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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:
(1)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3m,为浸镀试样的装卸与维修提供方便。
(2)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0-40℃/s可控,温度范围室温-850℃,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0-7MPa。
(3)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。
(4)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。
(5)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。
(6)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(AIF340)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。
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。