鋼水連續(xù)測溫系統(tǒng)在連鑄中包上的應(yīng)用

劉曉進(jìn)

摘 要：本文主要指出了鋼水連續(xù)測溫技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和良好的應(yīng)用前景，介紹了黑體輻射測溫技術(shù)的特點(diǎn)，并且分析了基于黑體輻射測溫技術(shù)的連續(xù)測溫系統(tǒng)在現(xiàn)場生產(chǎn)中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：連續(xù)測溫;黑體輻射;發(fā)展應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TF341.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0076-02

1 連鑄中包測溫技術(shù)的發(fā)展

在連鑄生產(chǎn)過程中，中包內(nèi)鋼水溫度是決定連鑄鋼水澆鑄速度，控制二冷區(qū)噴淋冷卻水量，影響鑄坯質(zhì)量的重要生產(chǎn)參數(shù)。快速、準(zhǔn)確可靠的鋼水溫度測量是控制鋼水過熱度，降低生產(chǎn)成本必不可少的方法。

長久以來，一次性快速熱電偶測溫技術(shù)作為鋼水溫度測量的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)在中包測溫作業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。按照這種測量技術(shù)的要求，工人需要每隔5到10分鐘使用一次性快速熱電偶對(duì)中包內(nèi)的鋼水進(jìn)行間斷式手動(dòng)測量。

這種間斷式手動(dòng)測量方法存在以下不足：

（1）工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，頻繁在具有較大危險(xiǎn)性的作業(yè)環(huán)境中工作。大包操作工負(fù)責(zé)中包測溫工作，在每次大包換包完成后，都要進(jìn)行手動(dòng)測溫，易受到鋼水飛濺傷害，測溫作業(yè)環(huán)境具有較大危險(xiǎn)性。（2）測溫?cái)?shù)值準(zhǔn)確性易受影響。一次性快速熱電偶插入鋼水深度和測溫位置受工人習(xí)慣手法影響，有時(shí)需要重復(fù)測量，影響測溫的準(zhǔn)確性。（3）測溫?cái)?shù)據(jù)不連續(xù)。操作工手動(dòng)間斷測量鋼水溫度，測量數(shù)據(jù)更新時(shí)間長，不能及時(shí)反映中包鋼水溫度變化趨勢，影響生產(chǎn)節(jié)奏。

隨著連鑄生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和新鋼種的連續(xù)開發(fā)，連鑄生產(chǎn)工藝對(duì)中包鋼水溫度實(shí)時(shí)檢測的需求不斷增強(qiáng)。長期使用一次性快速測溫?zé)犭娕奸g斷性測量中包鋼水溫度的技術(shù)顯然不能滿足連鑄生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制要求。因此開發(fā)使用方便快捷、耗材費(fèi)用相對(duì)低廉的中包鋼水連續(xù)測溫技術(shù)是亟待解決的生產(chǎn)難題。

2 連續(xù)測溫技術(shù)的優(yōu)勢

在連鑄生產(chǎn)過程中，鋼水的過熱度決定最佳的拉坯速度和二冷區(qū)噴淋冷卻水量。中包連續(xù)測溫技術(shù)可以為連鑄生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的鋼水溫度數(shù)值。連鑄控制系統(tǒng)根據(jù)鋼水過熱度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)鋼水澆鑄速度和二冷區(qū)噴淋冷卻水量的閉環(huán)控制。

此外，中包鋼水連續(xù)測溫技術(shù)還有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了工人接觸危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的次數(shù)。在連續(xù)測溫系統(tǒng)投入使用后，大包操作工擺脫了頻繁的間斷式測溫作業(yè)，只是在更換中包后的生產(chǎn)初期進(jìn)行一次性快速熱電偶手動(dòng)測溫。連續(xù)測溫系統(tǒng)使用的測溫管平均壽命在24小時(shí)以上，明顯降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。（2）提高了測溫的準(zhǔn)確性。由于連續(xù)測溫系統(tǒng)探頭測量位置固定，避免了人為因素帶來的測量誤差和消耗式熱電偶的分散性誤差，提高了測量的穩(wěn)定性和可靠性。（3）提供鋼水溫度實(shí)時(shí)變化數(shù)據(jù)，有利于監(jiān)測預(yù)報(bào)。生產(chǎn)人員可以根據(jù)連續(xù)測溫系統(tǒng)溫度曲線變化趨勢，提前采取措施避免生產(chǎn)中斷。（4）降低鋼水溫度過熱度，提高連鑄板坯質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在滿足連鑄正常生產(chǎn)的鋼水溫度基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低鋼水過熱度可以加快轉(zhuǎn)爐、精煉的出站速度，提高生產(chǎn)效率。

總之，應(yīng)用中包鋼水連續(xù)測溫技術(shù)有利于降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)參數(shù)控制精度，實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)自動(dòng)化控制，提升連鑄產(chǎn)品質(zhì)量。因此連續(xù)測溫技術(shù)具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

3 中包鋼水連續(xù)測溫技術(shù)的應(yīng)用

國內(nèi)許多鋼鐵公司都在使用中包鋼水連續(xù)測溫系統(tǒng)。在寶鋼、首鋼等單位證實(shí)此項(xiàng)技術(shù)具有加強(qiáng)連鑄生產(chǎn)過程控制的能力，能夠完全取代原有使用一次性快速測溫?zé)犭娕紲y溫技術(shù)。

唐鋼在2000年12月開始在第一煉鋼廠1#連鑄機(jī)上使用中包鋼水連續(xù)測溫系統(tǒng)。在2012年7月，唐鋼不銹鋼公司3#連鑄機(jī)開始使用東北大學(xué)自動(dòng)化儀器儀表中心與沈陽泰合冶金測控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的BCT-V黑體空腔輻射續(xù)測溫系統(tǒng)。

3.1 黑體輻射測溫原理

黑體是指能夠全部吸收入射的任何頻率的電磁波的理想物體，實(shí)際上黑體是不存在的。在實(shí)際測量中，可以將某種裝置近似地代替黑體。例如一個(gè)帶有小孔的空腔，并且小孔相對(duì)空腔足夠小，不會(huì)妨礙空腔內(nèi)的平衡。當(dāng)通過小孔射入空腔的所有頻率的電磁波經(jīng)過空腔內(nèi)壁多次反射后，幾乎全部被吸收，再從小孔射出的電磁波極少。這時(shí)，可以將空腔上的小孔近似看成黑體。

在溫度T下，空腔內(nèi)壁和其他物體一樣，不斷輻射電磁波，并在腔內(nèi)形成一個(gè)輻射場。經(jīng)過一段時(shí)間，腔內(nèi)輻射場與腔壁輻射場達(dá)到熱平衡。這時(shí)熱平衡輻射的性質(zhì)只依賴于溫度，與腔壁的其他性質(zhì)無關(guān)。由于小孔是腔上的一部分，也處于同樣的溫度，因此，小孔的輻射性質(zhì)代表了空腔內(nèi)的輻射性質(zhì)。

3.2 BCT-V連續(xù)測溫系統(tǒng)組成

BCT-V鋼水連續(xù)測溫系統(tǒng)基于黑體輻射測溫原理，由黑體測溫管、測溫探頭及托盤、信號(hào)處理器、自動(dòng)通風(fēng)裝置、大屏幕顯示器、通風(fēng)管、信號(hào)發(fā)生器等組成。利用插入連鑄中包鋼水的測溫管感知溫度，測溫管小孔上的探頭接收測溫管內(nèi)的紅外輻射信號(hào)，將其輸送到信號(hào)處理器，再根據(jù)黑體輻射理論確定中包內(nèi)鋼水的實(shí)際溫度。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

黑體測溫管由內(nèi)外雙層套管組成。內(nèi)層管為測溫管，使用輻射特性穩(wěn)定的材質(zhì)制成。外層管為保護(hù)管，具有耐高溫、耐振動(dòng)和導(dǎo)熱性能好的特性，表面涂有防氧化層，可以延長套管在鋼水中的使用壽命。

測溫探頭由光學(xué)透鏡、光電傳感器、信號(hào)傳輸線路和冷卻通風(fēng)系統(tǒng)組成。測溫管發(fā)出的紅外輻射經(jīng)光學(xué)透鏡傳輸給光電傳感器，再由光電傳感器將紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)傳輸線路送到信號(hào)處理器。

信號(hào)處理器接收到測溫探頭輸出的電信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)根據(jù)黑體輻射理論確定鋼水的實(shí)際溫度，并由數(shù)字顯示系統(tǒng)顯示鋼水溫度。信號(hào)處理器可以輸出4-20mA電流信號(hào)給PLC，用于連鑄工藝實(shí)時(shí)監(jiān)控，也可通過RS-485總線傳送到大屏幕顯示器進(jìn)行現(xiàn)場溫度顯示。大屏幕顯示系統(tǒng)采用高亮度數(shù)碼管，現(xiàn)場顯示清晰，分辨率為1℃。