黑體空腔鋼水測(cè)溫系統(tǒng)的優(yōu)化

黃曉東

【摘 要】鋼水連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)：R型連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng)）是“BCT型黑體空腔輻射測(cè)溫儀”系列產(chǎn)品之一。該產(chǎn)品基于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和發(fā)明者謝植教授的博士論文《黑體輻射源理論研究》的成果，是經(jīng)二十多年的技術(shù)開(kāi)發(fā)而研制成功的新型測(cè)溫裝置。其測(cè)溫原理是用黑體測(cè)溫管插入到鋼水中感知溫度，以專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的測(cè)溫探頭接受測(cè)溫管底部的紅外輻射信號(hào)，并將其輸送到信號(hào)處理器，再根據(jù)在線黑體理論確定鋼水的實(shí)際溫度。

【關(guān)鍵詞】中間包鋼水；連續(xù)測(cè)溫；機(jī)械手；氣動(dòng)冷卻器；優(yōu)化

0 引言

黑體空腔鋼水測(cè)溫系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了中間包鋼水溫度的連續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量，對(duì)增加連鑄產(chǎn)量、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低耐材消耗、穩(wěn)定生產(chǎn)，節(jié)能減排，具有重要意義并可取得明顯的綜合效益。

1 R型連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng)的介紹

測(cè)溫系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)（見(jiàn)圖1）

2 系統(tǒng)配置

通過(guò)圖2我們可以直觀了解到系統(tǒng)整體的配置（具體結(jié)構(gòu)將在下節(jié)系統(tǒng)組成中詳細(xì)介紹）

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

3.1 鋼水測(cè)溫管

3.1.1 功能：直接插入鋼水內(nèi)感知溫度（見(jiàn)圖3）

3.1.2 結(jié)構(gòu)：鋼水連續(xù)測(cè)溫管由內(nèi)、外兩層管套裝而成，通過(guò)固接管與測(cè)溫探頭連接。

3.2 測(cè)溫探頭

測(cè)溫探頭主要起到匯聚光學(xué)信號(hào)的作用，并完成光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能。為減輕探頭鏡片污染，產(chǎn)品設(shè)計(jì)了多層防塵結(jié)構(gòu)，采用三層鏡片、長(zhǎng)久內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)保證探頭內(nèi)的清潔，而外通風(fēng)系統(tǒng)則是保證探頭在適應(yīng)的環(huán)境溫度下工作。

3.3 信號(hào)處理器

信號(hào)處理器接收由探頭轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)，根據(jù)在線黑體空腔理論計(jì)算出被測(cè)鋼水溫度并進(jìn)行顯示。功能如下：

顯示鋼水溫度及探頭環(huán)境溫度，可輸出4-20mA，或1-5V信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)RS485總線連接至大屏幕顯示器，控制自動(dòng)通風(fēng)裝置內(nèi)電磁閥的通斷。

3.4 自動(dòng)通風(fēng)裝置

提供冷卻風(fēng)源和長(zhǎng)久內(nèi)通風(fēng)，保證探頭在正常溫度范圍內(nèi)工作以及鏡片防塵功能，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。

3.5 大屏幕顯示器

大屏幕顯示器通過(guò)RS485總線與信號(hào)處理器實(shí)行串口通信，顯示鋼水與探頭環(huán)境溫度值，可以外接小屏幕，提高顯示的靈活性。

4 測(cè)溫系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題及改良

4.1 現(xiàn)階段測(cè)溫系統(tǒng)的缺陷

4.1.1 探頭溫度高對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的影響

在煉鋼車(chē)間由于現(xiàn)場(chǎng)溫度高，1#3#連鑄機(jī)連續(xù)測(cè)溫采用的東北大學(xué)自動(dòng)化有限公司提供的一套測(cè)溫系統(tǒng)。由于連鑄機(jī)連續(xù)拉澆，熱區(qū)電纜探頭一直處于高溫狀態(tài)下，很容易被燒壞，從而無(wú)法正確地監(jiān)控鋼水溫度，極大地影響了某些特殊鋼種的正常拉澆，不能滿足生產(chǎn)工藝的需求。

4.1.2 信息采集的時(shí)間滯后

在澆鑄過(guò)程中，溫度控制的準(zhǔn)確與否對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量好壞起到非常重要的作用。而連續(xù)測(cè)溫儀是進(jìn)行溫度控制的重要設(shè)備，而每天澆鑄生產(chǎn)過(guò)程中溫度無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4.1.3 人工放置測(cè)溫管帶來(lái)的不便

開(kāi)澆測(cè)量中包鋼水溫度時(shí)，生產(chǎn)班操作人員必須先用行車(chē)吊運(yùn)測(cè)溫管至中包鋼水內(nèi)，有時(shí)還需人工參與。在放置過(guò)程中，受環(huán)境溫度的影響，測(cè)溫管移動(dòng)時(shí)容易斷裂。其次，由于中間包蓋板位置過(guò)高，人站在上面容易摔倒或燙傷，給整個(gè)生產(chǎn)帶來(lái)了不便。

4.2 連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng)的改良

針對(duì)上述發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及缺陷，我們組成了一個(gè)課題小組來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

對(duì)系統(tǒng)改進(jìn)方案如下：

4.2.1 報(bào)警、冷卻器的應(yīng)用

熱區(qū)電纜前加裝氣動(dòng)冷卻器來(lái)進(jìn)行冷卻。該裝置功能不需要任何電源只須要一路壓縮空氣即可產(chǎn)生冷卻氣，并能夠直接顯示冷氣溫度，能夠讓操作工看到溫度顯示及時(shí)調(diào)整溫度來(lái)對(duì)探頭冷卻，從而保證探頭的使用壽命。

加裝溫度報(bào)警儀，當(dāng)溫度達(dá)到警戒值，及時(shí)報(bào)警，通知操作人員調(diào)整風(fēng)量，冷卻測(cè)溫探頭。

4.2.2 WINCC畫(huà)面的數(shù)據(jù)采集

在工控機(jī)畫(huà)面上添加溫度顯示并加以歷史趨勢(shì)來(lái)監(jiān)控溫度的變化，保證操作工能看到中包溫度，并及時(shí)記錄。設(shè)置好模擬量輸出類(lèi)型，采用4—20ma電流輸出。

4.3 機(jī)械手的安裝

加裝機(jī)械手，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以遠(yuǎn)程控制測(cè)溫管升降，操作簡(jiǎn)單。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急系統(tǒng)

當(dāng)連續(xù)測(cè)溫?fù)p壞時(shí)，有可能使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此，在現(xiàn)場(chǎng)安裝一臺(tái)點(diǎn)測(cè)測(cè)溫儀，防止影響鋼水質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)在二套連續(xù)測(cè)溫都安裝了氣動(dòng)冷卻器，機(jī)械手，工控機(jī)畫(huà)面上都添加溫度顯示并加以歷史趨勢(shì)來(lái)監(jiān)控溫度，大大提高了設(shè)備的利用率、減少因溫度而引起的質(zhì)量及生產(chǎn)中斷等事故，給穩(wěn)定有序的生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王魁漢.溫度測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀及展望（上）[J].基礎(chǔ)自動(dòng)化，1997（01）.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）中冊(cè)[S].東北工學(xué)院（機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)）編寫(xiě)組編：冶金工業(yè)出版社，1982.求是科技編著PLC應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐[M].電子工業(yè)出版社.2004.

[2]陳鑫盛，周洪.氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1995：5-60.

[責(zé)任編輯：田吉捷]