钢水连续测温系统在连铸中包上的应用

刘晓进

摘 要：本文主要指出了钢水连续测温技术的优点和良好的应用前景，介绍了黑体辐射测温技术的特点，并且分析了基于黑体辐射测温技术的连续测温系统在现场生产中的应用效果。

关键词：连续测温;黑体辐射;发展应用

中图分类号：TF341.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0076-02

1 连铸中包测温技术的发展

在连铸生产过程中，中包内钢水温度是决定连铸钢水浇铸速度，控制二冷区喷淋冷却水量，影响铸坯质量的重要生产参数。快速、准确可靠的钢水温度测量是控制钢水过热度，降低生产成本必不可少的方法。

长久以来，一次性快速热电偶测温技术作为钢水温度测量的标准技术在中包测温作业中有广泛的应用。按照这种测量技术的要求，工人需要每隔5到10分钟使用一次性快速热电偶对中包内的钢水进行间断式手动测量。

这种间断式手动测量方法存在以下不足：

（1）工人劳动强度大，频繁在具有较大危险性的作业环境中工作。大包操作工负责中包测温工作，在每次大包换包完成后，都要进行手动测温，易受到钢水飞溅伤害，测温作业环境具有较大危险性。（2）测温数值准确性易受影响。一次性快速热电偶插入钢水深度和测温位置受工人习惯手法影响，有时需要重复测量，影响测温的准确性。（3）测温数据不连续。操作工手动间断测量钢水温度，测量数据更新时间长，不能及时反映中包钢水温度变化趋势，影响生产节奏。

随着连铸生产技术的不断进步和新钢种的连续开发，连铸生产工艺对中包钢水温度实时检测的需求不断增强。长期使用一次性快速测温热电偶间断性测量中包钢水温度的技术显然不能满足连铸生产对产品质量的控制要求。因此开发使用方便快捷、耗材费用相对低廉的中包钢水连续测温技术是亟待解决的生产难题。

2 连续测温技术的优势

在连铸生产过程中，钢水的过热度决定最佳的拉坯速度和二冷区喷淋冷却水量。中包连续测温技术可以为连铸生产提供准确的钢水温度数值。连铸控制系统根据钢水过热度实现自动调节钢水浇铸速度和二冷区喷淋冷却水量的闭环控制。

此外，中包钢水连续测温技术还有以下优点：

（1）降低了工人劳动强度，减少了工人接触危险作业环境的次数。在连续测温系统投入使用后，大包操作工摆脱了频繁的间断式测温作业，只是在更换中包后的生产初期进行一次性快速热电偶手动测温。连续测温系统使用的测温管平均寿命在24小时以上，明显降低工人的劳动强度。（2）提高了测温的准确性。由于连续测温系统探头测量位置固定，避免了人为因素带来的测量误差和消耗式热电偶的分散性误差，提高了测量的稳定性和可靠性。（3）提供钢水温度实时变化数据，有利于监测预报。生产人员可以根据连续测温系统温度曲线变化趋势，提前采取措施避免生产中断。（4）降低钢水温度过热度，提高连铸板坯质量和生产效率。在满足连铸正常生产的钢水温度基础上，适当降低钢水过热度可以加快转炉、精炼的出站速度，提高生产效率。

总之，应用中包钢水连续测温技术有利于降低工人劳动强度，提高生产参数控制精度，实现连铸机自动化控制，提升连铸产品质量。因此连续测温技术具有非常广泛的应用前景。

3 中包钢水连续测温技术的应用

国内许多钢铁公司都在使用中包钢水连续测温系统。在宝钢、首钢等单位证实此项技术具有加强连铸生产过程控制的能力，能够完全取代原有使用一次性快速测温热电偶测温技术。

唐钢在2000年12月开始在第一炼钢厂1#连铸机上使用中包钢水连续测温系统。在2012年7月，唐钢不锈钢公司3#连铸机开始使用东北大学自动化仪器仪表中心与沈阳泰合冶金测控技术有限公司生产的BCT-V黑体空腔辐射续测温系统。

3.1 黑体辐射测温原理

黑体是指能够全部吸收入射的任何频率的电磁波的理想物体，实际上黑体是不存在的。在实际测量中，可以将某种装置近似地代替黑体。例如一个带有小孔的空腔，并且小孔相对空腔足够小，不会妨碍空腔内的平衡。当通过小孔射入空腔的所有频率的电磁波经过空腔内壁多次反射后，几乎全部被吸收，再从小孔射出的电磁波极少。这时，可以将空腔上的小孔近似看成黑体。

在温度T下，空腔内壁和其他物体一样，不断辐射电磁波，并在腔内形成一个辐射场。经过一段时间，腔内辐射场与腔壁辐射场达到热平衡。这时热平衡辐射的性质只依赖于温度，与腔壁的其他性质无关。由于小孔是腔上的一部分，也处于同样的温度，因此，小孔的辐射性质代表了空腔内的辐射性质。

3.2 BCT-V连续测温系统组成

BCT-V钢水连续测温系统基于黑体辐射测温原理，由黑体测温管、测温探头及托盘、信号处理器、自动通风装置、大屏幕显示器、通風管、信号发生器等组成。利用插入连铸中包钢水的测温管感知温度，测温管小孔上的探头接收测温管内的红外辐射信号，将其输送到信号处理器，再根据黑体辐射理论确定中包内钢水的实际温度。其系统结构示意图如图1所示。

黑体测温管由内外双层套管组成。内层管为测温管，使用辐射特性稳定的材质制成。外层管为保护管，具有耐高温、耐振动和导热性能好的特性，表面涂有防氧化层，可以延长套管在钢水中的使用寿命。

测温探头由光学透镜、光电传感器、信号传输线路和冷却通风系统组成。测温管发出的红外辐射经光学透镜传输给光电传感器，再由光电传感器将红外辐射信号转换成电信号，经信号传输线路送到信号处理器。

信号处理器接收到测温探头输出的电信号，经单片机根据黑体辐射理论确定钢水的实际温度，并由数字显示系统显示钢水温度。信号处理器可以输出4-20mA电流信号给PLC，用于连铸工艺实时监控，也可通过RS-485总线传送到大屏幕显示器进行现场温度显示。大屏幕显示系统采用高亮度数码管，现场显示清晰，分辨率为1℃。