CN118687375B - 钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统，本发明涉及真空熔炉控制技术领域，解决了单一的数据监测不能实现对真空熔炉的参数调控，从而在后续生产的时候不能通过数据调整来降低异常对钕铁硼磁体生产造成影响的技术问题，本发明通过对原料中的杂质含量进行分析，针对杂质含量较多的原料进行杂质去除，从而保证了生产过程中整体的质量，其次对熔炉过程中的参数变化进行分析，综合熔炉过程中的含氧量、温度和压力进行调节分析，在对参数监测的同时，通过对参数进行分析，并针对不同的情况进行不同的参数调节，从而来保证熔炉能够适应整体生产的需求，进一步的来提高钕铁硼磁体生产的效率和质量。

Description

钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统

技术领域

本发明涉及真空熔炉控制技术领域，具体为钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统。

背景技术

钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统是一种用于生产高性能钕铁硼永磁体的先进设备和技术系统。这种控制系统在钕铁硼磁体的生产过程中发挥着至关重要的作用，特别是在熔炼阶段，它是确保磁体质量和性能的关键环节。

根据中国专利申请号为CN201521118954.9的 一种带智能监测系统的钕铁硼磁体生产线控制装置，包括传感器模块、数据采集处理模块、控制器、电源模块、控制装置、键盘和显示器，传感器模块、数据采集处理模块、控制器依次串接，控制器分别与控制装置、键盘、显示器相连。本实用新型通过传感器模块对原材料、配料、快淬制品、晶化制品、磁场热处理制品进行实时监测，并将信号送入数据采集处理模块，数据采集处理模块采集参数信号并进行整形、放大后送入控制器，控制器将输入的参数信号在显示屏上显示，并根据输入的信号输出相应的控制信号，控制各控制装置的工作状态。

上述专利通过多种传感器来对真空熔炉过程中的参数进行获取并显示，针对获取到的参数没有进行系统的处理分析，从而不方便对真空熔炉过程中出现异常的情况进行合理调整，单纯的数据监测不能实现对真空熔炉的精准控制，进一步的不能实现对参数的精准调整，从而会降低钕铁硼磁体生产质量。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统，解决了单一的数据监测不能实现对真空熔炉的参数调控，从而在后续生产的时候不能通过数据调整来降低异常对钕铁硼磁体生产造成影响的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统，包括：

熔炼信息采集单元，通过根据熔炼标准来获取当前熔炼的参数信息，且参数信息包括原料信息和熔炉信息，并将获取的原料信息传输到原料熔炼分析单元，将熔炉信息传输到熔炉控制分析单元。具体的原料信息，如原料种类、成分、配比等，熔炉信息，包括炉温、炉压、熔炼气氛等。

原料熔炼分析单元，对获取的原料信息进行分析，并对原料中的杂质进行分析判断，具体的分析方式如下：

将所有的原料种类进行标号记作n，且n=1、2、…、m，并计算不同原料对应的纯度占比记作Zn，接着获取标准纯度占比，同时将二者进行比较，当原料纯度占比Zn小于标准纯度占比时，则表示对应种类的原料纯度不符合要求，并生成除杂信号，反之当原料纯度占比Zn大于标准纯度占比时，则表示对应种类的原料纯度符合要求，并生成混料信号。

针对生成的除杂信号或混料信号则直接传输到控制信息输出单元。

作为本发明的进一步方案：熔炼控制分析单元，获取到熔炉信息，并获取熔炉历史数据，根据熔炉历史数据来计算熔炉升温速度，接着根据熔炉升温速度来对熔炉条件进行分析，且具体的分析方式如下：

为了确保熔炉升温过程的一致性和效率，我们首先对所有熔炉次数a对应的升温速度Va进行详细的记录和分析。通过离散值计算，我们得出这些升温速度数据的离散均值V，这个均值代表了在多次熔炼过程中升温速度的平均水平，从而反映了熔炉升温性能的历史表现，

将这个历史均值V作为标准值，用于指导后续熔炉的升温处理。在实际操作中，操作人员会根据这一标准值调整熔炉的升温参数，确保每次熔炉的升温速度都能接近这一历史均值，从而达到优化熔炼过程的目的，并以标准值对熔炉进行升温处理，接着对熔炉的实时温度进行监测；

在熔炼过程中，对熔炉内氧气含量的精确控制是至关重要的，因为它直接影响到金属的质量和熔炼效率，为了实现这一目标，通过高精度的氧化锆氧探头来实时监测熔炉内的含氧量，并将测得的数值记作Y，同时设定了一个标准的含氧量参考值Yz，它代表了熔炉在理想工作状态下的含氧水平。

通过实时比较Y和Yz的值，可以迅速判断出炉内的气氛状况。当Y值超过Yz时，表明熔炉内的含氧量高于正常标准，这可能会导致金属材料过度氧化，影响其力学性能和加工质量。在这种情况下，系统会自动生成超标信号，并及时传输给抽气控制分析单元，该单元收到信号后，会调整抽气阀门的开度，增加抽气量，以降低炉内的含氧量至合适的水平。

相反，如果Y值低于Yz，则表示熔炉内的含氧量未超过正常标准，处于安全范围内。这时，系统会生成正常信号，并将其传输给充气控制分析单元。该单元在接收到正常信号后，会根据需要适当调整充气阀门，确保炉内气氛稳定，避免因缺氧而影响熔炼反应的进行。

作为本发明的进一步方案：抽气控制分析单元，对获取的超标信号进行获取，同时根据超标信号对应的含氧量进行对应的抽气操作，且具体的分析方式如下：

计算实时含氧量Y与含氧量标准Yz的差值记作Yc，具体的，这个差值反映了当前熔炉内氧气含量与理想状态之间的偏差，基于这一差值，我们进一步推算出对应的熔炉气压调整量，以确定为恢复至理想氧气浓度所需的熔炉气压，记作P，同时根据历史数据获取到所有的抽气次数记作i，且i=1、2、…、j，并获取到抽气次数i对应的抽气速度记作Hi，接着获取抽气次数i对应的抽气时长记作Ti；

为了帮助更清晰地理解不同抽气速度对熔炉内温度分布的影响。通过对每一个抽气速度对应的熔炉内温度分布情况进行详细分析，能够确定哪个抽气速度能够使得熔炉内的温度分布达到最为理想的均匀状态。

并将抽气速度Hi按照从小到大进行排序，并根据对应的抽气速度Hi获取到熔炉内温度分布情况，接着将熔炉内温度分布均匀对应的抽气速度Hi进行选取并记作预选抽气速度，并计算所有预选抽气速度对应的抽气均值，同时获取到温度均匀变化时对应的抽气时长并记作为预选时长；

获取到所有的预选时长并计算对应的时长均值记作Tp，同时将时长均值作为后续抽气时长，接着获取差值Yc，并根据公式计算得到对应的预设抽气速度H1，接着将预设抽气速度H1与抽气均值进行比较，当预设抽气速度H1大于抽气均值时，则选取抽气均值为标准，反之当预设抽气速度H1小于抽气均值时，则选取预设抽气速度H1为标准抽气速度；

接着对熔炉温度进行监测，且此处是在以标准抽气速度进行抽气工作下进行的，获取到实时熔炉温度记作Ws，对时间间隔t1内的实时熔炉温度Ws进行分析，当实时熔炉温度Ws变化值大于预设温度值时，则生成调速信号，当实时熔炉温度Ws变化值小于预设温度值时，则生成实时监测信号；具体的针对生成的调速信号，则需要在预选抽气速度内进行重新选取，并选取的标准是低于当前标准抽气速度，同时选取差值最小的预选抽气速度。

作为本发明的进一步方案：充气控制分析单元，用于对获取的正常信号进行分析，通过对熔炉压力进行实时监测生成对应的充气控制信息，且生成充气控制信息的具体方式如下：

获取实时熔炉压力记作Gs，同时获取正常熔炉压力，并以正常熔炉压力为标准判断实时熔炉压力是否存在异常，当实时熔炉压力存在异常时，则需要对熔炉进行充气分析，并生成充气分析信号，反之当实时熔炉压力不存在异常时，则对熔炉压力进行实时监测，并生成实时监测信号；

针对生成的充气分析信号，计算实时熔炉压力与正常熔炉压力的压力差值，并根据压力差值来计算充气体积，同时计算单位时间内单位体积气体对应的压力变化值，接着以压力变化值为标准计算得到充气速度，同时生成充气速度信息，并将其传输到控制信息输出单元。具体的，以这个压力变化值为标准，我们进一步计算出合适的充气速度。这个充气速度是在当前熔炼条件下，能够有效且平稳地调整熔炉压力至正常水平的最佳速率。

本发明提供了钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

本发明通过对原料中的杂质含量进行分析，针对杂质含量较多的原料进行杂质去除，从而保证了生产过程中整体的质量，其次对熔炉过程中的参数变化进行分析，综合熔炉过程中的含氧量、温度和压力进行调节分析，在对参数监测的同时，通过对参数进行分析，并针对不同的情况进行不同的参数调节，从而来保证熔炉能够适应整体生产的需求，进一步的来提高钕铁硼磁体生产的效率和质量。

附图说明

图1为本发明系统原理框图；

图2为本发明流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1和图2，本申请提供了钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统，包括熔炼信息采集单元、原料熔炼分析单元、熔炼控制分析单元、充气控制分析单元、抽气控制分析单元和控制信息输出单元。

实施例一

熔炼信息采集单元，通过根据熔炼标准来获取当前熔炼的参数信息，且参数信息包括原料信息和熔炉信息，并将获取的原料信息传输到原料熔炼分析单元，将熔炉信息传输到熔炉控制分析单元。具体的原料信息，如原料种类、成分、配比等，熔炉信息，包括炉温、炉压、熔炼气氛等。

原料熔炼分析单元，对获取的原料信息进行分析，并对原料中的杂质进行分析判断，具体的分析方式如下：

将所有的原料种类进行标号记作n，且n=1、2、…、m，并计算不同原料对应的纯度占比记作Zn，接着获取标准纯度占比，同时将二者进行比较，当原料纯度占比Zn小于标准纯度占比时，则表示对应种类的原料纯度不符合要求，并生成除杂信号，反之当原料纯度占比Zn大于标准纯度占比时，则表示对应种类的原料纯度符合要求，并生成混料信号。

针对生成的除杂信号或混料信号则直接传输到控制信息输出单元。

控制信息输出单元，将获取的除杂信号或混料信号显示给对应的操作人员。

实施例二

作为本发明的实施例二，与实施例一的区别之处在于，熔炼控制分析单元对获取的熔炉信息进行分析。

熔炼控制分析单元，获取到熔炉信息，并获取熔炉历史数据，根据熔炉历史数据来计算熔炉升温速度，接着根据熔炉升温速度来对熔炉条件进行分析，且具体的分析方式如下：

为了确保熔炉升温过程的一致性和效率，我们首先对所有熔炉次数a对应的升温速度Va进行详细的记录和分析。通过离散值计算，我们得出这些升温速度数据的离散均值V，这个均值代表了在多次熔炼过程中升温速度的平均水平，从而反映了熔炉升温性能的历史表现，

将这个历史均值V作为标准值，用于指导后续熔炉的升温处理。在实际操作中，操作人员会根据这一标准值调整熔炉的升温参数，确保每次熔炉的升温速度都能接近这一历史均值，从而达到优化熔炼过程的目的，并以标准值对熔炉进行升温处理，接着对熔炉的实时温度进行监测；

在熔炼过程中，对熔炉内氧气含量的精确控制是至关重要的，因为它直接影响到金属的质量和熔炼效率，为了实现这一目标，通过高精度的氧化锆氧探头来实时监测熔炉内的含氧量，并将测得的数值记作Y，同时设定了一个标准的含氧量参考值Yz，它代表了熔炉在理想工作状态下的含氧水平。

通过实时比较Y和Yz的值，可以迅速判断出炉内的气氛状况。当Y值超过Yz时，表明熔炉内的含氧量高于正常标准，这可能会导致金属材料过度氧化，影响其力学性能和加工质量。在这种情况下，系统会自动生成超标信号，并及时传输给抽气控制分析单元，该单元收到信号后，会调整抽气阀门的开度，增加抽气量，以降低炉内的含氧量至合适的水平。

相反，如果Y值低于Yz，则表示熔炉内的含氧量未超过正常标准，处于安全范围内。这时，系统会生成正常信号，并将其传输给充气控制分析单元。该单元在接收到正常信号后，会根据需要适当调整充气阀门，确保炉内气氛稳定，避免因缺氧而影响熔炼反应的进行。

举例来说，假设在某次铜的熔炼过程中，监测到的Y值为1.2%，而标准含氧量Yz为1.0%。这意味着炉内氧气含量偏高，可能会导致铜的过度氧化，产生过多的氧化铜杂质。因此，系统立即生成超标信号，并指示抽气控制分析单元加大抽气力度，以降低炉内含氧量，通过这种快速响应机制，我们能够确保熔炼过程始终在最佳的环境下进行，从而得到高质量的金属产品。

抽气控制分析单元，对获取的超标信号进行获取，同时根据超标信号对应的含氧量进行对应的抽气操作，且具体的分析方式如下：

计算实时含氧量Y与含氧量标准Yz的差值记作Yc，具体的，这个差值反映了当前熔炉内氧气含量与理想状态之间的偏差，基于这一差值，我们进一步推算出对应的熔炉气压调整量，以确定为恢复至理想氧气浓度所需的熔炉气压，记作P，同时根据历史数据获取到所有的抽气次数记作i，且i=1、2、…、j，并获取到抽气次数i对应的抽气速度记作Hi，接着获取抽气次数i对应的抽气时长记作Ti；

为了帮助更清晰地理解不同抽气速度对熔炉内温度分布的影响。通过对每一个抽气速度对应的熔炉内温度分布情况进行详细分析，能够确定哪个抽气速度能够使得熔炉内的温度分布达到最为理想的均匀状态。

并将抽气速度Hi按照从小到大进行排序，并根据对应的抽气速度Hi获取到熔炉内温度分布情况，接着将熔炉内温度分布均匀对应的抽气速度Hi进行选取并记作预选抽气速度，并计算所有预选抽气速度对应的抽气均值，同时获取到温度均匀变化时对应的抽气时长并记作为预选时长；

获取到所有的预选时长并计算对应的时长均值记作Tp，同时将时长均值作为后续抽气时长，接着获取差值Yc，并根据公式计算得到对应的预设抽气速度H1，接着将预设抽气速度H1与抽气均值进行比较，当预设抽气速度H1大于抽气均值时，则选取抽气均值为标准，反之当预设抽气速度H1小于抽气均值时，则选取预设抽气速度H1为标准抽气速度；

接着对熔炉温度进行监测，且此处是在以标准抽气速度进行抽气工作下进行的，获取到实时熔炉温度记作Ws，对时间间隔t1内的实时熔炉温度Ws进行分析，当实时熔炉温度Ws变化值大于预设温度值时，则生成调速信号，当实时熔炉温度Ws变化值小于预设温度值时，则生成实时监测信号；具体的针对生成的调速信号，则需要在预选抽气速度内进行重新选取，并选取的标准是低于当前标准抽气速度，同时选取差值最小的预选抽气速度。

将生成的实时监测信号和调速信号传输到控制信息输出单元。

实施例三

作为本发明的实施例三，本实施例在实施例二的基础上实施，且与实施例二的区别之处在于。

充气控制分析单元，用于对获取的正常信号进行分析，通过对熔炉压力进行实时监测生成对应的充气控制信息，且生成充气控制信息的具体方式如下：

获取实时熔炉压力记作Gs，同时获取正常熔炉压力，并以正常熔炉压力为标准判断实时熔炉压力是否存在异常，当实时熔炉压力存在异常时，则需要对熔炉进行充气分析，并生成充气分析信号，反之当实时熔炉压力不存在异常时，则对熔炉压力进行实时监测，并生成实时监测信号；

针对生成的充气分析信号，计算实时熔炉压力与正常熔炉压力的压力差值，并根据压力差值来计算充气体积，同时计算单位时间内单位体积气体对应的压力变化值，接着以压力变化值为标准计算得到充气速度，同时生成充气速度信息，并将其传输到控制信息输出单元。具体的，以这个压力变化值为标准，我们进一步计算出合适的充气速度。这个充气速度是在当前熔炼条件下，能够有效且平稳地调整熔炉压力至正常水平的最佳速率。

例如，假设在某个熔炼过程中，由于反应的进行，熔炉开始出现轻微的压力下降。实时熔炉压力为980 mbar，而正常熔炉压力应维持在1000 mbar，因此压力差值为20 mbar。根据这一压力差值，系统计算出需要充入5立方米的气体来恢复正常压力。通过分析历史数据得知，每充入1立方米气体，熔炉压力会上升5 mbar。因此，为了恢复这20 mbar的压力差，我们需要以每分钟充入1立方米气体的速度进行充气。这个充气速度信息被生成并传输至控制信息输出单元，该单元随即指示充气系统按照此速度进行充气，直至熔炉压力恢复至1000 mbar的正常水平。

实施例四，作为本发明的实施例四，重点在于将实施例一、实施例二和实施例三的实施过程结合实施。

上述公式中的部分数据均是去其纲量进行数值计算，同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (5)

1.钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统，其特征在于，包括：

熔炉控制分析单元，用于将熔炉信息与熔炉历史数据进行综合来计算熔炉升温速度，并将熔炉内的含氧量与正常标准进行大小比较，生成正常信号或超标信号，将超标信号传输到抽气控制分析单元，将正常信号传输到充气控制分析单元，且熔炼控制分析单元计算升温速度的具体方式为：

获取时间周期t内的熔炉历史数据，并对熔炉次数进行标号记作a，且a=1、2、…、b，同时获取到熔炉次数a对应的升温时长Ta，接着根据公式计算得到对应的升温速度记作Va；

获取所有熔炉次数a对应的升温速度Va，并进行离散值计算得到离散均值V，同时将得到的历史均值V作为标准值；

且对熔炼含氧量进行分析的具体方式为：

将熔炉内的含氧量记作Y，同时获取熔炉正常工作下对应的含氧量记作Yz，并将二者进行比较，当Y大于Yz时，则表示熔炉内的含氧量超过正常标准，并生成超标信号，反之当Y小于Yz时，则表示熔炉内的含氧量未超过正常标准，并生成正常信号，同时将生成的超标信号传输到抽气控制分析单元，将生成的正常信号传输到充气控制分析单元；

抽气控制分析单元，用于对超标信号对应的含氧量进行抽气分析，计算含氧量差值，并根据历史数据计算标准抽气速度，同时对标准抽气速度进行工作时的熔炉温度进行监测，将实时熔炉温度与预设温度值比较生成调速信号和实时监测信号，接着将二者传输到控制信息输出单元，且抽气控制分析单元对超标信号进行分析的具体方式为：

S1：计算实时含氧量Y与含氧量标准Yz的差值记作Yc，接着获取熔炉内单位含氧量变化对应的熔炉气压，根据含氧量差值Yc计算得到抽取后的熔炉气压记作P，同时根据历史数据获取到所有的抽气次数记作i，且i=1、2、…、j，并获取到抽气次数i对应的抽气速度记作Hi，接着获取抽气次数i对应的抽气时长记作Ti；

S2：将抽气速度Hi按照从小到大进行排序，并获取不同抽气速度Hi对应的熔炉温度分布情况，将熔炉内温度分布均匀对应的抽气速度Hi进行选取并记作预选抽气速度，并计算所有预选抽气速度对应的抽气均值，同时获取到温度均匀变化时对应的抽气时长并记作为预选时长；

S3：计算所有的预选时长的时长均值记作Tp，并获取含氧量差值Yc，同时根据公式计算得到预设抽气速度H1，将预设抽气速度H1与抽气均值进行比较，当预设抽气速度H1大于抽气均值时，则选取抽气均值为标准，反之当预设抽气速度H1小于抽气均值时，则选取预设抽气速度H1为标准抽气速度；

且抽气控制分析单元对熔炉温度进行监测的具体方式为：

获取到实时熔炉温度记作Ws，对时间间隔t1内的实时熔炉温度Ws进行分析，当实时熔炉温度Ws变化值大于预设温度值时，则生成调速信号，当实时熔炉温度Ws变化值小于预设温度值时，则生成实时监测信号

充气控制分析单元，用于对正常信号对应的熔炉压力进行监测，将实时熔炉压力与正常熔炉压力比较生成充气分析信号和实时监测信号，针对生成充气分析信号的情况，根据压力差值来计算充气速度并生成充气速度信息，同时将实时监测信号和充气速度信息传输到控制信息输出单元。

2.根据权利要求1所述的钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统，其特征在于，还包括熔炉信息采集单元、原料熔炼分析单元和控制信息输出单元；

熔炉信息采集单元，用于获取熔炉的参数信息，其中参数信息包括原料信息和熔炉信息，并将获取的原料信息传输到原料熔炼分析单元，将熔炉信息传输到熔炉控制分析单元；

原料熔炼分析单元，用于根据获取的原料信息对原料纯度进行分析并生成除杂信号和混料信号，同时将二者传输到控制信息输出单元；

控制信息输出单元，用于将获取的充气速度信息、除杂信号、混料信号、实时监测信号和调速信号显示给操作人员。

3.根据权利要求2所述的钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统，其特征在于，所述原料熔炼分析单元对原料纯度进行分析的具体方式为：

将所有的原料种类进行标号记作n，且n=1、2、…、m，并计算不同原料对应的纯度占比记作Zn，将标准纯度占比与不同原料纯度占比进行比较，当原料纯度占比Zn小于标准纯度占比时，则表示对应种类的原料纯度不符合要求，并生成除杂信号，反之当原料纯度占比Zn大于标准纯度占比时，则表示对应种类的原料纯度符合要求，并生成混料信号。

4.根据权利要求1所述的钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统，其特征在于，所述充气控制分析单元对正常信号进行分析的具体方式为：

获取实时熔炉压力记作Gs，同时获取正常熔炉压力，并以正常熔炉压力为标准判断实时熔炉压力是否存在异常，当实时熔炉压力存在异常时，则需要对熔炉进行充气分析，并生成充气分析信号，反之当实时熔炉压力不存在异常时，则对熔炉压力进行实时监测，并生成实时监测信号。

5.根据权利要求4所述的钕铁硼磁体生产加工真空熔炼控制系统，其特征在于，所述充气控制分析单元对充气分析信号进行分析的具体方式为：

计算实时熔炉压力与正常熔炉压力的压力差值，并根据压力差值来计算充气体积，同时计算单位时间内单位体积气体对应的压力变化值，接着以压力变化值为标准计算得到充气速度，同时生成充气速度信息，并将其传输到控制信息输出单元。