一种钛合金熔炼配料的快速计算方法技术

本发明专利技术公开了一种钛合金熔炼配料的快速计算方法，具体为：首先根据所需熔炼的钛合金铸锭的质量和元素组成要求，选取海绵钛以及中间合金；然后列出原料中单独元素组成、用量与铸锭要求元素含量之间的线性方程组；根据克拉默法则求解方程组相对应矩阵，将会得到各原料用量配比的唯一解。本发明专利技术快速计算方法，适用于各种钛合金的真空自耗、等离子及电子束冷炉床等熔炼方法的配料计算，通过初始获得海绵钛、中间合金、残料等的化学成分以及所投铸锭的质量，转化为矩阵形式，根据克拉默法则将会获得准确的唯一解，可选择MATLAB、Excel或其他编程等多种计算机软件平台，能够简单快速地实现钛合金熔炼配料计算。

A fast calculation method for the melting of titanium alloy

The present invention discloses a kind of fast calculation method of titanium alloy melting ingredients, details are as follows: firstly, according to the needs of the titanium alloy ingot smelting quality and elemental composition, selection of titanium sponge and intermediate alloy; then the linear equations are listed separately in the raw materials of elemental composition, dosage and element content between the ingot requirements; according to the Cramer rule for solving equations corresponding to the matrix, will be the only solution of the material ratio. Fast calculation method of the invention, the calculation method is applicable to all kinds of vacuum melting titanium alloy consumable, plasma and electron beam cold hearth and other ingredients, to obtain chemical composition of titanium sponge, intermediate alloy, scrap etc. and cast ingot quality through the initial, into a matrix, according to the Cramer rule will obtain the unique solution accurate, can choose MATLAB, Excel or other programming and other computer software platform can easily and quickly implement furnace burden calculation of titanium alloy.

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金熔炼配料的快速计算方法
本专利技术属于金属熔炼
，涉及一种钛合金熔炼配料的快速计算方法。
技术介绍
在钛合金熔炼前需根据合金的成分要求对配料进行计算，现有常规的估算、反推算法等钛合金熔炼配料计算方法，其过程假定一个初始配比值，再根据初始数据进行估算，估算不通过，则继续调整，反复计算直到近似趋近要求为止。可见，常规的方法获得是一种近似值，其会存在相应的误差，使得钛合金铸锭化学成分从起始工艺中将产生一定的不确定性，并且由于反复估算逼近的方法使得配料计算效率低下。本专利技术采用优化的科学计算方法，可以精确计算出钛合金熔炼所要求的合金配比量，保证钛合金铸锭化学成分稳定性，并且结合相关计算机软件平台可以有效提高钛合金配料的计算效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钛合金熔炼配料的快速计算方法，解决了现有钛合金熔炼配料计算过程中存在误差、效率低的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种钛合金熔炼配料的快速计算方法，具体按照以下步骤实施：步骤1，根据所需熔炼的钛合金铸锭的质量和元素组成要求，选取海绵钛以及中间合金；步骤2，列出原料中单独元素组成、用量与铸锭要求元素含量之间的线性方程组；根据克拉默法则求解方程组相对应矩阵，将会得到各原料用量配比的唯一解。本专利技术的特点还在于，步骤2具体为：将所选取的海绵钛以及中间合金的元素组成和用量列为n个线性方程的方程组，表示为：式中，aij表示各个海绵钛及中间合金的单独化学元素成分，i＝1，……，n；j＝1，……，n；xi表示各个海绵钛及中间合金的投料量；bi表示铸锭所含单独化学元素成分的总量，n表示加入原料的种类个数；将式(1)表示为线性方程的形式，则为：即AX＝B(2)式(2)可表示为：X＝A-1B(3)式中A-1为A矩阵的逆矩阵；对式(3)进行求解，即得到各原料的分别用量。步骤2中求解采用MATLAB或Excel。利用MATLAB求解采用inv(A)*B命令；利用Excel求解，通过MINVERSE函数先求得逆矩阵A-1，再用MMULT函数进行A-1B矩阵相乘获得。本专利技术的有益效果是，本专利技术一种钛合金熔炼配料的快速计算方法，适用于各种钛合金的真空自耗、等离子及电子束冷炉床等熔炼方法的配料计算，其思想是通过初始获得海绵钛、中间合金、残料等的化学成分以及所投铸锭的质量后，列成线性方程组，再将线性方程组转化为矩阵计算，根据克拉默法则，配比值将会是绝对准确的唯一解，从而避免常规方法存在误差的现象，并且可选择MATLAB、Excel或其他编程等多种计算机软件平台，能够简单快速地实现钛合金熔炼配料计算。附图说明图1是本专利技术一种钛合金熔炼配料的快速计算方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种钛合金熔炼配料的快速计算方法，利用克拉默法则，制定快速钛合金熔炼配料，本专利技术配料计算原理是：调控钛合金铸锭中几种化学元素，便会添加几种中间合金，从而配料的海绵钛与中间合金以及它们化学成分总会形成为n阶矩阵；同时，铸锭所要求的各个元素总质量等于海绵钛及中间合金的所含元素质量总和，配料的化学成分与铸锭要求元素总会满足克拉默法则，并且解具有唯一性，即钛合金铸锭配料所计算的结果具有唯一性。本专利技术一种钛合金熔炼配料的快速计算方法的流程，如图1所示，具体按照以下步骤实施：步骤1，根据所要生产钛合金铸锭质量以及化学成分要求，选取海绵钛来料以及中间合金(如铝钒、铝豆、二氧化钛、铁钉等)；步骤2，将所选取的海绵钛以及中间合金的元素组成和用量列为n个线性方程的方程组，表示为：式中，aij表示各个海绵钛及中间合金的单独化学元素成分，i＝1，……，n；j＝1，……，n；xi表示各个海绵钛及中间合金的投料量；bi表示铸锭所含单独化学元素成分的总量，n表示加入原料的种类个数。将式(1)表示为线性方程的形式，则为：即AX＝B(2)步骤3，求得所用各个海绵钛及中间合金配比的列向量，即为各原料的分别用量：式(2)可表示为：X＝A-1B(3)式中A-1为A矩阵的逆矩阵。在计算机平台上计算过程中可采用MATLAB、Excel表格或程序编译等方法，本专利技术给出常用的MATLAB及Excel表格方法，(3)式中X在MATLAB中实现方式为inv(A)*B命令；(3)式中X在Excel中实现方式通过MINVERSE函数先求得逆矩阵A-1，再用MMULT函数进行A-1B矩阵相乘获得。本专利技术适用于各种钛合金的真空自耗、等离子及电子束冷炉床等冶炼方法配料计算，也可以用于其他近似合金熔炼配料，其功能不仅能够实现多批次海绵钛+中间合金冶炼，同时还是可以实现回收料+海绵钛+中间合金。如果存在两组或两组以上批号海绵钛或中间合金，在实际生产过程中，这种情况是出于前几批料用尽但还不够投量情况下，故只有一组未知批号海绵钛或中间合金，在求解过程中按已知前几批号的配料重量。本专利技术优点还在于，当一种钛合金的配料计算后可以将模板储存，再次应用只需要改变所投原材料成分及铸锭总重量，便可快速，相比于传统的估算-反馈-调整这一逼近方式具有快速准确的优点。此外，本专利技术利用克拉默法则，结合计算平台进行矩阵运行，提供了一种精准、高效率的钛合金配料计算方法，完全满足各个钛合金熔炼工艺，并可供其他金属冶炼配料工艺作为参考。本专利技术钛合金熔炼配料计算方法适用于多种计算机软件平台，在MATLAB及Excel中具有快速简便的矩阵计算方法，可以按照需求快速调整，具有很高的适应性。下面通过具体实施例说明本专利技术具体配料计算过程。实施例1海绵钛+中间合金的配料计算方法本例为TC4钛合金铸锭配料计算过程，铸锭成分要求：V为4.25％，Al为6.2％，O为0.1％，Fe为0.11％；铸锭总投入重量要求为3380kg。原料采用海绵钛及中间合金，海绵钛选用0级海绵钛，中间合金选用铝钒合金、铝豆、二氧化钛及铁钉，各个化学成分的质量百分比如下表：在配料过程中只考虑要求的化学元素成分，即V、Al、O、Fe四种，铸锭所要求的各个合金元素质量即为海绵钛及中间合金的所含元素质量总和，根据这个思想可将上述表格列为：其中x1、x2…x5为所求海绵钛及各个中间合金投料。在计算过程中可视海绵钛及各个中间合金的化学成分为5阶矩阵，在计算过程中可视铸锭各个化学成分的总质量(与上述质量百分比含量相一致，此处重量一个单位为0.01kg，下面举例计算相同)为列矩阵：根据式(3)，采用MATLAB、Excel表格或程序编译等方法获得，最终获得配比量(保留小数点后两位数)X如下：即本批次的TC4钛合金铸锭需要如下的海绵钛及中间合金质量为：实施例2不同批次原材料的配料计算方法在实际生产过程中原材料投料常会遇到两批次以上，而这两批次会有少许的成分差异。以TA15钛合金配料计算过程为例，在本例中的情况是第一批次的所剩海绵钛不够本次投量，要将第一批次使用完，并且使用新批次的海绵钛，故第一次所剩海绵钛的质量为已知；在计算过程中应先对已知海绵钛重各个元素的含量进行减除。此批TA15钛合金铸锭成分要求：V为2.0％、Al为6.5％、O为0.095％、Fe为0.15％、Mo为1.4％、Zr为2.1％，铸锭总投入重量要求为3350kg，上批次海绵钛(TI201701)剩余量为680kg。所用海绵钛及中间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛合金熔炼配料的快速计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，根据所需熔炼的钛合金铸锭的质量和元素组成要求，选取海绵钛以及中间合金；步骤2，列出原料中单独元素组成、用量与铸锭要求元素含量之间的线性方程组；根据克拉默法则求解方程组相对应矩阵，将会得到各原料用量配比的唯一解。

【技术特征摘要】
1.一种钛合金熔炼配料的快速计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1，根据所需熔炼的钛合金铸锭的质量和元素组成要求，选取海绵钛以及中间合金；步骤2，列出原料中单独元素组成、用量与铸锭要求元素含量之间的线性方程组；根据克拉默法则求解方程组相对应矩阵，将会得到各原料用量配比的唯一解。2.根据权利要求1所述的一种钛合金熔炼配料的快速计算方法，其特征在于，所述步骤2具体为：将所选取的海绵钛以及中间合金的元素组成和用量列为n个线性方程的方程组，表示为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张飞奇，车伟，焦春妮，蒲宣，
申请(专利权)人：咸阳天成钛业有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61