威廉姆逊高温仪钢包烘烤领域的解决方案

金吉刚

（南京佛利蒙特测控技术有限公司，江苏 南京 210000）

1 钢包温度准确测量的重要性

钢包的烘烤工艺属于炼钢工艺的一个重要的辅助工段，如果钢包烘烤的温度过低，高温的钢水倒入低温钢包会导致降低钢水温度，造成钢水品质的降低，更有的场合钢水和钢包的温度差值过大，造成爆炸等重大的安全生产事故，对安全生产造成难以估量的损失。因此，很多钢铁企业为生产的安全，而持续的给钢包加温，由于常规测温设备无法对钢包温度有很好的控制，从而造成钢包的过度的烘烤，造成煤气空气能源巨大的浪费，同时严重的降低钢包耐材的寿命。频繁的更换钢包耐材不仅加重现场的钢铁工人的工作量和工作的强度，而且造成一定的经济损失。

2 钢包温度测量的难度

钢包烘烤需要测温，但目前几乎所有的钢厂无法很好的解决。有的使用热电偶监测钢包内的火焰温度，有的通过短暂的埋偶试验，取得少量数据后按经验控制。这些方法都不能长期有效的反映包底耐材的温度。

3 威廉姆逊特殊波长的红外测温仪在钢包烘烤工艺的领域运用

南京佛利蒙特测控技术有限公司代理的美国威廉姆逊的红外测温仪可以通过光纤形式安装在烤包器上，测温元件的接受的短波红外线直接穿过火焰，精准的测量包底耐材的温度，达到有效和准确的反映钢包内壁温度的测量，该解决方案已经在很多钢铁企业得到运用，并且从实际运用出发，结合现场的煤气阀门和空气阀门设备做到有效节能。降低过烧延长钢包耐材的寿命，从而有效的节约钢包耐材资源，同时也减少一定量的现场钢铁工人的劳动量。

4 威廉姆逊红外测温仪PID控制的工作原理

红外测温仪是非接触式测温设备，通过测量红外线能量来计算温度。测温仪收集到的红外能量会受到被测物的发射率属性、透明度、传感器到被测物之间的光学干扰的影响。通过深思熟虑的波长选择，威廉姆逊能够显著减少或者消除光学干扰、发射率变化、背景辐射和未全视野对准带来的应用误差[1]。

钢包上使用的红外测量仪通过光纤探头中射出的LED灯光进行瞄准。

图1 外测量仪通过光纤探头工作过程

图2 红外测温仪PID控制工作原理

钢包烘烤红外测温仪配套的PID调节系统，依托威廉姆逊红外测温仪对于钢包包底耐材温度的精准测量，实现对现场的煤气调节阀和空气调节阀的自动化调节。遇见紧急情况对现场的煤气安全切断阀迅速关闭。

威廉姆逊红外测温仪把温度信号转换成4mA～20mA的电流信号输出给PID调节仪，PID调节仪再发出4mA～20mA的电流信号调节控制煤气阀门开度和空气阀门开度。当钢包耐材温度偏高时候，PID调节仪发出信号煤气和空气阀门开度调小；当钢包耐材温度偏低时候，PID调节仪发出信号煤气和空气阀门开度大，实现自动化的闭环控制。如此过程预防对钢包的过烧，实现煤气、空气能源的节约和降低对钢包耐材的损耗。

5 常规的钢包烘烤的方案

5.1 工艺情况

（1）介质：煤气，管道口径：DN200，压力：10KPa，温度：常温，量程0m3/h～3500m3/h。

介质：空气，管道口径：DN200，压力：10KPa，常温，量程0m3/h～ 200m3/h。

（2）光纤式威廉姆逊红外测温范围：400℃～1300℃。

5.2 测量仪表的选择

（1）光纤式威廉姆逊红外测温仪：带气冷护套，电源24V，带4mA～20mA通讯。

（2）煤气流量计：由于钢包烘烤使用煤气大部分为焦炉煤气，内含有焦油成分。多年的经验，推选用靶式流量计，可以很好克服焦油的粘附，非焦炉煤气也适用，精度1.5%，交流220V供电，测量原件材质316L，防爆。

（3）空气流量计：空气流量计，相对比较常规，选择范围比较大。由于现场的压力比较低，选用量程比宽的热式质量流量计，该仪表测量精度为0.15%，交流220V供电，测量原件材质316L，防爆。

（4）煤气阀门：根据现场的要求，初步选用防爆的电动阀门或防爆的气动调节阀，阀体根据需要选择三偏心蝶阀，零泄漏。

（5）空气阀门：根据现场的要求，初步选用防爆的电动阀门或防爆的气动调节阀，阀体根据需要选择双偏心蝶阀或中线型蝶阀。

（6）煤气切断阀：开关量的煤气切断阀，零泄漏。

（7）仪表控制箱：含2台PID调节仪，精度：0.2%，仪表箱材质为304不锈钢。

5.3 主要功能和原理图

威廉姆逊红外测温仪通过光纤的形式安装在烤包器上，运用产品特殊的测量技术，直接测量包底的温度，该温度通过4mA～20mA电流信号传输给PID调节仪，PID调节仪根据给定的数值，发出4mA～20mA信号分别控制现场的煤气阀门和空气阀门的开度，遇见紧急情况，按下紧急切断阀按钮。

设计的原理图如图3。

5.4 操作步骤

自动操作：设置给定数字，调节增益、比例和积分，达到自动调节阀门开度的目的，实现节能的目的。

手动操作：屏幕上手动、自动切换开关，实现手动和自动的转换、已经紧急切断阀按钮。

图3 红外测温仪原理图

5.5 注意事项

钢包现场是防爆区域，有毒气体C0浓度高、环境温度相对高，需要做到对现场的仪表、光纤、电缆、阀门等产品实时防护和高温隔离。

南京佛利蒙特测控技术有限公司代理美国威廉姆逊红外测温仪已经有15年了，在国内外很多钢铁企业尤其是钢包烘烤的测量工段都有很好的运用。根据钢铁行业的发展，努力做到智能化、自动化，长期安全高效的运用在各个测温领域。希望通过努力，更有效的推动钢铁事业的向前发展。