威廉姆遜高溫儀鋼包烘烤領域的解決方案

金吉剛

（南京佛利蒙特測控技術有限公司，江蘇 南京 210000）

1 鋼包溫度準確測量的重要性

鋼包的烘烤工藝屬于煉鋼工藝的一個重要的輔助工段，如果鋼包烘烤的溫度過低，高溫的鋼水倒入低溫鋼包會導致降低鋼水溫度，造成鋼水品質的降低，更有的場合鋼水和鋼包的溫度差值過大，造成爆炸等重大的安全生產事故，對安全生產造成難以估量的損失。因此，很多鋼鐵企業為生產的安全，而持續的給鋼包加溫，由于常規測溫設備無法對鋼包溫度有很好的控制，從而造成鋼包的過度的烘烤，造成煤氣空氣能源巨大的浪費，同時嚴重的降低鋼包耐材的壽命。頻繁的更換鋼包耐材不僅加重現場的鋼鐵工人的工作量和工作的強度，而且造成一定的經濟損失。

2 鋼包溫度測量的難度

鋼包烘烤需要測溫，但目前幾乎所有的鋼廠無法很好的解決。有的使用熱電偶監測鋼包內的火焰溫度，有的通過短暫的埋偶試驗，取得少量數據后按經驗控制。這些方法都不能長期有效的反映包底耐材的溫度。

3 威廉姆遜特殊波長的紅外測溫儀在鋼包烘烤工藝的領域運用

南京佛利蒙特測控技術有限公司代理的美國威廉姆遜的紅外測溫儀可以通過光纖形式安裝在烤包器上，測溫元件的接受的短波紅外線直接穿過火焰，精準的測量包底耐材的溫度，達到有效和準確的反映鋼包內壁溫度的測量，該解決方案已經在很多鋼鐵企業得到運用，并且從實際運用出發，結合現場的煤氣閥門和空氣閥門設備做到有效節能。降低過燒延長鋼包耐材的壽命，從而有效的節約鋼包耐材資源，同時也減少一定量的現場鋼鐵工人的勞動量。

4 威廉姆遜紅外測溫儀PID控制的工作原理

紅外測溫儀是非接觸式測溫設備，通過測量紅外線能量來計算溫度。測溫儀收集到的紅外能量會受到被測物的發射率屬性、透明度、傳感器到被測物之間的光學干擾的影響。通過深思熟慮的波長選擇，威廉姆遜能夠顯著減少或者消除光學干擾、發射率變化、背景輻射和未全視野對準帶來的應用誤差[1]。

鋼包上使用的紅外測量儀通過光纖探頭中射出的LED燈光進行瞄準。

圖1 外測量儀通過光纖探頭工作過程

圖2 紅外測溫儀PID控制工作原理

鋼包烘烤紅外測溫儀配套的PID調節系統，依托威廉姆遜紅外測溫儀對于鋼包包底耐材溫度的精準測量，實現對現場的煤氣調節閥和空氣調節閥的自動化調節。遇見緊急情況對現場的煤氣安全切斷閥迅速關閉。

威廉姆遜紅外測溫儀把溫度信號轉換成4mA～20mA的電流信號輸出給PID調節儀，PID調節儀再發出4mA～20mA的電流信號調節控制煤氣閥門開度和空氣閥門開度。當鋼包耐材溫度偏高時候，PID調節儀發出信號煤氣和空氣閥門開度調??；當鋼包耐材溫度偏低時候，PID調節儀發出信號煤氣和空氣閥門開度大，實現自動化的閉環控制。如此過程預防對鋼包的過燒，實現煤氣、空氣能源的節約和降低對鋼包耐材的損耗。

5 常規的鋼包烘烤的方案

5.1 工藝情況

（1）介質：煤氣，管道口徑：DN200，壓力：10KPa，溫度：常溫，量程0m3/h～3500m3/h。

介質：空氣，管道口徑：DN200，壓力：10KPa，常溫，量程0m3/h～ 200m3/h。

（2）光纖式威廉姆遜紅外測溫范圍：400℃～1300℃。

5.2 測量儀表的選擇

（1）光纖式威廉姆遜紅外測溫儀：帶氣冷護套，電源24V，帶4mA～20mA通訊。

（2）煤氣流量計：由于鋼包烘烤使用煤氣大部分為焦爐煤氣，內含有焦油成分。多年的經驗，推選用靶式流量計，可以很好克服焦油的粘附，非焦爐煤氣也適用，精度1.5%，交流220V供電，測量原件材質316L，防爆。

（3）空氣流量計：空氣流量計，相對比較常規，選擇范圍比較大。由于現場的壓力比較低，選用量程比寬的熱式質量流量計，該儀表測量精度為0.15%，交流220V供電，測量原件材質316L，防爆。

（4）煤氣閥門：根據現場的要求，初步選用防爆的電動閥門或防爆的氣動調節閥，閥體根據需要選擇三偏心蝶閥，零泄漏。

（5）空氣閥門：根據現場的要求，初步選用防爆的電動閥門或防爆的氣動調節閥，閥體根據需要選擇雙偏心蝶閥或中線型蝶閥。

（6）煤氣切斷閥：開關量的煤氣切斷閥，零泄漏。

（7）儀表控制箱：含2臺PID調節儀，精度：0.2%，儀表箱材質為304不銹鋼。

5.3 主要功能和原理圖

威廉姆遜紅外測溫儀通過光纖的形式安裝在烤包器上，運用產品特殊的測量技術，直接測量包底的溫度，該溫度通過4mA～20mA電流信號傳輸給PID調節儀，PID調節儀根據給定的數值，發出4mA～20mA信號分別控制現場的煤氣閥門和空氣閥門的開度，遇見緊急情況，按下緊急切斷閥按鈕。

設計的原理圖如圖3。

5.4 操作步驟

自動操作：設置給定數字，調節增益、比例和積分，達到自動調節閥門開度的目的，實現節能的目的。

手動操作：屏幕上手動、自動切換開關，實現手動和自動的轉換、已經緊急切斷閥按鈕。

圖3 紅外測溫儀原理圖

5.5 注意事項

鋼包現場是防爆區域，有毒氣體C0濃度高、環境溫度相對高，需要做到對現場的儀表、光纖、電纜、閥門等產品實時防護和高溫隔離。

南京佛利蒙特測控技術有限公司代理美國威廉姆遜紅外測溫儀已經有15年了，在國內外很多鋼鐵企業尤其是鋼包烘烤的測量工段都有很好的運用。根據鋼鐵行業的發展，努力做到智能化、自動化，長期安全高效的運用在各個測溫領域。希望通過努力，更有效的推動鋼鐵事業的向前發展。