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1、冶金工业自动化 第二单元 冶金工业检测仪表 模块三 炼钢过程检测仪表,一、知识点铁水预处理、转炉或电弧炉、炉外精炼和连续铸钢装设的检测仪表及其原理与动作分析。二、知识点分析 1 炼钢过程检测仪表的内容 钢区（炼钢过程）包括铁水预处理、转炉（或电弧炉）、炉外精炼和连续铸钢等车间或分厂。(l）铁水预处理过程检测仪表 铁水预处理有多种工艺流程包括脱硫（喷吹法脱硫、搅拌法脱硫）、脱硅和脱磷的三脱等，其检测仪表基本相同，主要仪表有：铁水温度检测；铁水成分（硅、硫、磷含量）检测；铁水车砌体形状检测；铁水液位检测；铁水车车号检测；铁水重量检测等。,(2）转炉炼钢过程检测仪表,(3）电弧炉炼钢过程检测仪表 电
2、炉用的传感器和仪表大致有：钢水成分和温度仪表；监视钢水和炉渣仪表；电弧炉冷却系统仪表；喷吹系统仪表；排烟和除尘系统仪表；电极升降仪表；其他（计量设备、副原料投人设备等）。,(4）炉外精炼过程检测仪表,(5）连续铸钢过程检测仪表,有连续式和间歇式两种，前者只能持续十至几十小时。后者有浸人式热电偶和消耗式热电偶两种。在炼钢生产中大都使用消耗式热电偶来测量钢水温度。(l）消耗式热电偶消耗式热电偶的测量头如图 2-52 所示，热电偶装在内直径为 0.050.lmm的石英管中。热电偶用铂铑 10-铂（KS-602P 或 J 型，分度号为 S，使用温度上限为 1700）或铂佬 13-铂（BR-602P 或
3、 J 型，分度号为 R，温度上限为 1760）或双铂铑（铂铑 30 铂铑 6,KB KB-602P 或 J 型，分度号为 B，温度上限为 1820）丝，也可使用钨锌 3-钨徕 25 丝（代替贵金属的铂锗丝），长度约 20mm，铝帽是用来保护 U 形石英管和热电偶，以免在其通过渣层和钢液时被撞坏。,2 钢（铁）水温度测量传感器与检测仪表,测温时将测量头插在测温枪（见图 2-53）的头部。由于测温是间歇进行的，故一般利用纸管作为保护材料，套在测温枪上面，以防止测温枪热变形与烧毁枪内的补偿导线。使用手提式测量枪，劳动强度大，不便自动化，国外已有各种型号的自动化测量架。,与消耗式热电偶测量头配套还有专
4、门的钢（铁）水温度测量仪，该仪表的特点为：内装微型计算机，数字运算、精度高、无漂移；毫伏信号可直接输入，不必用变送器；有大型数字显示装置，读数醒目，并能自动保存；带打印装置；能自动补偿温度漂移和时间漂移，仪表精度高；有“热电偶接通”及“测试完成”的声光信号，操作方便；有通信接口，可和过程计算机相连；需要时，可一台仪表同时测温、定氧等用。,测量钢（铁）水温度时，将测温枪插人钢（铁）水中，测量头的铝帽迅速熔化，石英毛细管所保护的热电偶工作端即暴露在钢水中，因石英毛细管的热容量小，故能很快升至钢水温度，如图 2-54 所示，开始热电偶的热电动势迅速升高，如 AB 段所示，直到与钢水温度一致时（图中
5、B 点），热电动势不再上升，达到平衡状态（温度曲线出现一个“平台”)，这点就是钢水的温度，故测出这一平台是极为关键，因为过早测量，数据不是钢（铁）水的真正温度，过晚则热电偶已烧断而没有读数，测量失败，它将由计算机自动找出这平台，并保持该温度，并发出“测试完成”的声光信号，测量者可以把测温枪提出钢水，测温完成。,(2）钢（铁）水温度连续测量 l）日本钢铁公司开发的钢水温度连续测量系统该公司比较了多种耐火材料的抗渣、抗腐蚀、耐高温、抗热冲击等性能，最后认为二硼化锗（ZrB2）最好，但纯ZrB2抗热冲击性能差，要渗人某种其他成分才能满足要求。此外，由于ZrB2是非氧化陶瓷，长期使用会氧化而损坏，须外
6、涂一层专门的氧化陶瓷层，还有由于铂一锗铂热电偶会因 ZrB2 在高温时放出还原气体而损坏，故在套管内涂氧化膜。这种套管用于中间包钢水温度连续测量并在浇铸碳钢时，平均可用 40h，最长为 l00h，其与消耗式热电偶相比，T=0.4，=2.1。,2）美国生产的 Acctlllletrix 连续测温系统 它是双部件温度测量系统，含有一个可重复使用的测量头，这测量头是由一个带钼外壳的 B 型铂铑热电偶（正极为 70 铂 30 铑，负极为 94 铂十 6 铑）和一个由氧化铝、石墨粉压制而成的外保护套管，套管长度为4601265mm，使用寿命可达 25h，有 3 种形式：标准型；带渣线套型的保护管，带有一
7、个能够抵御碱性渣或高 FeO+MnO 渣的由氧化镁一石墨或氧化锗一石墨制成的渣线套；中间包低液位操作型，它是针对因更换钢种而要经常排空的操作情况，保护管下部材质为氧化锗或氧化镁一石墨，上半部是标准的氧化铝石-墨，测量头安装在一个套筒内，长度为 6101370 mm，使用寿命为 150 500h，误差为2，响应时间为 90s。,3）使用金属陶瓷套管方法 以连铸中间包测温为例，金属陶瓷套管材料为 Mo+MgO，壁厚 5mm，内衬是氧化铝管以保护热电偶免受中间包耐火材料在高温时排出的气体所损害，测温元件为双铂锗热电偶。安装时保护管要伸出中间包内壁 50mm，否则测温不准确。由于这热电偶有两层套管，热
8、容量较大，响应时间大于 30s。这种 Mo+MgO 金属陶瓷管具有坚韧、耐高温、抗侵蚀、抗热震等优点。目前，这种套管用作连续测温使用时间约为 15h。4）黑体测温管式测温传感器方法 它根据黑体辐射理论研制的，可连续测量中间包钢水温度。黑体测温管插人到钢水中感知温度，以专门设计的光导纤维辐射测温仪接受测温管的辐射信号，并输送到单片机信号处理器，根据黑体理论确定钢水的温度。连续测温装置由黑体空腔测温管、光导纤维、信号处理器和大屏幕显示器等组成。其技术指标如下：测量范围为 1300 一 1650；误差3；测量管寿命为 16 一 24h；响应时间为 20s。,3 钢（铁）水等重量检测(l）称量测量传感
9、器 钢水重量检测常用的传感器是应变式压头，如图 2-55 所示，在弹性体贴有 4 个应变片，弹性体受力后，产生变形，电阻丝也变形而产生电阻变化，并由该 4 个应变片所组成的电桥电路转换成电量输出。桥路输出电压与弹性体受力成正比，以此测出重量。弹性体密封在外壳内，并充惰性气体，可不受外界影响。,整个称重系统包括几个压头、称量变送器和显示仪表等，几个压头的桥路输出可以串联或并联。,每个压头的 4 个电阻应变片的桥路如图 2-56所示，图中 RlR4 为电阻应变片；RT1、RT2 二为温度补偿电阻；RN1，、RN2为桥路平衡电阻（零点）;RNi 为温度补偿电阻；RS 为灵敏度调节电阻（刻度调节）;R
10、i；为输出电阻调节。,(2）钢（铁）水等重量称量转炉生产中装人铁水、废钢等称量以及连铸生产中钢水包称量可在平台或起重机上进行。在起重机上称量钢水包有两种方式：,l）使用直显式电子吊钩秤（见图 2-57）方式称量钢水时需加防热罩，这种秤挂在起重机的吊钩上即可使用，但电子吊钩秤要占高度而使吊钩行程减少。电子吊钩秤除本身带数字显示外还可把重量信息无线传输到地面控制室，吊钩秤内有可充电电池以供其本身用电，电池 8h 充电一次。吊钩秤内含微型计算机，用以处理数据，并能避免摆动时的不正确显示。,2）在起重机安装压头方式它又有以下方法：龙门架上装设称重传感器方式（见图 2-58）。这种方式改造较少，但压头的
11、输出信号要经电缆传送到起重机控制室内的二次仪表（见图 2-59)，电缆易损坏；,行走小车上装设称重传感器方式（见图 2-60）。这种方法改造较多。,在连铸过程中，钢水包在回转台上称量时是利用安装在回转台上的 4 个测压头对钢水进行称量，用数字显示器示出“总重量”和“实际钢水重量”，它附有数字设定器，用以设定空包零位。在测压头上装有金属橡皮或碟形弹簧（见图 2-61）以减小起重机操作并把钢水包放在钢水包回转台上所引起的冲击力，对于金属橡皮或碟形弹簧的选择要进行计算，以使起重机操作引起的冲击力由碟形弹簧吸收，使测压头所受的力在安全范围内。由于回转台是旋转的，测压头的输出要经集电环（也有用无线发送的
12、），故注意选择 4 个测压头的连接方式，以使引出线数量最少，此外，由于回转台温度高，要注意防热或设置冷却。,在连铸过程中，中间包钢水称量除了测量钢水重量外，还可将重量转化成液位以作为中间包液位的控制参数，其安装示意图见图 2-62。其测压头同样（转炉和铁水预处理的平台秤也是这种方式）仍应设置减冲击装置，并应装设热屏蔽装置和冷却装置。此外，还须装设挡板以阻挡漏钢或漏渣溅到测压头上。要注意冷却测压头的冷却介质在长时间停浇或检修时要关闭，以免温度过低达到露点而在测压头上有冷凝水。测压头的冷却近来使用 vortex 管，它是利用流体原理，当压缩空气通过一个专门设计的旋涡管，流体分成两股，一股是热空气，
13、另一股是低温空气，利用后者来冷却测压头，它比过去用水冷要方便和安全得多。,4 钢（铁）水成分检测(1)钢水定碳传感器与检测仪表 钢水定碳测量头的结构如图 2-63a 所示，其原理是凝固定碳法，即从炉中取出钢水，倒入定碳测量头底座的样杯中，热电偶测得的 Ec。电动势-时间曲线如图 3-63b 所示，从 A 点上升到最高点 B，然后随着钢水温度的降低，就开始下降。当钢水开始凝固时，由于放出结晶热，热电偶电动势 Ec。即从C点开始的一段时间内保持不变，即出现“平台”，过“平台”后，温度即迅速下降，这“平台”位置（即温度）与钢水中含碳量成函数关系，准确找出这段“平台”即可求得钢水中含碳量。与钢水定碳测
14、量头配套还有专门的钢水定碳测量仪，它和钢（铁）水温度测量仪类似，也是数字的和内含微型计算机的以及配置挂在炉台的大型显示器。,(2）电化学法传感器 l）钢水定氧传感器 电化学法大都采用浓差电池方式（见图 2-64a）。作为制造氧浓差电池的高温固体电解质，具有高温下传递氧离子的晶型结构，它将管状固体电解质置于有不同的氧分压 和 两种介质环境中，在高温时，带电的氧离子便从氧分压高的一侧通过固体电解质晶格点阵中的氧空穴向氧分压低的一侧迁移，随着固体电解质两侧表面不断产生的电荷积累，最后达到动平衡而产生一定的电动势。该电动势可用奈斯特（Nemst）公式表示 E=RT Ln/4F 式中，E 为氧浓差电动势
15、（V);F 为法拉第常数，96500C/mol;R 为理想气体常数，8.314J/mol K;T 为绝对温度(K)；、为两侧介质的氧分压。,测定钢水氧活度的氧浓差电池就是根据这一原理而制成的，其结构如图 2-64b 所示。高温电解质是管状的 ZrO2（+MgO），也有用ZrO3（+CaO）的，俗称锆管。管内装有已知氧分压的金属及其氧化物的混合粉料作为参比极，用钼针作为电极引线。锆管外侧直接与钢水接触，并通过钢水与作为回路的钼棒连接，从而构成氧电池，即钼极Po2（参比电极）ZrO2MgO（电解质）O 钢水钼极装于 U 形石英管中的热电偶是用来测量钢水温度的，在定氧测量头达到热平衡时，此温度也就是
16、固体电解质的温度。,在实际应用中，普遍采用氧化铬（Cr+Cr2O3)和氧化钼（Mo MoO2）的分解压力作为参比压力，其关系式如下：E F(1/2 F)+(RT/2 F)ln(f ao/(Po2)1/2）式中，F 为氧溶解的标准自由能变化；f 为氧的活度系数；Po2为参比侧氧分压；a0为溶解氧量(%）。根据上式可以得出钢水中溶解氧量或氧活度为用氧化铬（Cr+Cr2O3）作参比极时（用于低氧测量）1g a04.62-（13580-10.08E）/T 用氧化钼（Mo+MoO2）作参比极时（用于高氧测量）1g a0 3.885-（7725-10.08 E）T 与钢水定氧测量头配套还有专门的钢水定氧测
17、量仪，和钢（铁）水温度测量仪类似，也是数字的和内含微机的以及配置挂在炉台的大型显示器。按照上述的定氧公式，它是温度的函数，故氧浓差电池的定氧测量头还如图 2-64b 所示带有微型热电偶，因而其二次测量数字仪表通常都是温度与定氧两参数的，其大型显示器也显示温度和氧量。,测量枪把定氧测量头插人钢水后，其测量曲线见图 2 一 65，也出现一个“平台”，测量起始时间（t1)，即当测量头插人钢水后，要有一段达到平衡的时间，国产测量头约为 23s，到（t2）测量结束时间一般为 510s。所有自动找平台及判断何时开始记录和显示以及保持数据和发出“测量”结束信号均由数字式钢水定氧测量仪自动进行。仪表的主要技术
18、规范如下：测量范围。测温：10001800。测氧：1 9999 10-6；测量误差:测温：3。测氧：土 2mV（折算到输人端）。,2）铁水定硅传感器已有许多厂商生产这类测量头，如：带副电极的铁水定硅测量头（如图 2-66 所示，美国 EN 公司等生产）。其结构为：Mo/Mo MoO2 ZrO2（MgO)）ZrO2+ZrSiO4/(SiFe/Mo 硅测量头反应为ZrO2 Si Fe+2 OFe=ZrSiO4，以ZrO2(MgO)作为离子导电的固体电解质ZrO2+ZrSiO4作为硅测量头的辅助电极，这种测量头的响应时间 30s，测定精度为 0.015%S1。,以双层电解质组成的硅测量头（日本大阪酸
19、素公司生产）。其结构为：Mo/(Cr+Cr2O3)ZrO2(Mgo)SiO2/SiFe/Mo在ZrO2(Mgo)固体电解质表面涂一层 SiO2+1030%CaF2 的泥浆，SiO2涂层与铁水中Si有如下的关系：Si 2O=SiO2（涂层）。硅测量头的SiO2活度是一定的，测出上式中的平衡O活度，即可求出铁水中的含硅量。这种测量头已在日本福山钢铁厂高炉使用，测定值与分析值之差为 0.02 Si，响应时间为 20s。3）定硫传感器和定磷传感器定硫传感器和定磷传感器的原理和上述的类似，只是所用电解质及电极不同，不再叙述。,(3）钢水中氢含量在线检测钢水中氢含量在线检测的原理是测量该气体的分压而得出氢
20、含量，根据 Stevert 定律：%H=(KH/fH)式中，H 为钢水中的氢浓度，10-6;KH 为在已知温度下的平衡系数；fH为活度系数；PH 为钢中氢的分压力；1g(KH/fH)=-1905/T1.591，其中 T 为钢水的绝对温度。测量头由多孔陶瓷罩组成，当测量头浸人钢水中时，向钢水吹人氮气，并由多孔陶瓷罩收集，溶解在钢水中的氢不断扩散进人载气氮并在钢液与气相之间的氢分压开始建立平衡，通过热导检测器进行测定时，氮气穿过钢水不断地循环，钢水中的氢不断扩散成气相，直到不再扩散为止，然后测量氢的分压并换算就可得出氢含量。日本钢铁公司名古屋钢铁厂的 RH 装置使用类似于本书第二单元模块二图 2-
21、48 所述的测量头，吹入 Ar 气，在钢水中形成气泡，把 Ar+H2经排出管送分析室内的色谱仪以测定H2，也可同时测定O2和N2，在测浓度为 1 x 10-4 的H2时，误差为 5.3%，测定时间为 2.5 min.,(4)光电直读光谱成分分析仪转炉或炉外精炼冶炼的钢水成分分析经常使用光电直读光谱成分分析仪来分析多种元素，这种仪表的特点是：可以进行多种元素的同时分析；灵敏度很高，可达10-810-9g,相对检测限为 10-3 10-4%；分析速度快，可在 1min内得到 30 种元素分析结果。有关这种仪表的原理见图 2-67。其工作过程是：将被分析的样品，置于电弧、火花或其他光源中间，由光源对
22、它进行激发使之发光，然后使该光分光色散成光谱，最后用光敏元件检测以得出被测样品的成分。这种方法可靠、成熟和准确，但需制样，目前已在炉前设置分析室或使用手推车式的小型光电直读光谱成分分析仪，无需风动送样而大大减小获得结果时间。,5 气体成分分析装置 转炉炉气在线分析装置包括干法取样、预处理过滤等装置和分析仪器三大部分。在线分析装置必须适应快速吹炼要求，故取样头要靠近炉口安装以缩短滞后时间，但此处条件恶劣，为防止堵塞，每个系统装两个取样头和两个预处理过滤装置（一个工作，另一个反吹清扫）。如果炉气分析仪仅是为了回收煤气且转炉容积又小，也可将取样头装在二级文氏管除尘后，因为分析系统滞后时间长一点影响不
23、大，而工作条件大有改善。现代大型转炉都设有煤气回收装置，一般设两套煤气成分分析装置：一套装在一级文氏管前靠近炉口处，分析 CO、CO2等；另一套装在引风机后，分析煤气中的 O2。一级文氏管前的数据送计算机系统，其中 CO 的分析结果还作为回收一放空的条件送至回收一放空控制系统以自动回收转炉煤气。风机后的O2分析起安全报警及作为回收一放空的条件信号。,一级文氏管前炉气成分分析系统如图 2-68 所示，包括：1取样探头。含不锈钢做成的水冷筒（GSP)（冷却水量为 25L/min以上，将 800 1100 的取样气体冷却到 500，当水量过低时，流量开关（FS）发出故障信号）和过滤器(PRF，不锈钢
24、烧结的圆筒构成，外径为40mm，内径为36mm，过滤精度为10um，加热功率为 250W);2 监视过滤器(MGF）。内装玻璃纤维，外筒是透明的以便监视；3 脱湿器（CLR）。其冷冻能力可达-10，功率为 110W，在出口设有温度计（THM)以便监视脱湿器出口试样气体温度；4 滤纸过滤器（PFI）。其底部放置100mm过滤精度为 1um 的滤纸；5抽气泵(P)。其入口压力为-0.06MPa，出口压力最大为 0.2 MPa，流量为 3034L/min;6 流量计（FLIFL6）;7 薄膜过滤器（PF6PF4);8 碳氧分析器（测量范围为 0 10/30%O2）、CO 红外分析器（测量范围为 0
25、一 100%C0）和 CO2红外分析器（测量范围为 0 一 50%CO2);9 校正装置；10程序控制装置。执行清洗和校正控制。,整个分析系统除取样管外，均安装在距取样点约 10m 的分析仪表柜中，以减少滞后，然后把分析结果送到炉前控制室显示和记录，并送过程计算机。引风机后炉气含氧量分析系统仅分析炉气中氧含量，即当炉气含氧量低于 1 时，煤气才进行回收。引风机后炉气含尘量比一级文氏管前的含尘量大大降低，煤气温度也降到 60 左右，但煤气中含水量却大大增加，故其分析系统也与一级文氏管前不同。它包括取样探头、雾过滤器（分离冷凝水及再一次除尘）、抽气泵（一用一备）、电子冷却脱湿器、起泡器（稳压用）、
26、保护箱（用以防止取样探头或管道堵塞后吸人冷凝槽中的水，如发生堵塞时，抽气泵便从保护箱的排气口吸入空气而避免吸人冷凝水）、冷凝水槽、微压计、薄膜过滤器、电动切换阀（控制这些阀来完成氮气对取样探头内的过滤器及管道的清洗）、氧分析仪、三通电磁阀（用以切换样气和校正气体及校正零点和满刻度）、校正装置和程控装置。和一级文氏管前同样，除取样探头外，其他装置均安装在引风机附近约距取样点 3m 的仪表柜中。,6 转炉煤气流量检测转炉煤气流量检测是比较困难的，因为煤气不仅含有 CaCO3 成分的尘埃，还含有饱和水汽，故这些尘埃极易粘附在检测元件表面，使测量误差增大甚至不能工作。一般孔板不能适应这种条件，目前使用
27、文丘利管来测量，并带煤气压力和温度补偿。为了防止灰尘埃粘附和取压管堵塞，设置清洗装置，在转炉停吹时，自动用水和氮气清扫。7 转炉炉衬检测仪测量转炉炉衬侵蚀情况，可使每吨钢喷补的耐火材料降低 45 一 55。测量转炉炉衬侵蚀情况有放射性同位素法、热像法、立体摄像法和激光法等。其中瑞典AGA以公司生产的激光转炉炉衬检测仪最为成功并已为国内外许多工厂使用。该仪表使用大地测绘用的激光测距仪，激光器是氦一氖气体激光器。该转炉炉衬检测仪能对温度高达 1600 的炉内进行测量，精度为5mm。测量时，仪表可放在炉口前任意位置，仪表发出一束激光，被转炉炉内的耐火砖漫反射，由测头检测反射回来的光，用相位法，即测量
28、发射光束与反射光束之间的相位差，即可换算成距离，并测量水平角和垂直角，而得出炉腔形状。,8 判断转炉吹炼终点的仪表(l）炉气分析法分析炉气中CO和CO2的含量并测量炉气流量，即可算出转炉的脱碳速度。用红外气体分析器分析 CO 和 CO2 含量，而氧含量则用磁氧分析仪。瞬时脱碳速度可按下式计算：dC/dt=0.89Qout(%CCO+%CCO2）Wm 式中，%CCO，%CCO2分别为炉气中 CO 和 CO2 的体积百分数；Wm 为熔池中钢水重量；Qout 为脱碳产生的炉气流量（m3/min）。(2）副枪测温、定碳法 1967年美国伯利恒钢铁公司发明了副枪，经过多年改进和完善，副枪已成为判断吹炼终
29、点最成熟的方法，也是现代大型转炉必备的检测手段。副枪是一根水冷管，由电动机带动，检测时插入熔池中。副枪能在不倒炉情况下，快速检测转炉熔池钢水温度、碳含量、氧含量、液位高度以及取钢样、渣样等。副枪头部装有检测用的探头（图 2-69)，副枪下降插入熔池一定深度后，钢水熔化挡板，从进样嘴进入样杯，同时保护罩也被熔化并由 U 形石英管内的热电偶测取钢水温度（温度到达稳定并测量后由电气控制电路驱动，把副枪从钢水提出到达规定位置，在提升过程中，样杯中的钢水逐渐降温和凝固，如本模块知识点分析 4(l）节所述，测量出现平台时的温度就可得出钢水含碳量。,(3）投弹式热电偶法检测温度。副枪检测技术缺点是要求炉口尺
30、寸大于2m。因此只适用于 100t 以上的转炉。为解决 l00t 以下转炉动态控制的困难，美钢联 Gmllite City 钢厂于 1991 年发明了投弹式热电偶终点检测技术。投弹式热电偶检测原理与副枪类似。它用机械投掷方法将87.5、长 900mm的热电偶探头在终点前 23min内投入到转炉熔池内以测量温度。由于投弹式热电偶是软线连接，体积小、装置简单，但只能测温度，还需配备定碳装置。,9 钢流夹渣检测钢流夹渣检测通常有两种方法：电磁法和光学法。(l）电磁法如瑞典 studsvik 公司生产的电磁法示渣器9,德国 AMEPA 公司开发的电磁感应法下渣检测系统等。目前大型钢铁厂 90%以上都采
31、用 AMEPA 公司的电磁感应法下渣检测系统（国内也生产类似的系统）。其原理见图 2-70,当向线圈通人交变电流时，在被测物体产生涡流，这种涡流的分布及相位是线圈几何形状、频率和被测物体电导能力的函数，这磁场由二次线圈测定，由这电磁场的振幅和相位可推测出被测材料和物体的形状。AMEPA 钢渣检测系统包括传感器、前置放大器和外显示控制器等。传感器由两个同心线圈构成，套在钢包水口上（见图 2-71)，在钢水流过水口时，由于钢水与渣的磁导不同（炉渣的电导率仅为钢液的千分之一，如果钢流中含有少量炉渣，涡流就会减弱，而磁场则增强），而可区分钢与渣，出现渣时，发出带渣报警并显示，切断滑动水口，阻止带渣钢水
32、流出。,(2）热成像式或测温式示渣系统其优点是无接触，故使用寿命长、工作可靠，其原理是用摄像机或红外测温仪对准钢流摄像（或测温），用图像（或数据处理）处理技术，通过计算机分辨是钢水还是渣，当出现渣时，显示并报警。在连铸过程中钢流是密闭的，以减少氧化，故要设置专门的检测管并用光纤引出（见图 2-72）。,10 连铸过程结晶器钢水液位检测结晶器钢水液位测量有多种方法（见表 2-3）。板坯和大方坯连铸大都使用涡流法，小方坯及薄板坯连铸因结晶器尺寸难以安装涡流传感器而用放射性法。以下将介绍这两种方法。,(l）同位素法测量结晶器钢水液位同位素法测量结晶器钢水液位的原理和示意见图 2-73。在结晶器一侧装
33、设同位素辐射源，结晶器一侧装设闪烁计数器，当结晶器内有钢水时，射线部分为钢水遮挡，部分为闪烁计数器接收。这样，结晶器内钢水液位高度 h 与到达闪烁计数器的射线强度有关。,此法在生产中应用较好，但要注意防护问题。辐射源是 137Cs 或60Co。，其半衰期为 5.4 年，大型板坯连铸机所用60Co辐射源强度约为 3.7 108Bq，为了安全起见，必须设置保护盒，以保证操作场所内放射强度低于规定值。近年来，为减小辐射源强度而有把辐射源和接收器均安装在结晶器冷却水套内，此时辐射源强度可降到 1.85108Bq 以下。(2）涡流法测量结晶器钢水液位测量原理见图 2-74。检测器由 3 个匝数相同的绕组
34、构成，当 50kHz 的高频电压 Eout 加在差动感应线圈的初级线圈 Wl 上时，在结晶器钢水中产生涡流，受涡流影响的两个次级线圈（W2,W3）产生感应电动势 Vl-V2的值随结晶器钢水液位的高低（距离 h）而变化。,供大型板坯连铸机使用的传感器的结构见图 2-75，近来已推出外径为 28mm的传感器，可供小方坯连铸机使用。为安全起见，传感器采用风冷方式。涡流传感器的特性和被测金属及其邻近的结晶器盖板和铜板、中间包等有关，如更换传感器造成的位置变化以及结晶器宽度变化等都会影响其输出特性，故要选定一固定基准面进行校正并记忆下来，如有变化，自动校正增益，使输出特性回到原先值。此外，保护渣在高温下
35、有一定导电率，也会对涡流测量有影响，渣层厚度不同会对测量产生约 1 的影响。有关传感器安装见图 2-76,11 连铸过程中的结晶器振动检测 由于结晶器是上下振动的，为了监视振动情况并作为液位检测和控制系统补偿之用，而须测量结晶器振动。在结晶器上引出一杠杆，拖动凸轮来回转动，后者推动铁心使电感改变，经放大、解调以后得出交变电流，送指示或记录仪表中去就可得出结晶器振动情况。,12 连铸过程中的结晶器热交换检测 监视结晶器的热交换是连铸操作的重要环节，也是改善铸坯质量重要一环，并可推算出铸坯结壳厚度。结晶器热交换检测是利用流量计和电阻温度计分别测出结晶器冷却水量和进出口水温，由计算机算出热功率，再经
36、积分器、电压一频率转换器积算或推动六位电磁式计数器而得出换热量，把结晶器每个侧面的换热量及它们之和送给显示记录仪进行显示记录。热功率可按下式计算：H=DK(Rt-R0)式中，H 为热功率（kJ/s);D 为结晶器冷却水量（t/h);K 为系数（kJ kg）:(Rt-R0)为当水温由 t0 升到 t 时，铂电阻温度计的电阻变化值。结晶器的热流与铸坯表面关系为 H0=(Q/Vc)（TP）式中，H0 为热流（KJ/m2）;Q 为结晶器冷却水量（L/min)；T 为冷却水温升（）;Vc为拉速（m/min)；P为结晶器边长（m）。并由此公式可算出结晶器出口铸坯结壳厚度 S 为:S=0.155,13 连铸
37、过程中的结晶器内凝固壳断裂检测 漏钢预报从 20 世纪 70 年代末已研究过许多种方法，包括：振动波形法、超声波法、热交换法、摩擦力测量法、温度测量法。其中温度测量法最为成功并已实用化了。如图 2-77 所示，坯壳在弯月面附近由于某种原因，超过其机械强度而破裂（见图 2-77a)，并按结晶器振动周期反复凝固、破裂，该坯壳破裂处如未能凝固，则破裂处会以低于拉坯速度向下和向横扩展（见图 2-77b)，当坯壳破裂处到达结晶器底部时，就发生拉漏（见图 2-77C).,由于坯壳破裂时，钢水直接与结晶器壁接触，因而该处会有温升。这样，如果在结晶器壁宽度方向和浇铸方向上如图 2-78 所示布置许多热电偶，就
38、可从热电偶测得的温度上得知坯壳破裂处及其扩展（见图 2-79)，识别这温度上升就可预报拉漏。,14 连铸二次冷却区检测(l）铸坯表面温度及铸坯温度分布检测目前是使用光纤红外高温计测量铸坯表面温度，而测量铸坯横向表面温度分布测量则使用 CCD 阵列光电元件作为传感器，装在水冷套内，它带广角镜头，可测量宽度为 lm 的温度分布，由计算机处理然后送 CRT 显示（见图 2-80）。测量头是装在水冷和带有压缩空气吹扫的保护套内的，有关其在连铸机上的安装示意见图 2-81。(2）二冷水流量检测由于二次冷却区的水流量变化太大，而普通孔板流量计的流量是与其差压方根成正比，测量范围超过 4:1 时，其下限很难
39、准确，故它不适合于连铸过程。电磁流量计由于其测量范围大，并可利用电流变化来改变量程，且对水质要求不严格，故适合于连铸过程使用。对于二次冷却区还须测量冷却水压力、温度及拉辊压力（测量其液压系统的压力即可。,15 连铸辊间距检测辊间距测量原理是如图 2-82 所示，在测量头装设测量位移的传感器，一个传感器活动端接触上面的辊子，另一个传感器活动端接触下面的辊子，将两个输出相加，即得出两辊之间的距离。此测量头与引锭杆连接，测量时可将引锭杆从结晶器往下拉，一直拉到拉矫辊。测量头经过每对辊时，即测出其间的距离（开口度）、椭圆度（如图 2-83 所示，由一个摩擦轮带动辊子转动，测出的间距即为椭圆度）记录后即
40、可知那些辊子需要调校或更换。,辊间距测量装置的信号传送有 3 种方式：1有线电缆方式。测量头是从结晶器上方（或下方）放进，并通过电缆收放置使电缆随测量头收放，电缆将把测量头的信号传送到控制室的计算机中去；2 数据存储方式。所有检测器、数据处理及存储单元均装在测量头上，测量头在夹送辊道内移动时，把每对辊的辊间距检测出来，经数据处理后存储在存储单元中，待测量结束，连铸机停机，取出测量头，把数据处理及存储单元连接计算机、打印机和 CRT，将结果显示并打印出来；3 无线传输方式。这是目前最新的方式。检测器将测得的辊间距等信号调制成调频波通过天线发射出去，再由接收天线接收、解调处理。目前，连铸机辊间距测
41、量仪趋向多功能化，如德国 WIEGARD 公司生产的辊缝测量装置。具有检测开口度、弧度、辊子转动状况、辊子磨损和二冷喷嘴喷水状况等五项功能。,16 连铸过程中的铸坯长度检测为了计算总产量和提供铸坯自动定长切割控制装置的信号，故需测量铸坯长度。铸坯长度测量仪包括探头和二次仪表，探头是一个红外脉冲发生器，把机械位移量转换成电脉冲信号输出，然后经整形、计数、译码，最后由数码管显示。红外脉冲发生器可以装在拉矫机高速轴上或低速轴上，还可与专用测量辊连接，靠与铸坯摩擦力带动，以测量长度。,三、思考题 1 钢水温度测量有哪几种方法？在炼钢生产中大都使用哪种？参考答案：有间歇式和连续式两种，前者只能持续十至几
42、十小时。后者有浸人式热电偶和消耗式热电偶两种。在炼钢生产中大都使用消耗式热电偶来测量钢水温度。2 钢（铁）水等重量称量有哪几种方式？试简述其内容。参考答案：钢（铁）水等重量称量主要有下列两种方式：起重机上方式。用于进行钢水包称量，通常又有两种方式：使用直显式电子吊钩秤方式和在起重机安装压头方式；平台方式。是在平台下安装压头以对钢水进行称量。在测压头上装有金属橡皮或碟形弹簧以减小起重机操作并把钢水包放在钢水包回转台上所引起的冲击力。此外，要注意防热或设置冷却。,3 目前钢水用什么方法定碳？如何实现？参考答案：目前钢水是用凝固定碳法定碳。其原理是钢水开始凝固时，由于放出结晶热，其温度在一段时间内保
43、持不变，即出现“平台”过“平台”后，温度即迅速下降，这“平台”位置（即温度）与钢水中含碳量成函数关系，测出这段“平台”即可求得钢水中含碳量。4 判断转炉吹炼终点有哪几种方法？参考答案：炉气分析法、副枪测温和定碳法、投弹式测温法（只能测温）。其中副枪已成为判断吹炼终点最成熟的方法，也是现代大型转炉必备的检测手段。5 连铸凝固壳断裂的机理是什么？如何预报拉漏？参考答案：连铸凝固壳断裂温度测量法的机理是：坯壳在弯月面附近由于某种原因，超过其机械强度而破裂，并按结晶器振动周期反复凝固、破裂，该坯壳破裂处如未能凝固，则破裂处会以低于拉坯速度向下和向横扩展，当坯壳破裂处到达结晶器底部时，就发生拉漏。由于坯壳破裂时，钢水直接与结晶器壁接触，因而该处会有温升。这样，如果在结晶器壁宽度方向和浇铸方向上布置许多热电偶，就可从热电偶测得的温度上得知坯壳破裂处及其扩展，识别这些温度上升就可预报拉漏。,
