冶金工业是国民经济的重要组成部分之一。它的发展,对促进整个国民经济的发展,有极为重要的关系,而冶金工业的发展,又与科学的发展有很密切的关系。目前,无线电电子学在冶金工业中的应用,已取得了相当惊人的成绩。像应用电子束进行重要工业金属的熔炼,用高频作热源熔炼合金钢;应用超声波检查钢管焊缝的质量;应用放射性同位素测量金属板、箔的厚度;用光电设备进行测量和分析车间内尘埃的浓度以及利用静电除去冶金车间的尘土等。所有这些都是直接或间接地应用了电子学方法和电子设备。可见,无线电电子学对冶金工业生产的熔炼、测量和分析等起着极重要的作用。
冶金工业包括的范围很广,本文只举几个例子来说明无线电电子学在冶金工业中的具体应用及其简单原理。
熔炼

熔炼合金钢时,常用电子管式高频热源(参阅图1)。其工作的简单原理是:用电子管自激振荡器产生高频的振荡(参看图1)通过电感耦合,将高频振荡耦合到感应器中去。这样,如果将要熔炼的钢铁或合金盛在坩埚中置入感应线圈内,则金属中因磁通发生高频率变化发热熔化,而进行熔炼。振荡器的能量由整流器供给,由控制系统进行控制。采用这种高频热源来熔炼合金钢,有不少优点:没有外加杂质的渗入,控制方便迅速等。
利用电子设备进行熔炼的另一方法是“电子束熔炼”。电子束熔炼是在真空状态下进行的。这种方法有独特的优点:1.金属的加热温度可以提高很多,并因和外界空气隔离,而能得到纯度很高的难熔金属,像钼、钽、铌、和活性金属钛、锆、及其它的难熔的重要工业金属和高级合金;2.可以熔炼任何状态的金属,如粉末状、海绵状、屑状、棒状等;3.设备效率高(可大于95%);4.操作简单;5.可以任意控制熔炼时间和熔炼速度。

用电子束熔炼时,以炉料作阳极(参阅图2),以丝极作阴极。当丝极加热到一定程度时,便逸出电子。这些电子受阳极高压正电位的吸引,而迅速冲向阳极(炉料),于是发生大量热而使金属熔化,滴在水冷坩埚中。这种工作原理有些像真空二极管的工作原理。
电子炉的组成部分一般包括电子发射器(点状、板状或环形阴极)、电子束控制系统(聚焦、散射、加速、减速)、结晶器、大功率的真空系统和材料的输送设备等。为延长阴极使用寿命,常将电子枪和熔炼室分开,并采用间接加热法。阴极是用放射能力强的钨、含钍钨或钼等材料制成。电子束炉适用于生产原子能、导弹和宇宙飞船用等重要工业金属。
检 测
在冶金生产的检验过程中,也常用电子设备,例如轧制钢板材料时,就采用放射性测厚仪。这种仪器虽然是利用放射性元素的辐射穿透性,但实际上还是电子仪器。

图3是放射性测厚仪的简图。这种测厚仪是一种非接触式和无损伤检验器。
测厚仪包括射线源,电离室,放大器,显示器。在压延金属箔或薄钢板的过程中,可以随时测出运行中的金属箔或板材的厚度,非常迅速。同时,能及时发出信号,把厚度变化情况送进自动控制装置。这样,轧辊的压延量可由自动控制装置来自动调整,使产品厚度保证在一定的公差范围内。

超声波探测方法也常用于冶金工业中。图4为超声波探伤的原理图。在现代化的钢管厂中,用这种方法检查焊缝质量是很有效的。它的工作原理如下:脉冲发生器产生具有一定频率的重复脉冲,称之为探测脉冲。探测脉冲有三条路线:1.送入放大器放大,然后再送到示波管的垂直偏转板上;2.送到时基发生器去触发时基扫描发生器,使其产生扫描电压,加到示波管的水平偏转板上去;3.送到换能器上。换能器由于超音频脉冲电压的作用而产生固定频率的超声波。超声波在固体内传播时遇不同物质时就在分界面上发生反射。反射波被同一换能器接收,放大后也送到示波管的垂直偏转板上去。这样,示波管的屏幕面上便出现了发射脉冲,裂缝的(或孔洞的)、界面的反射脉冲,以指示材料中的缺陷,如铸件内的气孔、裂缝、夹杂等,另外也可用来测材料厚度等。
测尘和除尘

在冶金车间内,特别是熔炼重要工业金属的车间,检查尘埃量是很重要的。图5是测量尘埃电子设备的方框图。用一光源照射车间内含尘空气,尘埃将光反射而照到光电管上。光电流与反射光的类型和光通量有关。光电管接收被尘埃放射的光后,便产生和闪闪发光相应的脉冲电流,经放大器放大后进行检波,从而在指示器上读出尘埃量。这种读数为平均值。如将脉冲光电流,用计数电路在一定时间内计数,还可读出瞬时值。若将图5电路进行一些适当变化,可一方面测出车间内含尘量,一方面还能测出粒度大小及尘埃种类。据此我们就可以作出相应措施来控制尘埃量,既保证了车间工作人员的健康和安全,又保证了熔炼质量。此外还可用静电方法除尘。方法是用振荡器产生高频振荡,经升压后,进行整流,输出几万伏的高压静电,通至集尘的导体上。静电压愈高,除尘效率也愈高,不过太高了要引起放电或绝缘击穿。在16米/秒风速的风泵吸引时,可使90%以上的尘埃沉积下来。
其他方面的应用
在熔炼难熔的高温金属及放射性元素时,为改善操作人员的工作条件和安全起见,工作人员可以在远方的车间控制室内,进行遥测、遥控,并用工业电视观察生产情况,如车间内某些仪表的读数,某部机器的运转情况等等。
另外在冶金生产的全盘自动化及车间自动化中,电子设备也是不可缺少的重要部分。它对冶金生产力的提高起着巨大作用。
要研究冶金机械在生产过程中,某个部分的应力或变形,可以用电阻应变仪测量;冶金生产所用的动力设备发生放电时,可以用火花指示器检测;动力电缆发生断线或接地、闪络故障,可以用专用示波器和闪络示波器测量和检查。冶金生产所用的热工自动控制、轧制过程中的张力测量,产品计数等都可以应用电子设备,诸如此类,兴不胜举。
从以上所介绍的几点,可以说明无线电电子学在冶金生产中所起的作用。我们相信随着无线电电子学的发展和冶金生产本身发展的需要,今后会有更多的电子设备应用到冶金工业中来。(唐洪海)