專利名稱：用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐的制作方法
技術領域：
本實用新型主要涉及到軟磁鐵氧體燒結設備領域，特指一種用于軟磁鐵氧體燒結
的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐，可適用于二垛 十六垛(二垛、四垛、八垛、十六垛)的 鐘罩式電阻爐。
背景技術：
鐵氧體可以看作是一種以鐵為主要成分的材料，它是由磁鐵礦(Fe2+0 Fe23+03)用 二價金屬離子取代其中的F^+之后形成的。在晶格中還可以加入三價金屬離子代換Fe、或 者加入其它價離子(+l、+4、+5、+6)同時改變Fe27Fe3+比例進行電荷補償。在所有情況下， 代換離子的半徑應在0. 5 1A之間(Gorterl954)。比較常用的二價金屬是來自第一組過 渡金屬(Mn、Fe、Co、Ni)和Cu、 Zn、 Mg、 Cd和Ge等金屬。三價的Al、 Cr、 Ga、和Mn可以代換 Fe、一價的Li和四價的Ti、Sn可以分別通過降低和升高Fe2+/Fe3+比例而加入鐵氧體晶格 之中?；瘜W成分不是決定鐵氧體性質的唯一因素，陽離子和點缺陷在晶位中的分布起著頭 等重要的作用。 制備高性能多晶鐵氧體是困難而復雜的，主要原因是鐵氧體在應用時所要求的性 能多數不是本征性的而是非本征性的，也就是說，鐵氧體性能并不是完全由其化學成份及 晶體結構決定的，還需要研究和控制它的密度、晶粒尺寸、氣孔率以及它們在晶粒內部之間 的分布等。 制備鐵氧體工藝大致可分為四步①粉末制作；②成型；③燒結；④磨加工，做成 最終形態(tài)。這些步驟是相互有關的，要想成功地做出產品，每一步都是必要條件但不是充分 條件。對微觀結構而言，燒結過程是不可逆的，因此必須隨時小心燒結過程中的各種條件。 燒結就是在一定的溫度場和氣氛場下，使坯件內的原子遷移率升高到足以降 低由晶粒邊界引起的自由能。Cob 1 e和Burke (1964)詳細研究過結晶固體的燒結問題。 Zener(1948)曾給出過晶體生長率經驗公式，即 3 = Ktn 式中，3為平均晶粒直徑，t為溫度，n大約等于1/3， K與溫度有關。對錳鋅鐵氧
體而言，k還與氣氛有關，氣氛為氮氣時，t。 55^j(r0ess 1971)，在真空下k^ 8，,會
(Schichi jo等1964) 。 Zener認為，晶粒的生長要受到在晶粒邊界上的氣孔和包雜的阻礙， 到直徑dc《4D/3f時，將停止生長。其中，dc是晶粒直徑，D是氣孔直徑，f是氣孔占的體 積分數。 在燒結過程，特別是在冷卻過程中，控制氣氛對控制坯料的氧化抓還原反應有 很重要的作用。根據MnZnFe鐵氧體的平衡相圖，它表示出了氣氛對尖晶石相和三氧化 二鐵相界內氧化狀態(tài)的重要性。這個相圖是Blank(1961)最先畫出的，與Morineau和 Paulus(1975)詳細研究過的普通適用氣氛相圖是很一致的。要特別注意，先沿等成份線冷 卻，接著在最低的溫度下通過相界迅速冷卻，這時生長動力學不敏感，使a -Fe203的脫溶量 最少，從而氧化發(fā)生的程度最輕。[0009] 燒結一般是指坯件在高溫窯爐中，加熱至一定溫度并保溫一定時間而后冷卻的全
過程。其三大相關理論基礎是固相反應速度理論、氣氛平衡理論和物質結構理論。鐵氧體
燒結的目的是形成有一定強度及符合規(guī)定性能、形狀、尺寸、外觀的磁芯，燒結的任務則是
在一定的設備條件下，控制好燒結的溫度條件和氣氛條件，來實現鐵氧體的燒結目的。鐵氧
體的燒結過程大致可分為三個階段即升溫階段、保溫階段、降溫階段。 其中主要產品一尖晶石型Mn-Zn軟磁鐵氧體磁性材料的工藝條件如下。溫度要
求為 室溫-500°C :升溫速度《4°C /min，便于水分和有機物的揮發(fā)和燃燒，在2_4小 時左右完成該段升溫，同時在此階段通入一定流速的熱風，使磁芯中的膠能安全脫除。 '50(TC -900°C :用1. 5小時左右完成，升溫速度約4. 5°C /min，殘余的有機物在此 階段揮發(fā)完畢。
900°C -1250°C :升溫速度一般在1°C /min 2°C /min。
1250°C -1420°C :約在0. 8小時內完成該階段的升溫，升溫速度約3. 5°C /min. 142(TC恒溫爐溫升到預定的溫度后，約保溫4小時左右。
1420°C _室溫降溫時間控制在9小時內，盡可能快一些。 以上溫度條件并不是一成不變的，隨著產品的不同，各段溫度制度和范圍也要進 行相應的改變。 對溫度精度的要求為 燒結爐每垛料分別按上、中、下三段控溫，均溫區(qū)允許的溫度偏差為±5°C。
各個測溫點允許的溫度偏差為± rc 。 Mn-Zn鐵氧體的燒結過程對氣氛有一定的要求，在各溫度區(qū)間內需對爐內02含量 進行控制。工藝具體的氣氛要求如下
的產品
氣氛條件
空氣
空氣
t以最快的速度降到0.2X
t為2% 6% 〖為2% 6%
t遵循LgP02 = B-A/T方程隨溫度而變，A、B參數在不同
溫度區(qū)間 室溫-500。C
500°C -900°C
900°C -1250°C
1250°C -1420°C
1420。C保溫區(qū)間氧含〗 .142(TC-室溫 氧含
t時是不同的。
在900°C以前，由于有PVA等有機物燃燒和揮發(fā)，要利用排氣裝置將其排出，以免 影響產品性能及污染操作環(huán)境。 可控氣氛燒結爐在電爐行業(yè)上可歸于機械加工熱處理爐、陶瓷工業(yè)燒結爐等電阻 爐一類，目前國內外這類爐子主要是朝三個方向發(fā)展， 一是可控氣氛，二是全計算機控制， 三是預抽真空。主要目的是使設備性能迎合工藝的需要，同時盡可能降低用以提供氣氛的 氣體消耗。目前國內外這類爐子控制方式，一般還停留在傳統的PID控制方式上。這種控 制方式，由于是基于線性系統，且是針對于能抽象出固定數學模型的對象，這實際上滿足不 了錳鋅軟磁鐵氧體燒結工藝對設備的要求。 國內外一些單位相繼開展了用于軟磁鐵氧體燒結的推板窯，真空爐，鐘罩爐的開發(fā)和研究，并在一些軟磁鐵氧體生產企業(yè)使用。 推板窯生產量能較大，但是該種爐型氣氛保護采用氣簾方式(料進口、出口采用 充氮氣形成氣簾保護)，由于料連續(xù)進出導致爐內壓力變化、且因氮氣保護氣簾不穩(wěn)定導致 爐內氣氛場的波動，無法滿足軟磁鐵氧體材料燒結對氣氛場的穩(wěn)定要求，該爐型溫度控制 采用溫控儀表對溫度場進行控制，且加熱元件與燒結材料通過耐火材料間接接觸，溫度場 的一致性較差，無法滿足軟磁鐵氧體材料燒結對溫度場高精度的要求； 真空爐燒結生產量較少及排膠效果不好，對于需要氣氛控制的部分，由于預抽真 空很難滿足軟磁鐵氧體材料燒結對氣氛場的穩(wěn)定要求，同時真空爐使用外壁夾套間接水 冷，不能實現爐內循環(huán)換熱冷卻，材料燒結冷卻時間很長。 傳統鐘罩式可控氣氛燒結爐生產量能較小，排膠效果不好，溫度、氣氛場控制算法 還停留在傳統的PID控制算法上，對于溫度、氣氛場這樣的大滯后系統控制精度還不能完 全滿足工藝要求。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題就在于針對現有技術存在的技術問題，本實用新
型提供一種結構緊湊、操作簡便、自動化程度高、控制精度高、適用范圍廣、產品質量好的用
于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐。 為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案。 —種用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐，其特征在于它包 括爐體、爐架、窯車、軌道、熱風排膠系統、循環(huán)冷卻系統、氣氛控制系統、壓力控制系統、計 算機人工智能控制系統以及升降機構，所述爐體安裝于爐架上，爐體的底部設有作為活動 爐門的窯車，窯車安裝于軌道上并與升降機構相連，所述熱風排膠系統通過管路與爐體相 連通，所述循環(huán)冷卻系統通過管路與爐體的頂部和底部相連通，所述氣氛控制系統通過管 道與爐體及窯車相連通，所述爐體、熱風排膠系統、循環(huán)冷卻系統、氣氛控制系統、壓力控制 系統以及升降機構均與計算機人工智能控制系統相連并由其控制。 作為本實用新型的進一步改進 所述爐體的內壁上襯有耐火材料，爐體內設有采用平行布棒方式的兩根以上的硅 碳棒并形成兩個以上的溫區(qū)，每個溫區(qū)裝有一個以上的測溫熱電偶，所述測溫熱電偶與計 算機人工智能控制系統相連。 所述爐體內按垛分為二垛爐、或四垛爐、或八垛爐、或十六垛爐，所述二垛爐分 為三組溫區(qū)，四垛爐分為三 九組溫區(qū)，八垛爐分為六 十五組溫區(qū)，十六垛爐分為九 二十七組溫區(qū)，所述爐體中每垛承燒板的寬度為340 400mm，長度為400 440mm，沿爐體 長度方向的相鄰硅碳棒的中心間距為610 660mm。 所述熱風排膠系統包括排膠風機和空氣預熱器，排膠風機的輸出端經空氣預熱器 和管道與爐體相連通。 所述循環(huán)冷卻系統包括循環(huán)冷卻風機、換熱器及角座閥，從爐體頂部通過高溫管 道引出高溫保護性氣體依次經換熱器、循環(huán)冷卻風機、低溫管道、角座閥以及開設于爐體上 每個控溫點的循環(huán)冷卻氣體進氣口進入爐體內進行冷卻循環(huán)，用于控制氣體流量的角座閥 安裝于進氣口處。[0043] 所述氣氛控制系統包括與計算機人工智能控制系統相連的氮氣質量流量計和空 氣質量流量計或氧氣質量流量計，通過計算機人工智能控制系統控制氮氣質量流量計和空 氣質量流量計或氧氣質量流量計向爐體內送入相應配比的不同氣體。 所述壓力控制系統包括安裝于爐體上的排空管道及與計算機人工智能控制系統 相連的調節(jié)閥，所述調節(jié)閥裝設于排空管道上。 所述計算機人工智能控制系統包括人機交互模塊、協調決策模塊、數據處理模塊、 窯車升降模塊、排氣模塊、溫度控制模塊、快速冷卻模塊、氣氛控制模塊、氣氛總量控制模
塊、壓力控制模塊以及報警處理模塊。 與現有技術相比，本實用新型的優(yōu)點就在于 1、本實用新型的控制系統采用獨特的神經模糊網絡人工智能集散式計算機控制 技術對爐內的溫度、氣氛、壓力實現集中控制，針對溫度、氣氛大滯后場的特點，較傳統PID 調節(jié)控制可實現精確的隨動無縫自動跟蹤控制，能實現各種軟磁鐵氧體的燒結工藝要求， 同時可根據不同的工藝要求對爐內控制程序進行設定并實時進行修改，能對爐內的溫度、 氣氛、壓力實現實時監(jiān)控與數據分析； 2、本實用新型的溫度場采用鐘罩式燒結爐平行布棒結構，硅碳棒直接分7層平行 布置爐內，爐體中承燒板的尺寸在長度方向放大，寬(340 400) X長(400 440)mm，沿爐 體長度方向的相鄰硅碳棒中心間距為610 660mm。爐體尺寸與布棒方式為改進擴大型，較 傳統燒結板放大30 50 % ，燒結效率較傳統鐘罩式燒結爐提高50 100 % ，加熱元件對軟 磁鐵氧體材料進行多個層面進行熱輻射，傳熱較傳統爐型輻射效率高，且通過3 27個測 溫點控溫，通過獨特的神經模糊網絡人工智能計算機控制技術能完全滿足軟磁鐵氧體材料 對溫度場的控制要求； 3、本實用新型的氣氛場采用鐘罩式燒結爐密封結構，對進入爐膛的混合氣體比例 通過獨特的神經模糊網絡人工智能計算機控制技術通過氣體質量流量計進行精確控制，同 時采用獨特的點、面、底、接線盒等多種進氣方式，由于沒有明顯漏氣點，且由于進氣方式的 特殊方式所產生的氣氛旋流場可完全克服燒結過程中氣氛場的波動，能確保軟磁鐵氧體材 料在燒結過程中，二價鐵、三價錳不氧化得到有效保護并達到氣氛場混合的一致性，氧含量 可以控制在20個ppm內； 4、本實用新型采用獨特的排空閥壓力控制系統確保爐內壓力維持一個需要的工 作壓力； 5、本實用新型采用獨特的熱風脫膠控制系統，由外部輸入40 60m3/h大流量冷 風通過2 9組大功率的空氣預熱器實現瞬間均勻加熱成400 60(TC大流量熱風輸入爐 體內部實現軟磁鐵氧體材料的輔助排膠； 6、本實用新型的冷卻方式采用循環(huán)管道、換熱器、變頻控制的冷風風機、角座閥門 和蝶閥組成的強制循環(huán)風冷回路，通過獨特的神經模糊網絡人工智能計算機控制技術根據 工藝要求實現降溫段溫度自動跟蹤的快速循環(huán)冷卻，整個循環(huán)風冷回路由于采用氣簾和特 殊軸密封技術，無明顯漏氣點，可確保大風量冷卻過程中氣氛場的穩(wěn)定與混合的一致性。相 對傳統爐型，由于是將爐內大量氣體用變頻控制的風機通過循環(huán)管道、換熱器、角座閥門和 蝶閥采用強制循環(huán)風冷，冷卻效率及工藝控制精度大大提高。
圖1是本實用新型中爐體主視結構示意圖； 圖2是本實用新型中爐體側視結構示意圖； 圖3是本實用新型中人工智能控制系統控制模塊連接關系示意圖； 圖4是本實用新型中人工智能控制系統控制結構示意圖； 圖5是本實用新型中爐內溫度控制模塊的框架結構示意圖； 圖6是本實用新型中爐內氣氛控制模塊的框架結構示意圖； 圖7是本實用新型中爐內氣體總量控制模塊的框架結構示意圖； 圖8是本實用新型中爐內熱風排膠溫度控制模塊的框架結構示意圖； 圖9是本實用新型中爐體內壓力控制模塊的框架結構示意圖； 圖10是本實用新型中爐內循環(huán)冷卻控制模塊的框架結構示意圖。
圖例說明 1、爐體；2、爐架；3、窯車；4、軌道；5、熱風排膠系統；6、循環(huán)冷卻系統；7、氣氛控 制系統；8、壓力控制系統；9、計算機人工智能控制系統；10、升降機構；11、測溫熱電偶；12、 耐火材料；13、硅碳棒；14、排膠風機；15、空氣預熱器；16、循環(huán)冷卻風機；17、換熱器；18、 角座閥；19、進氣口 ；20、調節(jié)閥；21、物料。
具體實施方式以下將結合具體實施例和說明書附圖對本實用新型做進一步詳細說明。 如圖1和圖2所示，本實用新型的用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩 式電阻爐，它包括爐體1、爐架2、窯車3、軌道4、熱風排膠系統5、循環(huán)冷卻系統、6氣氛控 制系統7、壓力控制系統8、計算機人工智能控制系統9以及升降機構10。爐體1安裝于爐 架2上，爐體1的底部設有作為活動爐門的窯車3，爐體1底部通過窯車3合攏后密封。爐 體1的內壁上襯有耐火材料12，耐火材料12可采用多晶氧化鋁纖維。爐體1內設有采用 平行布棒方式的兩根以上的硅碳棒13并形成兩個以上的溫區(qū)，每個溫區(qū)裝有一個以上的 測溫熱電偶11，測溫熱電偶11與計算機人工智能控制系統9相連。爐體l內按垛分為二 垛爐、或四垛爐、或八垛爐、或十六垛爐，所述二垛爐分為三組溫區(qū)，四垛爐分為三 九組溫 區(qū)，八垛爐分為六 十五組溫區(qū)，十六垛爐分為九 二十七組溫區(qū)，爐體1中每垛承燒板的 寬度為340 400mm，長度為400 440mm，沿爐體1長度方向的相鄰硅碳棒13的中心間距 為610 660mm。用來承載燒結物料21的的窯車3安裝于軌道4上并可通過升降機構10 將窯車中物料21升入燒結爐體1內，窯車3的下部與爐體1閉合，并通過硅橡膠密封，爐體 1的下部設計有水套，用以保護硅橡膠不被燒壞。熱風排膠系統5通過管路與氣箱與爐體 1相連通，循環(huán)冷卻系統6通過管路與爐體1的頂部和底部相連通，氣氛控制系統7通過管 道、閥門、氣體質量流量計與爐體1、窯車3相連通。爐體1、熱風排膠系統5、循環(huán)冷卻系統 6、氣氛控制系統7、壓力控制系統8以及升降機構10均由計算機人工智能控制系統9控制。 本實施例中，熱風排膠系統5包括排膠風機14和空氣預熱器15，排膠風機14的輸出端經空 氣預熱器15和管道與爐體1相連通。循環(huán)冷卻系統6包括循環(huán)冷卻風機16、換熱器17及 角座閥18，從爐體1頂部通過高溫管道引出高溫保護性氣體依次經換熱器17、循環(huán)冷卻風 機16、低溫管道、角座閥18以及開設于爐體1上每個控溫點的循環(huán)冷卻氣體進氣口 19進入爐體1內進行冷卻循環(huán)，用于控制氣體流量的角座閥18安裝于進氣口 19處。氣氛控制 系統7包括與計算機人工智能控制系統9相連的氮氣質量流量計和空氣質量流量計或氧氣 質量流量計，通過計算機人工智能控制系統9控制氮氣質量流量計和空氣質量流量計或氧 氣質量流量計向爐體1內送入相應配比的不同氣體。壓力控制系統8包括安裝于爐體1上 的排空管道及與計算機人工智能控制系統9相連的調節(jié)閥20，該調節(jié)閥20裝設于排空管道 上。計算機人工智能控制系統9由人機交互模塊、協調決策模塊、數據處理模塊、窯車升降 模塊、排氣模塊、溫度控制模塊、快速冷卻模塊，氣氛控制模塊、氣氛總量控制模塊、壓力控 制模塊、報警處理模塊組成，模塊連接關系圖如圖3所示。控制系統采用西門S7-300PLC系 統+上位機組成DCS控制系統，結構如圖4所示。上位機完成人機交互，操作員在上位機中 進行工藝參數設定后，從上位機啟動程序運行。進入自動控制后，可以從上位機進行監(jiān)控， 并可通過與上位機相連的打印機將數據打印出來。上位機在顯示屏上顯示報警信息，并送 給下位機做相應的警報處理。下位機由S7-300PLC系列控制器組成，爐體1內溫度按每一 個溫區(qū)進行控制，二垛爐分為三組溫區(qū)，四垛爐分為三 九組溫區(qū)，八垛爐分為六 十五組 溫區(qū)，十六垛爐分為九 二十七組溫區(qū)，每組溫區(qū)控制回路由測溫熱電偶11、加熱元件硅碳 棒13、可控硅控制模塊和PLC控制器組成。針對每組溫區(qū)，每組溫區(qū)循環(huán)冷卻風量控制回路 由冷卻角座閥和PLC控制器組成。循環(huán)冷卻總風量控制回路由循環(huán)風機、變頻器和PLC控 制器組成。爐膛氣氛控制回路由氧分析儀、空氣質量流量計(含流量計及調節(jié)閥)、氮氣質 量流量計(含流量計及調節(jié)閥)和PLC控制器組成。爐膛壓力控制回路由壓力傳感器、調 節(jié)閥和PLC控制器組成。排膠閥門控制回路由開關閥和PLC控制器組成。窯車升降控制回 路由限位開關、升降電機和PLC控制器組成。熱風排膠控制回路由熱風排膠控制器和PLC 控制器組成?？刂葡到y的控制算法主要由人工智能神經網絡模糊控制算法組成，通過溫度 控制模塊、排膠控制模塊、氣氛控制模塊、氣氛總量控制模塊、壓力控制模塊、循環(huán)冷卻控制 模塊實現燒結過程中對軟磁材料的溫度、氣氛進行實時自動控制。 如圖5 圖IO所示，本實用新型的電阻爐溫度控制模塊由溫度均勻性控制回路、 各控溫區(qū)溫度控制回路組成。各控溫區(qū)溫度控制回路和溫度均勻性控制回路組成串級控 制，二垛為三組溫度控制模塊，四垛為三 九組溫度控制模塊，八垛為八 十五組溫度控制 模，十六垛為十二 二十七組溫度控制模塊。溫度控制模塊完成兩個功能一是控制爐膛 溫度跟蹤設定溫度曲線；二是控制爐膛內各個區(qū)間溫度均勻一致。溫度控制范圍是室溫至 142(TC，在這一溫度段內，電爐是一個非線性大滯后的系統。對應于不同的溫度段，滯后的 時間也不一樣。由于加熱元件硅碳棒13的電阻隨著溫度變化而變化，且變化的幅度較大， 這就大大的增加了電爐溫度控制的非線性。因此，采用常規(guī)PID控制不能滿足控制要求。國 外公司生產的同類產品采用的控制算法是常規(guī)PID控制，溫度及氣氛跟隨效果不理想。本 實用新型采用先進的人工智能控制技術，在溫度控制系統中，采用模糊神經網絡控制器，利 用神經網絡的學習功能，從現場采集的輸入、輸出數據對中，以及一些專家現場操作得到或 認可的數據中，提取并優(yōu)化模糊控制器的隸屬函數和模糊規(guī)則。學習過程采用離線學習，在 離線訓練好之后，將其寫入程序。針對前面提到的大滯后性，不同溫度段使用不同的控制參 數，這樣可以解決電爐的滯后時間隨溫度變化的干擾。不同溫度采用不同的控制參數也可 以削弱電爐的硅碳棒13電阻值隨溫度變化所帶來的干擾。 氣氛控制模塊由氣氛比值調節(jié)控制回路、空氣流量控制回路和氮氣流量控制回路組成。氣氛比值調節(jié)控制回路與空氣流量控制回路及氮氣流量控制回路組成串級控制。 氣氛比值調節(jié)控制回路根據給定的氧含量和實際測量反饋的氧含量值，決定空氣和氮氣的 比例，再根據空氣和氮氣的總量給出空氣和氮氣流量的設定值?？諝饬髁靠刂苹芈犯鶕o 定值恒定空氣流量。氮氣流量控制回路根據給定值恒定氮氣流量。值得注意的是，爐膛內 氣體壓力的大小是影響氧含量調節(jié)的一個重要因素。壓力不同，直接影響到氣氛調節(jié)的速 度。此外，氣體的總量也是影響調節(jié)效果的一個重要因素。氣體總量加大，調節(jié)效果自然好 一些，但從經濟的角度抓即節(jié)約氮氣的角度出發(fā)，則應該減小氣體總量。氣氛比值調節(jié)控制 回路的控制器算法采用神經網絡模糊控制器。利用實驗數據和專家經驗，離線學習后將訓 練好的神經網絡模糊控制器寫入程序。空氣流量控制和氮氣流量控制采用傳統的PID控制 器。 氣氛總量控制模塊爐體1內氣體總量越大，氣氛調節(jié)速度就越快，但消耗的氮氣 量就越多，與經濟節(jié)約相矛盾。因此，控制系統必須對氣體的總量進行控制。本設計對氣體 總量控制模塊采用神經網絡模糊控制器，根據氣氛設定值與測量值對氣體總量適時進行調 熱風排膠溫度控制模塊排膠熱空氣溫度有工藝設定，通過一閉環(huán)控制回路對熱 風溫度實時控制，因控制精度要求不高，因此采用PID控制算法。 壓力控制模塊爐膛內壓力的大小對氣氛及溫度都是一個干擾。壓力越大，表明爐 體l內氣體越多，從而升溫耗能量越多，調節(jié)氣氛所需氣體也越多。因此，必須控制爐內壓 力在一個適合的范圍。對壓力的控制精度要求并不嚴格，所以用一個簡單的PID控制器就 可以完成。 循環(huán)冷卻控制模塊由循環(huán)溫度控制回路和循環(huán)冷卻氣體流量控制回路組成串級 控制回路。循環(huán)冷卻溫度控制回路是一個不可缺少的環(huán)節(jié)，當電爐要求快速降溫，自然冷 卻的速度達不到要求時，啟動循環(huán)冷卻控制回路。循環(huán)冷卻氣體流量控制回路則用來根據 鐘罩爐降溫的工藝要求實時調節(jié)循環(huán)風機頻率和6 27個循環(huán)冷卻氣體閥門(二垛三組 溫區(qū)6個閥門，四垛三組 九組溫區(qū)3 9個閥門，八垛六組 十五組溫區(qū)6 15個閥門， 十六垛九組 二十七溫區(qū)9 27個閥門)改變通入爐內的冷卻氣體量，達到控制降溫速率 的目的。循環(huán)冷卻控制回路采用神經網絡模糊控制器，離線學習后再寫入控制程序。 工作原理操作工將物料21放置在窯車窯具上，通過鏈條升降機構10將窯車3升 入爐體1內，在人工智能控制系統9的工控計算機上輸入工藝燒結程序，并下載到工控計算 機中，然后通過工控計算機對爐體1內的壓力進行測試，合格后啟動工控計算機上按鈕運 行燒結程序。工控計算機通過PLC控制模塊和控制執(zhí)行元件溫度控制器、氣體質量流量計 全過程(升溫、恒溫、降溫段)對工藝設定的溫度、氣氛、壓力曲線實現實時跟蹤控制與監(jiān) 控，直到工藝燒結程序運行結束工控計算機自動停止爐體1內加熱裝置的運行，完成一個 完整的軟磁鐵氧體燒結的工藝燒結流程。 在實際運用中，二垛 十六垛技術性能數據如下 燒結物 軟磁鐵氧體 窯爐產能 二垛(250 300) kg——十六垛(1800 2500) kg磁芯/爐 標準周期 22 24小時 每垛最大尺寸 340 400) X (400-440) X 1000mm最高工作溫度1420°C卸料溫度《150°C加熱速率最大4 5°C /min冷卻溫度80(TC以上最快為6 l(TC /分800。C降到150°C最快5小時窯內氣氛100% N2到100% 02可控氣氛變化率從21% 02降到50卯m，最快1. 5小時爐膛壓力0 5. OKpa可調加熱總功率二垛(98 126) kW-十六垛(441 567) kW排膠熱風加熱功率二垛36kW--十六垛162kW溫度控制精度±rc氣氛控制精度±0. 5% (Pb級)± 20ppm (ppm級)從原理上分析，本實用新型較傳統型連續(xù)爐推板窯、間歇爐鋼包爐、鐘罩爐做了以下幾方面的改進和創(chuàng)新 1)將人工智能神經網絡模糊控制技術應用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣 氛鐘罩式二垛 十六垛(二垛、四垛、八垛、十六垛)電阻爐的溫度和氣氛場的控制；顯著提 高了設備溫度和氣氛場的均勻性，大大提高了設備工藝性能，使磁芯產品燒結的合格率和 一致性得到顯著提高。 2)通過熱工計算較傳統鐘罩爐增加爐體長度方向尺寸，增加發(fā)熱元件的數量和功 率，加大冷卻換熱器及風機的功率，加大承重板的尺寸，在滿足工藝燒結要求的情況下，每 爐燒結磁性材料產品的重量可提高30 50%，大大的提高了傳統軟磁鐵氧體鐘罩爐的生 產效率，在國內外當屬首創(chuàng)。 3)運用DCS計算機控制技術于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式二 垛 十六垛(二垛、四垛、八垛、十六垛)電阻爐的的過程控制，一方面大大提高了設備控制 系統的可靠性，另一方面大大提高了設備與人的信息交換能力，人機交換界面十分友好。 4)設備爐襯全部采用進口多晶氧化鋁纖維，為防止頂襯纖維組塊容易脫落的現 象，在內襯纖維組塊結構上使用了大組塊，同時頂部增加碳化硅棒作為頂部支撐加強筋，徹 底的改善了爐頂內襯的使用壽命。 5)對氣氛控制系統，采用了總量尋優(yōu)智能控制，節(jié)氣效果明顯。 6)同時采用獨特的點、面、底、接線盒等多種進氣方式，沒有明顯漏氣點，由于進氣
方式的特殊方式所產生的氣氛旋流場可完全克服燒結過程中氣氛場的波動，能確保軟磁鐵
氧體材料在燒結過程中，二價鐵、三價錳不氧化得到有效保護并達到氣氛場混合的一致性，
氧含量可以控制在20個卯m內； 7)設計全面采用機電一體化技術，實現了磁芯燒結過程的全自動控制。 8)熱風排膠系統較傳統鐘罩爐增加脫膠風量一倍，提高了鐘罩爐的脫膠效果。 9)采用循環(huán)管道、換熱器、變頻控制的冷風風機、角座閥門組成的強制循環(huán)風冷回 路，通過獨特的神經模糊網絡人工智能計算機控制技術根據工藝要求實現降溫段溫度自動 跟蹤的快速循環(huán)冷卻，整個循環(huán)風冷回路由于采用氣簾和特殊軸密封技術，無明顯漏氣點，可確保大風量冷卻過程中氣氛場的穩(wěn)定與混合的一致性，相對傳統爐型，由于是將爐內大 量氣體用變頻控制的風機通過循環(huán)管道、換熱器、角座閥門和蝶閥采用強制循環(huán)換熱風冷， 冷卻效率及工藝控制精度大大提高。 10)由于鐘罩爐工作的靈活性，可以根據用電的高峰和低峰的時間差，調節(jié)工藝設 置?？砂焉郎?、恒溫段盡量安排在晚上用電波峰進行燒結，把降溫段安排在白天用電波谷進 行燒結，由于用電波峰與波谷的價格不同，為此可以節(jié)電20%以上。 以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于 上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。應當指 出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和 潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求一種用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐，其特征在于它包括爐體(1)、爐架(2)、窯車(3)、軌道(4)、熱風排膠系統(5)、循環(huán)冷卻系統(6)、氣氛控制系統(7)、壓力控制系統(8)、計算機人工智能控制系統(9)以及升降機構(10)，所述爐體(1)安裝于爐架(2)上，爐體(1)的底部設有作為活動爐門的窯車(3)，窯車(3)安裝于軌道(4)上并與升降機構(10)相連，所述熱風排膠系統(5)通過管路與爐體(1)相連通，所述循環(huán)冷卻系統(6)通過管路與爐體(1)的頂部和底部相連通，所述氣氛控制系統(7)通過管道與爐體(1)及窯車(3)相連通，所述爐體(1)、熱風排膠系統(5)、循環(huán)冷卻系統(6)、氣氛控制系統(7)、壓力控制系統(8)以及升降機構(10)均與計算機人工智能控制系統(9)相連并由其控制。
2. 根據權利要求1所述的用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐，其 特征在于所述爐體(1)的內壁上襯有耐火材料(12)，爐體(1)內設有采用平行布棒方式 的兩根以上的硅碳棒(13)并形成兩個以上的溫區(qū)，每個溫區(qū)裝有一個以上的測溫熱電偶 (ll)，所述測溫熱電偶(11)與計算機人工智能控制系統(9)相連。
3. 根據權利要求2所述的用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐，其 特征在于所述爐體(1)內按垛分為二垛爐、或四垛爐、或八垛爐、或十六垛爐，所述二垛爐 分為三組溫區(qū)，四垛爐分為三 九組溫區(qū)，八垛爐分為六 十五組溫區(qū)，十六垛爐分為九 二十七組溫區(qū)，所述爐體(1)中每垛承燒板的寬度為340 400mm，長度為400 440mm，沿 爐體(1)長度方向的相鄰硅碳棒(13)的中心間距為610 660mm。
4. 根據權利要求1所述的用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐，其 特征在于所述熱風排膠系統(5)包括排膠風機(14)和空氣預熱器(15)，排膠風機(14)的 輸出端經空氣預熱器(15)和管道與爐體(1)相連通。
5. 根據權利要求1所述的用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐，其 特征在于所述循環(huán)冷卻系統(6)包括循環(huán)冷卻風機(16)、換熱器(17)及角座閥(18)，從 爐體(1)頂部通過高溫管道引出高溫保護性氣體依次經換熱器(17)、循環(huán)冷卻風機(16)、 低溫管道、角座閥(18)以及開設于爐體(1)上每個控溫點的循環(huán)冷卻氣體進氣口 (19)進 入爐體(1)內進行冷卻循環(huán)，用于控制氣體流量的角座閥(18)安裝于進氣口 (19)處。
6. 根據權利要求1所述的用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐，其 特征在于所述氣氛控制系統(7)包括與計算機人工智能控制系統(9)相連的氮氣質量流 量計和空氣質量流量計或氧氣質量流量計，通過計算機人工智能控制系統(9)控制氮氣質 量流量計和空氣質量流量計或氧氣質量流量計向爐體(1)內送入相應配比的不同氣體。
7. 根據權利要求1所述的用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐，其 特征在于所述壓力控制系統(8)包括安裝于爐體(1)上的排空管道及與計算機人工智能 控制系統(9)相連的調節(jié)閥(20)，所述調節(jié)閥(20)裝設于排空管道上
8. 根據權利要求l或2或3或4或5或6或7所述的用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能 可控氣氛鐘罩式電阻爐，其特征在于所述計算機人工智能控制系統(9)包括人機交互模 塊、協調決策模塊、數據處理模塊、窯車升降模塊、排氣模塊、溫度控制模塊、快速冷卻模塊、 氣氛控制模塊、氣氛總量控制模塊、壓力控制模塊以及報警處理模塊。
專利摘要一種用于軟磁鐵氧體燒結的人工智能可控氣氛鐘罩式電阻爐，它包括爐體、爐架、窯車、軌道、熱風排膠系統、循環(huán)冷卻系統、氣氛控制系統、壓力控制系統、計算機人工智能控制系統以及升降機構，所述爐體安裝于爐架上，爐體的底部設有作為活動爐門的窯車，窯車安裝于軌道上并與升降機構相連，熱風排膠系統通過管路與爐體相連通，循環(huán)冷卻系統通過管路與爐體的頂部和底部相連通，氣氛控制系統通過管道與爐體及窯車相連通，爐體、熱風排膠系統、循環(huán)冷卻系統、氣氛控制系統、壓力控制系統以及升降機構均與計算機人工智能控制系統相連并由其控制。本實用新型具有結構緊湊、操作簡便、自動化程度高、控制精度高、適用范圍廣、產品質量好等優(yōu)點。
文檔編號F27B5/14GK201476537SQ20092030458
公開日2010年5月19日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權日2009年6月17日
發(fā)明者侯季淹, 侯擁和, 宇文靜, 莊永濱, 張勛郎, 彭偉, 易煥能, 楊克輝, 楚淇, 歐陽建, 王朋生, 高平立 申請人:長沙礦冶研究院