CN201476537U - 用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉 - Google Patents

Abstract

一种用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，它包括炉体、炉架、窑车、轨道、热风排胶系统、循环冷却系统、气氛控制系统、压力控制系统、计算机人工智能控制系统以及升降机构，所述炉体安装于炉架上，炉体的底部设有作为活动炉门的窑车，窑车安装于轨道上并与升降机构相连，热风排胶系统通过管路与炉体相连通，循环冷却系统通过管路与炉体的顶部和底部相连通，气氛控制系统通过管道与炉体及窑车相连通，炉体、热风排胶系统、循环冷却系统、气氛控制系统、压力控制系统以及升降机构均与计算机人工智能控制系统相连并由其控制。本实用新型具有结构紧凑、操作简便、自动化程度高、控制精度高、适用范围广、产品质量好等优点。

Description

用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉

技术领域

本实用新型主要涉及到软磁铁氧体烧结设备领域，特指一种用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，可适用于二垛～十六垛(二垛、四垛、八垛、十六垛)的钟罩式电阻炉。

背景技术

铁氧体可以看作是一种以铁为主要成分的材料，它是由磁铁矿(Fe²⁺O·Fe₂ ³⁺O₃)用二价金属离子取代其中的Fe²⁺之后形成的。在晶格中还可以加入三价金属离子代换Fe³⁺，或者加入其它价离子(+1、+4、+5、+6)同时改变Fe²⁺/Fe³⁺比例进行电荷补偿。在所有情况下，代换离子的半径应在0.5～1A之间(Gorter1954)。比较常用的二价金属是来自第一组过渡金属(Mn、Fe、Co、Ni)和Cu、Zn、Mg、Cd和Ge等金属。三价的Al、Cr、Ga、和Mn可以代换Fe³⁺，一价的Li和四价的Ti、Sn可以分别通过降低和升高Fe²⁺/Fe³⁺比例而加入铁氧体晶格之中。化学成分不是决定铁氧体性质的唯一因素，阳离子和点缺陷在晶位中的分布起着头等重要的作用。

制备高性能多晶铁氧体是困难而复杂的，主要原因是铁氧体在应用时所要求的性能多数不是本征性的而是非本征性的，也就是说，铁氧体性能并不是完全由其化学成份及晶体结构决定的，还需要研究和控制它的密度、晶粒尺寸、气孔率以及它们在晶粒内部之间的分布等。

制备铁氧体工艺大致可分为四步：①粉末制作；②成型；③烧结；④磨加工，做成最终形态。这些步骤是相互有关的，要想成功地做出产品，每一步都是必要条件但不是充分条件。对微观结构而言，烧结过程是不可逆的，因此必须随时小心烧结过程中的各种条件。

烧结就是在一定的温度场和气氛场下，使坯件内的原子迁移率升高到足以降低由晶粒边界引起的自由能。Coble和Burke(1964)详细研究过结晶固体的烧结问题。Zener(1948)曾给出过晶体生长率经验公式，即：

d＝K^tn

式中，d为平均晶粒直径，t为温度，n大约等于1/3，K与温度有关。对锰锌铁氧体而言，K还与气氛有关，气氛为氮气时，

(Roess 1971)，在真空下

(Schichijo等1964)。Zener认为，晶粒的生长要受到在晶粒边界上的气孔和包杂的阻碍，到直径dc≤4D/3f时，将停止生长。其中，dc是晶粒直径，D是气孔直径，f是气孔占的体积分数。

在烧结过程，特别是在冷却过程中，控制气氛对控制坯料的氧化枛还原反应有很重要的作用。根据MnZnFe铁氧体的平衡相图，它表示出了气氛对尖晶石相和三氧化二铁相界内氧化状态的重要性。这个相图是Blank(1961)最先画出的，与Morineau和Paulus(1975)详细研究过的普通适用气氛相图是很一致的。要特别注意，先沿等成份线冷却，接着在最低的温度下通过相界迅速冷却，这时生长动力学不敏感，使α-Fe₂O₃的脱溶量最少，从而氧化发生的程度最轻。

烧结一般是指坯件在高温窑炉中，加热至一定温度并保温一定时间而后冷却的全过程。其三大相关理论基础是固相反应速度理论、气氛平衡理论和物质结构理论。铁氧体烧结的目的是形成有一定强度及符合规定性能、形状、尺寸、外观的磁芯，烧结的任务则是在一定的设备条件下，控制好烧结的温度条件和气氛条件，来实现铁氧体的烧结目的。铁氧体的烧结过程大致可分为三个阶段：即升温阶段、保温阶段、降温阶段。

其中主要产品——尖晶石型Mn-Zn软磁铁氧体磁性材料的工艺条件如下。温度要求为：

·室温-500℃：升温速度≤4℃/min，便于水分和有机物的挥发和燃烧，在2-4小时左右完成该段升温，同时在此阶段通入一定流速的热风，使磁芯中的胶能安全脱除。

·500℃-900℃：用1.5小时左右完成，升温速度约4.5℃/min，残余的有机物在此阶段挥发完毕。

·900℃-1250℃：升温速度一般在1℃/min～2℃/min。

·1250℃-1420℃：约在0.8小时内完成该阶段的升温，升温速度约3.5℃/min.

·1420℃恒温：炉温升到预定的温度后，约保温4小时左右。

·1420℃-室温：降温时间控制在9小时内，尽可能快一些。

以上温度条件并不是一成不变的，随着产品的不同，各段温度制度和范围也要进行相应的改变。

对温度精度的要求为：

·烧结炉每垛料分别按上、中、下三段控温，均温区允许的温度偏差为±5℃。

·各个测温点允许的温度偏差为±1℃。

Mn-Zn铁氧体的烧结过程对气氛有一定的要求，在各温度区间内需对炉内O₂含量进行控制。工艺具体的气氛要求如下：

温度区间         气氛条件

·室温-500℃     空气

·500℃-900℃    空气

·900℃-1250℃   氧含量以最快的速度降到0.2％

·1250℃-1420℃  氧含量为2％～6％

·1420℃保温区间 氧含量为2％～6％

·1420℃-室温    氧含量遵循LgPO₂＝B-A/T方程随温度而变，A、B参数在不同的产品时是不同的。

在900℃以前，由于有PVA等有机物燃烧和挥发，要利用排气装置将其排出，以免影响产品性能及污染操作环境。

可控气氛烧结炉在电炉行业上可归于机械加工热处理炉、陶瓷工业烧结炉等电阻炉一类，目前国内外这类炉子主要是朝三个方向发展，一是可控气氛，二是全计算机控制，三是预抽真空。主要目的是使设备性能迎合工艺的需要，同时尽可能降低用以提供气氛的气体消耗。目前国内外这类炉子控制方式，一般还停留在传统的PID控制方式上。这种控制方式，由于是基于线性系统，且是针对于能抽象出固定数学模型的对象，这实际上满足不了锰锌软磁铁氧体烧结工艺对设备的要求。

国内外一些单位相继开展了用于软磁铁氧体烧结的推板窑，真空炉，钟罩炉的开发和研究，并在一些软磁铁氧体生产企业使用。

推板窑生产量能较大，但是该种炉型气氛保护采用气帘方式(料进口、出口采用充氮气形成气帘保护)，由于料连续进出导致炉内压力变化、且因氮气保护气帘不稳定导致炉内气氛场的波动，无法满足软磁铁氧体材料烧结对气氛场的稳定要求，该炉型温度控制采用温控仪表对温度场进行控制，且加热元件与烧结材料通过耐火材料间接接触，温度场的一致性较差，无法满足软磁铁氧体材料烧结对温度场高精度的要求；

真空炉烧结生产量较少及排胶效果不好，对于需要气氛控制的部分，由于预抽真空很难满足软磁铁氧体材料烧结对气氛场的稳定要求，同时真空炉使用外壁夹套间接水冷，不能实现炉内循环换热冷却，材料烧结冷却时间很长。

传统钟罩式可控气氛烧结炉生产量能较小，排胶效果不好，温度、气氛场控制算法还停留在传统的PID控制算法上，对于温度、气氛场这样的大滞后系统控制精度还不能完全满足工艺要求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构紧凑、操作简便、自动化程度高、控制精度高、适用范围广、产品质量好的用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案。

一种用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，其特征在于：它包括炉体、炉架、窑车、轨道、热风排胶系统、循环冷却系统、气氛控制系统、压力控制系统、计算机人工智能控制系统以及升降机构，所述炉体安装于炉架上，炉体的底部设有作为活动炉门的窑车，窑车安装于轨道上并与升降机构相连，所述热风排胶系统通过管路与炉体相连通，所述循环冷却系统通过管路与炉体的顶部和底部相连通，所述气氛控制系统通过管道与炉体及窑车相连通，所述炉体、热风排胶系统、循环冷却系统、气氛控制系统、压力控制系统以及升降机构均与计算机人工智能控制系统相连并由其控制。

作为本实用新型的进一步改进：

所述炉体的内壁上衬有耐火材料，炉体内设有采用平行布棒方式的两根以上的硅碳棒并形成两个以上的温区，每个温区装有一个以上的测温热电偶，所述测温热电偶与计算机人工智能控制系统相连。

所述炉体内按垛分为二垛炉、或四垛炉、或八垛炉、或十六垛炉，所述二垛炉分为三组温区，四垛炉分为三～九组温区，八垛炉分为六～十五组温区，十六垛炉分为九～二十七组温区，所述炉体中每垛承烧板的宽度为340～400mm，长度为400～440mm，沿炉体长度方向的相邻硅碳棒的中心间距为610～660mm。

所述热风排胶系统包括排胶风机和空气预热器，排胶风机的输出端经空气预热器和管道与炉体相连通。

所述循环冷却系统包括循环冷却风机、换热器及角座阀，从炉体顶部通过高温管道引出高温保护性气体依次经换热器、循环冷却风机、低温管道、角座阀以及开设于炉体上每个控温点的循环冷却气体进气口进入炉体内进行冷却循环，用于控制气体流量的角座阀安装于进气口处。

所述气氛控制系统包括与计算机人工智能控制系统相连的氮气质量流量计和空气质量流量计或氧气质量流量计，通过计算机人工智能控制系统控制氮气质量流量计和空气质量流量计或氧气质量流量计向炉体内送入相应配比的不同气体。

所述压力控制系统包括安装于炉体上的排空管道及与计算机人工智能控制系统相连的调节阀，所述调节阀装设于排空管道上。

所述计算机人工智能控制系统包括人机交互模块、协调决策模块、数据处理模块、窑车升降模块、排气模块、温度控制模块、快速冷却模块、气氛控制模块、气氛总量控制模块、压力控制模块以及报警处理模块。

与现有技术相比，本实用新型的优点就在于：

1、本实用新型的控制系统采用独特的神经模糊网络人工智能集散式计算机控制技术对炉内的温度、气氛、压力实现集中控制，针对温度、气氛大滞后场的特点，较传统PID调节控制可实现精确的随动无缝自动跟踪控制，能实现各种软磁铁氧体的烧结工艺要求，同时可根据不同的工艺要求对炉内控制程序进行设定并实时进行修改，能对炉内的温度、气氛、压力实现实时监控与数据分析；

2、本实用新型的温度场采用钟罩式烧结炉平行布棒结构，硅碳棒直接分7层平行布置炉内，炉体中承烧板的尺寸在长度方向放大，宽(340～400)×长(400～440)mm，沿炉体长度方向的相邻硅碳棒中心间距为610～660mm。炉体尺寸与布棒方式为改进扩大型，较传统烧结板放大30～50％，烧结效率较传统钟罩式烧结炉提高50～100％，加热元件对软磁铁氧体材料进行多个层面进行热辐射，传热较传统炉型辐射效率高，且通过3～27个测温点控温，通过独特的神经模糊网络人工智能计算机控制技术能完全满足软磁铁氧体材料对温度场的控制要求；

3、本实用新型的气氛场采用钟罩式烧结炉密封结构，对进入炉膛的混合气体比例通过独特的神经模糊网络人工智能计算机控制技术通过气体质量流量计进行精确控制，同时采用独特的点、面、底、接线盒等多种进气方式，由于没有明显漏气点，且由于进气方式的特殊方式所产生的气氛旋流场可完全克服烧结过程中气氛场的波动，能确保软磁铁氧体材料在烧结过程中，二价铁、三价锰不氧化得到有效保护并达到气氛场混合的一致性，氧含量可以控制在20个ppm内；

4、本实用新型采用独特的排空阀压力控制系统确保炉内压力维持一个需要的工作压力；

5、本实用新型采用独特的热风脱胶控制系统，由外部输入40～60m3/h大流量冷风通过2～9组大功率的空气预热器实现瞬间均匀加热成400～600℃大流量热风输入炉体内部实现软磁铁氧体材料的辅助排胶；

6、本实用新型的冷却方式采用循环管道、换热器、变频控制的冷风风机、角座阀门和蝶阀组成的强制循环风冷回路，通过独特的神经模糊网络人工智能计算机控制技术根据工艺要求实现降温段温度自动跟踪的快速循环冷却，整个循环风冷回路由于采用气帘和特殊轴密封技术，无明显漏气点，可确保大风量冷却过程中气氛场的稳定与混合的一致性。相对传统炉型，由于是将炉内大量气体用变频控制的风机通过循环管道、换热器、角座阀门和蝶阀采用强制循环风冷，冷却效率及工艺控制精度大大提高。

附图说明

图1是本实用新型中炉体主视结构示意图；

图2是本实用新型中炉体侧视结构示意图；

图3是本实用新型中人工智能控制系统控制模块连接关系示意图；

图4是本实用新型中人工智能控制系统控制结构示意图；

图5是本实用新型中炉内温度控制模块的框架结构示意图；

图6是本实用新型中炉内气氛控制模块的框架结构示意图；

图7是本实用新型中炉内气体总量控制模块的框架结构示意图；

图8是本实用新型中炉内热风排胶温度控制模块的框架结构示意图；

图9是本实用新型中炉体内压力控制模块的框架结构示意图；

图10是本实用新型中炉内循环冷却控制模块的框架结构示意图。

图例说明：

1、炉体；2、炉架；3、窑车；4、轨道；5、热风排胶系统；6、循环冷却系统；7、气氛控制系统；8、压力控制系统；9、计算机人工智能控制系统；10、升降机构；11、测温热电偶；12、耐火材料；13、硅碳棒；14、排胶风机；15、空气预热器；16、循环冷却风机；17、换热器；18、角座阀；19、进气口；20、调节阀；21、物料。

具体实施方式

以下将结合具体实施例和说明书附图对本实用新型做进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型的用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，它包括炉体1、炉架2、窑车3、轨道4、热风排胶系统5、循环冷却系统、6气氛控制系统7、压力控制系统8、计算机人工智能控制系统9以及升降机构10。炉体1安装于炉架2上，炉体1的底部设有作为活动炉门的窑车3，炉体1底部通过窑车3合拢后密封。炉体1的内壁上衬有耐火材料12，耐火材料12可采用多晶氧化铝纤维。炉体1内设有采用平行布棒方式的两根以上的硅碳棒13并形成两个以上的温区，每个温区装有一个以上的测温热电偶11，测温热电偶11与计算机人工智能控制系统9相连。炉体1内按垛分为二垛炉、或四垛炉、或八垛炉、或十六垛炉，所述二垛炉分为三组温区，四垛炉分为三～九组温区，八垛炉分为六～十五组温区，十六垛炉分为九～二十七组温区，炉体1中每垛承烧板的宽度为340～400mm，长度为400～440mm，沿炉体1长度方向的相邻硅碳棒13的中心间距为610～660mm。用来承载烧结物料21的的窑车3安装于轨道4上并可通过升降机构10将窑车中物料21升入烧结炉体1内，窑车3的下部与炉体1闭合，并通过硅橡胶密封，炉体1的下部设计有水套，用以保护硅橡胶不被烧坏。热风排胶系统5通过管路与气箱与炉体1相连通，循环冷却系统6通过管路与炉体1的顶部和底部相连通，气氛控制系统7通过管道、阀门、气体质量流量计与炉体1、窑车3相连通。炉体1、热风排胶系统5、循环冷却系统6、气氛控制系统7、压力控制系统8以及升降机构10均由计算机人工智能控制系统9控制。本实施例中，热风排胶系统5包括排胶风机14和空气预热器15，排胶风机14的输出端经空气预热器15和管道与炉体1相连通。循环冷却系统6包括循环冷却风机16、换热器17及角座阀18，从炉体1顶部通过高温管道引出高温保护性气体依次经换热器17、循环冷却风机16、低温管道、角座阀18以及开设于炉体1上每个控温点的循环冷却气体进气口19进入炉体1内进行冷却循环，用于控制气体流量的角座阀18安装于进气口19处。气氛控制系统7包括与计算机人工智能控制系统9相连的氮气质量流量计和空气质量流量计或氧气质量流量计，通过计算机人工智能控制系统9控制氮气质量流量计和空气质量流量计或氧气质量流量计向炉体1内送入相应配比的不同气体。压力控制系统8包括安装于炉体1上的排空管道及与计算机人工智能控制系统9相连的调节阀20，该调节阀20装设于排空管道上。计算机人工智能控制系统9由人机交互模块、协调决策模块、数据处理模块、窑车升降模块、排气模块、温度控制模块、快速冷却模块，气氛控制模块、气氛总量控制模块、压力控制模块、报警处理模块组成，模块连接关系图如图3所示。控制系统采用西门S7-300PLC系统+上位机组成DCS控制系统，结构如图4所示。上位机完成人机交互，操作员在上位机中进行工艺参数设定后，从上位机启动程序运行。进入自动控制后，可以从上位机进行监控，并可通过与上位机相连的打印机将数据打印出来。上位机在显示屏上显示报警信息，并送给下位机做相应的警报处理。下位机由S7-300PLC系列控制器组成，炉体1内温度按每一个温区进行控制，二垛炉分为三组温区，四垛炉分为三～九组温区，八垛炉分为六～十五组温区，十六垛炉分为九～二十七组温区，每组温区控制回路由测温热电偶11、加热元件硅碳棒13、可控硅控制模块和PLC控制器组成。针对每组温区，每组温区循环冷却风量控制回路由冷却角座阀和PLC控制器组成。循环冷却总风量控制回路由循环风机、变频器和PLC控制器组成。炉膛气氛控制回路由氧分析仪、空气质量流量计(含流量计及调节阀)、氮气质量流量计(含流量计及调节阀)和PLC控制器组成。炉膛压力控制回路由压力传感器、调节阀和PLC控制器组成。排胶阀门控制回路由开关阀和PLC控制器组成。窑车升降控制回路由限位开关、升降电机和PLC控制器组成。热风排胶控制回路由热风排胶控制器和PLC控制器组成。控制系统的控制算法主要由人工智能神经网络模糊控制算法组成，通过温度控制模块、排胶控制模块、气氛控制模块、气氛总量控制模块、压力控制模块、循环冷却控制模块实现烧结过程中对软磁材料的温度、气氛进行实时自动控制。

如图5～图10所示，本实用新型的电阻炉温度控制模块：由温度均匀性控制回路、各控温区温度控制回路组成。各控温区温度控制回路和温度均匀性控制回路组成串级控制，二垛为三组温度控制模块，四垛为三～九组温度控制模块，八垛为八～十五组温度控制模，十六垛为十二～二十七组温度控制模块。温度控制模块完成两个功能：一是控制炉膛温度跟踪设定温度曲线；二是控制炉膛内各个区间温度均匀一致。温度控制范围是室温至1420℃，在这一温度段内，电炉是一个非线性大滞后的系统。对应于不同的温度段，滞后的时间也不一样。由于加热元件硅碳棒13的电阻随着温度变化而变化，且变化的幅度较大，这就大大的增加了电炉温度控制的非线性。因此，采用常规PID控制不能满足控制要求。国外公司生产的同类产品采用的控制算法是常规PID控制，温度及气氛跟随效果不理想。本实用新型采用先进的人工智能控制技术，在温度控制系统中，采用模糊神经网络控制器，利用神经网络的学习功能，从现场采集的输入、输出数据对中，以及一些专家现场操作得到或认可的数据中，提取并优化模糊控制器的隶属函数和模糊规则。学习过程采用离线学习，在离线训练好之后，将其写入程序。针对前面提到的大滞后性，不同温度段使用不同的控制参数，这样可以解决电炉的滞后时间随温度变化的干扰。不同温度采用不同的控制参数也可以削弱电炉的硅碳棒13电阻值随温度变化所带来的干扰。

气氛控制模块：由气氛比值调节控制回路、空气流量控制回路和氮气流量控制回路组成。气氛比值调节控制回路与空气流量控制回路及氮气流量控制回路组成串级控制。气氛比值调节控制回路根据给定的氧含量和实际测量反馈的氧含量值，决定空气和氮气的比例，再根据空气和氮气的总量给出空气和氮气流量的设定值。空气流量控制回路根据给定值恒定空气流量。氮气流量控制回路根据给定值恒定氮气流量。值得注意的是，炉膛内气体压力的大小是影响氧含量调节的一个重要因素。压力不同，直接影响到气氛调节的速度。此外，气体的总量也是影响调节效果的一个重要因素。气体总量加大，调节效果自然好一些，但从经济的角度枛即节约氮气的角度出发，则应该减小气体总量。气氛比值调节控制回路的控制器算法采用神经网络模糊控制器。利用实验数据和专家经验，离线学习后将训练好的神经网络模糊控制器写入程序。空气流量控制和氮气流量控制采用传统的PID控制器。

气氛总量控制模块：炉体1内气体总量越大，气氛调节速度就越快，但消耗的氮气量就越多，与经济节约相矛盾。因此，控制系统必须对气体的总量进行控制。本设计对气体总量控制模块采用神经网络模糊控制器，根据气氛设定值与测量值对气体总量适时进行调整。

热风排胶温度控制模块：排胶热空气温度有工艺设定，通过一闭环控制回路对热风温度实时控制，因控制精度要求不高，因此采用PID控制算法。

压力控制模块：炉膛内压力的大小对气氛及温度都是一个干扰。压力越大，表明炉体1内气体越多，从而升温耗能量越多，调节气氛所需气体也越多。因此，必须控制炉内压力在一个适合的范围。对压力的控制精度要求并不严格，所以用一个简单的PID控制器就可以完成。

循环冷却控制模块：由循环温度控制回路和循环冷却气体流量控制回路组成串级控制回路。循环冷却温度控制回路是一个不可缺少的环节，当电炉要求快速降温，自然冷却的速度达不到要求时，启动循环冷却控制回路。循环冷却气体流量控制回路则用来根据钟罩炉降温的工艺要求实时调节循环风机频率和6～27个循环冷却气体阀门(二垛三组温区6个阀门，四垛三组～九组温区3～9个阀门，八垛六组～十五组温区6～15个阀门，十六垛九组～二十七温区9～27个阀门)改变通入炉内的冷却气体量，达到控制降温速率的目的。循环冷却控制回路采用神经网络模糊控制器，离线学习后再写入控制程序。

工作原理：操作工将物料21放置在窑车窑具上，通过链条升降机构10将窑车3升入炉体1内，在人工智能控制系统9的工控计算机上输入工艺烧结程序，并下载到工控计算机中，然后通过工控计算机对炉体1内的压力进行测试，合格后启动工控计算机上按钮运行烧结程序。工控计算机通过PLC控制模块和控制执行元件温度控制器、气体质量流量计全过程(升温、恒温、降温段)对工艺设定的温度、气氛、压力曲线实现实时跟踪控制与监控，直到工艺烧结程序运行结束工控计算机自动停止炉体1内加热装置的运行，完成一个完整的软磁铁氧体烧结的工艺烧结流程。

在实际运用中，二垛～十六垛技术性能数据如下：

烧结物            软磁铁氧体

窑炉产能          二垛(250～300)kg——十六垛(1800～2500)kg磁芯/炉

标准周期          22～24小时

每垛最大尺寸      340～400)×(400-440)×1000mm

最高工作温度      1420℃

卸料温度          ≤150℃

加热速率          最大4～5℃/min

冷却温度800℃以上     最快为6～10℃/分

800℃降到150℃        最快5小时

窑内气氛              100％ N₂到100％ O₂可控

气氛变化率            从21％O₂降到50ppm，最快1.5小时

炉膛压力              0～5.0Kpa可调

加热总功率            二垛(98～126)kW——十六垛(441～567)kW

排胶热风加热功率      二垛36kW——十六垛162kW

温度控制精度          ±1℃

气氛控制精度          ±0.5％(Pb级)

                      ±20ppm(ppm级)

从原理上分析，本实用新型较传统型连续炉推板窑、间歇炉钢包炉、钟罩炉做了以下几方面的改进和创新：

1)将人工智能神经网络模糊控制技术应用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式二垛～十六垛(二垛、四垛、八垛、十六垛)电阻炉的温度和气氛场的控制；显著提高了设备温度和气氛场的均匀性，大大提高了设备工艺性能，使磁芯产品烧结的合格率和一致性得到显著提高。

2)通过热工计算较传统钟罩炉增加炉体长度方向尺寸，增加发热元件的数量和功率，加大冷却换热器及风机的功率，加大承重板的尺寸，在满足工艺烧结要求的情况下，每炉烧结磁性材料产品的重量可提高30～50％，大大的提高了传统软磁铁氧体钟罩炉的生产效率，在国内外当属首创。

3)运用DCS计算机控制技术于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式二垛～十六垛(二垛、四垛、八垛、十六垛)电阻炉的的过程控制，一方面大大提高了设备控制系统的可靠性，另一方面大大提高了设备与人的信息交换能力，人机交换界面十分友好。

4)设备炉衬全部采用进口多晶氧化铝纤维，为防止顶衬纤维组块容易脱落的现象，在内衬纤维组块结构上使用了大组块，同时顶部增加碳化硅棒作为顶部支撑加强筋，彻底的改善了炉顶内衬的使用寿命。

5)对气氛控制系统，采用了总量寻优智能控制，节气效果明显。

6)同时采用独特的点、面、底、接线盒等多种进气方式，没有明显漏气点，由于进气方式的特殊方式所产生的气氛旋流场可完全克服烧结过程中气氛场的波动，能确保软磁铁氧体材料在烧结过程中，二价铁、三价锰不氧化得到有效保护并达到气氛场混合的一致性，氧含量可以控制在20个ppm内；

7)设计全面采用机电一体化技术，实现了磁芯烧结过程的全自动控制。

8)热风排胶系统较传统钟罩炉增加脱胶风量一倍，提高了钟罩炉的脱胶效果。

9)采用循环管道、换热器、变频控制的冷风风机、角座阀门组成的强制循环风冷回路，通过独特的神经模糊网络人工智能计算机控制技术根据工艺要求实现降温段温度自动跟踪的快速循环冷却，整个循环风冷回路由于采用气帘和特殊轴密封技术，无明显漏气点，可确保大风量冷却过程中气氛场的稳定与混合的一致性，相对传统炉型，由于是将炉内大量气体用变频控制的风机通过循环管道、换热器、角座阀门和蝶阀采用强制循环换热风冷，冷却效率及工艺控制精度大大提高。

10)由于钟罩炉工作的灵活性，可以根据用电的高峰和低峰的时间差，调节工艺设置。可把升温、恒温段尽量安排在晚上用电波峰进行烧结，把降温段安排在白天用电波谷进行烧结，由于用电波峰与波谷的价格不同，为此可以节电20％以上。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，其特征在于：它包括炉体(1)、炉架(2)、窑车(3)、轨道(4)、热风排胶系统(5)、循环冷却系统(6)、气氛控制系统(7)、压力控制系统(8)、计算机人工智能控制系统(9)以及升降机构(10)，所述炉体(1)安装于炉架(2)上，炉体(1)的底部设有作为活动炉门的窑车(3)，窑车(3)安装于轨道(4)上并与升降机构(10)相连，所述热风排胶系统(5)通过管路与炉体(1)相连通，所述循环冷却系统(6)通过管路与炉体(1)的顶部和底部相连通，所述气氛控制系统(7)通过管道与炉体(1)及窑车(3)相连通，所述炉体(1)、热风排胶系统(5)、循环冷却系统(6)、气氛控制系统(7)、压力控制系统(8)以及升降机构(10)均与计算机人工智能控制系统(9)相连并由其控制。

2.根据权利要求1所述的用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，其特征在于：所述炉体(1)的内壁上衬有耐火材料(12)，炉体(1)内设有采用平行布棒方式的两根以上的硅碳棒(13)并形成两个以上的温区，每个温区装有一个以上的测温热电偶(11)，所述测温热电偶(11)与计算机人工智能控制系统(9)相连。

3.根据权利要求2所述的用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，其特征在于：所述炉体(1)内按垛分为二垛炉、或四垛炉、或八垛炉、或十六垛炉，所述二垛炉分为三组温区，四垛炉分为三～九组温区，八垛炉分为六～十五组温区，十六垛炉分为九～二十七组温区，所述炉体(1)中每垛承烧板的宽度为340～400mm，长度为400～440mm，沿炉体(1)长度方向的相邻硅碳棒(13)的中心间距为610～660mm。

4.根据权利要求1所述的用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，其特征在于：所述热风排胶系统(5)包括排胶风机(14)和空气预热器(15)，排胶风机(14)的输出端经空气预热器(15)和管道与炉体(1)相连通。

5.根据权利要求1所述的用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，其特征在于：所述循环冷却系统(6)包括循环冷却风机(16)、换热器(17)及角座阀(18)，从炉体(1)顶部通过高温管道引出高温保护性气体依次经换热器(17)、循环冷却风机(16)、低温管道、角座阀(18)以及开设于炉体(1)上每个控温点的循环冷却气体进气口(19)进入炉体(1)内进行冷却循环，用于控制气体流量的角座阀(18)安装于进气口(19)处。

6.根据权利要求1所述的用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，其特征在于：所述气氛控制系统(7)包括与计算机人工智能控制系统(9)相连的氮气质量流量计和空气质量流量计或氧气质量流量计，通过计算机人工智能控制系统(9)控制氮气质量流量计和空气质量流量计或氧气质量流量计向炉体(1)内送入相应配比的不同气体。

7.根据权利要求1所述的用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，其特征在于：所述压力控制系统(8)包括安装于炉体(1)上的排空管道及与计算机人工智能控制系统(9)相连的调节阀(20)，所述调节阀(20)装设于排空管道上

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的用于软磁铁氧体烧结的人工智能可控气氛钟罩式电阻炉，其特征在于：所述计算机人工智能控制系统(9)包括人机交互模块、协调决策模块、数据处理模块、窑车升降模块、排气模块、温度控制模块、快速冷却模块、气氛控制模块、气氛总量控制模块、压力控制模块以及报警处理模块。

Images