摘 要 真空冶金技術(shù)近年來(lái)發(fā)展比較好,因此在各方面的應(yīng)用也比較突出。本文描述了若干真空冶金過(guò)程的測(cè)控技術(shù),介紹了以精煉和熔煉為代表的一些典型真空冶金過(guò)程監(jiān)控的新進(jìn)展。結(jié)合有關(guān)項(xiàng)目實(shí)踐,對(duì)真空冶金自動(dòng)控制的未來(lái)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 真空冶金 技術(shù)進(jìn)展 自動(dòng)控制 過(guò)程

中圖分類(lèi)號(hào)：TF13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

真空技術(shù)的誕生及其工業(yè)應(yīng)用的開(kāi)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(guò)程,均可稱(chēng)為真空冶金,廣義地講,還包括真空還原、真空燒結(jié)、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(guò)程中吸取經(jīng)驗(yàn),同時(shí)將其與新過(guò)程和過(guò)程組合融會(huì),真空冶金正進(jìn)入一個(gè)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(jìn)的真空過(guò)程生產(chǎn)出高質(zhì)量的冶金產(chǎn)品,能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需求。真空冶金過(guò)程作為先進(jìn)金屬材料制備的重要手段,發(fā)展非常迅速,且正在向自動(dòng)化方向邁進(jìn)。

1真空系統(tǒng)的差異

不同真空度系統(tǒng)的構(gòu)成是有所區(qū)別的,但是基本都包含機(jī)械泵和羅茨泵,在要求高真空度時(shí),還需要增壓泵等設(shè)備。雖然真空設(shè)備種類(lèi)繁多,真空工藝流程千差萬(wàn)別,對(duì)控制的要求各不相同,也曾有人研制過(guò)真空控制電路裝置,但是采用PLC進(jìn)行真空獲得設(shè)備和真空工藝的自動(dòng)控制還是最合適的。選用PLC設(shè)備時(shí)要考慮實(shí)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(guò)程調(diào)節(jié)為主,以及輸入輸出的類(lèi)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(yùn)算的量和數(shù)值計(jì)算的復(fù)雜性。

2真空自動(dòng)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(lèi)。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(yīng)熔煉IM（含傳統(tǒng)爐型IM和IDP/IMP多種改進(jìn)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(yīng)熔煉、脫氣和澆注）為代表的典型的真空熔煉裝置的自控問(wèn)題進(jìn)行討論,關(guān)于其他類(lèi)型的真空冶金過(guò)程檢測(cè)和自動(dòng)化技術(shù)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(jìn)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(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā),該項(xiàng)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(dòng)化系統(tǒng)。即一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)化和二級(jí)過(guò)程自動(dòng)化,以及投產(chǎn)后為適應(yīng)需要增加的三級(jí)管理自動(dòng)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(dú)設(shè)立?；A(chǔ)自動(dòng)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(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),程序掃描時(shí)間100ms。所有的PMC和TLOOP控制器均通過(guò)同軸電纜連接到ARCNET網(wǎng),網(wǎng)上還掛有基于客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器的監(jiān)控站、編程器和過(guò)程機(jī)。監(jiān)控站硬件采用普通PC,在MicrosoftWindows NT4.0上裝有CUBA監(jiān)控平臺(tái)。D的合金上料自動(dòng)化和除塵自動(dòng)化分別劃入相應(yīng)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(chē)的往返運(yùn)動(dòng)控制,多級(jí)真空泵順序動(dòng)作的手動(dòng)/自動(dòng)控制,喂絲機(jī)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)及喂絲控制,冷卻水的監(jiān)控,與測(cè)溫取樣系統(tǒng)、合金上料系統(tǒng)的信號(hào)交換及邏輯連鎖。

2.2真空熔煉

在傳統(tǒng)的IM爐的基礎(chǔ)上,美國(guó)CONSARC公司提出了IMP（真空感應(yīng)熔煉和澆注）,德國(guó)ALD公司則提出了IDP。1991年開(kāi)發(fā)成功的IDP,其特點(diǎn)是分設(shè)真空感應(yīng)熔煉室、合金裝料室、澆注室,并用真空閥門(mén)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(yīng)爐在金屬澆注時(shí)整體傾斜。與普通的爐子不同,感應(yīng)熔煉爐和真空轉(zhuǎn)爐組合成一體,不需要大型真空室。這樣就使整個(gè)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(jié)語(yǔ)

微電子技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了真空計(jì)的發(fā)展。真空冶金的控制技術(shù),隨著控制技術(shù)本身的發(fā)展而與時(shí)俱進(jìn),人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法在真空過(guò)程中的應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始。在SCADA技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等應(yīng)用到真空冶金過(guò)程的基礎(chǔ)上,預(yù)計(jì)配方管理和過(guò)程統(tǒng)計(jì)以及質(zhì)量控制技術(shù)（RECIPE/SPC）將對(duì)真空冶金的控制會(huì)有很大的影響,因此必須重視相應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用。

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