內熱式多級連續真空爐廣泛應用于二元合金的分離中，但由于爐膛冷凝罩內溫度均勻性差而影響了產品質量。真空爐溫度控制水平不高是導致真空爐爐溫均勻性差，制約真空爐廣泛應用和發展的重要原因。本文以內熱式多級連續真空爐溫度控制為研究對象，利用模糊算法離線整定PID(由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成的控制器)參數，得到了較為理想的控制效果。同時利用有限元法分析真空爐溫度場分布規律并依此安裝測量熱電偶，在未加料的情況下測量結果表明：利用模糊算法整定PID參數后爐膛內各測試點溫度偏差較改善前明顯縮小，偏差降低率最小為2.38%，最大為6.35%。提高了真空爐冶煉合金的種類范圍和產品質量。

　　爐溫均勻性是真空冶金爐的主要性能指標，是保證產品質量的重要工藝參數。內熱式多級連續真空爐作為真空冶金的代表性設備之一，應用于多種二元合金的分離，特別在分離Sn-Pb二元合金中，因其處理流程短、產品質量高、幾乎零污染等優點，得到廣泛應用。雖然在工業生產中投用多年，但冷凝罩內物料溫度難以在線檢測，溫度均勻性和穩定性難以保證，影響了產品質量，制約了該爐在不同合金分離中的應用和發展。近年來關于真空冶金爐數值模擬方面的研究比較多，但真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)發現未見關于改善真空冶金爐溫度場均勻性方面的文獻。

　　本文根據有限元法分析真空爐溫場分布規律，對內熱式多級連續真空爐冷凝罩內物料分離段安裝雙鉑銠高溫熱電偶測量爐內溫度。設計了一種模糊整定PID參數控制器，通過對真空爐溫度控制系統的優化，有效降低了溫度突變區域，改善了爐溫均勻性，保證產品質量。

1、內熱式多級連續真空爐溫度場均勻性測定

　　1.1、內熱式多級連續真空爐模型的物理描述及爐溫有限元分析

　　內熱式多級連續真空爐由12級蒸發盤、3層冷凝罩、供電裝置、抽真空系統和水冷系統等組成。利用石墨電柱將電能轉換為熱能對坩堝內熔體進行加熱。其中水冷系統既使爐殼溫度保持在相對低的溫度下，又使爐膛內形成溫度差，使蒸發盤上的金屬分子向冷凝盤上富集，達到分離提煉金屬的目的。真空爐示意圖如圖1所示。

圖1　內熱式多級連續真空爐結構示意圖

圖2　內熱式多級連續真空爐冷凝罩分析簡圖

　　抽真空后，爐膛內仍存在稀薄氣體。在輻射換熱中，假設氣體只有氮氣和氧氣混合物，從工程熱輻射角度分析，氧氣、氮氣均為對稱的雙原子結構分子，無吸收熱輻射的能力，可看作不參與輻射換熱的透明體，石墨電柱的熱輻射能直接穿過稀薄空氣介質到達爐壁，爐壁吸收輻射能而升溫，爐壁和加熱體之間形成輻射場，對放入輻射場中的物體產生輻射溫度。為了利用有限元法分析爐膛內溫場分布情況，將圖1冷凝罩以內的部分簡化為圓柱狀，如圖2所示。由于該爐爐膛內溫度場主要由石墨電柱和爐壁之間的熱輻射形成，因此忽略石墨電柱和爐壁分別與空氣介質之間的熱傳導。

4、結論

　　本文根據有限元法分析了內熱式多級連續真空爐溫度場的分布，并結合真空爐體積，安裝了四組測量高溫熱電偶測量冷凝罩內的實際溫度。以內熱式多級連續真空爐的溫度為被控對象，利用模糊算法離線整定PID各個參數設計控制器。通過對控制器改進前后溫度數據的比較，結果說明：

　　①改善后，爐膛溫度控制效果得到明顯提高。

　　②根據測溫熱電偶的測量，控制器在改善后，冷凝罩內溫度偏差降低率最高下降了6.35%。

　　針對目前真空爐溫度測量難度大，控制水平低和溫度場均勻性差等現狀，本文以內熱式多級連續真空爐為研究對象，在提高生產效益的同時也對不同類型真空冶金爐的改善有一定的參考意義。