近些年來，隨著航空、航天、核電、國防等尖端工業(yè)的發(fā)展，對鈦、鋯等稀有金屬管材的質(zhì)量有著極高的要求，真空退火是鈦、鋯等稀有金屬及合金材加工的重要工藝過程，真空退火爐的真空度、控溫精度和溫區(qū)均勻性要求越來越受到人們的重視。不同的真空狀態(tài)和退火溫度, 對稀有金屬管材產(chǎn)生截然不同的效果, 這是一個精密而復雜的過程。為了保證鈦、鋯等稀有金屬管材退火工藝要求和提高管材成品質(zhì)量, 必須對不同的材質(zhì)、規(guī)格、牌號,選擇相應的退火工藝曲線,并嚴格控制加熱工藝參數(shù),如:加熱溫度、升溫速度、保溫時間、真空度、加熱電流、電壓等。針對稀有金屬管材真空退火的設備特點和工藝要求以及退火溫度、真空度精確控制的需要， 研制基于IPC+PLC+智能儀表的管材真空退火爐計算機控制系統(tǒng),實現(xiàn)真空退火爐的抽真空、加熱、退火、快冷工藝參數(shù)檢測與全過程優(yōu)化控制，提高鈦、鋯等稀有金屬管材的質(zhì)量具有重要意義。

　　本文以西部鈦業(yè)有限責任公司16m鈦管材真空退火爐項目為背景，結合鈦、鋯等稀有金屬管材真空退火工藝和控制要求，介紹稀有金屬管材真空退火爐計算機監(jiān)控系統(tǒng)的研制和技術特點。

1、管材真空退火爐工藝和設備特點

1.1、管材真空退火爐組成及其工藝

　　大型管材真空退火爐為冷卻水套式單室內(nèi)加熱退火爐。由爐體、發(fā)熱體、冷卻水套、真空系統(tǒng)、料車、進出料臺架、冷卻水系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。如圖1 所示。

　　(1) 爐體：爐體為臥式圓筒形雙層水冷結構。內(nèi)殼、外殼及法蘭的材料均為不銹鋼，鋼號為：1Cr18Ni9Ti，采用氬弧焊接。前后開門，前門裝料。爐門開閉采用氣缸推拉結構，自動開閉。配置寬帶式高溫合金加熱器。寬帶式加熱器與水冷爐壁間配置6層0.5mm 厚的奧氏體不銹鋼隔熱屏。加熱室安裝有兩個真空測點和一個16點標溫接口。

　　(2) 料車：料車為框架式結構，兩端固定有隔熱屏，采用高溫滾動軸承，在爐室內(nèi)導軌上自如移動。真空退火工藝第一步就是通過料車完成的，料車立柱上可放活動橫梁，被退火管材放置在橫梁上，可擺放三層（根據(jù)料的直徑可進行調(diào)整），由料車將料送進爐室。

　　(3) 爐門：進料端為平板式爐門，由鉸鏈懸掛在門式架上，由平移氣缸可使爐門移開。另外，門端有兩個爐門鎖緊氣缸，可將爐門緊緊靠在室體法蘭上。另一端爐門為全不銹鋼制的雙層水冷橢圓封頭結構。鉸鏈連接側開門。爐門與爐體間采用氟橡膠密封件而達到高真空密封要求。在料車將料送進爐室后，關上爐門。

　　(4) 真空系統(tǒng)：配三臺JK1000的擴散泵機組以維持被退火材料退火各階段的較高真空度。每套JK1000擴散泵配置由ZJP－1200羅茨泵和兩臺2X－70機械泵組成前級系統(tǒng)， 維持泵選用2X-30機械泵。真空退火工藝第二步即抽真空，爐門關閉以后，運行抽真空子程序，在真空度逐漸提高的情況下，依次啟動機械泵、羅茨泵和維持泵,直至達到真空退火工藝的要求。

　　(5) 加熱器及隔熱屏：爐內(nèi)共設9段獨立控溫的加熱器， 加熱器由Cr20Ni80電阻帶制成，6層不銹鋼隔熱屏。真空退火工藝是在達到工藝要求的真空度以后， 運行加熱子程序，按照預先設計好的溫控曲線對管材進行真空熱處理。

　　(6) 水冷系統(tǒng)：水冷系統(tǒng)包括水箱、管件及閥門均采用不銹鋼件。冷卻水系統(tǒng)具有水壓低、缺水報警及聯(lián)鎖保護功能。當料完成退火工作后，溫度達到出爐溫度后，關閉預抽閥門，打開充氣閥門，待爐室壓力與外界壓力平衡后，就可以進行出料和裝料了。

　　(7) 溫控系統(tǒng)：全爐采用九段加熱，每段加熱體、熱偶、溫控儀、可控硅調(diào)壓器控溫構成，加熱功率720kW，用戶提供三相四線制電源3×380V+1，總功率不少于920kW。

圖1 管材真空退火爐組成示意圖

1.2、控制技術要求

(1) 最高工作溫度：850℃。
(2) 工作溫度：500～800℃。
(3) 控溫精度：±1℃。
(4) 極限真空度：1.33×10- 3 Pa。
(5) 工作真空度：1.33×10- 2 Pa。
(6) 壓升率：＜1 Pa/h。
(7) 爐溫均勻度：≤±3℃(在500～900℃范圍內(nèi)檢測)。
(8) 爐壁溫升：≤50℃。

2、真空管材退火爐控制系統(tǒng)組成和實現(xiàn)

2.1、控制系統(tǒng)組成

　　真空管材退火爐控制系統(tǒng)采用研華工控機(IPC)作上位機,可編程邏輯控制器S7-300（PLC）和可編程溫度控制儀Eurotherm 3504作為下位機，構成IPC+PLC+ 智能儀表集散控制系統(tǒng)，實現(xiàn)鈦、鋯等稀有金屬管材真空退火爐生產(chǎn)過程中各工藝參數(shù)的自動檢測與控制。控制系統(tǒng)組成如圖2 所示。

圖2 控制系統(tǒng)組成原理圖