計(jì)算機(jī)程序化控制在感應(yīng)電爐熔煉中的應(yīng)用分析

唐凌峰

（中銅華中銅業(yè)有限公司裝備保障部，湖北 黃石 435005）

1 前言

結(jié)合鑄造行業(yè)出具的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)能夠看出，我國鑄造業(yè)每年的廢品率有接近60%～70%都是源于材質(zhì)質(zhì)量類問題，主要集中是鑄件發(fā)生變形、縮陷以及裂紋等缺陷情況，從而影響鑄造件材質(zhì)的性能。但是，鑄件在實(shí)施批量生產(chǎn)的過程中，每批鑄件或者是一批鑄件可能出現(xiàn)機(jī)械性能以及材質(zhì)質(zhì)量都較為接近的情況，特別對(duì)于化學(xué)成分控制范圍相對(duì)較為狹小的鑄件以及熔煉工藝范圍控制較小的鑄件中，比如，常見的有風(fēng)力發(fā)電類鑄件，還有應(yīng)用在特殊用途上的鑄件，一些對(duì)材質(zhì)要求非常高的鑄件等等，要想保證鑄件材質(zhì)質(zhì)量的均一性，顯然是十分困難的。所以，為了更好地穩(wěn)定鑄造材質(zhì)的質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)配備一套較為全面、科學(xué)的鑄件生產(chǎn)施工技術(shù)以及相應(yīng)的管理措施。對(duì)于生產(chǎn)鑄造企業(yè)而言，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，持續(xù)挖掘企業(yè)的發(fā)展?jié)摿?，?shí)現(xiàn)降本增效的目的，進(jìn)而提升企業(yè)在行業(yè)發(fā)展中的競爭力，必然要求以提升鑄件材質(zhì)質(zhì)量為重要前提，需要依靠科學(xué)的熔煉配料以及加入相應(yīng)的貴重合金，全面提升鐵水熔煉效率，持續(xù)降低電力能源消耗以及降低鐵水浪費(fèi)的情況發(fā)生。充分利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)施管理，可以更好地控制整個(gè)鑄造熔煉階段的鐵水質(zhì)量，持續(xù)降低鑄件成品變成廢品的概率，從而降低鑄造企業(yè)的生產(chǎn)成品，最終獲得更高質(zhì)量和更加優(yōu)質(zhì)的鑄件，這也是當(dāng)前我國鑄造業(yè)最突出的發(fā)展趨勢。

2 目前鑄造企業(yè)熔煉工部設(shè)備現(xiàn)狀

目前，鑄造企業(yè)熔煉工部設(shè)備的連接核心部件是計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)相連接的設(shè)備主要有以下幾個(gè)。

（1）熱分析儀。主要作用將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。

（2）測溫槍。也是將測量所得的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。

（3）稱量電子秤。當(dāng)完成計(jì)重稱量后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。

（4）實(shí)驗(yàn)分析儀器。需要將實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)管理系統(tǒng)。

（5）感應(yīng)電爐熔煉設(shè)備。

（6）光譜分析儀。

由此可以看出，計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)是集合了熱分析儀、測溫槍、稱量電子秤、實(shí)驗(yàn)分析儀、感應(yīng)電爐熔煉設(shè)備以及光譜分析儀等多臺(tái)設(shè)備，并且能將所有連接設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，作出相應(yīng)的程序化控制，以保障感應(yīng)電爐熔煉質(zhì)量和水平。

3 熔煉管理質(zhì)量控制流程

整個(gè)熔煉管理質(zhì)量控制流程具體劃分成9 個(gè)步驟。

（1）待澆注鑄件工藝查詢。在此步驟中需要完成鑄造工藝的調(diào)整以及材質(zhì)配料的調(diào)整；在材質(zhì)配料進(jìn)行計(jì)算的過程，首先需要確定的配料總量還有生鐵以及廢鋼的具體配比，此外，還要選擇好相應(yīng)的預(yù)配料工藝牌號(hào)種類，之后將通過數(shù)據(jù)庫調(diào)用對(duì)應(yīng)元素的與含量，還要調(diào)取庫中有關(guān)生鐵、廢鋼還有回爐料等多種成分，充分應(yīng)用好數(shù)學(xué)模型從而計(jì)算不同爐料的重量配比，對(duì)所有的信息進(jìn)行保存。

（2）查詢結(jié)果提示配料數(shù)據(jù)庫中配料編號(hào)，結(jié)合具體的配料編號(hào)進(jìn)行相應(yīng)配料的提取，同時(shí)做好打印上料工作程序；借助VISUALBASIC6.0 程序工具，充分應(yīng)用access 數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建相應(yīng)的工藝錄入以及查詢系統(tǒng)。具體的編程用語可以應(yīng)用SQL 語句對(duì)具體的工藝卡數(shù)據(jù)庫實(shí)施復(fù)合條件信息方面的查詢，從而提升查詢效率以及查詢速度。在具體使用過程中，可以使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊電腦窗口中錄入的查詢結(jié)果，點(diǎn)擊后將彈出待查看的各類工藝卡片信息，此時(shí)還可以借助excel 形式進(jìn)行信息的導(dǎo)出，將其打印成工藝卡。這種方式有效地改變了傳統(tǒng)使用的過于費(fèi)時(shí)且費(fèi)力的工作流程。通過軟件操作，通常只需要數(shù)秒鐘的時(shí)間就能夠查詢到相應(yīng)的工藝數(shù)據(jù)，切實(shí)提升了工藝查詢的速度和效率。而且，這種做法也更體現(xiàn)出科學(xué)性，降低了施工現(xiàn)場無法查詢到工藝信息或者是施工人員不了解具體工藝要求的情況導(dǎo)致出現(xiàn)盲目澆注的現(xiàn)象發(fā)生，有助于降低出現(xiàn)熔煉廢品的概率。

（3）進(jìn)行光譜分析采樣，之后再對(duì)取樣樣品成分進(jìn)行分析。

（4）借助軟件完成成本數(shù)據(jù)信息的接收，并完成工藝對(duì)比，檢驗(yàn)成分是否達(dá)標(biāo)，其結(jié)果可能是達(dá)標(biāo)的，也可能是不達(dá)標(biāo)的。

（5）如果是達(dá)標(biāo)的情況下，需要對(duì)工藝步驟進(jìn)行檢驗(yàn)，保證工藝滿足要求，保證工藝是合格的。

（6）如果是不達(dá)標(biāo)的情況下，同樣要對(duì)工藝步驟進(jìn)行檢驗(yàn)，以確認(rèn)其工藝是不合格的。

（7）接收試驗(yàn)成分?jǐn)?shù)據(jù)，以便做好熔煉前的調(diào)整及相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算。

（8）要做好錄入窗口的澆注，完成數(shù)據(jù)接收后再次確認(rèn)最終的工藝成分。這一過程還包含澆注錄入與鑄件信息的查詢。實(shí)際操作人員可以在澆注鑄件前，采取輸入待澆注鑄件圖號(hào)的方式實(shí)現(xiàn)工藝查詢，具體查詢到的信息主要囊括待澆注件的工藝牌號(hào)成分的具體控制范圍還有配料編號(hào)，同樣還包含熔煉澆注工藝參數(shù)等方面的信息。在此過程中，操作者只需要借助操作程序就能夠掌握該澆注鑄件的具體工藝控制要點(diǎn)，而且還能按照具體的配料編號(hào)進(jìn)行配料的提取，完成配料提取之后再進(jìn)行上料等流程操作。待金屬鐵料熔化后，可以結(jié)合具體的熔煉要求做好化驗(yàn)取樣方面的工作。此外，化學(xué)成分信息的錄入屬于光譜讀取數(shù)據(jù)錄入，在此過程中，操作者切不可弄虛作假。在實(shí)施鑄件澆注前，當(dāng)完成光譜試驗(yàn)導(dǎo)入錄入窗后，如果看到了某元素背景呈現(xiàn)出黃色的情況下，則表示這一元素的成分控制已經(jīng)超標(biāo)了，此時(shí)，操作者要及時(shí)作出調(diào)整。一旦完成化學(xué)成分的錄入后，將無法對(duì)其做出修改；相反，如果操作人員在此過程中并沒有注意到黃色背景警示信息，一旦出現(xiàn)重點(diǎn)元素遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過工藝控制范圍的情況下，必然會(huì)對(duì)材質(zhì)性能帶來極大的影響，而且管理人員也必然會(huì)對(duì)操作者做出考核處罰。

（9）進(jìn)行包內(nèi)鐵水的注入，測量好溫度并實(shí)施鑄件澆注。在這個(gè)階段，需要注意幾個(gè)方面的事宜，一個(gè)是要確保鑄件不存在材質(zhì)質(zhì)量方面的問題，一個(gè)是要做好澆注記錄的填寫及相關(guān)記錄的查詢，還要進(jìn)行澆注試棒機(jī)械性能試驗(yàn)。

4 熔煉工部成本控制流程

熔煉工部成本控制主要流程有以下幾個(gè)。

（1）進(jìn)行鑄件配料的成本控制。

（2）對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃爐料成本進(jìn)行估算；在這個(gè)過程中需要注意的是：要結(jié)合月生產(chǎn)鑄件的具體計(jì)劃或者是具體某個(gè)時(shí)間段的需要生產(chǎn)摻量，從理論上對(duì)爐料試用料進(jìn)行估算，如：①要結(jié)合生產(chǎn)月計(jì)劃作出相應(yīng)的估算，從而對(duì)各類爐料所需的理論使用量還有理論配料噸成本進(jìn)行預(yù)估，比如，需要多少生鐵、需要多少廢鋼、需要多少回爐料以及合金等。要結(jié)合各爐料使用量以及噸成本對(duì)結(jié)果進(jìn)行估算，從而對(duì)回爐料的具體的產(chǎn)出量，還有回爐料配料的具體使用量進(jìn)行估算，還應(yīng)當(dāng)充分考慮到對(duì)回爐料的具體使用缺口以及欲控制噸成本指標(biāo)。不僅要保證材質(zhì)質(zhì)量，同時(shí)更好地各個(gè)工藝牌號(hào)的具體配比做出更加科學(xué)的調(diào)整，進(jìn)一步控制好配料的總成本。不僅為企業(yè)生產(chǎn)提供重要的理論依據(jù)，更有助于讓企業(yè)的各項(xiàng)資金用到實(shí)處。②結(jié)合具體澆筑鑄件做好估算爐料所需使用量的估算，在此過程中，我們通常需要統(tǒng)計(jì)和查詢多種爐料的實(shí)際使用量以及理論使用量，并且還要結(jié)合具體對(duì)照檢查的應(yīng)用措施，還要提醒具體操作人員務(wù)必要按照具體的工藝配料進(jìn)行施工，要對(duì)操作者進(jìn)行考核，要對(duì)實(shí)際使用配料噸成本進(jìn)行控制。這一做法的目的也是為了防止出現(xiàn)違反規(guī)定使用工藝配料的現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致成本難以控制或者是成本超出預(yù)算。

（3）統(tǒng)計(jì)感應(yīng)電爐熔煉耗電能耗。

（4）統(tǒng)計(jì)爐料的實(shí)際用量情況。

（5）結(jié)合實(shí)際澆筑鑄件對(duì)爐料使用量以及成本進(jìn)行估算。

（6）進(jìn)行爐料盤庫的結(jié)算。

5 熔煉程序化控制應(yīng)用

整個(gè)熔煉程序化控制應(yīng)用包含以下幾個(gè)流程。

（1）系統(tǒng)熔煉施工現(xiàn)場質(zhì)量控制流程。主要囊括熔煉質(zhì)量控制流程以及鑄件工藝數(shù)據(jù)的調(diào)用，還有查詢待澆注鑄件信息，完善爐后配料系統(tǒng)信息，對(duì)爐前化學(xué)成分進(jìn)行檢驗(yàn)，更要計(jì)算好爐前成分的相應(yīng)調(diào)整，并對(duì)指定鑄件進(jìn)行澆注。

（2）系統(tǒng)鑄件機(jī)械性能管理控制流程。在這一流程中，重點(diǎn)要對(duì)鑄件機(jī)械性能進(jìn)行管理，囊括對(duì)各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)各大成分波動(dòng)趨勢做出統(tǒng)計(jì)分析，還要做好鑄件性能的查詢以及跟蹤。在具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析過程中，要對(duì)機(jī)械性能反饋配料情況做出分析；在進(jìn)行鑄件性能查詢以及跟蹤階段，還要出具相應(yīng)的鑄件出廠報(bào)告，做好對(duì)應(yīng)澆筑記錄的查詢。最終實(shí)現(xiàn)配料系統(tǒng)和工藝控制標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)合。

（3）系統(tǒng)鑄件廢品統(tǒng)計(jì)分析管理。在此熔煉程序化控制過程中，需要做好以下幾個(gè)方面的工作：①要做好廢品統(tǒng)計(jì)，做好廢品統(tǒng)計(jì)分類以及廢品的生產(chǎn)反饋，將廢品統(tǒng)計(jì)分類信息反饋給技術(shù)部門，將廢品生產(chǎn)反饋到生產(chǎn)計(jì)劃中。②要做好熔煉工藝方案及具體工藝方案內(nèi)容的修改，最終確定工藝方案內(nèi)容。

（4）系統(tǒng)金屬爐料管理。系統(tǒng)金屬爐料管理主要囊括鑄件配料的成本控制以及生產(chǎn)計(jì)劃爐料的估算，要對(duì)爐料的實(shí)際使用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以及成本計(jì)算，還要結(jié)合實(shí)際澆筑鑄件來估算爐料的實(shí)際使用量以及成本使用情況，最終做好爐料盤庫結(jié)算。

（5）系統(tǒng)是系統(tǒng)熔煉相關(guān)數(shù)據(jù)采集和能耗統(tǒng)計(jì)。主要統(tǒng)計(jì)的信息包含測溫槍曲線記錄信息、班組能耗的情況、熱分析數(shù)據(jù)情況、感應(yīng)電爐功率實(shí)時(shí)曲線情況以及時(shí)段能耗，還有每爐次熔煉時(shí)間、重量以及能耗等信息內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)。

6 程序化控制在鑄鐵熔煉中的應(yīng)用總結(jié)

將計(jì)算機(jī)程序化控制應(yīng)用到鑄鐵熔煉中，有如下幾個(gè)突出的優(yōu)勢特征。

（1）可以更加穩(wěn)定地對(duì)鐵水成分以及機(jī)械性能類的多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行控制，同時(shí)可以更加有效地對(duì)各類廢品實(shí)施分類統(tǒng)計(jì)，對(duì)各項(xiàng)工藝牌號(hào)以及配料做好自動(dòng)統(tǒng)計(jì)以及智能調(diào)整。

（2）充分應(yīng)用好光譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接讀入的方式，同時(shí)還可以一次性對(duì)多種合金元素的具體添加量進(jìn)行計(jì)算，有效提升了多次計(jì)算導(dǎo)致工作效率的降低，而且能保證計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確且不出錯(cuò)，降低合金成本，更有助于節(jié)省鑄件噸成本。此外，通過應(yīng)用到計(jì)算機(jī)程序化控制系統(tǒng)也能夠?qū)﹁F水成分以及溫度檢測，還有電子稱量稱重，以及電爐熔煉能耗以及爐料統(tǒng)計(jì)等方面的信息進(jìn)行直接揭露，有效降低了人為因素方面的干擾，為解決鑄件生產(chǎn)質(zhì)量方面的問題提供了更加全面的數(shù)據(jù)參考。

（3）創(chuàng)建并且自動(dòng)調(diào)用鑄造工藝數(shù)據(jù)庫信息，有效提升了鑄件澆注施工現(xiàn)場的工作效率，不僅能夠有效節(jié)約時(shí)間，而且有助于降低現(xiàn)場操作人員出現(xiàn)盲目澆注的問題，切實(shí)提升現(xiàn)場澆注的工作效率。

（4）通過系統(tǒng)采用配料成本預(yù)估以及每天做好實(shí)際用料量的統(tǒng)計(jì)和理論計(jì)算得出的投爐料量進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)作出調(diào)整，不僅有助于配料成本進(jìn)行有效地控制，而且更有助于控制材質(zhì)質(zhì)量。

（5）通過應(yīng)用程序化控制可以對(duì)鐵水成分以及相關(guān)配料做好嚴(yán)格地控制，與此同時(shí)，還可以對(duì)熔煉爐的具體能耗以及時(shí)間，還有鐵水重量等多項(xiàng)參數(shù)做出更加全面地統(tǒng)計(jì)和記錄。有利于生產(chǎn)企業(yè)制定與之匹配的切實(shí)提升熔煉質(zhì)量的有效措施，制定相應(yīng)的耗能考核標(biāo)準(zhǔn)，奠定了重要的數(shù)字化工藝條件。也就是說，通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序化可以有效提升企業(yè)單位時(shí)間內(nèi)的鑄造熔煉工作效率，切實(shí)提升感應(yīng)電爐熔煉工作的質(zhì)量以及技術(shù)質(zhì)量，而且有助于使得熔煉能耗不斷降低，實(shí)現(xiàn)節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本的目的，有助于提升企業(yè)的行業(yè)競爭力。

7 結(jié)語

總而言之，計(jì)算機(jī)程序化控制對(duì)于控制鐵液的化學(xué)成分以及鑄件的力學(xué)性能都有著突出的穩(wěn)定作用，且在某方面已經(jīng)超過了歐美等一些發(fā)達(dá)國家對(duì)成分控制的標(biāo)準(zhǔn)。此外，通過光譜實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)讀入化學(xué)成分的做法，而且可以對(duì)多種合金元素的具體添加量進(jìn)行計(jì)算，有助于提升傳統(tǒng)計(jì)算方式工作效率太低的問題，更有助于提升準(zhǔn)確率，值得在感應(yīng)電爐熔煉中得到大力推廣和應(yīng)用。