连铸板坯表面温度在线实测及研究.doc

连铸板坯表面温度在线实测的研究刘庆国孙蓟泉温崇哲曾小平(燕山大学)(天津钢厂)摘要介绍了天津钢厂超低头板坯连铸机的铸坯表面温度在线实测方法、原理及结果分析，其结果对调节拉坯速度、改进二冷区冷却模式、预防拉漏及提高铸坯质量均提供了可靠的依据。关键词连铸板坯光纤比色式测温仪传感器STUDY OF ON-LINE MEASUREMENT OF SURFACE TEMPERATUREOF CONTINUOUS CAST SLABLIU QingguoSUN JiquanWEN ChongzheZENG Xiaoping(Yanshan University) (Tianjin Steel Works)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前言连铸时板坯表面温度是调节拉坯速度、调节二冷配水、确定液相穴深度的一个重要参数。而铸坯表面温度不仅决定于结晶器和二冷区的冷却强度，还与板坯断面尺寸、钢种、拉坯速度、坯壳厚度等因素有关。由于现场连铸机安装空间狭小而又封闭，二冷区环境高温，铸坯周围有汽水雾化冷却形成的高温蒸气，铸坯表面又有冷却水形成的水膜和氧化铁皮，常常影响测温的精度，因此准确地测出连铸板坯表面温度，特别是在线实测存在着较大的难度。这也是迄今仍无法根据铸坯表面温度这一参数进行二冷水控制的原因。为此，开展对铸坯表面温度在线实测的研究，对合理控制冷却模式、调节拉坯速度、提高铸坯质量及连铸机的整体水平都具有十分重要的意义。由于光导纤维比色式测温仪具有灵敏度高，能准确地反应铸坯表面温度，安装使用方便，为非接触式测量，并有较高的准确性和实用价值等一系列优点，因此本文应用光导纤维比色式测温仪，对天津钢厂超低头板坯连铸机二冷区的铸坯表面温度进行了现场在线测试。为了克服高温环境和冷却水形成的水膜与铸坯表面的氧化铁皮所造成的导热系数的降低，将光导纤维检测头进行冷却，能靠近铸坯表面，并采用高速气流冲刷铸坯表面，吹除水蒸气、冷却水膜和部分氧化铁皮，提高了测试的准确性。2测温原理光纤比色式测温仪是基于物体单色辐射现象来测温的，其测温原理是利用同一被测物体的两个辐射波长下的单色辐射力之比随温度变化这一特性来测定温度的变化。实验和理论分析都指出，物体单色辐射力是物体温度和波长的函数，在黑体情况下，根据普朗克定律，其黑体的单色辐射力为：(1)式中C1、C2分别为普朗克第一辐射常数、第二辐射常数；波长；T物体表面温度。由式(1)可求出两种波长下单色辐射力之比(2)在设计光纤比色式测温仪时，适当选取两个单色波长1和2，且二者很接近，则式(2)仅由辐射体表面温度T决定，因此可测出物体表面温度。光纤比色式测温仪由三部分组成，如图1所示，即传感器、变送器和记录仪。传感器是由内装石英棒的测温探头和光导纤维组成。测温探头内通循环水冷却，最前端吹出压缩空气以吹扫氧化铁皮、冷却水膜和水蒸气。因此探头可以贴近铸坯表面(图2)。变送器是将传感器接受到的光信号，选出两个波长，并计算两个波长下的单色辐射力之比，经光电转换及放大线性化后，成为线性的420 mA的直流电信号输出。记录仪是将来自变送器的电信号记录下来，以记录铸坯表面温度。此外，在实测中还配备数字式显示仪，以便观察。图 1光纤测温仪Fig.1The principle of optical fiber measuring temperature instrument1、2、3、4光导纤维；1、2、3、4测温探头；5铸坯图 2传感器安装位置Fig.2The installation site of sensor3测试方案由于铸坯表面温度是关于中心对称的，实测中，将3只传感器安装在铸坯同一截面内弧上，另一支传感器安装在窄面中心位置，如图2所示。在变送器处切换传感器。这样一次安装可测出4点温度。在两次拉坯间隔时间内更换安装截面，以测出二冷区铸坯各截面表面的温度。在每次更换安装截面后，现场的工况可能发生变化，即两次拉坯之间的拉坯速度、钢水成分、浇注温度等都可能发生变化。此外，每次切换传感器需要一定的时间，也会带来工况的轻微改变。为此，我们采取了以下措施。(1) 尽量选择拉速在一段时间内稳定时的读数。(2) 针对现场当时以浇注锅炉钢(20钢)为主的实际工况，测试这一钢种的铸坯表面温度。(3) 现场记录每炉钢的浇注温度，以对实测温度进行修正。(4) 在稳定拉速时，快速切换传感器。4测试结果分析4.1数据整理实测中，各个影响因素都使测试值低于真实温度值。而在记录仪上所记录的温度曲线上各峰值则比较接近真实温度。因此，在处理实测数据时，将温度记录曲线上的峰值连成上包络线，在这个包络线上每隔相等间隔读一数值。对每个测试记录曲线上读出1315个数据，然后做出其算术平均值2：(3)以此值代表该点的真实温度值。4.2误差分析由式(3)得到的T，与每次读数的值Ti，求得均方根误差：(4)根据去除可疑数据的3准则，将离差Ti-T超过3T的数据舍弃，舍弃后重新计算T，再做判断直到无可疑数据为止。计算算术平均值的均方根误差(5)根据仪器的性能，此测试系统可能存在0.5 %的系统误差，即系统的不确定度e：e0.5 %(6)依偶然误差和系统误差的合成准则，最后将测试结果表示为(7)天津钢厂连铸机的正常拉速以0.8 m/min和0.9 m/min为最多。因此，我们主要选用这两个速度值进行分析，对0.6、0.7、1.0 m/min三种情况也做了适当的分析比较。4.3温度曲线现以测“0”段内弧3、4号辊缝，2号测点的记录曲线为例说明温度曲线的形成。当拉坯速度稳定在0.8 m/min超过30 min时，截取一段记录曲线，如图3所示。从记录曲线上的13个等间隔位置读得数据列表，见表1。表 1温度读数值Table 1The measured value of temperaturei12345678910111213TTi11351124114011301147113511431144112811431141114011201136.2Ti-T-1.2-12.23.8-6.210.8-1.26.87.8-8.26.84.83.8-16.2算术平均值1 136.2 图 3温度记录曲线Fig.3Temperature curve钢种20，浇注温度1 540 均方根误差8.4算术平均值的均方值误差T为2.3系统误差ee0.5 %5.7 最后将此点温度值表示为：(1 136.212.6)其它各点的数据也可同样处理，结果列于表2。图 42号点实测温度Fig.4Measured temperature of No.2 point拉坯速度为0.8 m/min；拉坯速度为0.9 m/min；钢种20；浇注温度1 540 表 2数据处理后的各点温度值Table 2Temperature value after analysis位置v0.8 m/minv0.9 m/min截面测点(号)“0”段2、3辊缝41 194.110.51 199.413.0“0”段3、4辊缝11 117.819.41 141.09.021 136.212.61 145.110.8“0”段7、8辊缝11 080.122.21 107.418.121 083.712.61 133.410.2“0、1”段缝11 025.918.61 043.710.421 064.327.31 069.114.731 064.316.11 109.710.741 148.89.61 167.013.9“1、2”段缝11 014.711.71 030.39.221 085.924.91 105.617.831 050.911.91 050.911.941 022.310.81 037.516.6“2、3”段缝1974.616.91 010.017.621 061.49.81 065.314.43982.224.41 045.113.14969.012.9991.511.9“3、4”段缝1891.311.1907.29.321 013.89.61 019.713.23894.513.6906.38.14“4、5”段缝1887.610.1892.413.22934.018.2949.017.33874.610.4890.317.14“5、0”段缝1851.319.3877.318.12895.314.1919.724.434注：表示当时的拉速为1.0 m/min。根据表2，绘出了2号点的实测温度，如图4所示。其它测点的规律相同，不再赘述。5结论(1) 本文所采用的测试方案及测试仪器光纤比色式测温仪测量连铸坯表面温度是成功的。对此进行大规模的现场测试，所取得的大量数据，其结果是令人满意的。(2) 根据本文的结果，拉速由0.8 m/min提高到0.9 m/min，铸坯表面温度平均增加20.6 。因此，应废弃当时所采用的比水流量恒定的冷却模式，改为喷水量随拉速增加的冷却模式。为此天津钢厂连铸机二冷区前部应加大喷水量，后部水量适当减少。实践证明，这样的措施会使铸坯质量得到明显提高。(3)