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1、材料成形装备及自动化学全册配套材料成形装备及自动化学全册配套 最完整精品课件最完整精品课件3 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 2 目 录 第一章第一章 绪绪 论（论（2 2学时）学时） 第二章第二章 金属液态成形装备及自动化（金属液态成形装备及自动化（10学时）学时） 第三章第三章金属塑性成形装备及自动化金属塑性成形装备及自动化（8学时）学时） 第四章第四章金属连接成形装备及自动化金属连接成形装备及自动化（10学时）学时） 第五章第五章高分子材料成形设备及自动化高分子材料成形设备及自动化（2学时）学时） 第六章第六章快速成形装备及控制快速成形装备及控制

2、（8学时）学时） 第七章第七章 其它材料成形装备（其它材料成形装备（2学时）学时） 第八章第八章 热处理工业炉及其控制（热处理工业炉及其控制（2学时）学时） 第九章第九章 材料加工中的环境保护装备（材料加工中的环境保护装备（2学时）学时） 总结复习（总结复习（2学时）学时） EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 3 第一章第一章 绪绪 论论 1.1课程简介课程简介 1.2材料的分类及其成形装备概述材料的分类及其成形装备概述 1.3装备在材料成形加工中的作用装备在材料成形加工中的作用 1.4工业自动化的含义工业自动化的含义 1.5本课程的目标及主要内容本课程的

3、目标及主要内容 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 4 本课程是我校机械大类平台 课程下，材料成型及控制工程专 业的四门核心课之一 (1)材料成形理论基础 (2)材料成形工艺 (3)材料成形装备及自动化 (4)模具CAD/CAM 讲课时数: 48、实验时数: 6 教材材料成形装备及自动化 樊自田主编，机械工业出版社 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 5 1.主讲教师（分二个课堂）主讲教师（分二个课堂） l凌宏江副教授、叶春生副教授、吕卫文讲 师（1-3班） l凌宏江副教授、陈柏金教授、夏卫生副教 授（4-6班） 联系

4、方式（凌）： 13659812522 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 6 第1章概论（，凌） 第2章金属液态成形装备及自动化 （10，凌） 第3章金属塑性成形装备及自动化 （10，叶春生） 第4章金属连接成形装备及自动化 （10，吕卫文） 第5章高分子材料成形设备及自动化 （2，叶春生） 第6章快速成形装备及控制 （6，叶春生） 第7章其它材料成形装备（2，凌） 第8章热处理工业炉及其控制 （2，凌） 第9章材料成型加工中的环境保护装备 （2，凌） 总结复习 （2，凌） 实验课： 6（上课（上课48学时、实验学时、实验6学时）学时） 2.本课程的主要内

5、容及学时安排本课程的主要内容及学时安排 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 7 压力铸造装备及过程控制实验 SLS快速成形装备及其自动控 制实验 焊接机器人自动焊接过程控制 实验 实验课程内容实验课程内容 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 8 3.本课程的目的、意义及重点本课程的目的、意义及重点 装备是国民经济的基础，工业的自动化与信息化又是现 代工业与国民经济发展的必然趋势； 材料成形装备的进展是材料成形工业技术发展的主要标 志之一，“材料成形及控制工程”专业的大学生，全面 了解并掌握材料成形装备及自动化方面的知识

6、是对大学 生的必然要求； “材料成形及控制工程”专业的知识内容，覆盖了原铸 造、锻压、焊接、热处理等原各老专业，还包括塑料、 陶瓷、玻璃等种类材料的成形及过程控制的内容； 本课程以讲述材料成形装备的结构和原理为主体、以讲 述装备的控制与自动化为重点； 本课程内容既涉及到了传统材料成形加工方法的装备及 其自动化容，且包括了高分子材料及其它材料的成形装 备与控制，还增加了材料加工成形领域的最新研究与应 用成果，重视环境保护、绿色加工成形技术的装备。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 9 4.本课程的基础、要求本课程的基础、要求 1) 本课程的基础课程： 机械

7、零件与机械设计、工程制图、工程测试j 技术基础、工程控制基础、液压传动与气压传动、 材料成形工艺。 2) 本课程的要求： 材料成形装备种类繁多，本课程将重点或详细介绍各材 料成形装备及方法中的主要设备和新型设备，而对其中的次 要设备或较旧式设备只作简要介绍或不作介绍。 因此，通过本课程学习，要求重点掌握各材料成形工艺 中的主要设备和新型设备的工作原理、结构特点、应用范围、 控制方法等。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 10 平时成绩2030：到课情况、课堂作业、 课外作业、听课纪律等； 考试成绩7080 初定：开卷考试 基本要求: 不旷课、不迟到、不早

8、退，上课笔 记、按时交作业（课堂或课外） 5.本课程的考核方式本课程的考核方式 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 11 1.2材料的分类及其成形装备概述材料的分类及其成形装备概述 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 12 1.材料的分类材料的分类 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 13 1.材料的分类材料的分类 金属材料：钢铁、铜合金、铝合金、镁合金等 有机高分子材料：塑料、树脂、橡胶等。 无机非金属材料：几乎包括除金属材料、高分子材料以外的 所有材料，主要有：陶瓷、玻璃、胶凝

9、材料（水泥、石灰和 石膏等）、混凝土、耐火材料、天然矿物材料等。 复合材料：“由两个或两个以上独立的物理相，包括粘结材 料（基体）和粒料、纤维或片状材料所组成的一种固体产 物”。复合材料的组成分为两大部分：基体与增强材料。 材料还可以根据其性能特征、用途、状态等分类。如下表： EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 14 1.材料的分类材料的分类 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 15 金属成形方法金属成形方法 传统金属加工技术传统金属加工技术先进金属加工技术先进金属加工技术 金属液金属液 态成形态成形 金属塑金属塑 性

10、成形性成形 金属连金属连 接成形接成形 2. 材料的成形方法分类及装备概述材料的成形方法分类及装备概述 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 16 A、铸造成形 1）重力作用下的铸造 砂型铸造：各类造型机、制芯机、铸型输送机及辅助装备、落砂机 砂处理设备、清理设备等 金属型铸造：金属型铸造机 熔模铸造：压蜡机、结壳生产线、焙烧炉等 消失模铸造：模样成形机、振动紧实台、热干砂冷却系统、真空系统等 2）外力作用下的铸造 离心铸造：离心铸造机 压力铸造：冷室压铸机、热室压铸机 低压铸造：低压铸造机 挤压铸造：挤压铸造机 铸造的本质特点：铸造的本质特点： 液液 态态

11、金属成形金属成形 装备特点：装备特点： 必须有必须有 模、型模、型 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 17 轧制：各类轧机 挤压：各类压力机 拉拔：各类拉拔（或拉力）机 自由锻：各类锻锤 模锻：各类锻锤或压力机 板料冲压：各类压力机 锻造的本质特点： 金属 塑 性 成形 装备特点： 必须有 外外 力力 B. 塑性成形塑性成形 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 18 焊接的本质特点： 液 态 金属 局部成形 装备特点： 必须有 局部高温源局部高温源 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料

12、学院 19 D. 高分子材料成形设备 1）高分子塑料制品成形，主要有：挤出机、注射机等。 2）橡胶成形装备 E. 粉末材料的成形设备（粉末冶金 ） 制粉设备、成型设备、烧结设备等 F. 快速成形设备，主要有： 1) 立体平版印刷机(SLA-Stereo Lithography Apparatus) 2) 分层物体制造(LOM-Laminated Object Manufacturing) 3) 选择性激光烧结(SLS-Selective Laser Sintering) 4) 熔丝沉积制造(FDM-Fused Deposition Modeling) 5) 粉末材料选择性粘结(TDP-Thre

13、e Dimensional Printing) 等 快速成形的本质特点： 增 长 成形 装备特点： 必须有 机电一体化机电一体化 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 20 社会的进步: 可归结为人类不断 创造工具以延伸自身的能力；从原始 人类的工具到今天各种现代化工具、 精密加工装备等，都是在延伸人的体 力与能力。 1）大大提高了生产率、降低了工人 的劳动强度； 以自动化压铸机为例， 每小时可压铸60-180次，最高可达 500次 2）提高了产品质量与精度，降低了 原材料消耗；自动化生产可避免人力 生产中的人为因素，保障产品的质量 与精度，大大降低原材料的

14、消耗 我国的我国的8万吨压机万吨压机(图纸图纸) 1.3装备在材料成形加工中的作用装备在材料成形加工中的作用 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 21 3）缩短了产品设计至实际投产时间；快速 成形技术及装备的出现，使得新产品的设计、 评价、修改、制造等过程形成了一个整体的 闭环系统，大大缩短了新产品的研制时间和 用。 4）减少制品的库存；实现生产管理自动化， 可及时、准确地处理大量数据，对器件、设 备、人力、技术资料进行组织、协调，大大 减少生产制品的库存量。 5）改善操作环境，实现安全和清洁生产。 除尘设备、降噪设备的使用，生产废料（废 渣、废气、废水等

15、）再生回用（或无害处 理），可大大减少了生产资源浪费和对环境 的污染，实现绿色可持续发展 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 22 1. 工业自动化的定义及组成 1) 工业自动化是指： 将多台设备（或多个工序） 组合成有机的联合体，用各种控 制装置和执行机构进行控制，协 调各台设备（或各工序）的动作， 校正误差、检验质量，使生产全 过程按照人们的要求自动实现， 并尽量减少人为的操作与干预。 1.4工业自动化的含义工业自动化的含义 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 23 2) 工业自动化系统一般由如下部分组成 u自动机

16、床； u物料自动搬运系统； u自动装配机； u流水生产线； u信号检测数据采集系统； u计算机过程控制系统； u支持制造活动用来收集数据、进行规划和做出 决策的计算机控制系统。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 24 表表1-2 生产过程中的三大环节及八个主要过程生产过程中的三大环节及八个主要过程 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 25 综上所述，工业生产过程自动化所研究的内容主要有两个方面： 1）对上述各个过程，实现不同程度自动化时的各种方法和手段； 2）对上述几个过程或全部过程按照一定的目标和要求联系起来， 组

17、成不同规模的自动线、自动化车间或自动化工厂。 实际上由物质流和信息流两个主要部分组成： 1）物质流是指物质的流动和处理，包括原材料、毛坯、工夹具、 模具、半成品、成品、废料、能源的流动、处理（加工）、变 换 2）信息流指信息（包括加工指令、数据、反映生产过程各种状 态的资料等）的流动和处理。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 26 1. 学习材料成形主要装备的结构原理及其自动化控制技术 2. 具体的教学目标及内容如下： 1）材料的种类繁多，成形方法及装备各异，本课程以介绍材料 的成形装备为主体、讲述成形装备的自动化为重点，使学生获得必 要的装备及自动方面

18、的基本知识，了解材料成形装备及自动化技术 的发展前沿； 2）在全面了解与掌握材料成形装备种类及结构特点的基础上， 重点学习金属材料成形、高分子塑料成形、快速成形等装备及其自 动化技术，结合21世纪绿色制造成形的发展趋势重视环境保护装备 的应用，为培养新时代高素质的材料成形加工人才奠定基础； 3）装备及自动化课程是实践性极强的课程之一，本课程将密切 结合学生的生产实习、课程设置、实验课等实践环节，培养学生对 材料成形加工设备与自动化技术的兴趣及感性认识，提高授课质量 与效果。 1.5本课程的目标及主要内容本课程的目标及主要内容 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料

19、学院 27 1、材料有哪些种类，常用的金属材料有哪几 种？ 2、金属材料有哪些常见的成形方法，举例说 明其特点 3、举例说明，不同的材料及成形工艺的主要 设备及其作用。 4、阐述工业装备在材料成形加工中的作用。 5、概述工业自动化的定义、组成及主要内容。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 28 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 29 中国古代铸铁 中国最早的铁器 -铁刃铜钺 （商代） 1972年在河北藁(gao) 城台西村 (公元前14世纪) 遗址中出土了一件铁刃铜 钺。全钺残长11.1厘米， 阑宽 8.5厘米，外

20、刃部断 失，残存刃部包入铜内约 1厘米，已全部氧化。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 30 司母戊鼎司母戊鼎 1.33米 1.1米 重832.84Kg 每个坩埚(用来 熔化金属的器 皿)能冶炼铜 12.5千克，铸 造该鼎需要70 多个坩埚。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 31 酒酒 器器 盥（盥（gun)水器水器 乐器乐器 铜镜铜镜 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 32 食器食器 兵器兵器农具农具 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学

21、院 33 四羊方尊 蕉叶形蕉叶形 纹理清晰纹理清晰 四只大卷角羊四只大卷角羊 羊的前腿羊的前腿 司母戊鼎司母戊鼎 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 34 学者们认为三学者们认为三 星堆文化距今约三星堆文化距今约三 千多年，是商朝时千多年，是商朝时 期我国西南成都平期我国西南成都平 原上古蜀人的文化原上古蜀人的文化。 造型独特造型独特 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 35 青铜立人像青铜立人像 青铜面具青铜面具 青铜神树青铜神树 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 36 EAM

22、P 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 37 “七七 五五” “八八 五五” “九九 五五” 计算机辅助 绘图 计算机辅助 设计 计算机辅助 产品开发 我国CAD应用的普及与深化历程 甩图板 概念形状设计 “十十 五五” 计算机辅助 产品制造 “十一十一 五五” 虚拟制造 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 38 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 39 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 40 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科

23、技大学材料学院 41 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 Equipment and Automation of Materials Process 凌宏江 副教授 华中科技大学材料学院 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 43 目 录 第一章第一章 绪绪 论（论（2 2学时）学时） 第二章第二章 金属液态成形装备及自动化（金属液态成形装备及自动化（10学时）学时） 第三章第三章金属塑性成形装备及自动化金属塑性成形装备及自动化（8学时）学时） 第四章第四章金属连接成形装备及自动化金属连接成形装备及自动化（10学时）学时） 第五章第五章高分子材料成形设

24、备及自动化高分子材料成形设备及自动化（2学时）学时） 第六章第六章快速成形装备及控制快速成形装备及控制（8学时）学时） 第七章第七章 其它材料成形装备（其它材料成形装备（2学时）学时） 第八章第八章 热处理工业炉及其控制（热处理工业炉及其控制（2学时）学时） 第九章第九章 材料加工中的环境保护装备（材料加工中的环境保护装备（2学时）学时） 总结复习（总结复习（2学时）学时） EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 44 第二章第二章金属液态成形装备及自动化金属液态成形装备及自动化 2.1概述概述 2.2金属熔化及浇注装备金属熔化及浇注装备 2.3造型设备及自动

25、化生产线造型设备及自动化生产线 2.4砂处理装备及自动检测系统砂处理装备及自动检测系统 2.5铸件清理自动化铸件清理自动化 2.6压力铸造装备及自动化压力铸造装备及自动化 2.7消失模精密铸造装备及生产线消失模精密铸造装备及生产线 2.8半固态成形装备半固态成形装备 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 45 铸造产品实例铸造产品实例-汽车铸件汽车铸件 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 46 铸造产品实例铸造产品实例-电子电器电子电器 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 47 铸造

26、产品实例铸造产品实例 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 48 2.1概述概述 液态金属成形俗称液态金属成形俗称铸造，铸造，它是机械工业的基础，铸造成形的零件俗称它是机械工业的基础，铸造成形的零件俗称铸件铸件 先进的铸造装备是生产高质量铸件的保障先进的铸造装备是生产高质量铸件的保障 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 49 砂型铸造车间流程图砂型铸造车间流程图 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 50 砂型铸造车间流程示意图砂型铸造车间流程示意图 EAMP 材料成形装备及自动化材料

27、成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 51 铸造设备的分类(1/3) 序号 铸造装备的分类主 要 装 备 名 称作 用 1 熔化 及浇 注装 备 冲天炉熔化装 备 冲天炉、鼓风机、配料设备、加料设备 铸铁（灰铁、球铁）的配 料、加料及熔化 电炉熔化装备 电弧熔、感应电炉、电阻炉 各种金属炉料（钢、铁、 铝）的熔化 浇注设备倾转式浇注机、气压式浇机、电磁浇注机 金属液的浇注 2 砂型 铸造 装备 砂处理装备 混砂机、松砂机、破碎机、筛分设备、旧砂 再生机、烘干设备、旧砂冷却设备、磁分离 设备 型砂、芯砂的混制与准备， 旧砂的再生回用等 造型装备 震实造型机、压实造型机、震压实造型机、 射压造型

28、机、气流冲击造型机、静压造型机 型砂、芯砂的紧实与造型 制芯装备热芯盒射芯机、冷芯盒射芯机、壳芯机砂芯的制造、成形 落砂装备 振动落砂机、滚筒落砂机、振动输送落砂机、 风动落砂机 落砂、铸件与铸型的分离 清理装备 清理滚筒、喷丸清理、抛丸清理、抛喷丸联 合清理、水力清砂设备、电液压清砂设备 铸件表面清理 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 52 铸造设备的分类(2/3) 序号 铸造装备的分类主 要 装 备 名 称作 用 3 特种 铸造 装备 压铸机 冷室压铸机、热室压铸机、定量浇注 机、取件机械手 压力铸造成形 熔模铸造装备 蜡料处理设备、制模设备、制壳设

29、备、 脱蜡设备、模壳焙烧设备 熔模铸造成形 低压铸造机 立式低压铸造机、卧式低压铸造机、 液面加压控制装置 低压铸造成形 离心铸造机卧式离心铸造机、离心铸管机离心铸造成形 4 运输 定量 装备 铸型输送机 连续式铸型输送机、脉动式铸型输送 机、间歇式铸型输送机 铸型的输送，组成造型、浇注、冷 却、落砂等工序的生产线 鳞板输送机Y31型鳞板输送机、BLT型鳞板输送机输送热铸件 振动输送机 矩形槽式振动输送机、管式振动输送 机、螺旋槽式振动输送机 输送砂粒、煤粉、粘土、焦碳等材 料 气力输送装置 压送式气力输送装置、脉冲压送式气 力输送装置、吸送式气力输送装置 输送砂粒、煤粉、粘土等材料 给料设备

30、 圆盘给料、螺旋给料、带式给料、振 动给料 旧砂、型砂的定量给料 定量设备容积法定量、称量法定量 旧砂、型砂、焦碳、煤粉、粘土等 材料的称量 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 53 铸造设备的分类(3/3) 序号铸造装备的分类主 要 装 备 名 称作 用 5 检测 与控 制装 备 冲天炉熔炼检测 与控制设备 风量检测仪、风压检测、炉气成分 检测仪、铁液温度及成分检测仪、 料位测量仪等 冲天炉熔炼过程工艺参数的检测与 控制 炉前快速分析与 检验设备 比色计、光谱仪、碳硫测定仪、金 属中含气量测定仪 用于金属液的化学成份、碳硫含量、 气体含量的测定 型砂性能

31、试验设 备 原砂性能测试设备、型砂常温性能 测试设备、型砂高温性能测试设备 型砂的常温及高温性能的测试 铸件无损探伤设 备 超声波探伤设备、射线探伤设备、 磁粉探伤、渗透探伤设备 铸件内部质量的无损检测 6 环保 装备 除尘设备 袋式除尘器、旋风除尘器、湿式除 尘器 灰尘及微粒的去除设备 噪声防治设备消声器、隔声防噪噪声的降低与防治 污水净化设备沉淀池、污水处理器污水净化与处理 7 其它 附属 装备 材料准备设备 锭料断裂机、搅拌机、球磨机、破 碎机 金属锭料的准备、涂料的准备、旧 砂的破碎等 起重运输设备 电动平车、行车、起重机、悬挂抓 斗 物料的运输、抓取等 远红外烘干炉 电热远红外烘干炉

32、型、芯的烘干 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 54 2.2 金属熔化及浇注装备金属熔化及浇注装备 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 55 2.2.1 冲天炉熔化 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 56 2、冲天炉的结构 一个完整的冲天炉由后 炉、前炉和送风系统三部分 组成。 后 炉 炉 底 由炉基，炉腿，炉 底板及炉底门组成，起 支撑炉体、炉顶和炉料 的作用 炉 体 由炉底，炉缸和炉 身组成，是冲天炉的熔 炼部分 炉 顶 由烟囱和除尘器组 成，起排除炉气和收集 灰尘的作用

33、前 炉 由过桥和前炉 炉体组成，起存储 铁水，均匀成分和 温度，减少增碳、 增硫及使渣铁分离 的作用 送 风 系 统 由风管、风 箱和风口组成， 起向炉内均匀平 稳送风的作用 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 57 3、冲天炉结构分类 分分类类说说明明应应用用 按炉 型分 直线炉膛炉膛内经上下一致多数冲天炉用之 曲线炉膛 炉膛内经上下有变化，一般是卡腰状， 灯罩状或倒立花瓶状 需强化燃烧或控制熔化率时 按供 风方 式分 侧 送 风风由炉膛侧壁送入炉内多数冲天炉用之 中央送风风由炉心风嘴向四周呈放射状送风当焦炭质量差，块度小时 混合送风中央送风与侧送风相结

34、合的送风 中大型冲天炉为改善中心燃烧并保 证炉况顺行时 按风 温分 冷 风常温空气直接送入炉内焦炭质量高或铸件质量要求一般 热 风 空气经预热后送入炉内。有炉胆热风 和炉外热风之分 为提高冲天炉的冶金效果或焦炭质 量不高时 按炉 衬性 质分 酸 性 用酸性耐火材料，如石英砂，耐火泥 作炉衬 绝大多数冲天炉用之 碱 性 用碱性耐火材料，如石灰石，白云石， 镁砂作炉衬 当需炉内脱硫时 中 性 用碳素砖作炉衬或采用水冷无炉衬， 后者靠炉壁的釉状凝渣起保护作用 大型连续开炉的冲天炉用 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 58 (1) 炉胆热风冲天炉 结构特点： 换

35、热结构是由放置在预热 带的炉胆换热器和置于加料口 上的管式换热器组合而成。它 充分利用了炉气中的物理热和 化学热，热风温度可达400 以上，是熔炼可锻铸铁最理想 的炉型。它的炉胆换热器结构 特殊，热效率高，管式换热器 是用优质锅炉管由特殊工艺弯 制而成，无焊缝，寿命长。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 59 炉胆换热器图 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 60 高效管式换热器 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 61 (2) 炉外热风冲天炉 11-11-主风机主风机 12-1

36、2-燃烧用风燃烧用风 机机 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 62 (3)水冷壁无炉衬冲天炉水冷壁无炉衬冲天炉 主要结构特点：主要结构特点： 炉壁由耐热钢制造，无炉衬，炉壁由耐热钢制造，无炉衬， 设置喷水管；耗水量大；设置喷水管；耗水量大； 无盖式炉顶；无盖式炉顶； 水冷铜制风嘴，热风为外热式，水冷铜制风嘴，热风为外热式， 空气预热空气预热500-600 C 主要使用特点：主要使用特点： 用于大型流水作业，用于大型流水作业，5-50t/h； 连续工作连续工作15周，用于各种铸周，用于各种铸 铁熔炼。铁熔炼。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自

37、动化 华中科技大学材料学院 63 4、影响冲天炉热效率的结构因素、影响冲天炉热效率的结构因素 （1）冲天炉的炉膛形状）冲天炉的炉膛形状 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 64 卡腰冲天炉卡腰冲天炉 炉温高元素烧损少 焦耗低能使用劣质焦炭 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 65 (2)冲天炉风口的面积冲天炉风口的面积 风口面积风口面积 f=主风口面积主风口面积+辅助风口面积辅助风口面积 风口区炉膛面积：风口区炉膛面积：A 小风口：小风口：f/A=36% 大风口：大风口：f/A=1525% EAMP 材料成形装备及自动

38、化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 66 (3)冲天炉的风口设置冲天炉的风口设置 l风口形状 l风口角度 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 67 5、冲天炉系统及其辅助设备、冲天炉系统及其辅助设备 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 68 (1) 加料装置概述 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 69 (2) 称量配料装置 炉料主要包括金属料（生 铁、回炉料、废钢等）、焦炭 和石灰石等。 焦炭和石灰石等常用电子 磅秤直接称量，振动给料机输 送；金属料则采用电磁秤配料。

39、底盘为锰钢。 7-7-电子称电子称8-8-驾驶室驾驶室 9-9-行车行车 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 70 (3) 冲天炉熔化的自动化控制系统 1) 影响因素 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 71 对影响冲天炉熔炼效果的因素及指标实施对影响冲天炉熔炼效果的因素及指标实施实时监控实时监控，并，并 进行实时调整。进行实时调整。 必须是全面达到必须是全面达到三项技术经济指标，三项技术经济指标， 即即铁水化学成分准确稳定铁水化学成分准确稳定、铁水温度达到要求铁水温度达到要求，同时又要是，同时又要是 冲天炉在最佳工作

40、状态下运行，即冲天炉在最佳工作状态下运行，即焦炭燃烧效率高而消耗低，焦炭燃烧效率高而消耗低， 元素烧损少，生产率稳定元素烧损少，生产率稳定。 影响熔炼过程的因素很多，包括影响熔炼过程的因素很多，包括冶金因素冶金因素（原材料来源、（原材料来源、 配比、预处理以及化学成分波动）、配比、预处理以及化学成分波动）、炉子结构因素炉子结构因素（风口、（风口、 焦铁比、铁料块度、焦炭质量及鼓风温度等）。焦铁比、铁料块度、焦炭质量及鼓风温度等）。 所谓冲天炉熔化过程的控制，是在一定炉子结构，以一 定的原材料及其配比条件下，调节各种工艺因素，以达到铁 水化学成分及温度的基本要求，并且保证炉子在最佳状态下 工作。

41、 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 72 输入9个模拟量 炉气成分 炉气温度 热风温度 铁水温度 风量 风压 送风湿度 铁水成分 铁水重量 3路输出控制 风量 空气湿度 风口面积（风压） EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 73 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 74 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 75 2.2.2 电炉熔化 铁合金常用的熔化电铁合金常用的熔化电 炉，有炉，有三相交流电弧炉、三相交流电弧炉、 感应电炉、电阻炉。感应电炉

42、、电阻炉。 这些炉子特别适用于这些炉子特别适用于 熔化黑色金属（从钢到铸熔化黑色金属（从钢到铸 铁）来生产高质量的，在铁）来生产高质量的，在 设定浇注温度最接近设定设定浇注温度最接近设定 化学成分的合金。它们也化学成分的合金。它们也 能用来熔化有色金属（如能用来熔化有色金属（如 铝）和重金属（如青铜，铝）和重金属（如青铜， 铜和黄铜）。在一些应用铜和黄铜）。在一些应用 中，它们也可以起到贮存中，它们也可以起到贮存 和处理的双重操作功用。和处理的双重操作功用。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 76 1. 感应电炉感应电炉 利用电磁感应原理熔化金属的工业炉

43、。感应炉利用电磁感应原理熔化金属的工业炉。感应炉 采用的交流电源有采用的交流电源有工频工频 ( (50或或60Hz) )、中频中频( (60 10KHz) )和和高频（高于高频（高于10KHz）3种。感应炉的主要种。感应炉的主要 部件有感应器、炉体、电源、电容和控制系统等。部件有感应器、炉体、电源、电容和控制系统等。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 77 (1) 感应电炉分类感应电炉分类 工频感应炉：它由工频感应炉：它由50或或60Hz电源供电，最大炉容达电源供电，最大炉容达100吨。吨。 三倍频感应炉：它由三倍频感应炉：它由150或或180Hz三倍频

44、发生器供电，最大三倍频发生器供电，最大 炉容达炉容达20吨。工频和三倍频感应炉主要用于各种铸铁和铜吨。工频和三倍频感应炉主要用于各种铸铁和铜 合金等大容量的金属熔炼和保温，也可用于钢水的精炼和合金等大容量的金属熔炼和保温，也可用于钢水的精炼和 保温保温 发电机组中频感应炉：由发电机组中频感应炉：由0.510KHz发电机组供电。发电机组供电。 可控硅中频感应炉：由可控硅中频感应炉：由0.510KHz可控硅变频器供电，最可控硅变频器供电，最 大炉容达大炉容达20吨。后两种中频感应炉主要用于中、小容量的吨。后两种中频感应炉主要用于中、小容量的 碳素钢、合金钢、铸铁、铜、锌等金属的熔炼。碳素钢、合金钢

45、、铸铁、铜、锌等金属的熔炼。 高频感应炉：高频感应炉： 采用电子管式采用电子管式30300KHz的高频发生器供的高频发生器供 电，主要用于电，主要用于50千克以下的小容量特殊金属的熔炼，也是千克以下的小容量特殊金属的熔炼，也是 实验室的一种熔炼设备。实验室的一种熔炼设备。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 78 (2) 无芯坩埚式感应电炉无芯坩埚式感应电炉断面结构图断面结构图 1-出水口； 2-炉盖； 3-作业面板； 4-冷却水； 5-感应线圈粘接剂； 6-炉体； 7-铁芯； 8-感应线圈； 9-耐火材料； 10-金属液； 11-耐火砖； 12-倾转油缸

46、； 13-支架 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 79 (3) 感应熔化的优点 高效，这是因为直接的能量转化，通过内部的热量传递对高效，这是因为直接的能量转化，通过内部的热量传递对 炉料进行加热（潜热）炉料进行加热（潜热） 温度控制准确温度控制准确 高质量的冶金，灰铁和球墨铸铁，以及铁合金。由于熔高质量的冶金，灰铁和球墨铸铁，以及铁合金。由于熔池池 内内铁铁液液电电、气气、力学运动从而力学运动从而具有快速准确的分析调节具有快速准确的分析调节 无炉渣的清洁铸件，无尘熔化无炉渣的清洁铸件，无尘熔化 在环境污染方面投资最小在环境污染方面投资最小 工作条件的切实

47、改进工作条件的切实改进 基于已知的成本可以更好的有计划利用电能基于已知的成本可以更好的有计划利用电能 石墨加入的效率可达石墨加入的效率可达8080，为了增加碳含量可以在合适的，为了增加碳含量可以在合适的 时间加入焦炭通过低成本的废钢或切屑，可达时间加入焦炭通过低成本的废钢或切屑，可达100%100%的将钢的将钢 转化为铸铁转化为铸铁 在同一天可以生产几种类型的铸铁，这可以通过清空炉子在同一天可以生产几种类型的铸铁，这可以通过清空炉子 并用冷装料重新开始并用冷装料重新开始 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 80 (4) (4) 感应炉熔炼的集中控制式自动化

48、系统感应炉熔炼的集中控制式自动化系统 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 81 2.2.3 自动浇注装备自动浇注装备 （1 1） 自动浇注机的类型及特点自动浇注机的类型及特点 基本功能包括：基本功能包括： 浇注时的定位与同步、浇注流量控制、浇注速度浇注时的定位与同步、浇注流量控制、浇注速度 控制、金属液补充及保温、安全保护等。控制、金属液补充及保温、安全保护等。 国内外常用的自动浇注机主要有：电磁泵式浇注国内外常用的自动浇注机主要有：电磁泵式浇注 机、气压包式浇注机、倾转式浇注机等。机、气压包式浇注机、倾转式浇注机等。 EAMP 材料成形装备及自动化材料成

49、形装备及自动化 华中科技大学材料学院 82 (2) (2) 电磁泵的工作原理及电磁泵式自动浇注机电磁泵的工作原理及电磁泵式自动浇注机 1 1）电磁泵的原理电磁泵的原理：通入电流的导电通入电流的导电 流体在磁场中受到洛仑兹力的作流体在磁场中受到洛仑兹力的作 用用，使其定向移动使其定向移动，如图所示。如图所示。 2 2）电磁泵的主要技术性能指标电磁泵的主要技术性能指标压压 头头( () )间存在如下关系间存在如下关系: : 是是压头压头； JxJx是是垂直于磁感应强度和金属液垂直于磁感应强度和金属液 体流动方向上的电流密度体流动方向上的电流密度； ByBy是是垂直于电流和金属液体流动垂直于电流和金属液体流动 方向上的磁感应强度方向上的磁感应强度，是是处于处于 磁隙间的金属液体长度。磁隙间的金属液体长度。 dxBJP y L x 0 dxBJP y L x 0 dxBJP y L x 0 EAMP 材料成形装备及自动化材料成形装备及自动化 华中科技大学材料学院 83 3)3) 电磁泵自动浇注机的结构电磁泵自动浇注机的结构 由电磁泵和浇注流槽组成。由电磁泵和浇注流槽组成。电磁泵的效率电磁泵的效率通常通常很低很低， 如何提高电磁泵的效率如何提高电磁泵的效率, ,对于电磁泵的推广应用是一个十对于电磁泵的推广应用是一个十 分重要的课题分重要的课题。电磁泵的效率受诸多因素的影响电磁泵的效率受诸多