黑体空腔钢水测温系统的优化

黄晓东

【摘 要】钢水连续测温系统（简称：R型连续测温系统）是“BCT型黑体空腔辐射测温仪”系列产品之一。该产品基于国家自然科学基金项目和发明者谢植教授的博士论文《黑体辐射源理论研究》的成果，是经二十多年的技术开发而研制成功的新型测温装置。其测温原理是用黑体测温管插入到钢水中感知温度，以专门设计的测温探头接受测温管底部的红外辐射信号，并将其输送到信号处理器，再根据在线黑体理论确定钢水的实际温度。

【关键词】中间包钢水；连续测温；机械手；气动冷却器；优化

0 引言

黑体空腔钢水测温系统的应用实现了中间包钢水温度的连续准确测量，对增加连铸产量、提高产品质量、降低耐材消耗、稳定生产，节能减排，具有重要意义并可取得明显的综合效益。

1 R型连续测温系统的介绍

测温系统的技术指标（见图1）

2 系统配置

通过图2我们可以直观了解到系统整体的配置（具体结构将在下节系统组成中详细介绍）

3 系统结构及功能

3.1 钢水测温管

3.1.1 功能：直接插入钢水内感知温度（见图3）

3.1.2 结构：钢水连续测温管由内、外两层管套装而成，通过固接管与测温探头连接。

3.2 测温探头

测温探头主要起到汇聚光学信号的作用，并完成光电信号的转换功能。为减轻探头镜片污染，产品设计了多层防尘结构，采用三层镜片、长久内通风系统保证探头内的清洁，而外通风系统则是保证探头在适应的环境温度下工作。

3.3 信号处理器

信号处理器接收由探头转换得到的电信号，根据在线黑体空腔理论计算出被测钢水温度并进行显示。功能如下：

显示钢水温度及探头环境温度，可输出4-20mA，或1-5V信号标准信号，通过RS485总线连接至大屏幕显示器，控制自动通风装置内电磁阀的通断。

3.4 自动通风装置

提供冷却风源和长久内通风，保证探头在正常温度范围内工作以及镜片防尘功能，增强系统的可靠性。

3.5 大屏幕显示器

大屏幕显示器通过RS485总线与信号处理器实行串口通信，显示钢水与探头环境温度值，可以外接小屏幕，提高显示的灵活性。

4 测温系统的实际应用问题及改良

4.1 现阶段测温系统的缺陷

4.1.1 探头温度高对设备系统的影响

在炼钢车间由于现场温度高，1#3#连铸机连续测温采用的东北大学自动化有限公司提供的一套测温系统。由于连铸机连续拉浇，热区电缆探头一直处于高温状态下，很容易被烧坏，从而无法正确地监控钢水温度，极大地影响了某些特殊钢种的正常拉浇，不能满足生产工艺的需求。

4.1.2 信息采集的时间滞后

在浇铸过程中，温度控制的准确与否对产品的质量好坏起到非常重要的作用。而连续测温仪是进行温度控制的重要设备，而每天浇铸生产过程中温度无法实时监控，影响产品质量。

4.1.3 人工放置测温管带来的不便

开浇测量中包钢水温度时，生产班操作人员必须先用行车吊运测温管至中包钢水内，有时还需人工参与。在放置过程中，受环境温度的影响，测温管移动时容易断裂。其次，由于中间包盖板位置过高，人站在上面容易摔倒或烫伤，给整个生产带来了不便。

4.2 连续测温系统的改良

针对上述发现的问题及缺陷，我们组成了一个课题小组来解决这个问题。

对系统改进方案如下：

4.2.1 报警、冷却器的应用

热区电缆前加装气动冷却器来进行冷却。该装置功能不需要任何电源只须要一路压缩空气即可产生冷却气，并能够直接显示冷气温度，能够让操作工看到温度显示及时调整温度来对探头冷却，从而保证探头的使用寿命。

加装温度报警仪，当温度达到警戒值，及时报警，通知操作人员调整风量，冷却测温探头。

4.2.2 WINCC画面的数据采集

在工控机画面上添加温度显示并加以历史趋势来监控温度的变化，保证操作工能看到中包温度，并及时记录。设置好模拟量输出类型，采用4—20ma电流输出。

4.3 机械手的安装

加装机械手，现场操作人员可以远程控制测温管升降，操作简单。

4.4 现场应急系统

当连续测温损坏时，有可能使系统无法正常工作。因此，在现场安装一台点测测温仪，防止影响钢水质量。

5 结语

现在二套连续测温都安装了气动冷却器，机械手，工控机画面上都添加温度显示并加以历史趋势来监控温度，大大提高了设备的利用率、减少因温度而引起的质量及生产中断等事故，给稳定有序的生产创造了条件。

【参考文献】

[1]王魁汉.温度测量技术的现状及展望（上）[J].基础自动化，1997（01）.机械零件设计手册（第二版）中册[S].东北工学院（机械零件设计手册）编写组编：冶金工业出版社，1982.求是科技编著PLC应用开发技术与工程实践[M].电子工业出版社.2004.

[2]陈鑫盛，周洪.气动自动化系统的优化设计[M].上海：上海科学技术文献出版社，1995：5-60.

[责任编辑：田吉捷]