電渣熔鑄過程控制與模擬仿真（簡體書）

本書介紹了電渣冶金和電渣熔鑄的發展現狀和作者自行研制的電渣熔鑄試驗裝備及工藝試驗過程，詳細論述了電渣熔鑄曲軸設備、自動控制系統和電渣熔鑄金屬液位自動檢測系統。在建立電渣熔鑄過程數學模型的基礎上，對電渣熔鑄過程渣池熱電場、電極熔化過程、電渣熔鑄工藝因素對金屬熔池的影響以及電渣熔鑄過程工藝參數優化系統等進行了較為深入的試驗和模擬研究，對電渣熔鑄過程和生產試驗中出現的問題進行了理論上的分析與探討。
本書可供電渣熔鑄領域從事科學研究和生產實踐的高等學校的師生和企業工程技術人員參考。

耿茂鵬，1959年生。河北省束鹿縣人，教授，博士生導師。江西省人民政府參事，全國鑄造學會理事，全國電渣技術委員會副主任委員，江西省鑄造學會、鑄造協會副理事長。1965年畢業于江西工學院（現南昌大學）鑄造工藝及設備專業，從事鑄造和電渣冶金教學與科研工作至今。
主要研究方向是（1）先進鑄造工藝設備及自動化研究，率先在中國開展空氣沖擊造型研究，先后承擔完成了江西省科委、國家機械工業部、鐵道部等多項科研項目。（2）電渣熔鑄曲軸、軋輥工藝及設備開發和數值模擬研究。主持完成了國家“863”計劃新材料領域項目“電渣熔鑄曲軸一步整體成形及應用開發”和江西省及南昌市等多項研究課題。（3）半固態鎂合金板帶連續鑄軋技術研究，承擔完成了國家科技部院所基金和江西省等研究項目。
在上述研究方向中取得多項重大成果，申請并獲得國家發明專利5項，獲獎4項，在國內外權威學術刊物和學術會議上發表學術論文50余篇。

1 緒論
1.1 電渣重熔（電渣熔鑄）過程的原理
1.2 電渣重熔（電渣熔鑄）過程的特點
1.3 電渣重熔（電渣熔鑄）技術的發展
參考文獻
2 電渣熔鑄試驗裝備及工藝試驗
2.1 電渣熔鑄試驗裝備
2.1.1 連續式自耗電極輸送機構
2.1.2 結晶器及工作平臺部分
2.1.3 電力系統及自耗電極輸送機構自動控制系統
2.1.4 化渣系統
2.1.5 輔助系統
2.1.6 渣池測溫系統
2.2 電渣熔鑄試驗材料
2.3 電渣熔鑄工藝試驗
2.3.1 單因素熔鑄工藝試驗
2.3.2 多因素工藝試驗
2.3.3 自耗電極熔化機理試驗
參考文獻
3 電渣熔鑄過程的數學模型
3.1 電渣熔鑄數值模擬技術研究的進展
3.1.1 自耗電極熔化過程的數值模擬研究狀況
3.1.2 熔鑄過程中渣池熱電場的研究狀況
3.1.3 熔鑄過程中渣池磁場流場的研究狀況
3.1.4 凝固過程中微觀組織模擬的研究狀況
3.2 電渣熔鑄系統中有關的數學模型
3.2.1 基本假設與計算區域
3.2.2 熔鑄系統能量守恆方程
3.2.3 熔鑄系統電場分布方程
3.2.4 熔鑄系統連續性方程
3.2.5 熔鑄系統動量方程
3.2.6 電極熔化過程中電極固相率與溫度的關係
3.3 電渣熔鑄系統邊界條件處理
3.3.1 自耗電極與其邊界條件
3.3.2 渣池與大氣界面條件
3.3.3 結晶器與其邊界條件
3.3.4 鑄錠底與底水箱接觸邊界條件
3.4 有限元與變分原理
3.4.1 有限元簡介
3.4.2 軸對稱相變問題的變分原理
參考文獻
4 電渣熔鑄過程渣池熱電場數值模擬
4.1 電渣熔鑄中渣池熱電場數值模擬
4.1.1 物理模型
4.1.2 電渣熔鑄中渣池穩態時的電位場
4.1.3 電渣熔鑄中渣池穩態時的溫度場
4.1.4 電極下部的渣池中心高溫區形成機理
4.2 真假雙電極熔鑄過程的渣池熱電場模擬
4.2.1 物理模型
4.2.2 模擬結果與分析
4.3 電渣熔鑄過程中結晶器被擊穿的數值模擬
4.3.1 結晶器被擊穿問題的提出
4.3.2 不同渣深和偏心度的渣池熱電場數值模擬
參考文獻
5 電極熔化過程數值模擬
5.1 電極熔化過程物理模型
5.1.1 電極熔化過程CAD/CAE建模
5.1.2 CAD/CAE模型信息傳遞
5.2 自耗電極熔化過程數值模擬
5.2.1 電極熔化初始階段的數值模擬
5.2.2 電極熔化穩定階段的數值模擬
5.3 關於自耗電極熔化的評定指標
5.3.1 自耗電極的熔化率
5.3.2 熔鑄電流有效功率因數的計算
5.3.3 電極錐頭提純系數的計算
5.4 熔鑄工藝參數對電極熔化過程的影響
5.4.1 熔鑄電流對電極熔化過程的影響
5.4.2 渣池深度對電極熔化過程的影響
5.4.3 冷卻水量對電極熔化過程的影響
參考文獻
6 電渣熔鑄過程工藝因素對金屬熔池的影響
6.1 工藝因素對金屬熔池影響的試驗
6.1.1 試驗裝置、方法和數值模擬的數學模型
6.1.2 試驗結果
6.1.3 數據處理
6.2 工藝因素對金屬熔池影響的分析
6.2.1 電流對金屬熔池的影響
6.2.2 渣池深度對金屬熔池的影響
6.2.3 冷卻水流量對金屬熔池的影響
6.2.4 電極填充比對金屬熔池的影響
6.2.5 自耗電極端部形狀對金屬熔池的影響
6.2.6 電極偏離中心程度對金屬熔池的影響
6.3 結論
參考文獻
7 電渣熔鑄過程工藝參數優化
7.1 電渣熔鑄過程工藝參數優化系統
7.2 電渣熔鑄工藝參數最優化數學模型的建立
7.2.1 性能指標的確定
7.2.2 多目標優化函數的確定
7.2.3 設計變量的選擇
7.2.4 約束條件的確定
7.3 神經網絡的建立
7.3.1 人工神經元數學模型
7.3.2 誤差反向傳播訓練網絡（BP網絡）
7.3.3 神經網絡模型的建立與訓練
7.4 遺傳算法
7.4.1 遺傳算法的基本概念
7.4.2 遺傳算法實現中的一些基本問題
7.4.3 遺傳算法工具箱介紹
7.5 電渣熔鑄工藝參數優化系統的實現
7.6 電渣熔鑄工藝參數優化結果輸出和檢驗
7.6.1 優化結果輸出
7.6.2 優化結果分析與檢驗
參考文獻
8 電渣熔鑄曲軸設備及自動控制系統
8.1 電渣熔鑄曲軸單機成形設備及自動控制系統
8.1.1 自耗電極自動輸送機構結構及特點
8.1.2 電極自動輸送機構的機械設計
8.1.3 自耗電極夾持機構的協調控制（順序控制）
8.1.4 電渣熔鑄自耗電極伺服進給自動控制
8.2 系統的抗干擾問題
8.2.1 硬件抗干擾措施
8.2.2 軟件抗干擾措施
9 電渣熔鑄金屬液位自動檢測系統
9.1 電磁式金屬液位自動檢測系統
9.1.1 電渣熔鑄金屬液位的檢測環境
9.1.2 檢測方案分析
9.2 電渣熔鑄金屬液面電磁法檢測系統
9.2.1 金屬液面電磁傳感器
9.2.2 檢測系統的組成及信號處理
9.2.3 零點殘余電壓的處理
9.2.4 傳感器的標定
9.2.5 電磁傳感器檢測金屬液位存在的問題
9.3 電渣熔鑄金屬液位測重法檢測系統
9.3.1 測重法檢測金屬液位的基本原理及方案選擇
9.3.2 測重法檢測金屬液位的機械傳動系統
9.3.3 測重法檢測金屬液位系統的硬件設計
9.3.4 檢測系統的程序設計
附錄
附錄一 “電渣熔鑄曲軸一步整體成形及應用開發”成果之一：自動電渣熔鑄曲軸試驗機
附錄二 “電渣熔鑄曲軸一步整體成形及應用開發”成果之二：電渣熔鑄金屬液位自動檢測系統
附錄三 “電渣熔鑄曲軸一步整體成形及應用開發”成果之三：大型曲軸自動電渣熔鑄機的研制
附錄四 “電渣熔鑄曲軸一步整體成形及應用開發”成果之四：關於G8300Zz曲軸（4t）產品試制
附錄五 國家“863”項目“電渣熔鑄曲軸一步整體成形及應用開發”專家驗收意見
附錄六 南昌大學最新研制成功的自動電渣熔鑄機和柴油機曲軸（照片）