連鑄板坯表面溫度在線實(shí)測(cè)的研究

1、連鑄板坯表面溫度在線實(shí)測(cè)的研究劉慶國(guó)孫薊泉溫崇哲曾小平(燕山大學(xué))(天津鋼廠)摘要介紹了天津鋼廠超低頭板坯連鑄機(jī)的鑄坯表面溫度在線實(shí)測(cè)方法、原理及結(jié)果分析，其結(jié)果對(duì)調(diào)節(jié)拉坯速度、改進(jìn)二冷區(qū)冷卻模式、預(yù)防拉漏及提高鑄坯質(zhì)量均提供了可靠的依據(jù)。關(guān)鍵詞連鑄板坯光纖比色式測(cè)溫儀傳感器STUDY OF ON-LINE MEASUREMENT OF SURFACE TEMPERATUREOF CONTINUOUS CAST SLABLIU QingguoSUN JiquanWEN ChongzheZENG Xiaoping(Yanshan University) (Tianjin Steel Works)

2、ABSTRACTIn this paper,the method,principle and result of surface temperature measur-ement of continuous cast slab are discussed.It provided reliable basis for adjusting casting speed,improving cooling pattern and quality of slab.KEY WORDScontinuous cast slab,optical fiber,sensor1前言連鑄時(shí)板坯表面溫度是調(diào)節(jié)拉坯速度、調(diào)

3、節(jié)二冷配水、確定液相穴深度的一個(gè)重要參數(shù)。而鑄坯表面溫度不僅決定于結(jié)晶器和二冷區(qū)的冷卻強(qiáng)度，還與板坯斷面尺寸、鋼種、拉坯速度、坯殼厚度等因素有關(guān)。由于現(xiàn)場(chǎng)連鑄機(jī)安裝空間狹小而又封閉，二冷區(qū)環(huán)境高溫，鑄坯周?chē)衅F化冷卻形成的高溫蒸氣，鑄坯表面又有冷卻水形成的水膜和氧化鐵皮，常常影響測(cè)溫的精度，因此準(zhǔn)確地測(cè)出連鑄板坯表面溫度，特別是在線實(shí)測(cè)存在著較大的難度。這也是迄今仍無(wú)法根據(jù)鑄坯表面溫度這一參數(shù)進(jìn)行二冷水控制的原因。為此，開(kāi)展對(duì)鑄坯表面溫度在線實(shí)測(cè)的研究，對(duì)合理控制冷卻模式、調(diào)節(jié)拉坯速度、提高鑄坯質(zhì)量及連鑄機(jī)的整體水平都具有十分重要的意義。由于光導(dǎo)纖維比色式測(cè)溫儀具有靈敏度高，能準(zhǔn)確地反應(yīng)鑄

4、坯表面溫度，安裝使用方便，為非接觸式測(cè)量，并有較高的準(zhǔn)確性和實(shí)用價(jià)值等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此本文應(yīng)用光導(dǎo)纖維比色式測(cè)溫儀，對(duì)天津鋼廠超低頭板坯連鑄機(jī)二冷區(qū)的鑄坯表面溫度進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)在線測(cè)試。為了克服高溫環(huán)境和冷卻水形成的水膜與鑄坯表面的氧化鐵皮所造成的導(dǎo)熱系數(shù)的降低，將光導(dǎo)纖維檢測(cè)頭進(jìn)行冷卻，能靠近鑄坯表面，并采用高速氣流沖刷鑄坯表面，吹除水蒸氣、冷卻水膜和部分氧化鐵皮，提高了測(cè)試的準(zhǔn)確性。2測(cè)溫原理光纖比色式測(cè)溫儀是基于物體單色輻射現(xiàn)象來(lái)測(cè)溫的，其測(cè)溫原理是利用同一被測(cè)物體的兩個(gè)輻射波長(zhǎng)下的單色輻射力之比隨溫度變化這一特性來(lái)測(cè)定溫度的變化。實(shí)驗(yàn)和理論分析都指出，物體單色輻射力是物體溫度和波長(zhǎng)的函數(shù)，

5、在黑體情況下，根據(jù)普朗克定律，其黑體的單色輻射力為：(1)式中C1、C2分別為普朗克第一輻射常數(shù)、第二輻射常數(shù)；波長(zhǎng)；T物體表面溫度。由式(1)可求出兩種波長(zhǎng)下單色輻射力之比(2)在設(shè)計(jì)光纖比色式測(cè)溫儀時(shí)，適當(dāng)選取兩個(gè)單色波長(zhǎng)1和2，且二者很接近，則式(2)僅由輻射體表面溫度T決定，因此可測(cè)出物體表面溫度。光纖比色式測(cè)溫儀由三部分組成，如圖1所示，即傳感器、變送器和記錄儀。傳感器是由內(nèi)裝石英棒的測(cè)溫探頭和光導(dǎo)纖維組成。測(cè)溫探頭內(nèi)通循環(huán)水冷卻，最前端吹出壓縮空氣以吹掃氧化鐵皮、冷卻水膜和水蒸氣。因此探頭可以貼近鑄坯表面(圖2)。變送器是將傳感器接受到的光信號(hào)，選出兩個(gè)波長(zhǎng)，并計(jì)算兩個(gè)波長(zhǎng)下的單色

6、輻射力之比，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換及放大線性化后，成為線性的420 mA的直流電信號(hào)輸出。記錄儀是將來(lái)自變送器的電信號(hào)記錄下來(lái)，以記錄鑄坯表面溫度。此外，在實(shí)測(cè)中還配備數(shù)字式顯示儀，以便觀察。圖 1光纖測(cè)溫儀The principle of optical fiber measuring temperature instrument1、2、3、4光導(dǎo)纖維；1、2、3、4測(cè)溫探頭；5鑄坯圖 2傳感器安裝位置The installation site of sensor3測(cè)試方案由于鑄坯表面溫度是關(guān)于中心對(duì)稱的，實(shí)測(cè)中，將3只傳感器安裝在鑄坯同一截面內(nèi)弧上，另一支傳感器安裝在窄面中心位置，如圖2所示。在變送器

7、處切換傳感器。這樣一次安裝可測(cè)出4點(diǎn)溫度。在兩次拉坯間隔時(shí)間內(nèi)更換安裝截面，以測(cè)出二冷區(qū)鑄坯各截面表面的溫度。在每次更換安裝截面后，現(xiàn)場(chǎng)的工況可能發(fā)生變化，即兩次拉坯之間的拉坯速度、鋼水成分、澆注溫度等都可能發(fā)生變化。此外，每次切換傳感器需要一定的時(shí)間，也會(huì)帶來(lái)工況的輕微改變。為此，我們采取了以下措施。(1) 盡量選擇拉速在一段時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定時(shí)的讀數(shù)。(2) 針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)時(shí)以澆注鍋爐鋼(20鋼)為主的實(shí)際工況，測(cè)試這一鋼種的鑄坯表面溫度。(3) 現(xiàn)場(chǎng)記錄每爐鋼的澆注溫度，以對(duì)實(shí)測(cè)溫度進(jìn)行修正。(4) 在穩(wěn)定拉速時(shí)，快速切換傳感器。4測(cè)試結(jié)果分析4.1數(shù)據(jù)整理實(shí)測(cè)中，各個(gè)影響因素都使測(cè)試值低于真實(shí)溫度

8、值。而在記錄儀上所記錄的溫度曲線上各峰值則比較接近真實(shí)溫度。因此，在處理實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，將溫度記錄曲線上的峰值連成上包絡(luò)線，在這個(gè)包絡(luò)線上每隔相等間隔讀一數(shù)值。對(duì)每個(gè)測(cè)試記錄曲線上讀出1315個(gè)數(shù)據(jù)，然后做出其算術(shù)平均值2：(3)以此值代表該點(diǎn)的真實(shí)溫度值。4.2誤差分析由式(3)得到的T，與每次讀數(shù)的值Ti，求得均方根誤差：(4)根據(jù)去除可疑數(shù)據(jù)的3準(zhǔn)則，將離差Ti-T超過(guò)±3T的數(shù)據(jù)舍棄，舍棄后重新計(jì)算T，再做判斷直到無(wú)可疑數(shù)據(jù)為止。計(jì)算算術(shù)平均值的均方根誤差(5)根據(jù)儀器的性能，此測(cè)試系統(tǒng)可能存在0.5 %的系統(tǒng)誤差，即系統(tǒng)的不確定度e：e±×0.5 %(6)依

9、偶然誤差和系統(tǒng)誤差的合成準(zhǔn)則，最后將測(cè)試結(jié)果表示為(7)天津鋼廠連鑄機(jī)的正常拉速以0.8 m/min和0.9 m/min為最多。因此，我們主要選用這兩個(gè)速度值進(jìn)行分析，對(duì)0.6、0.7、1.0 m/min三種情況也做了適當(dāng)?shù)姆治霰容^。4.3溫度曲線現(xiàn)以測(cè)“0”段內(nèi)弧3、4號(hào)輥縫，2號(hào)測(cè)點(diǎn)的記錄曲線為例說(shuō)明溫度曲線的形成。當(dāng)拉坯速度穩(wěn)定在0.8 m/min超過(guò)30 min時(shí)，截取一段記錄曲線，如圖3所示。從記錄曲線上的13個(gè)等間隔位置讀得數(shù)據(jù)列表，見(jiàn)表1。表 1溫度讀數(shù)值Table 1The measured value of temperaturei12345678910111213TTi11

10、35112411401130114711351143114411281143114111401120Ti-T算術(shù)平均值1 136.2 圖 3溫度記錄曲線Temperature curve鋼種20，澆注溫度1 540 均方根誤差8.4算術(shù)平均值的均方值誤差T為2.3系統(tǒng)誤差ee±×0.5 %±5.7 最后將此點(diǎn)溫度值表示為：(1 136.2±12.6)其它各點(diǎn)的數(shù)據(jù)也可同樣處理，結(jié)果列于表2。圖 42號(hào)點(diǎn)實(shí)測(cè)溫度Fig.4Measured temperature of No.2 point拉坯速度為0.8 m/min；拉坯速度為0.9 m/min；鋼種20

11、；澆注溫度1 540 表 2數(shù)據(jù)處理后的各點(diǎn)溫度值Table 2Temperature value after analysis位置v0.8 m/minv0.9 m/min截面測(cè)點(diǎn)(號(hào))“0”段2、3輥縫4“0”段3、4輥縫12“0”段7、8輥縫12“0、1”段縫1234“1、2”段縫1234“2、3”段縫1234“3、4”段縫1234“4、5”段縫1234“5、0”段縫1234注：表示當(dāng)時(shí)的拉速為1.0 m/min。根據(jù)表2，繪出了2號(hào)點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度，如圖4所示。其它測(cè)點(diǎn)的規(guī)律相同，不再贅述。5結(jié)論(1) 本文所采用的測(cè)試方案及測(cè)試儀器光纖比色式測(cè)溫儀測(cè)量連鑄坯表面溫度是成功的。對(duì)此進(jìn)行大規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，所取得的大量數(shù)據(jù)，其結(jié)果是令人滿意的。(2) 根據(jù)本文的結(jié)果，拉速由0.8 m/min提高到0.9 m/min，鑄坯表面溫度平均增加20.6 。因此，應(yīng)廢棄當(dāng)時(shí)所采用的比水流量恒定的冷卻模式，改為噴水量隨拉速增加的冷卻模式。為此天津鋼廠連鑄機(jī)二冷區(qū)前部應(yīng)加大噴水量，后部水量適當(dāng)減少。實(shí)踐證明，這樣的措施會(huì)使鑄坯質(zhì)量得到明顯提高。(3) 鑄坯表面溫度的準(zhǔn)確測(cè)出對(duì)合理地控制水量，調(diào)節(jié)拉坯速度，分析鑄