浅析真空冶金过程自动控制技术的进展

570 编辑：中冶有色技术网来源：李柏荣

2024-03-12 11:44:12

摘要真空冶金技术近年来发展比较好,因此在各方面的应用也比较突出。本文描述了若干真空冶金过程的测控技术,介绍了以精炼和熔炼为代表的一些典型真空冶金过程监控的新进展。结合有关项目实践,对真空冶金自动控制的未来进行了展望。

关键词真空冶金技术进展自动控制过程

中图分类号：TF13 文献标识码：A

0引言

真空技术的诞生及其工业应用的开始年代是很早的,一般而言,在低于常压的稀薄气氛中的冶炼过程,均可称为真空冶金,广义地讲,还包括真空还原、真空烧结、真空焊接、真空镀膜和真空热处理等从已卓有成效的真空冶金过程中吸取经验,同时将其与新过程和过程组合融会,真空冶金正进入一个崭新的阶段。钢脱气和钢包冶金、熔炼和重熔、浇注和粉末冶金、真空热处理、真空焊接等,用先进的真空过程生产出高质量的冶金产品,能够满足用户的不同需求。真空冶金过程作为先进金属材料制备的重要手段,发展非常迅速,且正在向自动化方向迈进。

1真空系统的差异

不同真空度系统的构成是有所区别的,但是基本都包含机械泵和罗茨泵,在要求高真空度时,还需要增压泵等设备。虽然真空设备种类繁多,真空工艺流程千差万别,对控制的要求各不相同,也曾有人研制过真空控制电路装置,但是采用PLC进行真空获得设备和真空工艺的自动控制还是最合适的。选用PLC设备时要考虑实际的控制系统是集中式还是分布式,控制要求是逻辑控制为主还是过程调节为主,以及输入输出的类型和规模,选择可编程控制器内存的大小则取决于逻辑运算的量和数值计算的复杂性。

2真空自动化

真空冶金虽然包括的面很广,但是就制备金属材料而言,真空冶金大体上分为真空精炼和真空熔炼两类。前者包括多种D和RH真空脱气方法、真空电弧精炼AD、真空脱碳精炼OD等,后者则包括真空感应熔炼IM（含传统炉型IM和IDP/IMP多种改进炉型）、真空电弧重熔AR和真空电子束熔炼EBM等。本文主要选择了D等典型的真空精炼装置和以IDP（真空感应熔炼、脱气和浇注）为代表的典型的真空熔炼装置的自控问题进行讨论,关于其他类型的真空冶金过程检测和自动化技术的现状。

2.1真空精炼

D即真空脱气装置,其主要作用是去除钢水中的有害气体并进行成分微调。作者曾参加江阴兴澄滨江短流程生产线D装置自动控制系统的开发,该项目的控制系统非常具有代表性。现以其为例介绍D装置自动化系统。即一级基础自动化和二级过程自动化,以及投产后为适应需要增加的三级管理自动化功能。其精炼部分包括100tLHF（钢包精炼炉）和100tD装置,LHF和D的操作控制室各自单独设立。基础自动化采用德意合资的意大利SIEMENSORSI公司的可编程控制器PMC15和回路控制器TLOOP。PMC15的CPU采用实时多任务操作系统,程序扫描时间100ms。所有的PMC和TLOOP控制器均通过同轴电缆连接到ARCNET网,网上还挂有基于客户机/服务器的监控站、编程器和过程机。监控站硬件采用普通PC,在MicrosoftWindows NT4.0上装有CUBA监控平台。D的合金上料自动化和除尘自动化分别划入相应工艺子系统。D控制作为系统的一部分,功能包括：氩气搅拌的PID控制,罐盖车的往返运动控制,多级真空泵顺序动作的手动/自动控制,喂丝机平台的旋转及喂丝控制,冷却水的监控,与测温取样系统、合金上料系统的信号交换及逻辑连锁。

2.2真空熔炼

在传统的IM炉的基础上,美国CONSARC公司提出了IMP（真空感应熔炼和浇注）,德国ALD公司则提出了IDP。1991年开发成功的IDP,其特点是分设真空感应熔炼室、合金装料室、浇注室,并用真空阀门连接贯通,从而减小了真空室容积。在熔炼室小、工作效率高及熔炼坩埚装料快的有利局面下,小熔炼室可以给熔炼提供非常好的真空冶金加工条件。真空感应炉在金属浇注时整体倾斜。与普通的炉子不同,感应熔炼炉和真空转炉组合成一体,不需要大型真空室。这样就使整个装置尺寸较普通炉子缩小10%以上,而生产的熔炼产品却同样多。奥地利Kapfenberg的Bohler特殊钢厂有一座IDP炉,用于真空熔炼和重熔特殊钢及镍基和钴基合金。

3结语

微电子技术的进步推动了真空计的发展。真空冶金的控制技术,随着控制技术本身的发展而与时俱进,人工神经网络与遗传算法在真空过程中的应用已经开始。在SCADA技术、数据库技术等应用到真空冶金过程的基础上,预计配方管理和过程统计以及质量控制技术（RECIPE/SPC）将对真空冶金的控制会有很大的影响,因此必须重视相应技术的应用。

参考文献

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