黑體空腔鋼水測溫系統的優化

黃曉東

【摘 要】鋼水連續測溫系統（簡稱：R型連續測溫系統）是“BCT型黑體空腔輻射測溫儀”系列產品之一。該產品基于國家自然科學基金項目和發明者謝植教授的博士論文《黑體輻射源理論研究》的成果，是經二十多年的技術開發而研制成功的新型測溫裝置。其測溫原理是用黑體測溫管插入到鋼水中感知溫度，以專門設計的測溫探頭接受測溫管底部的紅外輻射信號，并將其輸送到信號處理器，再根據在線黑體理論確定鋼水的實際溫度。

【關鍵詞】中間包鋼水；連續測溫；機械手；氣動冷卻器；優化

0 引言

黑體空腔鋼水測溫系統的應用實現了中間包鋼水溫度的連續準確測量，對增加連鑄產量、提高產品質量、降低耐材消耗、穩定生產，節能減排，具有重要意義并可取得明顯的綜合效益。

1 R型連續測溫系統的介紹

測溫系統的技術指標（見圖1）

2 系統配置

通過圖2我們可以直觀了解到系統整體的配置（具體結構將在下節系統組成中詳細介紹）

3 系統結構及功能

3.1 鋼水測溫管

3.1.1 功能：直接插入鋼水內感知溫度（見圖3）

3.1.2 結構：鋼水連續測溫管由內、外兩層管套裝而成，通過固接管與測溫探頭連接。

3.2 測溫探頭

測溫探頭主要起到匯聚光學信號的作用，并完成光電信號的轉換功能。為減輕探頭鏡片污染，產品設計了多層防塵結構，采用三層鏡片、長久內通風系統保證探頭內的清潔，而外通風系統則是保證探頭在適應的環境溫度下工作。

3.3 信號處理器

信號處理器接收由探頭轉換得到的電信號，根據在線黑體空腔理論計算出被測鋼水溫度并進行顯示。功能如下：

顯示鋼水溫度及探頭環境溫度，可輸出4-20mA，或1-5V信號標準信號，通過RS485總線連接至大屏幕顯示器，控制自動通風裝置內電磁閥的通斷。

3.4 自動通風裝置

提供冷卻風源和長久內通風，保證探頭在正常溫度范圍內工作以及鏡片防塵功能，增強系統的可靠性。

3.5 大屏幕顯示器

大屏幕顯示器通過RS485總線與信號處理器實行串口通信，顯示鋼水與探頭環境溫度值，可以外接小屏幕，提高顯示的靈活性。

4 測溫系統的實際應用問題及改良

4.1 現階段測溫系統的缺陷

4.1.1 探頭溫度高對設備系統的影響

在煉鋼車間由于現場溫度高，1#3#連鑄機連續測溫采用的東北大學自動化有限公司提供的一套測溫系統。由于連鑄機連續拉澆，熱區電纜探頭一直處于高溫狀態下，很容易被燒壞，從而無法正確地監控鋼水溫度，極大地影響了某些特殊鋼種的正常拉澆，不能滿足生產工藝的需求。

4.1.2 信息采集的時間滯后

在澆鑄過程中，溫度控制的準確與否對產品的質量好壞起到非常重要的作用。而連續測溫儀是進行溫度控制的重要設備，而每天澆鑄生產過程中溫度無法實時監控，影響產品質量。

4.1.3 人工放置測溫管帶來的不便

開澆測量中包鋼水溫度時，生產班操作人員必須先用行車吊運測溫管至中包鋼水內，有時還需人工參與。在放置過程中，受環境溫度的影響，測溫管移動時容易斷裂。其次，由于中間包蓋板位置過高，人站在上面容易摔倒或燙傷，給整個生產帶來了不便。

4.2 連續測溫系統的改良

針對上述發現的問題及缺陷，我們組成了一個課題小組來解決這個問題。

對系統改進方案如下：

4.2.1 報警、冷卻器的應用

熱區電纜前加裝氣動冷卻器來進行冷卻。該裝置功能不需要任何電源只須要一路壓縮空氣即可產生冷卻氣，并能夠直接顯示冷氣溫度，能夠讓操作工看到溫度顯示及時調整溫度來對探頭冷卻，從而保證探頭的使用壽命。

加裝溫度報警儀，當溫度達到警戒值，及時報警，通知操作人員調整風量，冷卻測溫探頭。

4.2.2 WINCC畫面的數據采集

在工控機畫面上添加溫度顯示并加以歷史趨勢來監控溫度的變化，保證操作工能看到中包溫度，并及時記錄。設置好模擬量輸出類型，采用4—20ma電流輸出。

4.3 機械手的安裝

加裝機械手，現場操作人員可以遠程控制測溫管升降，操作簡單。

4.4 現場應急系統

當連續測溫損壞時，有可能使系統無法正常工作。因此，在現場安裝一臺點測測溫儀，防止影響鋼水質量。

5 結語

現在二套連續測溫都安裝了氣動冷卻器，機械手，工控機畫面上都添加溫度顯示并加以歷史趨勢來監控溫度，大大提高了設備的利用率、減少因溫度而引起的質量及生產中斷等事故，給穩定有序的生產創造了條件。

【參考文獻】

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[責任編輯：田吉捷]