CN106148722A - 真空自耗电弧炉的熔滴控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空自耗电弧炉的熔滴控制装置(1)，包括信号检测单元(2)、信号处理单元(3)、通讯单元(4)和控制单元(5)。本发明可以精细的控制真空中多元合金的金属熔滴的熔滴数量和大小，制造出微观金相分布均匀，无偏析、气孔、裂纹、夹杂的合金铸锭，保证了合金熔炼的致密性。

Description

真空自耗电弧炉的熔滴控制装置

技术领域

本发明涉及一种真空自耗电弧炉的熔滴控制装置，属于机械加工技术领域。

背景技术

真空自耗电弧炉是熔炼镍钛合金、高端航空、航天、武器及医疗等领域多元合金的关键设备之一，起到提纯和显著提高合金性能的作用。我国从70年代初开始引进了熔炼纯钛的真空自耗炉，经过40多年的引进及技术转化，目前国内也制造出熔炼1吨、2吨、.....10吨的国产自耗炉,为国家的国防工业做出了巨大的贡献,但是经过这么多年的国产化，最终发现国产设备工作不稳定、熔炼的铸锭容易出现偏析，所以一般经过感应熔炼后的金属毛坯都是经过国产设备进行第一次熔炼，然后在采用进口设备进行最终熔炼，也就是国产设备先去除掉杂质，然后再由进口设备进行精炼，这严重影响了相关产业的生产效率和技术的发展。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种真空自耗电弧炉的熔滴控制装置，以弥补现有技术的不足，本装置可以精细的控制真空中多元合金的金属熔滴的熔滴数量和大小，制造出微观金相分布均匀，无偏析、气孔、裂纹、夹杂的合金铸锭，保证了合金熔炼的致密性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种真空自耗电弧炉的熔滴控制装置，包括信号检测单元、信号处理单元、通讯单元和控制单元，其中：

(1)在信号检测单元中，真空自耗电弧炉的弧压及弧流信号经过电阻及阻容保护单元的处理，幅度在±10伏特以内的信号经过屏蔽线之后进入总线模块中；该电阻及阻容保护单元包括电容座，其内设有电容、电阻丝及其它RC部件，并由绝缘部件绝缘，所述电容座上设有通风孔，所述绝缘部件为绝缘板，绝缘板上有凹槽，凹槽内填充有环氧树脂和固化剂的混合物，在绝缘板上装设有连接件、电容引出线缠绕电阻丝并被浸胶层包覆，所述浸胶层是由电容座与绝缘板间浸渍的树脂、固化剂、催化剂和硅微粉组成的混合物层，以及绝缘板上表面由碳纤维带和树脂、固化剂、催化剂和硅微粉组成的混合物层，所述屏蔽线包括铜芯，铜芯由绝缘层包覆，所述绝缘层外面是与铜芯共轴的铜铬合金管，所述铜铬合金管外部还套有外部绝缘层，两者之间设有屏蔽网，所述铜铬合金管上开设有缝隙，其为沿整条合金管纵向延伸的等距螺旋线；所述硅微粉通过以下方法制得：天然粉石英矿颗粒通过粗选，得到精细天然粉石英矿颗粒，经破碎机破碎，然后筛分出2～4mm的精细天然粉石英矿粉，将精细天然粉石英矿粉通过各进行30～50min的水洗、酸洗、水洗后，加入陈化剂，其加入量为精细天然粉石英矿粉重量的3～5％，使精细天然粉石英矿粉在Ph值为8～9的条件下进行陈化，陈化后脱水烘干分散，制成粉状，再将粉状的精细天然粉石英矿粉在1350～1550℃的高温炉中保温3～5小时进行烧制，冷却后再进行分散磨粉球化为18～22μm的硅微粉，然后进行磁选、风选分级，得到所述的硅微粉；

(2)在信号处理单元中，在所述信号检测单元中进入所述总线模块的信号经过采集后，滤掉双反星型整流器自然换相点的干扰，将1毫秒至100毫秒内的信号切割成10个通道，然后统计1～10毫秒、10～20毫秒、20～30毫秒、30～40毫秒、40～50毫秒、50～60毫秒、60～70毫秒、70～80毫秒、80～90毫秒、90～100毫秒的每个通道的脉冲数量；

(3)在通讯单元中，设置通讯处理I/O模块，其包括天线、无线模块、FPGA核心控制单元、I/O驱动电路，所述天线的一端与无线模块的一端连接，无线模块的信号端与FPGA核心控制单元的第一通信接口连接，I/O驱动电路与FPGA核心控制单元的第二通信接口相连，FPGA核心控制单元包括FPGA芯片、存储器和FPGA配置芯片，该通讯处理I/O模块将检测到的脉冲通过DP接口以12Mb/s的速度发给PLC模块检测平台；该PLC模块检测平台包括触控显示器、PLC模块以及为平台供电的供电单元；所述PLC模块包括总线端子控制器、总线端子耦合器、I/O级模块、基本CPU模块、终端模块及电源模块；所述供电单元包括24V电源模块及12V电源模块；在运行PLC模块检测平台时对各级模块进行检测，通过触控显示器进行操作，打开预装的TwinCAT软件，使软件与模块建立连接，通过软件的搜索功能，搜索待检测的模块，若能正常搜索到待检测的模块以及其后面的模块，说明模块的功能正常；根据待检测的模块本身属性，在触控显示器上操作，通过软件给定参数，或外界给待检测的模块提供测试条件，通过软件监控功能进行监控，通过软件给出高电平指令，用万用表测量其电压值；观察程序的运行状态、数据发送与接收情况以及更改的运行模式，查看程序运行状态是否与模块一致发生变化，进而完成各模块的检测；

(4)在控制单元中，通过通讯方式读取所述通讯处理I/O模块的10个通道队列的脉冲数量，然后与OIP界面上设定的工艺参数进行对比，然后输出命令，根据建立的控制模型运算后输出自耗电机的下降速度和熔炼电源的功率，弧压控制模式在熔滴起弧阶段先建立电弧，待电弧稳定后自动切换到熔滴控制模式，控制单元中设有弧压控制模块，其包括先前反馈控制系统，以控制电弧电压，控制规律为：

$v=\frac{l}{m}{V}_p-\frac{V_p}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2}\×{10}^6=(\frac{l}{m}-\frac{{10}^6}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2})\×V_p$

其中电弧炉的电极长度为l(mm)，电极重量为m(kg)，铸锭直径为D(mm)，铸锭密度为r(g/cm³)，实际熔化率为Vp(kg/min)，电极进给速度为v(mm/min)；弧压控制模块处于待机状态，当熔滴控制失败时，弧压控制立即切入，从而稳定的熔炼出合格的多元合金材料。

优选的，所述外部绝缘层为聚氯乙烯材料。

在上述任一方案中优选的是，所述陈化剂为硅酸钠和碳酸钠的混合物，二者的重量比为2：1。

在上述任一方案中优选的是，所述屏蔽线的导体截面面积为0.9～1.2mm²，铜铬合金管的壁厚为0.2mm～0.3mm。

在上述任一方案中优选的是，所述连接件与绝缘板间通过螺栓连接，并在连接处背面分别设置绝缘层。

在上述任一方案中优选的是，所述总线模块可选用德国倍福公司生产的3362模块。

在上述任一方案中优选的是，可采用德国倍福公司的BC3100作为所述通讯处理I/O模块。

在上述任一方案中优选的是，可采用西门子414PLC作为所述PLC模块检测平台。

本发明是根据多年的实践和经验所得的装置结构，并且确保了最佳的金属熔滴效果，制造出的合金铸锭微观金相分布均匀，无偏析、气孔、裂纹、夹杂，因此本发明具有显著的意义。

本发明的有益效果：

1.本发明的装置可以精细的控制真空中多元合金的金属熔滴的熔滴数量和大小，制造出微观金相分布均匀，无偏析、气孔、裂纹、夹杂的合金铸锭，保证了合金熔炼的致密性。

2.本发明能够适应不同的熔炼工艺，提高了生产效率，使得现场冶炼操作方便快捷。应用本发明的真空自耗电弧炉生产出的铸锭表面和内部质量好，能够满足国内各种尖端领域应用要求并对大量原有电弧炉的改造有一定的借鉴作用。

3.本发明应用前景广阔、技术辐射面宽、工艺潜力大，而且有助于推动熔滴控制技术的研究和发展。

附图简要说明

图1是本发明的真空自耗电弧炉的熔滴控制装置的结构组成示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及具体实施方式对本发明的技术方案作进一步描述，但要求保护的范围并不局限于此。

参见图1，真空自耗电弧炉的熔滴控制装置(1)，包括信号检测单元(2)、信号处理单元(3)、通讯单元(4)和控制单元(5)。

实施例1

(1)在信号检测单元中，真空自耗电弧炉的弧压及弧流信号经过电阻及阻容保护单元的处理，幅度在±10伏特以内的信号经过屏蔽线之后进入总线模块中；该电阻及阻容保护单元包括电容座，其内设有电容、电阻丝及其它RC部件，并由绝缘部件绝缘，所述电容座上设有通风孔，所述绝缘部件为绝缘板，绝缘板上有凹槽，凹槽内填充有环氧树脂和固化剂的混合物，在绝缘板上装设有连接件、电容引出线缠绕电阻丝并被浸胶层包覆，所述浸胶层是由电容座与绝缘板间浸渍的树脂、固化剂、催化剂和硅微粉组成的混合物层，以及绝缘板上表面由碳纤维带和树脂、固化剂、催化剂和硅微粉组成的混合物层，所述屏蔽线包括铜芯，铜芯由绝缘层包覆，所述绝缘层外面是与铜芯共轴的铜铬合金管，所述铜铬合金管外部还套有外部绝缘层，两者之间设有屏蔽网，所述铜铬合金管上开设有缝隙，其为沿整条合金管纵向延伸的等距螺旋线；所述硅微粉通过以下方法制得：天然粉石英矿颗粒通过粗选，得到精细天然粉石英矿颗粒，经破碎机破碎，然后筛分出2～4mm的精细天然粉石英矿粉，将精细天然粉石英矿粉通过各进行30min的水洗、酸洗、水洗后，加入陈化剂，其加入量为精细天然粉石英矿粉重量的5％，使精细天然粉石英矿粉在Ph值为8的条件下进行陈化，陈化后脱水烘干分散，制成粉状，再将粉状的精细天然粉石英矿粉在1550℃的高温炉中保温3小时进行烧制，冷却后再进行分散磨粉球化为18～22μm的硅微粉，然后进行磁选、风选分级，得到所述的硅微粉；

(2)在信号处理单元中，在所述信号检测单元中进入所述总线模块的信号经过采集后，滤掉双反星型整流器自然换相点的干扰，将1毫秒至100毫秒内的信号切割成10个通道，然后统计1～10毫秒、10～20毫秒、20～30毫秒、30～40毫秒、40～50毫秒、50～60毫秒、60～70毫秒、70～80毫秒、80～90毫秒、90～100毫秒的每个通道的脉冲数量；

(3)在通讯单元中，设置通讯处理I/O模块，其包括天线、无线模块、FPGA核心控制单元、I/O驱动电路，所述天线的一端与无线模块的一端连接，无线模块的信号端与FPGA核心控制单元的第一通信接口连接，I/O驱动电路与FPGA核心控制单元的第二通信接口相连，FPGA核心控制单元包括FPGA芯片、存储器和FPGA配置芯片，该通讯处理I/O模块将检测到的脉冲通过DP接口以12Mb/s的速度发给PLC模块检测平台；该PLC模块检测平台包括触控显示器、PLC模块以及为平台供电的供电单元；所述PLC模块包括总线端子控制器、总线端子耦合器、I/O级模块、基本CPU模块、终端模块及电源模块；所述供电单元包括24V电源模块及12V电源模块；在运行PLC模块检测平台时对各级模块进行检测，通过触控显示器进行操作，打开预装的TwinCAT软件，使软件与模块建立连接，通过软件的搜索功能，搜索待检测的模块，若能正常搜索到待检测的模块以及其后面的模块，说明模块的功能正常；根据待检测的模块本身属性，在触控显示器上操作，通过软件给定参数，或外界给待检测的模块提供测试条件，通过软件监控功能进行监控，通过软件给出高电平指令，用万用表测量其电压值；观察程序的运行状态、数据发送与接收情况以及更改的运行模式，查看程序运行状态是否与模块一致发生变化，进而完成各模块的检测；

(4)在控制单元中，通过通讯方式读取所述通讯处理I/O模块的10个通道队列的脉冲数量，然后与OIP界面上设定的工艺参数进行对比，然后输出命令，根据建立的控制模型运算后输出自耗电机的下降速度和熔炼电源的功率，弧压控制模式在熔滴起弧阶段先建立电弧，待电弧稳定后自动切换到熔滴控制模式，控制单元中设有弧压控制模块，其包括先前反馈控制系统，以控制电弧电压，控制规律为：

$v=\frac{l}{m}{V}_p-\frac{V_p}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2}\×{10}^6=(\frac{l}{m}-\frac{{10}^6}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2})\×V_p$

其中电弧炉的电极长度为l(mm)，电极重量为m(kg)，铸锭直径为D(mm)，铸锭密度为r(g/cm³)，实际熔化率为Vp(kg/min)，电极进给速度为v(mm/min)；弧压控制模块处于待机状态，当熔滴控制失败时，弧压控制立即切入，从而稳定的熔炼出合格的多元合金材料。

所述外部绝缘层为聚氯乙烯材料。

所述陈化剂为硅酸钠和碳酸钠的混合物，二者的重量比为2：1。

所述屏蔽线的导体截面面积为1.2mm²，铜铬合金管的壁厚为0.2mm。

所述连接件与绝缘板间通过螺栓连接，并在连接处背面分别设置绝缘层。

所述总线模块可选用德国倍福公司生产的3362模块。

实施例2

(1)在信号检测单元中，真空自耗电弧炉的弧压及弧流信号经过电阻及阻容保护单元的处理，幅度在±10伏特以内的信号经过屏蔽线之后进入总线模块中；该电阻及阻容保护单元包括电容座，其内设有电容、电阻丝及其它RC部件，并由绝缘部件绝缘，所述电容座上设有通风孔，所述绝缘部件为绝缘板，绝缘板上有凹槽，凹槽内填充有环氧树脂和固化剂的混合物，在绝缘板上装设有连接件、电容引出线缠绕电阻丝并被浸胶层包覆，所述浸胶层是由电容座与绝缘板间浸渍的树脂、固化剂、催化剂和硅微粉组成的混合物层，以及绝缘板上表面由碳纤维带和树脂、固化剂、催化剂和硅微粉组成的混合物层，所述屏蔽线包括铜芯，铜芯由绝缘层包覆，所述绝缘层外面是与铜芯共轴的铜铬合金管，所述铜铬合金管外部还套有外部绝缘层，两者之间设有屏蔽网，所述铜铬合金管上开设有缝隙，其为沿整条合金管纵向延伸的等距螺旋线；所述硅微粉通过以下方法制得：天然粉石英矿颗粒通过粗选，得到精细天然粉石英矿颗粒，经破碎机破碎，然后筛分出2～4mm的精细天然粉石英矿粉，将精细天然粉石英矿粉通过各进行50min的水洗、酸洗、水洗后，加入陈化剂，其加入量为精细天然粉石英矿粉重量的3％，使精细天然粉石英矿粉在Ph值为9的条件下进行陈化，陈化后脱水烘干分散，制成粉状，再将粉状的精细天然粉石英矿粉在1350℃的高温炉中保温5小时进行烧制，冷却后再进行分散磨粉球化为18～22μm的硅微粉，然后进行磁选、风选分级，得到所述的硅微粉；

(2)在信号处理单元中，在所述信号检测单元中进入所述总线模块的信号经过采集后，滤掉双反星型整流器自然换相点的干扰，将1毫秒至100毫秒内的信号切割成10个通道，然后统计1～10毫秒、10～20毫秒、20～30毫秒、30～40毫秒、40～50毫秒、50～60毫秒、60～70毫秒、70～80毫秒、80～90毫秒、90～100毫秒的每个通道的脉冲数量；

(3)在通讯单元中，设置通讯处理I/O模块，其包括天线、无线模块、FPGA核心控制单元、I/O驱动电路，所述天线的一端与无线模块的一端连接，无线模块的信号端与FPGA核心控制单元的第一通信接口连接，I/O驱动电路与FPGA核心控制单元的第二通信接口相连，FPGA核心控制单元包括FPGA芯片、存储器和FPGA配置芯片，该通讯处理I/O模块将检测到的脉冲通过DP接口以12Mb/s的速度发给PLC模块检测平台；该PLC模块检测平台包括触控显示器、PLC模块以及为平台供电的供电单元；所述PLC模块包括总线端子控制器、总线端子耦合器、I/O级模块、基本CPU模块、终端模块及电源模块；所述供电单元包括24V电源模块及12V电源模块；在运行PLC模块检测平台时对各级模块进行检测，通过触控显示器进行操作，打开预装的TwinCAT软件，使软件与模块建立连接，通过软件的搜索功能，搜索待检测的模块，若能正常搜索到待检测的模块以及其后面的模块，说明模块的功能正常；根据待检测的模块本身属性，在触控显示器上操作，通过软件给定参数，或外界给待检测的模块提供测试条件，通过软件监控功能进行监控，通过软件给出高电平指令，用万用表测量其电压值；观察程序的运行状态、数据发送与接收情况以及更改的运行模式，查看程序运行状态是否与模块一致发生变化，进而完成各模块的检测；

(4)在控制单元中，通过通讯方式读取所述通讯处理I/O模块的10个通道队列的脉冲数量，然后与OIP界面上设定的工艺参数进行对比，然后输出命令，根据建立的控制模型运算后输出自耗电机的下降速度和熔炼电源的功率，弧压控制模式在熔滴起弧阶段先建立电弧，待电弧稳定后自动切换到熔滴控制模式，控制单元中设有弧压控制模块，其包括先前反馈控制系统，以控制电弧电压，控制规律为：

$v=\frac{l}{m}{V}_p-\frac{V_p}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2}\×{10}^6=(\frac{l}{m}-\frac{{10}^6}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2})\×V_p$

其中电弧炉的电极长度为l(mm)，电极重量为m(kg)，铸锭直径为D(mm)，铸锭密度为r(g/cm³)，实际熔化率为Vp(kg/min)，电极进给速度为v(mm/min)；弧压控制模块处于待机状态，当熔滴控制失败时，弧压控制立即切入，从而稳定的熔炼出合格的多元合金材料。

所述外部绝缘层为聚氯乙烯材料。

所述陈化剂为硅酸钠和碳酸钠的混合物，二者的重量比为2：1。

所述屏蔽线的导体截面面积为0.9mm²，铜铬合金管的壁厚为0.3mm。

所述连接件与绝缘板间通过螺栓连接，并在连接处背面分别设置绝缘层。

可采用德国倍福公司的BC3100作为所述通讯处理I/O模块。

实施例3

(1)在信号检测单元中，真空自耗电弧炉的弧压及弧流信号经过电阻及阻容保护单元的处理，幅度在±10伏特以内的信号经过屏蔽线之后进入总线模块中；该电阻及阻容保护单元包括电容座，其内设有电容、电阻丝及其它RC部件，并由绝缘部件绝缘，所述电容座上设有通风孔，所述绝缘部件为绝缘板，绝缘板上有凹槽，凹槽内填充有环氧树脂和固化剂的混合物，在绝缘板上装设有连接件、电容引出线缠绕电阻丝并被浸胶层包覆，所述浸胶层是由电容座与绝缘板间浸渍的树脂、固化剂、催化剂和硅微粉组成的混合物层，以及绝缘板上表面由碳纤维带和树脂、固化剂、催化剂和硅微粉组成的混合物层，所述屏蔽线包括铜芯，铜芯由绝缘层包覆，所述绝缘层外面是与铜芯共轴的铜铬合金管，所述铜铬合金管外部还套有外部绝缘层，两者之间设有屏蔽网，所述铜铬合金管上开设有缝隙，其为沿整条合金管纵向延伸的等距螺旋线；所述硅微粉通过以下方法制得：天然粉石英矿颗粒通过粗选，得到精细天然粉石英矿颗粒，经破碎机破碎，然后筛分出2～4mm的精细天然粉石英矿粉，将精细天然粉石英矿粉通过各进行40min的水洗、酸洗、水洗后，加入陈化剂，其加入量为精细天然粉石英矿粉重量的4％，使精细天然粉石英矿粉在Ph值为8.5的条件下进行陈化，陈化后脱水烘干分散，制成粉状，再将粉状的精细天然粉石英矿粉在1450℃的高温炉中保温4小时进行烧制，冷却后再进行分散磨粉球化为18～22μm的硅微粉，然后进行磁选、风选分级，得到所述的硅微粉；

(2)在信号处理单元中，在所述信号检测单元中进入所述总线模块的信号经过采集后，滤掉双反星型整流器自然换相点的干扰，将1毫秒至100毫秒内的信号切割成10个通道，然后统计1～10毫秒、10～20毫秒、20～30毫秒、30～40毫秒、40～50毫秒、50～60毫秒、60～70毫秒、70～80毫秒、80～90毫秒、90～100毫秒的每个通道的脉冲数量；

(3)在通讯单元中，设置通讯处理I/O模块，其包括天线、无线模块、FPGA核心控制单元、I/O驱动电路，所述天线的一端与无线模块的一端连接，无线模块的信号端与FPGA核心控制单元的第一通信接口连接，I/O驱动电路与FPGA核心控制单元的第二通信接口相连，FPGA核心控制单元包括FPGA芯片、存储器和FPGA配置芯片，该通讯处理I/O模块将检测到的脉冲通过DP接口以12Mb/s的速度发给PLC模块检测平台；该PLC模块检测平台包括触控显示器、PLC模块以及为平台供电的供电单元；所述PLC模块包括总线端子控制器、总线端子耦合器、I/O级模块、基本CPU模块、终端模块及电源模块；所述供电单元包括24V电源模块及12V电源模块；在运行PLC模块检测平台时对各级模块进行检测，通过触控显示器进行操作，打开预装的TwinCAT软件，使软件与模块建立连接，通过软件的搜索功能，搜索待检测的模块，若能正常搜索到待检测的模块以及其后面的模块，说明模块的功能正常；根据待检测的模块本身属性，在触控显示器上操作，通过软件给定参数，或外界给待检测的模块提供测试条件，通过软件监控功能进行监控，通过软件给出高电平指令，用万用表测量其电压值；观察程序的运行状态、数据发送与接收情况以及更改的运行模式，查看程序运行状态是否与模块一致发生变化，进而完成各模块的检测；

(4)在控制单元中，通过通讯方式读取所述通讯处理I/O模块的10个通道队列的脉冲数量，然后与OIP界面上设定的工艺参数进行对比，然后输出命令，根据建立的控制模型运算后输出自耗电机的下降速度和熔炼电源的功率，弧压控制模式在熔滴起弧阶段先建立电弧，待电弧稳定后自动切换到熔滴控制模式，控制单元中设有弧压控制模块，其包括先前反馈控制系统，以控制电弧电压，控制规律为：

$v=\frac{l}{m}{V}_p-\frac{V_p}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2}\×{10}^6=(\frac{l}{m}-\frac{{10}^6}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2})\×V_p$

其中电弧炉的电极长度为l(mm)，电极重量为m(kg)，铸锭直径为D(mm)，铸锭密度为r(g/cm³)，实际熔化率为Vp(kg/min)，电极进给速度为v(mm/min)；弧压控制模块处于待机状态，当熔滴控制失败时，弧压控制立即切入，从而稳定的熔炼出合格的多元合金材料。

所述外部绝缘层为聚氯乙烯材料。

所述陈化剂为硅酸钠和碳酸钠的混合物，二者的重量比为2：1。

所述屏蔽线的导体截面面积为1.0mm²，铜铬合金管的壁厚为0.25mm。

所述连接件与绝缘板间通过螺栓连接，并在连接处背面分别设置绝缘层。

可采用西门子414PLC作为所述PLC模块检测平台。

本发明的装置可以精细的控制真空中多元合金的金属熔滴的熔滴数量和大小，制造出微观金相分布均匀，无偏析、气孔、裂纹、夹杂的合金铸锭，保证了合金熔炼的致密性。

本发明能够适应不同的熔炼工艺，提高了生产效率，使得现场冶炼操作方便快捷。应用本发明的真空自耗电弧炉生产出的铸锭表面和内部质量好，能够满足国内各种尖端领域应用要求并对大量原有电弧炉的改造有一定的借鉴作用。

本发明应用前景广阔、技术辐射面宽、工艺潜力大，而且有助于推动熔滴控制技术的研究和发展。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种真空自耗电弧炉的熔滴控制装置(1)，其特征在于，包括信号检测单元(2)、信号处理单元(3)、通讯单元(4)和控制单元(5)，其中：

(1)在信号检测单元中，真空自耗电弧炉的弧压及弧流信号经过电阻及阻容保护单元的处理，幅度在±10伏特以内的信号经过屏蔽线之后进入总线模块中；该电阻及阻容保护单元包括电容座，其内设有电容、电阻丝及其它RC部件，并由绝缘部件绝缘，所述电容座上设有通风孔，所述绝缘部件为绝缘板，绝缘板上有凹槽，凹槽内填充有环氧树脂和固化剂的混合物，在绝缘板上装设有连接件、电容引出线缠绕电阻丝并被浸胶层包覆，所述浸胶层是由电容座与绝缘板间浸渍的树脂、固化剂、催化剂和硅微粉组成的混合物层，以及绝缘板上表面由碳纤维带和树脂、固化剂、催化剂和硅微粉组成的混合物层，所述屏蔽线包括铜芯，铜芯由绝缘层包覆，所述绝缘层外面是与铜芯共轴的铜铬合金管，所述铜铬合金管外部还套有外部绝缘层，两者之间设有屏蔽网，所述铜铬合金管上开设有缝隙，其为沿整条合金管纵向延伸的等距螺旋线；所述硅微粉通过以下方法制得：天然粉石英矿颗粒通过粗选，得到精细天然粉石英矿颗粒，经破碎机破碎，然后筛分出2～4mm的精细天然粉石英矿粉，将精细天然粉石英矿粉通过各进行30～50min的水洗、酸洗、水洗后，加入陈化剂，其加入量为精细天然粉石英矿粉重量的3～5％，使精细天然粉石英矿粉在Ph值为8～9的条件下进行陈化，陈化后脱水烘干分散，制成粉状，再将粉状的精细天然粉石英矿粉在1350～1550℃的高温炉中保温3～5小时进行烧制，冷却后再进行分散磨粉球化为18～22μm的硅微粉，然后进行磁选、风选分级，得到所述的硅微粉；

(2)在信号处理单元中，在所述信号检测单元中进入所述总线模块的信号经过采集后，滤掉双反星型整流器自然换相点的干扰，将1毫秒至100毫秒内的信号切割成10个通道，然后统计1～10毫秒、10～20毫秒、20～30毫秒、30～40毫秒、40～50毫秒、50～60毫秒、60～70毫秒、70～80毫秒、80～90毫秒、90～100毫秒的每个通道的脉冲数量；

(3)在通讯单元中，设置通讯处理I/O模块，其包括天线、无线模块、FPGA核心控制单元、I/O驱动电路，所述天线的一端与无线模块的一端连接，无线模块的信号端与FPGA核心控制单元的第一通信接口连接，I/O驱动电路与FPGA核心控制单元的第二通信接口相连，FPGA核心控制单元包括FPGA芯片、存储器和FPGA配置芯片，该通讯处理I/O模块将检测到的脉冲通过DP接口以12Mb/s的速度发给PLC模块检测平台；该PLC模块检测平台包括触控显示器、PLC模块以及为平台供电的供电单元；所述PLC模块包括总线端子控制器、总线端子耦合器、I/O级模块、基本CPU模块、终端模块及电源模块；所述供电单元包括24V电源模块及12V电源模块；在运行PLC模块检测平台时对各级模块进行检测，通过触控显示器进行操作，打开预装的TwinCAT软件，使软件与模块建立连接，通过软件的搜索功能，搜索待检测的模块，若能正常搜索到待检测的模块以及其后面的模块，说明模块的功能正常；根据待检测的模块本身属性，在触控显示器上操作，通过软件给定参数，或外界给待检测的模块提供测试条件，通过软件监控功能进行监控，通过软件给出高电平指令，用万用表测量其电压值；观察程序的运行状态、数据发送与接收情况以及更改的运行模式，查看程序运行状态是否与模块一致发生变化，进而完成各模块的检测；

(4)在控制单元中，通过通讯方式读取所述通讯处理I/O模块的10个通道队列的脉冲数量，然后与OIP界面上设定的工艺参数进行对比，然后输出命令，根据建立的控制模型运算后输出自耗电机的下降速度和熔炼电源的功率，弧压控制模式在熔滴起弧阶段先建立电弧，待电弧稳定后自动切换到熔滴控制模式，控制单元中设有弧压控制模块，其包括先前反馈控制系统，以控制电弧电压，控制规律为：

$v=\frac{l}{m}{V}_p-\frac{V_p}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2}\×{10}^6=(\frac{l}{m}-\frac{{10}^6}{\mathrm{\ρ}\mathrm{\π}{\left(\frac{D}{2}\right)}^2})\×V_p$

其中电弧炉的电极长度为l(mm)，电极重量为m(kg)，铸锭直径为D(mm)，铸锭密度为r(g/cm³)，实际熔化率为Vp(kg/min)，电极进给速度为v(mm/min)；弧压控制模块处于待机状态，当熔滴控制失败时，弧压控制立即切入，从而稳定的熔炼出合格的多元合金材料。

2.根据权利要求1所述的真空自耗电弧炉的熔滴控制装置(1)，其特征在于，所述外部绝缘层为聚氯乙烯材料。

3.根据权利要求1或2所述的真空自耗电弧炉的熔滴控制装置(1)，其特征在于，所述陈化剂为硅酸钠和碳酸钠的混合物，二者的重量比为2：1。

4.根据权利要求3所述的真空自耗电弧炉的熔滴控制装置(1)，其特征在于，所述屏蔽线的导体截面面积为0.9～1.2mm²，铜铬合金管的壁厚为0.2mm～0.3mm。

5.根据权利要求3或4所述的真空自耗电弧炉的熔滴控制装置(1)，其特征在于，所述连接件与绝缘板间通过螺栓连接，并在连接处背面分别设置绝缘层。

6.根据权利要求5所述的真空自耗电弧炉的熔滴控制装置(1)，其特征在于，所述总线模块可选用德国倍福公司生产的3362模块。

7.根据权利要求5或6所述的真空自耗电弧炉的熔滴控制装置(1)，其特征在于，可采用德国倍福公司的BC3100作为所述通讯处理I/O模块。

8.根据权利要求6或7所述的真空自耗电弧炉的熔滴控制装置(1)，其特征在于，可采用西门子414PLC作为所述PLC模块检测平台。