所在地：	天津市	技术领域：	智能制造
法人单位：	河北工业大学

蠕墨铸铁是强度高、弹性模量好、抗热疲劳性能优越的工程结构材料，在发动机缸体和缸盖等领域中的应用前景非常广阔。但是，由于蠕虫状石墨的形成特点，导致生产过程中蠕墨铸铁的蠕化率波动很大，导致缸体和缸盖对力学性能、物理性能和使用性能不稳定，这严重制约着我国高性能发动机的开发。本项目根据蠕墨铸铁的生产技术特点，基于热分析技术，利用凝固曲线的特征值信息，成功开发了蠕墨铸铁在线智能检测技术与控制装备，从而保证了发动机蠕墨铸铁铸件的蠕化率、孕育效果、共晶指数、缩松指数等冶金质量指标的稳定性，保证了铸件的质量，解决了我国发动机升级换代所需优质铸件亟待解决的课题。蠕墨铸铁在线测控的仪器可实现互联网远程监测、维护与控制，同时，可适用于一步法和两步法蠕墨铸铁处理工艺的冶金质量预测与控制。蠕墨铸铁智能在线控制系统已经在蠕墨铸铁件的生产过程中获得了工业化应用，实现了产业化。对于规模化生产蠕墨铸铁缸盖、缸体、玻璃模具、钢锭模等要求热疲劳性的铸造产品，均可使用此项技术。

核心产品为“蠕墨铸铁智能在线测控系统”，该系统由软件和硬件组成，硬件包括取样器、主控系统、喂丝机控制系统、喂丝机等组成。本项目以热分析样杯作为传感器，将熔化的铁水浇铸到样杯中，采集铁液凝固过程中形成的热分析曲线，从热分析曲线上提取能够表征蠕铁蠕化率及铁液冶金质量的特征值，建立以热分析曲线特征值为变量的蠕化率等铁液冶金质量预测模型，实现对蠕墨铸铁蠕化率、孕育指数、共晶指数、缩松指数、动态共晶点、抗拉强度等冶金质量指标的准确预测。将预测结果与目标值比较，自动计算二次修正处理的镁线和孕育线加入量，通过驱动喂丝机实现镁线和孕育线的自动添加，可对二步法“欠处理”蠕化铁液蠕化率实现精确在线控制。

本设备所依据的原理就是热分析技术的原理。热分析方法是指用热力学参数或物理参数随温度变化的关系进行分析的方法，实际生产中具体使用的热分析技术有很多种。用于铸铁石墨形态检测的热分析方法的基本原理是在给定的条件下测定铁液凝固过程的温度曲线，其变化趋势与不同化学成分导致的结晶温度的变化有关，也与凝固后铸铁的热导率等参数有关，而铸铁中石墨的形态和含量又会影响热导率的大小，因此，通过分析铁液的凝固曲线可预测石墨的形态及含量。目前，应用该技术对蠕墨铸铁生产进行测控在国际上已经有成功应用的先例。对蠕化率的最终控制，本质上是控制铁液中那些影响石墨结晶形态的化学成分，比如氧、硫含量等。控制的方法主要是通过加入Mg的含量来实现的。

本项目开发的蠕墨铸铁智能在线测控系统的主要功能有：

（1）  蠕化前原铁液的碳、硅含量测定与修正；

（2）  适用于“一步法”和“两步法”蠕化处理工艺控制；

（3）  在线预测蠕化铁液的蠕化率、孕育效果、共晶指数、收缩倾向、碳硅含量、共晶点碳当量真值、碳当量、抗拉强度等。

（4）  可实现铁液温度、铁水重量、光谱分析结果等工艺信息的无线传输及数据库保存，可根据需要生成生产数据报表，实现生产数据的科学管理。

（5）具有互联网远程监控与维护功能。

本套系统具有以下显著特点：

（1）  具有集成化、智能化、仪表化等特点；

（2）  系统可用于各种牌号的蠕墨铸铁；

（3）  智能化预测蠕化铁液的各种冶金质量参数；

（4）  具有大数据的储存与分析功能；

（5）  可实现互联网远程控制与维护；

（6）  耗材成本小，运行成本低。

（7）  界面友好，操作简单，无人值守自动识别数据采集类型。

产品应用领域：

蠕墨铸铁处理新工艺及其冶金质量调控技术属于先进制造与自动化领域，主要应用于汽车与机械行业中。满足了高性能、高蠕化率、高品质蠕墨铸铁产品生产过程中蠕化率控制难、废品率高的技术瓶颈，打破了国外针对高品质蠕墨铸铁产品生产在线测控领域的“卡脖子”技术的垄断。本项目将大幅度降低用户的一次性购置设备的成本和设备使用成本，为用户带来可观的经济效益。