PDF《铸造炉料 配 比软件 系统 的开发与应用》

・

38 4 ・ 铸造FOU NDR Y Ap r .

2 0

0 7 V0

1 .

5 6 N0 .

4 铸造炉料配比软件系统的开发与应用 周建新 ,栾添舒 ,冯春亮,葛红州,刘瑞祥 ,陈立亮 ,廖敦明 ( 华 中科技 大学材料 学院凝 固模拟研 究室,湖北武汉

4 3

0 0

7 4 ) 摘要 :炉料配比是铸件生产中的一个重要工序,随着计算机软件硬件条件的改善, 利用计算机技术来进行炉料配比, 显示 出越来越 大 的优 势.介绍了计 算机铸 造炉 料配 比软件 系统开发 的基 本思路 和原理 ,并介 绍 了华铸 炉料配 比系 统―― 华铸F C S 的基本功 能及应用实例.应用表明,华铸F c s 能够实现 自动炉料配 比,手动炉料配 比,炉前炉料 配比, 在配 比过程考虑到 了元素的烧损 ,并且 能够 实现 最小成本 配比,这样一方面 实现 了准确 的炉料配 比,另一方面实现 了 成本的最低 化,对实际铸 件生产有 一定指导作用 . 关键词 :铸造炉料配比;

华铸F C S ;

最小成本配比 中图分类号 :T G

2 4

3 ;

T P

3 1

1 .

5 2 文献标识码 :A 文章编号:1

0 0

1 ―

4 9

7 7 (

2 0

0 7 )0

4 ―

0 3

8 4 ―

0 4 De v e l o p me n t a n d Ap p l i c a t i o n o f F o u n d r y Ch a r g i n g Mi x i n g So f t wa r e ZHOU J i a n - x i n , L UAN Ti a n - s h u , FENG Ch u n - l i a n g , GE Ho n g - z h o u , L I U Ru i - x i a n g , CHEN L i - l i a n g , L I AO Du n - mi n g ( L a b o f S o l i d i f i c a t i o n S i mu l a t i o n , S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g , H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , Wu h a n

4 3

0 0

7 4 , H u b e i , C h i n a ) Ab s t r a c t :F o u n d r y c h a r g i n g mi x i n g p r o c e s s i S a n i mp o ~ a n t s t e p o f c a s t i n g p r o d u c t i o n .W i t h t h e d e v e l o p me n t o f c o mp u t e r h a r d wa r e a n d s o f t wa r e. i t h a s a I o t o f a d v a n t a g e s t o c a l c u l a t e t h e f o u n dr y c h a r g i n g mi x i n g b y f o u n d r y c h a r g i n g mi x i n g s o f t wa r e . I t i S i n t r o d u c e d t h a t b o t h t h e b a s i c p r i n c i p l e s o f t h e d e v e l o p men t o f f o u n d r y c h a r g i n g mi x i n g s o f t wa r e i n t h i s p a p e r ,a n d a l s o HZF CS,a s o f t wa r e p a c k a g e f o r t h e c a l c u l a t i o n o f t h e f o u n d r y c h a r g i n g mi x i n g . Th e a p p l i c a t i o n s s h o w t h a t t h e s o f t wa r e c a n a i d t e c h n o l o g i s t s t o g e t t h e mi n i mu m c o s t mi x i n g s c h e d u l e f o r t h e f o u n d r y c h a r g i n g mi x i n g. Ke y wo r d s : o u n d r y c h a r g i n g mi x i n g ;

HZF CS;

c h a r g i n g mi x i n g wi t h mi n i mu m c o s t 随着计算机软件硬件条件的改善 ,利用计算机技 术来进行炉料配比显示出越来越大的优势,一方面可 以更加方便 、准确地给出满足要求的配 比方案,另一 方面利用计算机配料可 以较容易地实现最小成本炉料 配比,从而有效地降低生产成本.在这一领域 ,不少 科技工作人员做 了工作 ,如采用求解线性方程组 、群 蚁算法等方法设计开发了计算机炉料配比程序 ,实现 了计算机炉料配比 .华中科技大学华铸软件中心从

2 0

0 4 年着手 开发铸造炉料 配比软件 ,所开发 的华铸 F C S 铸造炉料配比软件已经在近2

0 家单位获得了应用 , 本文中,介绍了华铸F C S 软件 的数学模型、基本功能 以及应用 情况 .

1 数学模型 华铸F C S 铸造炉料配比软件采用了求解线性方程 组方法与基于穷举法的最小成本配比法.

1 .

1 求解线性方程组 以钢铁为例 ,A、B 、C…表示待加人炉料 的百分 比.C 铸件、S 铸件、 Mn t ~ ~ - 、P 铸件、 S 铸件是铁合金铸件要求 的元素质量百分数. 、S i A 、Mn A 、 、S A 表示A炉料 中元素C、S i 、Mn 、P 、S 的质量百分 比,卵71riM.、

71、卵 为元素熔炼过程中的增减率百分比 ( 元素增加时 为正数 ,元 素减少时 为负数) ,通 过求解式 (

1 )~ 式(6)方程组即可求出待加人炉料百分 比. A x C A + B x C ~C x C c + …= ÷ (

1 ) l - ~ r l c A x S i A + Bx S i ~ - C x S i c +… = (

2 ) l 十AxMn A + B * Mn ~ - C* …: (

3 ) .

1 1. Ax P A + B x P ~ - C x P c +…= (

4 ) l 十ripAxSA+Bx S ~ - C x S c + … = 啦(5)l十 s A十B+C+…=1

0 0 % (

6 ) 上述方程组可以推广到m种炉料n 个合金元素 , 为第涮 炉料在所配料中的质量分数 ,第 种炉料含有第 种元素的质量分数为 ,在熔炼过程中笥 种元素的熔 收稿 日期 :2

0 0

6 ―

1 0 ―

1 2 收到初稿 ,2

0 0

7 -

0 1 -

0 8 收到修订稿. 作者简介:周建新 (

1 9

7 5 一),男,湖南邵阳人 , 博士,副教授, 研究方向为铸造领域的计算机应用技术.E - m a i l :z h o u j i a n x i n

1 9

7 5 @1

6 3 . t o m 维普资讯 http://www.cqvip.com 铸造 周建新等: 铸造炉料配比 软件系 统的开发与 应用 ・

3 8 5・ 炼过程中的增减率百分比 ( 元素增加时为正数 ,元素 减少时为负数)为f,第 种元素的目标成分为D f ,求 解方程式 (

7 ) 、式(8)即可求出m种待加入炉料的百 分比.华铸F C S 软件可 以求解最多2

8 种炉料满足2

8 个 合金元素要求 ,求解线性方程组方法具有速度快 的优 点,但是不一定每种情况都找到符合要求的解 . m

1 n X i x C 7≠, L 产1 ,

2 ,

3 …, (

7 ) . 满足式 (

1 4 ) .其实只要满足式 (

9 )~ 式(12)就肯定 满足式 (

1 4 ) ,所以认为铸件配料的数学模型可以不包 含式 (

1 4 ) .从华铸F C S 软件计算速度与结果表明采用 基于穷举法最小成本法可以满足实际的工程需要 ,因为 采用这种方法只要增加量设置合适,基本上可以找到满 足成分要求 的配料方案 ,实际计算表明 ,计算1

0 0

0 万 种左右配料方案一般用时不到1 mi n ,这已经很好地满 足了工程的实时需要. ;

.

0 0 o /

0 (

8 】 M i n

1 .

2 基于穷举法的最小成本法 求解线性方程组的目标成分是名义值 ,实际上一 般 目标成分是一个允许范围,所以从理论上讲炉料配 比应该是求解不等式组. 对于m 种炉料n 个合金元素 ,假设 为第i 种炉料在 所配料中的质量分数,腚 该炉料的价格 ( 元/ 吨) ,第 种炉料含有第 种元素的质量分数范围为c ,c ( 其O

0 C ~i 为最小质量分数 ,C M 为最大的质量分数) , 在熔炼过程中第 种元素的增减率百分 比(元素增加时 为正数 ,元素减少时为负数)为f,第 种元素的 目标 成分为f DⅢ , ] ,各炉料配比 需要满足式 (

9 )~ 式(12),本次配 料 的价 格‰ ( 元/ 吨)可以由式 (

1 3 )计算出来. 锈≤ ~ l x , x c ≤ 锈铬≤ * C ~ x j i

1 - ~ o j j = l ,2 ,3 …,n (

9 ) j = l ,2 ,3 … ,n (

1 0 ) ∑X ~

1 0

0 % (

1 1 ) = l ≥0 (

1 2 ) m

1 Xi x P ~ (

1 3 ) i ― l 式(9)、式 (

1 0 )是成分约束条件 ,在本模型中 允许炉料成分可以在一定范围内波动,允许设定最小 值C 与最大值C ,这样就使得该数学模型与实际 更加贴近 ,从而使计算的结果更能指导实际生产.华铸F C S 软件采用了穷举法来求解这个新 的数学模型 的 离散解 ,在此基础上求出这些离散解中成本最低 的解 , 这就是基于穷举法的最小成本法.穷举法的基本思路 是每种炉料设定一个最小加入量与最大加入量 ,从最 小加入量开始以某一个增加量来逐步增加 ,验算每种 可能的配 比是否满足式 (

9 )~ 式(12),若满足,则是 有效解 ,是满足要求的配料方案 ,并计算本配料方案 的成本 ,穷举法可 以找 出很 多满足要求的配料方案 , 而最小成本法就是找到这些方案 中成本最低的一种 . 当然 ,一般的铸件配料数学模型中会提到某一种炉料 的最大加入量的问题 ,在本数学模型中最大加入量要

1 … '

‰ l (

1 +

7 7

1 )'

C (

1 2 ) '

'

C (

1 +

7 7 ) i =

1 ,2 ,3 ,…,m (

1 4 )

2 华铸F C S 软件的基本功能与使用步骤 华铸F C S 软件开发的 目标是实现快速计算配料方 案 、实现配料方案成本最低 、以及有效地管理历史配 料方案.图1 为华铸F C S 的主要的系统界面 ,图2 是采 用该软件所做的一个配料方案 ,该软件主要有 自动炉 料配比、手动炉料配 比、炉前炉料配 比三个主要功能 , 以下分别介绍说明. 图l 华铸 F C S 软件界面 Fi g .

1 I n t e r f a c e o fHZF CS =: = 篇=l___ _ J J 舅璺 L』曼蹩 ―曼堕 j 蚺∞秘∞'

-∞Oa-,b;

∞∞ 矗・t蚺 鼻戗 } <

n - ~ui l l n 柏 t蚰 :蚰t

9 ∞ h 硼t柚:I 蛳.4―'

瑚:I ・啪'

I $ :I........