連鑄板坯表面溫度在線實測的研究

1、連鑄板坯表面溫度在線實測的研究劉慶國孫薊泉溫崇哲曾小平(燕山大學)(天津鋼廠)摘要介紹了天津鋼廠超低頭板坯連鑄機的鑄坯表面溫度在線實測方法、原理及結(jié)果分析，其結(jié)果對調(diào)節(jié)拉坯速度、改進二冷區(qū)冷卻模式、預防拉漏及提高鑄坯質(zhì)量均提供了可靠的依據(jù)。關鍵詞連鑄板坯光纖比色式測溫儀傳感器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)的冷卻強度，還與板坯斷面尺寸、鋼種、拉坯速度、坯殼厚度等因素有關。由于現(xiàn)場連鑄機安裝空間狹小而又封閉，二冷區(qū)環(huán)境高溫，鑄坯周圍有汽水霧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，常常影響測溫的精度，因此準確地測出連鑄板坯表面溫度，特別是在線實測存在著較大的難度。這也是迄今仍無法根據(jù)鑄坯表面溫度這一參數(shù)進行二冷水控制的原因。為此，開展對鑄坯表面溫度在線實測的研究，對合理控制冷卻模式、調(diào)節(jié)拉坯速度、提高鑄坯質(zhì)量及連鑄機的整體水平都具有十分重要的意義。由于光導纖維比色式測溫儀具有靈敏度高，能準確地反應鑄

4、坯表面溫度，安裝使用方便，為非接觸式測量，并有較高的準確性和實用價值等一系列優(yōu)點，因此本文應用光導纖維比色式測溫儀，對天津鋼廠超低頭板坯連鑄機二冷區(qū)的鑄坯表面溫度進行了現(xiàn)場在線測試。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熱系數(shù)的降低，將光導纖維檢測頭進行冷卻，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，提高了測試的準確性。2測溫原理光纖比色式測溫儀是基于物體單色輻射現(xiàn)象來測溫的，其測溫原理是利用同一被測物體的兩個輻射波長下的單色輻射力之比隨溫度變化這一特性來測定溫度的變化。實驗和理論分析都指出，物體單色輻射力是物體溫度和波長的函數(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；T物體表面溫度。由式(1)可求出兩種波長下單色輻射力之比(2)在設計光纖比色式測溫儀時，適當選取兩個單色波長1和2，且二者很接近，則式(2)僅由輻射體表面溫度T決定，因此可測出物體表面溫度。光纖比色式測溫儀由三部分組成，如圖1所示，即傳感器、變送器和記錄儀。傳感器是由內(nèi)裝石英棒的測溫探頭和光導纖維組成。測溫探頭內(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，選出兩個波長，并計算兩個波長下的單色

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的直流電信號輸出。記錄儀是將來自變送器的電信號記錄下來，以記錄鑄坯表面溫度。此外，在實測中還配備數(shù)字式顯示儀，以便觀察。圖 1光纖測溫儀The principle of optical fiber measuring temperature instrument1、2、3、4光導纖維；1、2、3、4測溫探頭；5鑄坯圖 2傳感器安裝位置The installation site of sensor3測試方案由于鑄坯表面溫度是關于中心對稱的，實測中，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。這樣一次安裝可測出4點溫度。在兩次拉坯間隔時間內(nèi)更換安裝截面，以測出二冷區(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間，也會帶來工況的輕微改變。為此，我們采取了以下措施。(1) 盡量選擇拉速在一段時間內(nèi)穩(wěn)定時的讀數(shù)。(2) 針對現(xiàn)場當時以澆注鍋爐鋼(20鋼)為主的實際工況，測試這一鋼種的鑄坯表面溫度。(3) 現(xiàn)場記錄每爐鋼的澆注溫度，以對實測溫度進行修正。(4) 在穩(wěn)定拉速時，快速切換傳感器。4測試結(jié)果分析4.1數(shù)據(jù)整理實測中，各個影響因素都使測試值低于真實溫度

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溫度。因此，在處理實測數(shù)據(jù)時，將溫度記錄曲線上的峰值連成上包絡線，在這個包絡線上每隔相等間隔讀一數(shù)值。對每個測試記錄曲線上讀出1315個數(shù)據(jù)，然后做出其算術平均值2：(3)以此值代表該點的真實溫度值。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準則，將離差Ti-T超過±3T的數(shù)據(jù)舍棄，舍棄后重新計算T，再做判斷直到無可疑數(shù)據(jù)為止。計算算術平均值的均方根誤差(5)根據(jù)儀器的性能，此測試系統(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)誤差的合成準則，最后將測試結(jié)果表示為(7)天津鋼廠連鑄機的正常拉速以0.8 m/min和0.9 m/min為最多。因此，我們主要選用這兩個速度值進行分析，對0.6、0.7、1.0 m/min三種情況也做了適當?shù)姆治霰容^。4.3溫度曲線現(xiàn)以測“0”段內(nèi)弧3、4號輥縫，2號測點的記錄曲線為例說明溫度曲線的形成。當拉坯速度穩(wěn)定在0.8 m/min超過30 min時，截取一段記錄曲線，如圖3所示。從記錄曲線上的13個等間隔位置讀得數(shù)據(jù)列表，見表1。表 1溫度讀數(shù)值Table 1The measured value of temperaturei12345678910111213TTi11

10、35112411401130114711351143114411281143114111401120Ti-T算術平均值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 最后將此點溫度值表示為：(1 136.2±12.6)其它各點的數(shù)據(jù)也可同樣處理，結(jié)果列于表2。圖 42號點實測溫度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)處理后的各點溫度值Table 2Temperature value after analysis位置v0.8 m/minv0.9 m/min截面測點(號)“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：表示當時的拉速為1.0 m/min。根據(jù)表2，繪出了2號點的實測溫度，如圖4所示。其它測點的規(guī)律相同，不再贅述。5結(jié)論(1) 本文所采用的測試方案及測試儀器光纖比色式測溫儀測量連鑄坯表面溫度是成功的。對此進行大規(guī)模的現(xiàn)場測試，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，應廢棄當時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二冷區(qū)前部應加大噴水量，后部水量適當減少。實踐證明，這樣的措施會使鑄坯質(zhì)量得到明顯提高。(3) 鑄坯表面溫度的準確測出對合理地控制水量，調(diào)節(jié)拉坯速度，分析鑄