电渣熔铸过程控制与模拟仿真

　　1  绪论
　　1.1  电渣重熔（电渣熔铸）过程的原理
　　1.2  电渣重熔（电渣熔铸）过程的特点
　　1.3  电渣重熔（电渣熔铸）技术的发展
　　参考文献
　　2  电渣熔铸试验装备及工艺试验
　　2.1  电渣熔铸试验装备
　　2.1.1  连续式自耗电极输送机构
　　2.1.2  结晶器及工作平台部分
　　2.1.3  电力系统及自耗电极输送机构自动控制系统
　　2.1.4  化渣系统
　　2.1.5  辅助系统
　　2.1.6  渣池测温系统
　　2.2  电渣熔铸试验材料
　　2.3  电渣熔铸工艺试验
　　2.3.1  单因素熔铸工艺试验
　　2.3.2  多因素工艺试验
　　2.3.3  自耗电极熔化机理试验
　　参考文献
　　3  电渣熔铸过程的数学模型
　　3.1  电渣熔铸数值模拟技术研究的进展
　　3.1.1  自耗电极熔化过程的数值模拟研究状况
　　3.1.2  熔铸过程中渣池热电场的研究状况
　　3.1.3  熔铸过程中渣池磁场流场的研究状况
　　3.1.4  凝固过程中微观组织模拟的研究状况
　　3.2  电渣熔铸系统中有关的数学模型
　　3.2.1  基本假设与计算区域
　　3.2.2  熔铸系统能量守恒方程
　　3.2.3  熔铸系统电场分布方程
　　3.2.4  熔铸系统连续性方程
　　3.2.5  熔铸系统动量方程
　　3.2.6  电极熔化过程中电极固相率与温度的关系
　　3.3  电渣熔铸系统边界条件处理
　　3.3.1  自耗电极与其边界条件
　　3.3.2  渣池与大气界面条件
　　3.3.3  结晶器与其边界条件
　　3.3.4  铸锭底与底水箱接触边界条件
　　3.4  有限元与变分原理
　　3.4.1  有限元简介
　　3.4.2  轴对称相变问题的变分原理
　　参考文献
　　4  电渣熔铸过程渣池热电场数值模拟
　　4.1  电渣熔铸中渣池热电场数值模拟
　　4.1.1  物理模型
　　4.1.2  电渣熔铸中渣池稳态时的电位场
　　4.1.3  电渣熔铸中渣池稳态时的温度场
　　4.1.4  电极下部的渣池中心高温区形成机理
　　4.2  真假双电极熔铸过程的渣池热电场模拟
　　4.2.1  物理模型
　　4.2.2  模拟结果与分析
　　4.3  电渣熔铸过程中结晶器被击穿的数值模拟
　　4.3.1  结晶器被击穿问题的提出
　　4.3.2  不同渣深和偏心度的渣池热电场数值模拟
　　参考文献
　　5  电极熔化过程数值模拟
　　5.1  电极熔化过程物理模型
　　5.1.1  电极熔化过程CAD/CAE建模
　　5.1.2  CAD/CAE模型信息传递
　　5.2  自耗电极熔化过程数值模拟
　　5.2.1  电极熔化初始阶段的数值模拟
　　5.2.2  电极熔化稳定阶段的数值模拟
　　5.3  关于自耗电极熔化的评定指标
　　5.3.1  自耗电极的熔化率
　　5.3.2  熔铸电流有效功率因数的计算
　　5.3.3  电极锥头提纯系数的计算
　　5.4  熔铸工艺参数对电极熔化过程的影响
　　5.4.1  熔铸电流对电极熔化过程的影响
　　5.4.2  渣池深度对电极熔化过程的影响
　　5.4.3  冷却水量对电极熔化过程的影响
　　参考文献
　　6  电渣熔铸过程工艺因素对金属熔池的影响
　　6.1  工艺因素对金属熔池影响的试验
　　6.1.1  试验装置、方法和数值模拟的数学模型
　　6.1.2  试验结果
　　6.1.3  数据处理
　　6.2  工艺因素对金属熔池影响的分析
　　6.2.1  电流对金属熔池的影响
　　6.2.2  渣池深度对金属熔池的影响
　　6.2.3  冷却水流量对金属熔池的影响
　　6.2.4  电极填充比对金属熔池的影响
　　6.2.5  自耗电极端部形状对金属熔池的影响
　　6.2.6  电极偏离中心程度对金属熔池的影响
　　6.3  结论
　　参考文献
　　7  电渣熔铸过程工艺参数优化
　　7.1  电渣熔铸过程工艺参数优化系统
　　7.2  电渣熔铸工艺参数最优化数学模型的建立
　　7.2.1  性能指标的确定
　　7.2.2  多目标优化函数的确定
　　7.2.3  设计变量的选择
　　7.2.4  约束条件的确定
　　7.3  神经网络的建立
　　7.3.1  人工神经元数学模型
　　7.3.2  误差反向传播训练网络（BP网络）
　　7.3.3  神经网络模型的建立与训练
　　7.4  遗传算法
　　7.4.1  遗传算法的基本概念
　　7.4.2  遗传算法实现中的一些基本问题
　　7.4.3  遗传算法工具箱介绍
　　7.5  电渣熔铸工艺参数优化系统的实现
　　7.6  电渣熔铸工艺参数优化结果输出和检验
　　7.6.1  优化结果输出
　　7.6.2  优化结果分析与检验
　　参考文献
　　8  电渣熔铸曲轴设备及自动控制系统
　　8.1  电渣熔铸曲轴单机成形设备及自动控制系统
　　8.1.1  自耗电极自动输送机构结构及特点
　　8.1.2  电极自动输送机构的机械设计
　　8.1.3  自耗电极夹持机构的协调控制（顺序控制）
　　8.1.4  电渣熔铸自耗电极伺服进给自动控制
　　8.2  系统的抗干扰问题
　　8.2.1  硬件抗干扰措施
　　8.2.2  软件抗干扰措施
　　9  电渣熔铸金属液位自动检测系统
　　9.1  电磁式金属液位自动检测系统
　　9.1.1  电渣熔铸金属液位的检测环境
　　9.1.2  检测方案分析
　　9.2  电渣熔铸金属液面电磁法检测系统
　　9.2.1  金属液面电磁传感器
　　9.2.2  检测系统的组成及信号处理
　　9.2.3  零点残余电压的处理
　　9.2.4  传感器的标定
　　9.2.5  电磁传感器检测金属液位存在的问题
　　9.3  电渣熔铸金属液位测重法检测系统
　　9.3.1  测重法检测金属液位的基本原理及方案选择
　　9.3.2  测重法检测金属液位的机械传动系统
　　9.3.3  测重法检测金属液位系统的硬件设计
　　9.3.4  检测系统的程序设计
　　附录
　　附录一  “电渣熔铸曲轴一步整体成形及应用开发”成果之一：自动电渣熔铸曲轴试验机
　　附录二  “电渣熔铸曲轴一步整体成形及应用开发”成果之二：电渣熔铸金属液位自动检测系统
　　附录三  “电渣熔铸曲轴一步整体成形及应用开发”成果之三：大型曲轴自动电渣熔铸机的研制
　　附录四  “电渣熔铸曲轴一步整体成形及应用开发”成果之四：关于G8300Zz曲轴（4t）产品试制
　　附录五  国家“863”项目“电渣熔铸曲轴一步整体成形及应用开发”专家验收意见
　　附录六  南昌大学最新研制成功的自动电渣熔铸机和柴油机曲轴（照片）

　　    耿茂鹏，1959年生。河北省柬鹿县人，教授，博士生导师。江西省人民政府参事，全国铸造学会理事，全国电渣技术委员会副主任委员，江西省铸造学会、铸造协会副理事长。1963年毕业于江西工学院（现南昌大学）铸造工艺及设备专业，从事铸造和电渣冶金教学与科研工作至今。
　　    主要研究方向是（1）先进铸造工艺设备及自动化研究，率先在中国开展空气冲击造型研究，先后承担完成了江西省科委、国家机械工业部、铁道部等多项科研项目。（2）电渣熔铸曲轴、轧辊工艺及设备开发和数值模拟研究。主持完成了国家“865”计划新材料领域项目“电渣熔铸曲轴一步整体成形及应用开发”和江西省及南昌市等多项研究课题。（5）半固态镁合金板带连续铸轧技术研究，承担完成了国家科技部院所基金和江西省等研究项目。
　　    在上述研究方向中取得多项重大成果，申请并获得国家发明专利5项，获奖4项，在国内外权威学术刊物和学术会议上发表学术论文50余篇。
　　    孙达昕，1956年5月生。江苏省无锡市人，教授。1959年毕业于北京工业学院（现北京理工大学），毕业后在江西工学院（现南昌大学）自动化系从事教学、科研工作。
　　    作为骨干参加了国家“863”计划新材料领域项目“电渣熔铸曲轴一步整体成形及应用开发”，主持研发并取得测重式电渣熔铸金属液位自动检测系统、以PWM为核心的自耗电极伺服进给控制系统、双机械手运动的PLc谐调控制系统等多项成果。还主持参加了多项省、市级科研项目，其中“三坐标数控铣床专用计算机”项目获江西省首届科学大会奖，“悬吊轨道式动态电子秤”、“无功功率高低压侧同时补偿单片机控制”、“示波器附加智能控制装置”、“STD总线计算机温度控制系统”等项目均通过省级鉴定，达到国内外先进水平。
　　    1995年获国务院颁发政府特殊津贴，曾获南昌大学颁发的首届陈香梅教学奖。在国际会议上宣读和国内重要学术刊物上发表多篇学术论文。

　　    《电渣溶铸过程控制与模拟仿真》介绍了电渣冶金和电渣熔铸的发展现状和作者自行研制的电渣熔铸试验装备及工艺试验过程，详细论述了电渣熔铸曲轴设备、自动控制系统和电渣熔铸金属液位自动检测系统。在建立电渣熔铸过程数学模型的基础上，对电渣熔铸过程渣池热电场、电极熔化过程、电渣熔铸工艺因素对金属熔池的影响以及电渣熔铸过程工艺参数优化系统等进行了较为深入的试验和模拟研究，对电渣熔铸过程和生产试验中出现的问题进行了理论上的分析与探讨。
　　    《电渣溶铸过程控制与模拟仿真》可供电渣熔铸领域从事科学研究和生产实践的高等学校的师生和企业工程技术人员参考。