鋼水連續測溫系統在連鑄中包上的應用

劉曉進

摘 要：本文主要指出了鋼水連續測溫技術的優點和良好的應用前景，介紹了黑體輻射測溫技術的特點，并且分析了基于黑體輻射測溫技術的連續測溫系統在現場生產中的應用效果。

關鍵詞：連續測溫;黑體輻射;發展應用

中圖分類號：TF341.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0076-02

1 連鑄中包測溫技術的發展

在連鑄生產過程中，中包內鋼水溫度是決定連鑄鋼水澆鑄速度，控制二冷區噴淋冷卻水量，影響鑄坯質量的重要生產參數。快速、準確可靠的鋼水溫度測量是控制鋼水過熱度，降低生產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作為鋼水溫度測量的標準技術在中包測溫作業中有廣泛的應用。按照這種測量技術的要求，工人需要每隔5到10分鐘使用一次性快速熱電偶對中包內的鋼水進行間斷式手動測量。

這種間斷式手動測量方法存在以下不足：

（1）工人勞動強度大，頻繁在具有較大危險性的作業環境中工作。大包操作工負責中包測溫工作，在每次大包換包完成后，都要進行手動測溫，易受到鋼水飛濺傷害，測溫作業環境具有較大危險性。（2）測溫數值準確性易受影響。一次性快速熱電偶插入鋼水深度和測溫位置受工人習慣手法影響，有時需要重復測量，影響測溫的準確性。（3）測溫數據不連續。操作工手動間斷測量鋼水溫度，測量數據更新時間長，不能及時反映中包鋼水溫度變化趨勢，影響生產節奏。

隨著連鑄生產技術的不斷進步和新鋼種的連續開發，連鑄生產工藝對中包鋼水溫度實時檢測的需求不斷增強。長期使用一次性快速測溫熱電偶間斷性測量中包鋼水溫度的技術顯然不能滿足連鑄生產對產品質量的控制要求。因此開發使用方便快捷、耗材費用相對低廉的中包鋼水連續測溫技術是亟待解決的生產難題。

2 連續測溫技術的優勢

在連鑄生產過程中，鋼水的過熱度決定最佳的拉坯速度和二冷區噴淋冷卻水量。中包連續測溫技術可以為連鑄生產提供準確的鋼水溫度數值。連鑄控制系統根據鋼水過熱度實現自動調節鋼水澆鑄速度和二冷區噴淋冷卻水量的閉環控制。

此外，中包鋼水連續測溫技術還有以下優點：

（1）降低了工人勞動強度，減少了工人接觸危險作業環境的次數。在連續測溫系統投入使用后，大包操作工擺脫了頻繁的間斷式測溫作業，只是在更換中包后的生產初期進行一次性快速熱電偶手動測溫。連續測溫系統使用的測溫管平均壽命在24小時以上，明顯降低工人的勞動強度。（2）提高了測溫的準確性。由于連續測溫系統探頭測量位置固定，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，提高了測量的穩定性和可靠性。（3）提供鋼水溫度實時變化數據，有利于監測預報。生產人員可以根據連續測溫系統溫度曲線變化趨勢，提前采取措施避免生產中斷。（4）降低鋼水溫度過熱度，提高連鑄板坯質量和生產效率。在滿足連鑄正常生產的鋼水溫度基礎上，適當降低鋼水過熱度可以加快轉爐、精煉的出站速度，提高生產效率。

總之，應用中包鋼水連續測溫技術有利于降低工人勞動強度，提高生產參數控制精度，實現連鑄機自動化控制，提升連鑄產品質量。因此連續測溫技術具有非常廣泛的應用前景。

3 中包鋼水連續測溫技術的應用

國內許多鋼鐵公司都在使用中包鋼水連續測溫系統。在寶鋼、首鋼等單位證實此項技術具有加強連鑄生產過程控制的能力，能夠完全取代原有使用一次性快速測溫熱電偶測溫技術。

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

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，實際上黑體是不存在的。在實際測量中，可以將某種裝置近似地代替黑體。例如一個帶有小孔的空腔，并且小孔相對空腔足夠小，不會妨礙空腔內的平衡。當通過小孔射入空腔的所有頻率的電磁波經過空腔內壁多次反射后，幾乎全部被吸收，再從小孔射出的電磁波極少。這時，可以將空腔上的小孔近似看成黑體。

在溫度T下，空腔內壁和其他物體一樣，不斷輻射電磁波，并在腔內形成一個輻射場。經過一段時間，腔內輻射場與腔壁輻射場達到熱平衡。這時熱平衡輻射的性質只依賴于溫度，與腔壁的其他性質無關。由于小孔是腔上的一部分，也處于同樣的溫度，因此，小孔的輻射性質代表了空腔內的輻射性質。

3.2 BCT-V連續測溫系統組成

BCT-V鋼水連續測溫系統基于黑體輻射測溫原理，由黑體測溫管、測溫探頭及托盤、信號處理器、自動通風裝置、大屏幕顯示器、通風管、信號發生器等組成。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的紅外輻射信號，將其輸送到信號處理器，再根據黑體輻射理論確定中包內鋼水的實際溫度。其系統結構示意圖如圖1所示。

黑體測溫管由內外雙層套管組成。內層管為測溫管，使用輻射特性穩定的材質制成。外層管為保護管，具有耐高溫、耐振動和導熱性能好的特性，表面涂有防氧化層，可以延長套管在鋼水中的使用壽命。

測溫探頭由光學透鏡、光電傳感器、信號傳輸線路和冷卻通風系統組成。測溫管發出的紅外輻射經光學透鏡傳輸給光電傳感器，再由光電傳感器將紅外輻射信號轉換成電信號，經信號傳輸線路送到信號處理器。

信號處理器接收到測溫探頭輸出的電信號，經單片機根據黑體輻射理論確定鋼水的實際溫度，并由數字顯示系統顯示鋼水溫度。信號處理器可以輸出4-20mA電流信號給PLC，用于連鑄工藝實時監控，也可通過RS-485總線傳送到大屏幕顯示器進行現場溫度顯示。大屏幕顯示系統采用高亮度數碼管，現場顯示清晰，分辨率為1℃。