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量, 必須對不同的材質、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,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、快冷工藝參數檢測與全過程優(yōu)化控制，提高鈦、鋯等稀有金屬管材的質量具有重要意義。

　　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（根據料的直徑可進行調整），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過程中各工藝參數的自動檢測與控制�？刂葡到y(tǒng)組成如圖2 所示。

圖2 控制系統(tǒng)組成原理圖