薄壁内肋片铜管热型连铸控制系统研究

论文摘要

薄壁内肋片铜管传热面积可达到相同规格普通光滑铜管的2到3倍,在制冷和空调等行业中有广泛的应用和巨大的使用量。传统内肋片铜管的加工分为铜管管坯加工和内肋片加工两部分,不仅工艺复杂,而且设备投资大、能源消耗高、成品率低,表面质量也难以得到保证。 热型连铸作为一种全新的近终形加工方法,只要一道工序就可以从铜液中直接连铸出所需形状和尺寸参数的内肋片铜管,是传统加工工艺的革命性变革。 控制固-液界面的位置是热型连铸成功的关键。热型连铸中冷却距离、铸型温度、连铸速度共同决定了固-液界面的位置。计算结果表明从固-液界面到冷却点,铸件温度呈线性分布,可以通过测量铸型外铸件某一点的温度,调节冷却距离控制固-液界面的位置。热电偶测量铸型温度和手动调节冷却距离反应速度慢,效率低,不能满足工业化生产的需要。铜导热系数高,采用红外辐射温度计直接测量铸件温度,实际记录结果证明比热电偶响应速度快,对温度变化趋势反应及时。 引锭管与铜液的连接是顺利连铸出内肋片铜管的重要环节。在铸型设定温度为1080℃时,铸型内实际温度将高于此温度,引锭管管壁很薄,插入部分在连铸之前已经熔化在铸型内,必须保证熔化后的铜液仍能充满内外模之间的空隙,并在内模倒角以上,使上面下来的铜液能顺利进入内模槽内,必须从铸型和引锭管两方面考虑进行改进。 红外辐射温度计输出的电信号,通过A/D模块转化为数字量再输入可编程控制器中进行运算,数据经过处理后作为可编程控制器脉冲输出指令的参数来控制脉冲输出,进而控制步进电机的角位移和转向,从而调节冷却距离。通过冷却距离的调整使测量点的温度达到设定值,实现系统的自动控制。 驱动铜管拉拔辊的直流电机采用调压调速,为了实现调速的稳定性,可使用拨档开关按级调速。调压过程同样可以用可编程控制器实现自动控制,使连铸速度与铸型设定温度和冷却水距离实现联动,使整个系统在较宽的调速范围内实现自动控制。 采用红外辐射温度计、A/D转换器、可编程控制器、步进电机、直流电机

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 课题背景和研究现状
• 1.1.1 内肋片管目前生产、使用状况
• 1.1.2 传统内肋片铜管加工工艺及其缺点
• 1.1.3 小结
• 1.2 热型连铸工艺
• 1.2.1 热型连铸技术的原理
• 1.2.2 热型连铸装置
• 1.2.3 热型连铸的应用
• 1.2.4 热型连铸件的性能
• 1.2.5 热型连铸在现代制造技术中的优势
• 1.3 课题的提出及本文研究的内容
• 1.3.1 目前连铸中存在的问题
• 1.3.2 本文研究的内容
• 第二章 热型连铸的设备研究
• 2.1 热型连铸设备的整体结构
• 2.2 热型连铸设备各组件
• 2.2.1 熔炼炉和前炉部分
• 2.2.2 导流部分
• 2.2.3 液面控制部分
• 2.2.4 引锭部分
• 2.2.5 冷却水流量控制
• 2.2.6 冷却距离控制
• 2.3 步进电机
• 2.3.1 步进电机的特点
• 2.3.2 步进电机的控制电路
• 2.4 直流电机
• 2.4.1 直流电机的优缺点
• 2.4.2 直流电机的调速方法
• 第三章 热型连铸的控制研究
• 3.1 热型连铸过程主要影响因素
• 3.1.1 铸型温度对固-液界面的影响
• 3.1.2 拉铸速度对固-液界面的影响
• 3.1.3 冷却距离对固-液界面的影响
• 3.2 连铸过程工艺参数控制
• 3.2.1 铸型温度的控制
• 3.2.2 连铸速度的控制
• 3.2.3 冷却距离的控制
• 3.3 其他工艺对热型连铸的影响
• 3.3.1 铸型和引锭管的设计
• 3.3.2 引锭管的牵引稳定性
• 3.3.3 铸型测温点的定位
• 3.3.4 电机调速系统的稳定性
• 3.4 自动控制系统方案
• 第四章 控制系统的设计
• 4.1 系统硬件结构设计
• 4.2 温度采集系统设计
• 4.2.1 红外辐射温度计
• 4.2.2 AK-14018智能数据采集与控制模块
• 4.2.3 RS-232至RS-422／485转换器
• 4.2.4 串口通讯介绍
• 4.2.5 Visual Basic串行通信控件
• 4.2.6 温度记录程序
• 4.3 记录结果分析
• 4.4 冷却距离控制系统设计
• 4.4.1 改进前的冷却距离控制方法
• 4.4.2 自动控制结构设计
• 4.4.3 PLC控制步进电机的方式
• 4.4.4 自动控制的原理
• 4.4.5 自动控制的优点
• 4.4.6 可编程控制器
• 2N-4A／D模块'>4.4.7 FX_2N-4A／D模块
• 2N-48MT的相关指令'>4.4.8 FX_2N-48MT的相关指令
• 4.4.9 系统程序结构、解释
• 4.5 控制系统运行
• 4.5.1 冷态调试
• 4.5.2 热态运行
• 4.6 系统目前状况和展望
• 4.6.1 系统目前的状况
• 4.6.2 实验成果
• 4.6.3 系统的展望
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 独创性声明
• 致谢