摘 要 真空冶金技術近年來發(fā)展比較好,因此在各方面的應用也比較突出。本文描述了若干真空冶金過程的測控技術,介紹了以精煉和熔煉為代表的一些典型真空冶金過程監(jiān)控的新進展。結合有關項目實踐,對真空冶金自動控制的未來進行了展望。

關鍵詞 真空冶金 技術進展 自動控制 過程

中圖分類號：TF13 文獻標識碼：A

0引言

真空技術的誕生及其工業(yè)應用的開始年代是很早的,一般而言,在低于常壓的稀薄氣氛中的冶煉過程,均可稱為真空冶金,廣義地講,還包括真空還原、真空燒結、真空焊接、真空鍍膜和真空熱處理等從已卓有成效的真空冶金過程中吸取經(jīng)驗,同時將其與新過程和過程組合融會,真空冶金正進入一個嶄新的階段。鋼脫氣和鋼包冶金、熔煉和重熔、澆注和粉末冶金、真空熱處理、真空焊接等,用先進的真空過程生產(chǎn)出高質(zhì)量的冶金產(chǎn)品,能夠滿足用戶的不同需求。真空冶金過程作為先進金屬材料制備的重要手段,發(fā)展非常迅速,且正在向自動化方向邁進。

1真空系統(tǒng)的差異

不同真空度系統(tǒng)的構成是有所區(qū)別的,但是基本都包含機械泵和羅茨泵,在要求高真空度時,還需要增壓泵等設備。雖然真空設備種類繁多,真空工藝流程千差萬別,對控制的要求各不相同,也曾有人研制過真空控制電路裝置,但是采用PLC進行真空獲得設備和真空工藝的自動控制還是最合適的。選用PLC設備時要考慮實際的控制系統(tǒng)是集中式還是分布式,控制要求是邏輯控制為主還是過程調(diào)節(jié)為主,以及輸入輸出的類型和規(guī)模,選擇可編程控制器內(nèi)存的大小則取決于邏輯運算的量和數(shù)值計算的復雜性。

2真空自動化

真空冶金雖然包括的面很廣,但是就制備金屬材料而言,真空冶金大體上分為真空精煉和真空熔煉兩類。前者包括多種D和RH真空脫氣方法、真空電弧精煉AD、真空脫碳精煉OD等,后者則包括真空感應熔煉IM（含傳統(tǒng)爐型IM和IDP/IMP多種改進爐型）、真空電弧重熔AR和真空電子束熔煉EBM等。本文主要選擇了D等典型的真空精煉裝置和以IDP（真空感應熔煉、脫氣和澆注）為代表的典型的真空熔煉裝置的自控問題進行討論,關于其他類型的真空冶金過程檢測和自動化技術的現(xiàn)狀。

2.1真空精煉

D即真空脫氣裝置,其主要作用是去除鋼水中的有害氣體并進行成分微調(diào)。作者曾參加江陰興澄濱江短流程生產(chǎn)線D裝置自動控制系統(tǒng)的開發(fā),該項目的控制系統(tǒng)非常具有代表性?，F(xiàn)以其為例介紹D裝置自動化系統(tǒng)。即一級基礎自動化和二級過程自動化,以及投產(chǎn)后為適應需要增加的三級管理自動化功能。其精煉部分包括100tLHF（鋼包精煉爐）和100tD裝置,LHF和D的操作控制室各自單獨設立?；A自動化采用德意合資的意大利SIEMENSORSI公司的可編程控制器PMC15和回路控制器TLOOP。PMC15的CPU采用實時多任務操作系統(tǒng),程序掃描時間100ms。所有的PMC和TLOOP控制器均通過同軸電纜連接到ARCNET網(wǎng),網(wǎng)上還掛有基于客戶機/服務器的監(jiān)控站、編程器和過程機。監(jiān)控站硬件采用普通PC,在MicrosoftWindows NT4.0上裝有CUBA監(jiān)控平臺。D的合金上料自動化和除塵自動化分別劃入相應工藝子系統(tǒng)。D控制作為系統(tǒng)的一部分,功能包括：氬氣攪拌的PID控制,罐蓋車的往返運動控制,多級真空泵順序動作的手動/自動控制,喂絲機平臺的旋轉及喂絲控制,冷卻水的監(jiān)控,與測溫取樣系統(tǒng)、合金上料系統(tǒng)的信號交換及邏輯連鎖。

2.2真空熔煉

在傳統(tǒng)的IM爐的基礎上,美國CONSARC公司提出了IMP（真空感應熔煉和澆注）,德國ALD公司則提出了IDP。1991年開發(fā)成功的IDP,其特點是分設真空感應熔煉室、合金裝料室、澆注室,并用真空閥門連接貫通,從而減小了真空室容積。在熔煉室小、工作效率高及熔煉坩堝裝料快的有利局面下,小熔煉室可以給熔煉提供非常好的真空冶金加工條件。真空感應爐在金屬澆注時整體傾斜。與普通的爐子不同,感應熔煉爐和真空轉爐組合成一體,不需要大型真空室。這樣就使整個裝置尺寸較普通爐子縮小10%以上,而生產(chǎn)的熔煉產(chǎn)品卻同樣多。奧地利Kapfenberg的Bohler特殊鋼廠有一座IDP爐,用于真空熔煉和重熔特殊鋼及鎳基和鈷基合金。

3結語

微電子技術的進步推動了真空計的發(fā)展。真空冶金的控制技術,隨著控制技術本身的發(fā)展而與時俱進,人工神經(jīng)網(wǎng)絡與遺傳算法在真空過程中的應用已經(jīng)開始。在SCADA技術、數(shù)據(jù)庫技術等應用到真空冶金過程的基礎上,預計配方管理和過程統(tǒng)計以及質(zhì)量控制技術（RECIPE/SPC）將對真空冶金的控制會有很大的影響,因此必須重視相應技術的應用。

參考文獻

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