王盛林
（寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900）
摘要：介紹了中間包輻射連續測溫的原理及系統的改進，并進行了現場試驗。試驗結果表明：系統溫度測量基本穩 定，測溫管響應時間短；且在大包開澆、交接時也均能快速反應出中間包溫度的變化。該系統的溫度測量偏差≤ 1.58 ℃，滿足了現場生產的需求。
關鍵詞：連鑄機；中間包；鋼水；連續測溫
引 言
中間包連續測溫技術是指采用連續測溫探頭取代傳統的熱電偶點測方式，以提供給連鑄操作人員實時、連續、準確的鋼水溫度，尤其是可以提供中間包開始澆鑄、鋼包更換及中間包澆鑄結束期間的溫度變化趨勢，供操作人員快速應對突變情況。而且如果連鑄機采用中間包加熱技術，那么加熱過程中更是需要實時監測中間包內鋼水溫度，連續測溫裝置更是必不可少。使用連續測溫裝置，有利于進一步提高連鑄坯質量和產量，同時可以降低人工勞動強度，是連鑄智慧制造技術及現場人員效率提升的必需技術之一［1－6］，越來越多的鋼鐵企業開始采用連續測溫裝置。
目前已投入工業使用，技術上較成熟的中間包連續測溫有兩種［7－11］：一種是熱電偶測溫，使用帶有保護套管的鉑銠熱電偶或者抗氧化鎢錸熱電偶；熱電偶式連續測溫的原理較為簡單，關鍵的問題是如何提高保護套管的使用壽命以及降低昂貴的熱電偶消耗。
國外較為成熟的中間包連續測溫裝置的保護套管的使用壽命可達幾百小時。國內有少量連鑄機采用國產的中間包連續測溫裝置，使用性能基本滿足中間包測溫要求。另外一種是紅外輻射測溫，即黑體空腔輻射測溫，也是目前利用普遍的一種連續測溫技術。
1 輻射連續測溫系統的簡介
1.1 工作原理
輻射連續測溫系統由測溫管、測溫探頭、信號處理器、大屏幕顯示器、標準信號發生器等組成，如圖1所示。其測溫原理是利用黑體空腔輻射進行測溫，以黑體空腔作為感溫元件及輻射源，由光電管接收輻射信號，轉換成電信號，經濾波、放大及數據處理后直接輸出被測的溫度值［12－13］。當將測溫管插入到鋼水中時，測溫探頭會接收測溫管底部鋼水處的溫度相對應的輻射信號，并且將其輸送到信號處理器，信號處理器經過計算確定鋼水的實際溫度，通過大屏幕顯示鋼水溫度值。
1.2 系統的組成
輻射連續測溫系統主要由測溫管、測溫探頭和信號處理器組成。使用時將測溫管的封閉端插入鋼水中，感知鋼水溫度，并且產生熱輻射由測溫探頭接收。
測溫探頭是由光學系統、光電探測器、信號傳輸線及冷卻風路系統組成。光電探測器采用光電管，其峰值波長的選擇應與測溫管相匹配。測溫管發出的熱輻射經光學透鏡傳輸給光電探測器，由光電探測器將熱輻射信號轉換成與溫度成一定關系的電壓信號，再由信號傳輸線傳至信號處理器。
信號處理器由供電系統、輸入輸出系統、顯示系統、數據處理系統等構成。信號處理器接收由測溫探頭輸出的電信號，經單片機根據在線黑體空腔理論公式計算出被測鋼水溫度，并由數字顯示系統顯示被測溫度。
2 輻射連續測溫系統的改進
目前國內所用的連續測溫系統主要是利用黑體空腔測溫，但在使用過程中每隔一段時間就需要對系統校正，影響了連續測溫的正常使用，主要問題及改進措施如下：
2.1 鋼水溫度變化響應速度較慢
連續測溫系統的溫度測量是一種間接測量，所測溫度為測溫管底內壁的表面溫度，只有當測溫管底部與鋼水完全同溫時，所測溫度才是鋼水的真實溫度。當鋼水溫度發生變化時，該變化量向測溫管內壁的傳遞存在時間延滯。
系統所用的測溫管為雙層復合管，如圖2所示，溫度響應較慢。現將測溫管內管開口，變為單層管，如圖3所示。這樣測溫管底部的輻射信號直接由測溫探頭采集，測溫時間響應短，反應速度快。測溫相應時間上，改進后的測溫管要快近一倍。
2.2 測溫管中產生的煙霧無法排出
生產測溫管的主要原料為 C＋。Al2O3當測溫管放入鋼水中時，測溫管不可避免的要產 生煙霧。
另外用于冷卻測溫管的壓縮氣體中都不同程度的含有一定量的水滴和油滴；當這些物質進入測溫管內部時，會產生煙霧。產生的煙霧在測溫管內會遮擋測溫光線，污染連續測溫探頭的鏡片，大大影響溫度測量的準確度。由圖4可見改進前的連續測溫管由于是復合管，沒有排煙通道，會造成測溫不準。改進后的測溫管是單層管，測溫管內的窺視管下端為開口，并設有排煙通道，測溫管內所產生的煙霧被及時的排出，沒有煙霧遮擋測溫光線的現象，所以測溫比較準，如圖5所示。
2.3 冷卻氣源壓力不穩定影響測溫精度
改進前的連續測溫系統冷卻氣體系統較簡單，直接將源氣體吹入測溫管及測溫探頭，沒有考慮到氣體壓力的不穩定，而測溫探頭要求壓縮氣壓力穩定在4kg。所以當氣體壓力過低時，測溫鏡片上極易被鋼水濺上白點，造成溫度顯示值低，影響了連續測溫的精度。
改進后的冷卻氣體系統添加了自動調節裝置和空氣過濾器，可以根據探頭的環境溫度，自動調節探頭和測溫管的通風量，解決了測溫不穩定的問題，也一定程度上減少了冷卻氣體的消耗。
3改進后的測溫系統現場試驗
在寶山鋼鐵股份有限公司二煉鋼5CC生產線試驗了改進后的測溫管，共試驗了4個中 間 包、30爐鋼。
3.1 試驗內容
3.1.1 試驗鋼種及相關參數
試驗鋼種：普通低碳鋁鎮靜鋼，液相線溫度1533 ℃，過熱度控制在25 ℃；中間包形式：5CC 生產線采用T型中間包，正常工作噸位40噸。
3.1.2 連續測溫安裝調試
將測溫儀表安裝在連鑄機中間包車上，待大包開澆中間包噸位穩定后，將測溫管放入中間包包蓋右側的測溫孔內，插入深度低于中間包工作液面≥300mm，將測溫探頭內通氣體冷卻，測溫探頭與測溫管插接好，預熱信號處理器連續自動顯示中間包內鋼水的溫度。
3.1.3 與快速偶頭測溫對比
待連續測溫系統工作時，同時使用人工測溫點測一次，熱電偶頭需浸入鋼水7－8s，等待測溫結束燈亮。為保證測溫環境的一致性，人工測溫也必須在中間包同一側的測溫孔中進行。為確保數據實驗量，每爐鋼測溫6次以上，同時記錄兩種測溫方法測量值，作對比曲線及偏差分析。
3.1.4 測溫管的壽命
待中間包鋼水澆鑄結束后，測溫管隨同中間包一同下線，檢查測溫管渣線熔損情況。
3.2 試驗結果
3.2.1 溫度測量的穩定性
溫度測量的穩定性是指在正常測溫條件下，系統連續長期工作時，其溫度測量的準確性能否保持穩定。分析結果顯示，系統溫度測量基本穩定，在同一支測溫管連續工作的整個時期，溫度測量的準確性基本一致。
3.2.2 溫度測量的響應速度
未烘烤測溫管在插入中間包鋼水3min內即可達到正常工作狀態，若隨中間包一起烘烤則響應時間僅為60s。通過對比改進連續測溫曲線與點測溫值（如圖6所示），表明在開澆、大包交接時也均能快速反應出中間包溫度的變化，響應速度較改進前有了明顯的進步。
3.2.3 溫度測量的準確性
采用快速熱電偶與連續測溫進行測量值對比。共進行了4次溫度對比試驗，對同一時點的熱電偶和連續測溫溫度值進行了統計分析。4次試驗連續測溫與測溫平均偏差在1.58 ℃。而改進前的連續測溫平均偏差在2.28 ℃。圖7顯示了試驗過程中連續測溫值與熱電偶溫度值的偏差分布，偏差≤±1℃的占總數據的72.3％ ，而偏差≤±2 ℃的占總數據的95.2％，能夠滿足現場生產需求。
3.2.4 測溫管壽命
對使用過的測溫管觀察發現，測溫管長時間浸泡在鋼水中后，在渣線附近出現少許侵蝕，但渣線以下的管體幾乎沒有侵蝕。本次4支測溫管預計壽命在24ｈ，在4次試驗時使用良好，未發現由于渣線侵蝕造成的斷裂現象。
4 結束語
（1）連續測溫系統性能可靠，運行穩定，在同一支測溫管工作的整個周期內，測溫精度完全滿足溫度控制要求，同時測溫管壽命與連澆周期同步，滿足現場的生產需求。
（2）測溫管能在短時間內達到正常工作狀態，在連鑄開澆、鋼包更換、中間包澆鑄結束時也均能快速反應出中間包溫度的變化。
（3）連續測溫與點測溫平均偏差在1.58℃。溫度偏差≤±1℃的占總數據的72.3％，溫度偏差≤±2℃的占總數據的95.2％，能夠滿足鋼水溫控要求。
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