温及快速冷却控制策略采用新型PID控制基于单神经元的自适应PID控制。从而使被加热的试样能实现温度升降的控制升降时间、速度可精确调控。()在热浸镀模拟试验机的设计中运动机构主要采用液压系统来完成其中采用差动回路实现液压缸快进快退减少能量消耗提高系统效率采用比例减压阀连续控制加载在试样上的张力回路采用双向分流集流阀保证两只液压缸动作的同步。()设计有气氛系统为试样加热炉和镀层金属熔化炉提供气体保护并为气刀提供高压气源设计有真空回路使试样能够在真空环境下进行热处理为下一步热浸镀提供条件。()利用此设备开展了低碳钢板热浸镀锌模拟试验、高强度IF钢板连续退火模拟试验研究了镀层厚度与试样提升速度的关系及连续退火工艺对高强度IF钢(AIF)机械性能的影响结果表明:此设备满足上述物理模拟实验研究的功能要求。XII东北大学博士学位论文摘要以上研制内容与开发的设备已获得两项国家实用新型专利。关键词:热浸镀锌模拟试验机连续退火红外线加热控制冷却气氛控制机械设计液压系统XIIIPhDDissertationofNortheasternUniversityAbstractDevelopmentofMultifunctionHotdipGalvanizingSimulatorABSTRACTBasedonstudiesoncurrentprocessdevelopmentsofhotdipgalvanizingofsheetsteel,thispaperstartsresearchworkaimingatindependentlydevelopingmultifunctionhotdipgalvanizingsimulatorIthasfinishedthefollowings:firsttheintegraldesignofmachineandequipment,secondthedesignoftensionequipmentwhichfactuallysimulatethespottensilesheetsteel,thirdthedesignofcontrolsystemandhydraulicsystem,andfabricatedtheNogalvanizingsimulator,thenextfinishedtheequipmentdebugging,systemrunningandimprovementandexecutedsomeexperimentsbyusingthissimulatorincludingcontinuousannealingandhotdipgalvanizingThebetterresultshavebeenobtainedbyusingthesimulatorpracticallyThemainworksandresultsareasfollowing:()ItwasconfirmedtodevelopthemultifunctionhotdipgalvanizingsimulatorbecauseoftheflourishphysicalsimulationtechnologiesinmaterialprocessfieldByanalysisofthemanufacturingprocessofhotdipgalvanizingandtheshortagesofoverseassimilarsimulators,theverticalstructureisadoptedasthesimulator’sframeanditsinfraredheatingfurnacecanbetransferredupanddownThesimulatorequipmentcanbedividedintosixparts:sampletransportdevice,infraredsampleheatingfurnace,tensiondevice,isolationandsealdevice,airknifedeviceandshiftablemeltingstoveThisstructureensurestheheightofthesimulatorlessmetersandmeetingtheconvenienceandtheheightneedsoflaboratoryequipment()Theinfraredhasbeenadoptedforthefirsttimetoheatthethinsheetsampleduringtheannealingtreatmentandtheinfraredfurnaceislowinertia,whoseheatingrateissandtemperaturerangeisfromroomtemperatureto,andtheheatingchamberatmospherecanbechangedsuchasvacuumheatingandprotectingatmosphereheatingandatthesametimetheappropriateheatersandcoolingtubesareselectedtoheatandcoolundercontrolThehydraulictensionequipmentisdesignedtosimulateproducetensionofsampleduringheating,continuousannealingandhotdippingThetensionisadjustedwithworkingconditionandrangesfromtoMPa()PLC(programmablelogiccontroller)controlisintroducedasmeansforcontroloffastheating,soakingandfastcoolingofinfraredheatingfurnaceThestrategyisofnewtypePIDcontrol,whichistheselfadaptationPIDcontrolbasedIIIPhDDissertationofNortheasternUniversityAbstractonsingleneutralunitTheheatedsamplecanbecontrolledcircularlyandtimeandrateisprecise()Thehydraulicsystemmakesupofthemovementframeworkwithinthedesignofmultifunctionhotdipgalvanizingsimulatorandensuresitsactionexact,controlflexible,safetyandcredibilityIt’sfeaturesarethatfirstlydifferentialloopisadoptedsoastogoforwardandbackwardquicklyandachieveminiaturizedsystemsecondlyproportionalreliefvalveisusedtocontinuouslycontrolthetensionloadedonthesamplethirdlytheisolationandsealhydraulicloopadoptsdoubledirectionsplitcollectingvalvetoensurethesynchronizationactionoftwohydrauliccylinderfourthlythepilotonewayvalvesaresettoassuresafetyandcredibilityofhydrauliccylindersactionandsoon()AtmospheresystemisdesignedtoprovideprotectingairforsampleheatingfurnaceandcoatingmetalmeltingstoveandhighpressureairforairknifeVacuumloopsystemisdesignedtoheatsampleundervacuumconditionandprovidegroundforhotdipgalvanizing()Thesimulatornowcanfinishthesimulationexperimentandtestmainlyofhotdipgalvanizingofsheetsteel,andcarryontheheatingtreatmentofcontinuousannealinguponsteelandbywhichtherelationbetweencoatingthicknessandsampleliftingspeedisdiscussed,soaseffectofannealingprocessonmechanicalperformanceofhighstrengthsteel(AIF)TheresultsshowthatthissimulatorcanmeetexperimentfunctionneedsTheaboveresearchcontentandequipmenthaveobtainedtwonationalpracticalpatentsKeyword:hotdipgalvanizing,simulator,continuousannealing,infraredheating,controlcooling,atmospherecontrol,mechanicaldesign,hydraulicsystemIV东北大学博士论文目录目录摘要IAbstractIII第章绪论研究背景、目的和意义带钢连续热镀锌的发展趋势国外带钢连续热镀锌的发展国内带钢连续热镀锌的发展物理模拟技术的发展概况材料物理模拟的本质物理模拟与数值模拟的关系国外材料物理模拟技术的发展国内物理模拟技术的发展模拟技术在热镀锌工艺中的应用热镀锌实际生产中遇到的问题及解决办法开展热浸镀物理模拟的主要实验设备本文的主要研究内容第章热浸镀试验机概况带钢连续热镀锌的生产工艺热浸镀试验操作步骤试样尺寸的确定热浸镀试验机特点及组成试验机特点主要部件附属装置本章小结第章热浸镀试验机机械单元的开发试样加热装置的开发红外线加热技术的应用试验机红外线加热炉的设计加热炉真空系统的开发气刀装置的开发i东北大学博士论文目录吹气法的发展及工业气刀的结构影响镀锌层厚度的因素试验机的气刀系统设计试样张力装置及试样传输装置的开发熔化炉的设计本章小结第章热浸镀试验机控制系统的开发研制热浸镀试验机的操作流程热浸镀试验机的控制系统自动控制系统的硬件描述自动控制系统的软件及网络平台系统的监控功能退火过程的温度控制温度控制的离线算法温度控制的在线算法本章小结第章热浸镀试验机液压及气氛系统的开发研制液压系统的设计步骤及内容热浸镀试验机液压系统的设计热浸镀试验机液压系统分析试验机液压系统的设计试样传输速度的改进设计热浸镀试验机气氛系统的设计本章小结第章热浸镀试验机的应用IF钢冷轧板连续退火实验实验材料和方法实验结果与分析低碳钢热浸镀锌的实验研究镀锌层厚度的研究硬度检验本章小结第章结论参考文献ii东北大学博士论文目录攻读博士学位期间完成的工作致谢作者简介iii东北大学博士学位论文第章绪论第章绪论研究背景、目的和意义热镀锌板主要用于建筑、家电、汽车等行业以前建筑行业是使用热镀锌板的主要用户随着国民经济的增长尤其是汽车工业的高速发展热镀锌板开始大量用于汽车面板、内板、底盖等而且使用比例越来越大。目前在发达国家中,以上的热镀锌板用于汽车行业。随着钢板生产和热镀锌生产工艺技术的发展热镀钢板产品也大为增加根据基板材质、生产工艺、表面状态、表面结构、镀层成分热镀锌钢板可做划分如表所示。应用热镀工艺所生产出的镀锌板的用途很广现已普遍应用于许多领域中如建筑业、车辆制造业、容器制造业、机电工业、家用电器业等。特别是随着冷轧机的发展连续热镀锌也得到迅速发展多种连续热镀锌机组不断出现。热镀锌作业线正朝着高速、高产、超宽、超厚的现代化方向发展。尤其是近十余年由于汽车及家电行业大量使用镀锌板对镀锌板的质量提出了更高的要求所以厂家纷纷对原有工艺及装备进行改造并相继建立全新的大型高速热镀锌生产线。并且传统的电镀锌钢板要消耗大量的电能而且污染环境因此进行热镀涂层的钢板特别受到关注。镀锌钢板是汽车工业不可缺少的材料它对强度、性能、表面质量的要求非常高目前越来越有迹象表明汽车工业需要的电镀锌钢板将寻求以热镀锌板来代替。为不断地改进生产技术以满足国民经济尤其是汽车工业高质量的要求世界各国都在研究、开发新的金属镀层工艺和方法。对镀锌工业而言目前的研究焦点集中在如下几个方面:镀层品种的研究与开发镀层厚度的精确控制镀层表面质量开发新工艺。通过这四方面的工作最终达到降低能源消耗减少污染降低成本提高经济效益的目的。因此热浸镀锌工艺的模拟试验装置也越来越显示出它的巨大的生命力和实用性。在此背景下本文依托东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室研制开发了能够解决上述问题的多功能热浸镀模拟试验机。利用该模拟试验机可以快速低成本地模拟连续退火、热浸镀锌生产工艺从而为该领域科研开发、东北大学博士学位论文第章绪论工厂工艺改进、新产品开发提供一种全新的辅助手段。这项工作对于我国热镀锌板的生产具有重要意义。表热镀锌钢板产品分类TableSortsofgalvanizingsheetsteel分类根据基板材质IF(无间隙原子)钢板根据表面外观大锌花小锌花无花根据镀锌层成分Zn,AlZn,Al耐大气腐蚀耐大气腐蚀以下抗氧化性能好表面结构差厚镀锌两面镀层厚度不同单面双面单面镀锌双面镀锌汽车工业建筑工业建筑轻工业GalfanGalvalumeFeZn合金表面无光涂装性好汽车轻工业合金化镀锌板含少量Pb、Al不含Pb锌花大美观锌花小无锌花有锌花无锌花耐蚀好工业建筑汽车轻工业汽车轻工业工业建筑家电汽车有锌花镀锌板无铅镀锌板热轧板普通冷轧板主要特点单张普通冷轧板镀锌带卷或切板深冲好强度高汽车IF级热镀锌板主要用途工业建筑工业建筑备注镀锌热轧板热镀锌冷轧钢板工业建筑汽车轻工业汽车带钢连续热镀锌的发展趋势热镀锌钢板自年就实现了工业化生产多年来随着技术的发展热镀锌钢板的生产发展已大大超出了原有的范畴从工艺和设备来讲热镀锌连续退火炉的发展历史就基本代表了热镀锌工艺的发展历程。下面简要介绍一下国内外带钢连续热镀锌的发展情况。东北大学博士学位论文第章绪论国外带钢连续热镀锌的发展近年来国际市场上镀锌钢板的需求持续增长已成为增长最快的钢材品种之一。镀锌钢板占钢材总量的比例也逐年提高日、美等产钢大国的比例高达~,欧盟的冷轧薄板市场有,是镀层产品而其中占比重最大的又是镀锌板。年世界镀锌板产量超过万t年镀锌板产量超过万t近年来世界镀锌板产量占钢材总产量的,左右其中以美国、日本镀锌机组数量最多产量最大。表列出了部分国家和地区的镀锌板产量。表部分国家和地区镀锌钢板产量(万t)TableProductionofgalv

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