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弹簧钢中非金属夹杂物控制关键技术
弹簧钢广泛用于飞机、铁道车辆、汽车、拖拉机等运输工具和工程机械等各种设备中,是制造各种螺旋簧、扭簧、板簧及其类似作用的其它形状弹簧的钢种。弹簧工作在周期的弯曲、扭转等交变力条件下,经受拉、压、冲击、扭、疲劳腐蚀等多种作用,有时还要承受极高的短时突加载荷。除表面脱碳、表面缺陷外,造成弹簧的疲劳断裂破坏的主要因素是钢中非金属夹杂物。非金属夹杂物对疲劳性能的影响一方面取决于夹杂物的类型、数量、尺寸、形状和分布;另一方面,由于钢基体组织和性质制约,与基体结合力弱的尺寸大的脆性夹杂物和球状不变形夹杂物的危害最大。钢的强度水平愈高,夹杂物对疲劳极限的有害影响也愈显著。因此,提高弹簧的疲劳寿命,关键要提高弹簧钢的洁净度,因此就要降低氧含量,减少非金属夹杂物的含量并改善夹杂物形态分布及尺寸。 (1)不锈钢冶炼脱氧及夹杂物预测热力学。通过热力学计算预测了弹簧钢中 Al-O、Si-O、Mg-O、Ca-O 脱氧平衡曲线,以及多元符合脱氧情况下 Al-Si-O、Al-Mg-O、Al-Mg-Ca-O 和 Al-Si-Ca-O 等夹杂物生成相图。 通过热力学计算预测了渣钢反应过程中不同精炼渣成分对于钢中[Al]s 和[O]含量的影响,研究表明高碱度有利于氧含量的降低,低碱度有利于钢中铝含量的去除。通过建立了钢液凝固和冷却过程弹簧钢中夹杂物变化热力学计算模型,可以预测钢液凝固和冷过过程中 MnS、TiN 和氧化物夹杂的变化和析出规律。 (2)铁合金洁净度对弹簧钢中夹杂物的影响。通过正常合金炉次和合金优化卢比全流程夹杂物演变规律的对比,可以看出,合金的选择对于夹杂物的性质会有较大的影响。在 LF 合金调整后夹杂物成分相差较大,优化合金可以有效的控制夹杂物中 Al2O3 含量,而对于 MgO 含量影响不大,提升夹杂物塑性化比例。 (3)弹簧钢精炼渣成分改性夹杂物。目前脱氧工艺主要有两种:一种是降低钢中总氧,获得高的洁净度,即采用强脱氧剂 Al 脱氧,将钢中绝大部分溶解氧转化为 Al 2 O 3 ,然后通过炉渣吸收,吹氩或电磁搅拌以及利用真空处理等手段促进夹杂物上浮,达到降低 T.O. 的目的。另一种脱氧路线是采用控制夹杂物种类、形貌、大小、分布的方法,采用 Si 脱氧,严格控制钢中 Al 含量,避免Al 2 O 3 的析出,这种工艺生产的弹簧钢虽然 T.O. 高于 Al 脱氧钢,但是夹杂物低熔点的、具有良好变形能力的 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 系夹杂物,疲劳极限优于 Al 脱氧弹簧钢。
北京科技大学 2021-04-13
帘线钢中非金属夹杂物控制关键技术
钢帘线被誉为是线材中的顶级产品,被誉为“皇冠上的明珠”。它是伴随着子午线轮胎的发展而发展起来的。以钢帘线为骨架材料的子午线轮胎具有高速、高载、耐久等一系列优良特性。随着汽车工业的发展,用于制造子午线轮胎的钢帘线需求量不断增加,同时对钢帘线的品种、性能及质量提出新的要求。作为生产钢帘线的原材料,帘线钢质量很大程度上决定了帘线的品质。帘线钢的洁净度,元素偏析等级,尤其是钢中夹杂物的形态对后续产品有着极大的影响。非金属夹杂物易引起钢丝拉拔和合股过程中断丝的发生,因此要求帘线钢中夹杂物尺寸小,且在轧制和冷拔等加工过程中具有良好的变形性能。根据子午轮胎产品性能和太阳能级硅产业的发展要求,钢帘线和切割丝向着超高强度(4000 MPa 及以上)方向发展,开发高强度、超高强度帘线钢丝,对实现轮胎的轻量化、降低用燃料的费用、降低生产成本意义重大。目前国内依旧不能稳定、高效的生产高牌号的帘线钢,开发帘线钢冶炼关键技术对提升企业生产技术水平和质量控制水平,取代进口高端钢帘线产品意义重大。 (1)帘线钢冶炼过程原辅料成分设计技术。帘线钢生产过程中一般采用Si-Mn 复合脱氧,但由于合金和辅料中存在 Al 的来源,帘线钢主要的夹杂物为MnO-Al 2 O 3 -SiO 2 系和 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 系两类。其中,MnO-Al 2 O 3 -SiO 2 为脱氧反应产物,CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 为钢渣反应生成。不同工序氧化物复合夹杂类型会发生转变,大量研究表明转炉出钢、精炼过程随着钢液成分的变化,夹杂物的成分在不断变化中。实际生产中使用的各种物料,包括合金、脱氧剂及钢包内衬直接影响钢液成分,进而改变钢液中非金属夹杂物的成分。高端帘线钢中非金属夹杂物主要成分为 SiO 2 -MnO,几乎没有 Al 2 O 3 的存在,因此在实际的生产过程中杜绝任何含 Al的原料。国内企业在实际生产时更倾向于使用价格低廉的合金、脱氧剂等原料以降低生产成本,为此本项目不仅研究了合金、脱氧剂、耐材等物料中 Al 的含量,还研究了各物料对钢液成分以及非金属夹杂物成分的影响程度,以选择更高性价比的物料搭配。在使用不同物料后取样分析,发现合金对钢液中非金属夹杂物的影响最大,低铝硅铁和普通硅铁对钢液中非金属夹杂物的成分影响如图 1,可以看出合金的使用直接改变夹杂物的体系。实际生产过程中可根据产品等级和各物料对钢中非金属夹杂物的影响,针对性的使用物料控制生产成本。 (2)帘线钢精炼渣成分设计技术. 炉渣成分对钢液成分有着直接影响,帘线钢精炼一般采用 CaO-SiO 2 -Al 2 O 3 渣系,精炼渣的成分对钢中夹杂物的控制起重要作用。研究表明精炼渣中相同 Al 2 O 3 含量的条件下,钢液中[Al]s 含量随精炼渣碱度增高而增高;相同碱度的条件下,钢液中 Als 含量随精炼渣中 Al 2 O 3 含量增加而增加。当精炼渣的碱度为 1.0 时,钢液中[Al]s 随渣中 Al 2 O 3 含量增加亦呈增加趋势, [Al]s 增量有限。同时,夹杂物中 Al 2 O 3 和 MnO 含量取决于渣-钢间的氧势,如氧势高,则夹杂物中 MnO 含量高。反之,当系统氧势低时,渣中CaO 和 Al 2 O 3 会有少部分被还原进入钢液,夹杂物 CaO 和 Al 2 O 3 含量增加,MnO 含量减少。在实际的冶炼过程中,精炼渣进入钢液是不可能完全避免的,精炼渣进入钢液后将形成含大量 CaO、Al 2 O 3 的夹杂物。对此为控制钢中非金属夹杂物的成分将精炼渣的碱度控制在 CaO/SiO 2 ≤1,实际生产过程中,精炼渣的最佳成分还应根据精炼过程的渣钢比,所使用合金、脱氧剂、耐材等条件进行优化。 (3)帘线钢中夹杂物变形性能评估模型。许多研究认为低熔点夹杂物在轧制和加工过程中变形更好。如果轧制过程中夹杂物是液态的,那这毫无疑问是对的。 102 / 298然而,实际的轧制温度往往大部分都低于夹杂物的熔点。在轧制温度降到夹杂物固相线温度以前,虽然夹杂物不是液态,但是由于软化它们仍然具有一定的变形性。然而,当温度降低至固相线以下时,夹杂物将完全转变为固态。并且,钢的变形不仅包括轧制,还包括其他冷加工,譬如,帘线钢冷拔过程的温度基本为室温,显著低于夹杂物的固相线温度。因此,只用熔点来评估冷拔或冷轧过程中夹杂物的变形性能不太合理或者说不太全面。本项目提出使用低温下夹杂物的杨氏模量评估变形能力的模型,认为氧化物变形能力与杨氏模量大小成反比,并拟合了低温下的氧化物杨氏模量与平均原子体积关系:2.939811 E V ,对Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO 系和 Al 2 O 3 -SiO 2 -CaO系氧化物的低温杨氏模量进行了计算,如图 2所示。由于冷拔过程氧化物变形能力与杨氏模量大小成反比,为了降低冷拔过程的断丝率,夹杂物需要控制到图中所示的深蓝色区域,即要求具有很高的 SiO 2含量和极低的 Al 2 O 3 含量。由图还可知,由于具有最大的杨氏模量,Al 2 O 3 对帘线钢中氧化物的变形性能最为有害,这也是为什么帘线钢生产过程中需要严格控制钢中 Al 含量。
北京科技大学 2021-04-13
汽车板钢中非金属夹杂物控制关键技术
汽车板要求优异的深冲性能,主要是 IF 钢,也称超低碳钢,在汽车工业中得到了广泛应用。对于 IF 钢,要获得成品钢材的高延展性、高塑性应变比以及优良的表面性能,要求钢中 C、N、O 含量尽可能低。由于铝具备强脱氧能力,IF钢生产过程采用Al 脱氧,在很短时间内钢中溶解氧即可以降低到 1×10-6 ~3×10 -6 ,同时生成 Al 2 O 3 夹杂。目前 IF 钢生产过程遇到的与夹杂物有关的问题主要包括:(1)钢水可浇性差,易发生浸入式水口堵塞;(2)由铸坯内大型夹杂物引起的冷轧薄板表面长条线状缺陷等。其中针对可浇性问题,主要是要尽可能地减少夹杂物的生成并促进夹杂物的去除,针对表面缺陷问题,主要是促进夹杂物在结晶器内的上浮去除,减少夹杂物被凝固坯壳捕捉。因此,开发了汽车板中非金属夹杂物控制关键技术,为提升国内钢铁企业汽车板的生产效率和产品质量做出了贡献。 (1)RH 精炼能力提升技术。RH 真空精炼是汽车板钢中非金属夹杂物去除的主要场所,RH 精炼能力的提升有利于增加夹杂物的去除效率。而 RH 循环流量的增加是提升其精炼能力的主要手段。以往的研究主要集中于增大提升气体流量或者增大真空度来增加 RH 循环流量,但能够实现的增幅有限。本项目创造性地设计了一种圆形上升管-椭圆下降管的 RH 新型真空槽装置,并应用于企业生产实践。将RH 反应器的下降管替换为椭圆形,在不必增加钢包内径的前提下增大了下降管的截面积,起到增大循环流量并延长钢包使用寿命的效果。该技术可解决 RH 精炼效率提升的瓶颈问题,能够大幅提升 RH 真空精炼的效率和能力。图 1 所示的工业试验结果显示了采用此技术时夹杂物最少。(2)超低碳钢铸坯表层凝固钩预测和控制技术。以往对汽车板钢浇铸过程凝固坯壳对夹杂物的捕获现象研究较少,而通过研究发现浇铸过程钢中夹杂物和气泡容易被铸坯表层凝固钩结构所捕获。凝固钩是在结晶器内弯月面凝固后形成的结构,该结构向结晶器内部延伸,很容易捕获结晶器内上浮的气泡和夹杂物,从而引起铸坯的表层缺陷。尤其是超低碳钢凝固过程中的糊状区较窄,更容易形成大尺寸的凝固钩结构,因此对超低碳钢铸坯表层的凝固钩结构的控制尤为重要。本项目通过对不同浇铸参数下的铸坯凝固钩进行对比,研究了不同浇铸参数对凝固钩深度的影响,并通过建立结晶器初始凝固模型,开发了超低碳钢铸坯表层凝固钩的预测和控制技术。通过该技术的实施可以实现不同浇铸工艺条件下凝固钩深度和长度的预测,并采取针对性的措施对其进行控制。一方面有利于预测汽车板铸坯的扒皮深度,另一方面通过控制措施(较高拉速、较高浇铸温度和较低的结晶器一冷水流量、采用电磁制动等)的实施有效减小凝固钩的尺寸,如图 2 实施,减少其对大尺寸夹杂物和气泡的捕获,从而提升汽车板表面质量。(3)超低碳钢连铸一冷优化模型。结晶器是连铸机的心脏,具有极高的冷却效率。结晶器内的钢液流动和冷却速率对结晶器内的凝固坯壳生产和夹杂物的运动、去除和捕获具有重要影响,尤其是对超低碳钢铸坯表层凝固钩尺寸及其对夹杂物和气泡的捕获影响显著。本项目对超低碳钢连铸一冷优化模型进行了开发。首先建立结晶器内的流动及坯壳凝固模型,综合考虑了结晶器内钢液的流动、钢液及坯壳的传热、坯壳与铜板间的缝隙传热、铜板及冷却水的传热。模型首先通过Fluent 软件进行结晶器内的流场和温度场模拟,然后将得到的固相线处的热流密度导出,作为凝固模型的参数输入到凝固模型中进行计算。运用模型对结晶器的传热进行了计算,模拟了一系列结晶器宽度、拉速及浇铸过热度的结果,并将计算的结晶器水流量进行综合统计,得到了适合现场调水的临界水流量水表。在模型计算过程中,模型不但考虑了钢液流动、钢液及坯壳的传热、缝隙传热、铜板及冷却水传热,还对冷却水核沸等额外瞬间增大的热阻的现象进行了警示。图3 所示为模型计算得到的不同拉速、结晶器宽度下的临界水流量,能够为超低碳钢浇铸过程结晶器一冷水量优化提供指导,一冷水并不是越大越好,在保证安全的情况下适当地降低一冷水量能够有效减小凝固钩尺寸和铸坯表层夹杂物的数量。
北京科技大学 2021-04-13
城市面源污染控制及雨水资源化利用技术
根据城市面源污染的特征,以污染源控制、径流量削减和污染物空间拦截为基点,研究和攻克一批关键性单元技术,如:屋面径流分流集水器、人行道侧渗流带、合流制管网溢流雨水拦截分流控制装置等单元技术,建立了城市面源控制技术体系。选择和应用相关技术,合理组合,可从源系统——运移途径——汇系统三个层次上,分级控制城市面源,并实现城市降雨的资源化利用。 主要利用生态工程技术解决城市面源的污染问题,所采用的生态工程技术不仅可回收利用雨水,同时也具有景观效果。所述成果具有较好的环境效应和经济效应,同时具有景观价值。 成果完成时间:2015年2月
华中农业大学 2021-01-12
机动车远程监控平台排放及 OBD 模型的开发
通过车载终端以至少 1Hz 的频率采集发动机动态运行数据和静态数据,并通过远程监管终端上传至远程监管平台;远程监管平台将车辆上传的动态运行数据输入相应的诊断模块进行信号诊断,输入相应的排放因子计算模型计算出排放因子,并读取 OBD 故障信息对排放结果进行有效性评估,从而获得车辆的实际排放状态。
华东交通大学 2021-05-04
一种游梁式抽油机远程平衡测试方法
一种该平衡测试方法包括启动抽油机平衡测试程序,先借助于电流法进行初步的,不太精确的判断,得出抽油机的初始平衡率,这样一旦抽油机严重不平衡时可以马上判断出,不需要进行下一步的判断过程,而虽然通过电流法判断出抽油机的平衡状态但也要进行下一步的电能法判断过程,这样可以更加精确地判断出抽油机的真实平衡状态,避免了采用一种判断方法带来的误差偏差,同时更重要的是,该方法可以在现有电流法检测方法的基础上进行改造即可实现,是对目前平衡率判断方法的重要补充,对我国目前技术装备的改造十分有意义.
东北石油大学 2021-04-30
一种害虫诱捕装置和害虫远程识别监控系统
本发明公开了一种害虫诱捕装置和害虫远程识别监控系统。所述害虫诱捕装置包括顶盖、漏斗座、集虫器以及控制单元,所述漏斗座与集虫器之间设有仅能供害虫单只逐个通过的通道,所述通道侧壁设有计数装置和红外感应微型摄像头,所述红外感应微型摄像头的数量至少为四个,设于通道的同一高度且沿通道周向均匀分布。所述害虫远程识别监控系统包括本发明的害虫诱捕装置和远程数据中心。与现有技术相比,本发明利用安装在仅能供害虫单只逐个通过的通道内的至少四个红外感应微型摄像头来采集单个害虫的图像信息,利用摄像头采集害虫群体的图像信息,还对害虫进行计数,有利于对害虫的数量和种类进行全面分析,有效监控虫害情况。
浙江大学 2021-04-11
城市水污染源远程在线监控、报警分析系统
系统软件使用了多项当前国际上最新的计算机开发技术,包括COM plus技术、基于UDP协议的远程通讯技术、ADO数据访问核心技术、GIS技术、TTS语言引擎技术、MSAGENT技术,以及虚拟仪器组态技术、WINDOWS SDK编程技术等。软件引入了面向仿真、工业自动化、虚拟仪器仪表等数据图形领域的图形仪表组件,包括实时和历史趋势图曲线等,使软件具有逼真的人机界面,很强的实时数据处理能力。软件可以允许用户自行添加管辖区域列表和嵌入GIS地图,以及监控企业的厂貌图和设施图,从而系统软件更富有地方特色和满足个性化需求。软件还创造性地引入了具有当前国际先进水平的TTS(Text To Speech)语音技术,实现中、英文语音报警。软件界面还引用了Windows XP配色方案,提供多种SKIN更换功能;而MSAGENT的人性化动作配合报警进程,使软件充分体现“科技以人为本”的设计理念,使软件界面更加生动、突出。软件特别在GIS系统中,设计了“放大镜”功能,使浏览地理信息更加清晰。软件全部使用自主开发、设计的24位真彩色,拥有自主知识产权的ICO图标和自行开发的通信系统。系统设计了“读实时数据”等10条命令字通信格式,通过发送命令字方式与现场污染治理设施运行记录仪进行通信。 系统通过“YSC-Ⅲ型污染治理设施运行记录仪”、PSTN城市公共电话网络,实时在线监测企业污水排放数据和污染治理设施的运行状况;上传历史数据,并存入数据库,以供查询、生成报表和打印。系统能自动监测企业超标排放报警信号,自动打开报警系统软件,并接收企业污水排放报警数据。同时,迅速启动GIS系统,标出报警企业的地理位置和详细地理信息,包括企业编码、企业名称、企业地址、联系人和联系电话,并作为一次报警记录,记录在日志文件中,以备查询。同时系统将该企业的报警数据,包括流量排放数据、COD数据、PH数据,以及污染治理设施运行记录仪运行状况等数据记录在系统的数据库文档中。 环保监理部门通过系统实时监测企业的污水排放质量、上传企业的历史排放数据、对企业实施立即“反控”和定时“反控”等措施,对超标排放的企业在第一时间掌握超标排放企业的信息(包括地理位置)、超标数据,以便快速、有效地采取相应的措施,对超标排放的企业作出相应的处理,使城市环境污染能得有效的控制。
上海理工大学 2021-04-11
风力发电机叶片远程在线实时智能健康监测系统
本系统能对风力发电场的风机叶片进行分布式远程在线智能健康监测,系统组成如图1所示,该系统包括户外麦克风、信号采集与通信单元、光网络和风场监控中心服务器等。户外麦克风以非接触的方式采集风机叶片运行时产生的声信号,并传送给数据采集与通信单元,由通信单元将采集的信号通过网络上传至监控中心服务器,服务器包括接收端通信单元、信号处理与特征提取模块、神经网络和用户交互应用软件,由神经网络对风机叶片的健康状态进行判断,对缺陷进行分类,并发出报警。服务器交互应用软件能给用户提供友好的交互界面,用户可以通过PC机和手机远程登录服务器,实时查看声音监测信息,如时域图、频域图、时频域图等,也可以听取原始声信号,获得授权的工作人员可以对给出的故障信号进行再一次确认,并给出标注,还可以调取其历史记录,帮助用户分析。该系统能够远程实时非接触监测各风机叶片的健康状态并及时反馈给用户,有效解决了检测设备不易安装维护、无法远程在线监测、实时性差等技术问题。
华中科技大学 2022-11-28
基于云计算的车辆远程测试与智能诊断系统
公司研发的基于云计算的车辆远程测试与智能诊断系统,能够实现电流、电压、CAN/LIN等信号级测试,还能实现车身和底盘电气系统等系统级测试。 一、项目进展 已注册公司运营 二、企业信息 企业名称 安徽风云智控科技有限公司 企业法人 张天耀 注册时间 2022.3.8 注册所在省市 安徽省合肥市 组织机构代码 MA8NRN7R-8 经营范围 技术开发、技术服务 企业地址 安徽省合肥市蜀山区长江西路898号新加坡花园城二期北区9栋1单元803室 获投资情况 无 三、负责人及成员 姓名 学院/所学专业 入学/毕业时间 张天耀 机械工程学院/工业工程与管理 2021/2024 许于涛 机械工程学院/工业工程 2021/2024 饶正卿 机械工程学院/工业工程与管理 2021/2024 孙睿 机械工程学院/工业工程与管理 2021/2024 王凯林 机械工程学院/工业工程与管理 2020/2023 四、指导教师 姓名 学院/所学专业 职务/职称 研究方向 王跃飞 机械工程/计算机应用技术 副教授 汽车电子与实时系统;智能制造系统与物联装备 五、项目简介 汽车电子电气架构及系统测试是车辆关键性验证试验,直接影响到车辆系统运行的可靠性和安全性。传统测试设备功能单一,人力物力投入大,测试成本高,测试数据不能实时共享和处理,测试效率较低。  为解决该类问题,由合肥工业大学在校研究生创办了本高新技术公司。公司研发的基于云计算的车辆远程测试与智能诊断系统,能够实现电流、电压、CAN/LIN等信号级测试,还能实现车身和底盘电气系统等系统级测试。该系统包括采集终端、云服务器、Web客户端、PC端软件和手机端APP,可使用WiFi及蓝牙进行本地测试,也可以通过4G/5G网络实现远程控制、实时监测、在线采集、智能诊断。本系统已开发出标准型和便携型等系列产品,能够满足不同汽车企业智能化测试需要,市场前景广阔。
合肥工业大学 2022-07-27
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