CN103341597B - 一种连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置及测量方法，属于连铸过程检测技术领域。装置，包括氩气枪、浸渍罩、温度传感器及操作支架，浸渍罩设置在浸渍罩安置架上，温度传感器设置在温度传感器安置架上，并伸入到浸渍罩的通孔内；温度传感器通过信号处理器与计算机相连，浸渍罩采用具有抗氧化能力的耐高温材料。方法：在温度传感器上标记各测点插入位置；打开氩气枪，采用氩气枪吹开测点位置上方的保护渣层；在吹开的渣眼位置插入浸渍罩；关闭氩气枪；通过浸渍罩的通孔插入温度传感器送至标记位置，固定并测温，通过信号处理器将采集的信号送至计算机；测点位置为：浸入式水口出口、窄面冲击区、弯月面区域两侧和结晶器下回流区。

Description

一种连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于连铸过程检测技术领域，特别是涉及一种用于连续测量、显示和反馈结晶器内钢液温度的连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置及测量方法。

背景技术

在连铸过程中，温度是最重要的操作工艺参数。适宜的钢液温度(不同的钢种有不同的温度要求)可使高效连铸生产获得高质量的铸坯。钢液过热度提高，钢坯坯壳减薄，钢液易于二次氧化，夹杂物增多，耐材严重冲蚀，易出现鼓肚、漏钢、柱状晶发达、中心偏析严重、缩孔严重等一系列问题。高效连铸的生产实践和理论都得出了相同的结论，即低温浇注是提高拉速及改善铸坯质量的重要手段之一。但是，温度低要有界限，温度过低会出现钢液流动性差、水口冻结、夹杂物难以上浮等问题。所以，高效连铸特别强调要保证浇注钢液温度，即钢液浇注温度均匀稳定地保证在规定的范围内。

高温钢液由中间包经水口注入结晶器，钢液射流进入结晶器之后冲击到结晶器窄面，形成向上和向下两大流股，向上流股沿窄面上行至弯月面处后改变方向流向水口，向下流股沿窄面下行达到一定深度后流向中心，再向上形成一个回流。结晶器内的流场分布将直接影响其温度场分布，所以要根据流场分布确定能够反映结晶器内温度场的测点位置。需要考虑以下因素：中间包到水口出口处的沿程温降决定了连铸工艺的顺利进行，射流冲击点位置的钢液温度影响凝固坯壳的生长，弯月面处的温度直接影响表面缺陷的形成，下回流区温度影响气泡和夹杂物的去除。

位于结晶器上表面的保护渣是连铸生产最重要的功能材料之一，主要成分包含CaO、SiO₂、Al₂O₃和助熔剂。保护渣在熔化时由4层组成，分别是固态渣层、烧结层、半熔化层和液态渣层，整个渣层厚度大约为90mm左右。其主要冶金作用包括：隔绝空气，保护钢液面不受空气的二次氧化；钢液面绝热保温，以防止过早凝固或结壳；吸收和熔解非金属夹杂物；充当铸坯与结晶器间的润滑剂等等。但由于其成分多样，内部存在复杂的物理化学反应，所以粘度较低的液态渣层会侵蚀浸入式水口和其他与其接触的材料，这给结晶器内钢液的温度测量带来了很大困难。

随着连铸自动控制技术的发展以及对钢质量要求的不断提高，需要连续测量结晶器内钢液温度。但因结晶器内保护渣的存在，耐火材料会不断被侵蚀，保护套管的使用寿命有限，结晶器内钢液温度连续测量难的问题一直困扰着冶金行业。国内外目前广泛采用一次性使用的快速微型热电偶探头测量结晶器内钢液温度，但是该测量方法依靠人工插入的方式操作，难以保证测温区域的一致性，其测量值的可靠性和重现性都较低；操作人员难以将热电偶探头插入钢液中导致温度测量失败或出现严重的测量偏差，测量盲段的存在极大地增加了漏钢、水口结瘤等事故发生的风险；而且每次只能测定2～3秒内的温度，无法给出温度连续变化的数据，不利于实现连铸生产的涉温自动控制。虽然近年来国内外在一次性快速微型热电偶保护套管的改进上实现了一些突破，使钢液温度测量中存在的误差大、劳动强度高、成本高以及实时性差等系列问题在一定程度上得以解决，但与生产实际的要求仍然存在差距，特别是在多点连续测温的情况下矛盾尤为突出。因此，研发结晶器内钢液连续测温工艺技术，实现结晶器内钢液的连续测温，对连铸生产具有现实意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置及测量方法。本发明的目的旨在提供一种能够连续准确地测量、显示和反馈结晶器内钢液温度，从而使二次冷却水得到及时调节的连续测量装置及测量方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置，包括与氩气储气罐相连接的氩气枪、纵向具有通孔的浸渍罩、温度传感器、操作支架、信号处理器及计算机；所述浸渍罩设置在操作支架的浸渍罩安置架上，所述温度传感器设置在操作支架的温度传感器安置架上，并伸入到浸渍罩的通孔内；所述温度传感器通过信号处理器与计算机相连接，所述浸渍罩采用具有抗氧化能力的耐高温材料。

所述操作支架由两根互相平行的操作杆、第一滑动杆、第二滑动杆、温度传感器安置架及浸渍罩安置架组成，所述两根操作杆的内侧具有滑道，所述第一滑动杆和第二滑动杆的两端分别设置在两根操作杆的滑道内；所述温度传感器安置架的顶端套装在第一滑动杆上，并能够沿着第一滑动杆滑动，所述浸渍罩安置架的顶端套装在第二滑动杆上，并能够沿着第二滑动杆滑动。

所述的浸渍罩的材料为：Al₂O₃-C/ZrO₂-C或(MgO-C)-(Al₂O₃-C)-(ZrO₂-C)或铝碳质耐火材料。

所述的温度传感器由钼基金属陶瓷管、刚玉管和热电偶组成，所述刚玉管设置在钼基金属陶瓷管内，所述热电偶设置在刚玉管内的下部，热电偶通过补偿导线与信号处理器相连接。

所述的温度传感器下部的测温端为圆柱型，其直径小于10mm。

所述的连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤一：在温度传感器上标记各测点的插入位置，打开、调试信号处理器和计算机；

步骤二：打开氩气枪，采用氩气枪吹开测点位置上方的保护渣层；

步骤三；在吹开的渣眼位置插入浸渍罩；

步骤四：关闭氩气枪；

步骤五：通过浸渍罩的通孔插入温度传感器送至标记位置，固定并测温，通过信号处理器将采集的温度信号传送至计算机；

步骤六：改变温度传感器的插入深度，对已标记的测点进行测温；改变浸渍罩的插入位置，并通过温度传感器对已标记的测点进行测温，直至采集所有测点温度值；

所述的测点位置分别为：浸入式水口出口、窄面冲击区、弯月面区域两侧和结晶器下回流区。

本发明的有益效果：

(1)测量准确

本发明测出的多点温度能够反映结晶器内钢液的实际温度分布，测温过程不会影响连铸工艺；

(2)操作方便

本发明仅用一个温度传感器即可对钢液进行连续测温，避免了快偶点测温每测一次换一个热电偶而造成的温度值漂移现象；

(3)制造成本及维护费用低

本发明不必大量耗费价格相当昂贵的测温探头，可以减少(或消除)对保护管的侵蚀。

附图说明

图1为本发明的连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量方法的测点位置分布示意图；

图2为本发明的连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置的使用状态结构示意图；

图3为浸渍罩的结构示意图；

图4为温度传感器的结构示意图；

图5为操作支架的结构示意图；

图中：1—氩气枪，2—氩气储气罐，3—浸渍罩，4—温度传感器，5—补偿导线，6—信号处理器，7—USB连接线，8—计算机，9—操作杆，10—浸渍罩安置架，11—温度传感器安置架，12—水口，13—保护渣层，14—结晶器，15—钼基金属陶瓷管，16—刚玉管，17—热电偶，18—滑道，19—第一滑动杆，20—第二滑动杆，21—操作支架，22—通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图2所示，一种连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置，包括与氩气储气罐2相连接的氩气枪1、纵向具有通孔22的浸渍罩3、温度传感器4、操作支架21、信号处理器6及计算机8；所述浸渍罩3设置在操作支架21的浸渍罩安置架10上，所述温度传感器4设置在操作支架21的温度传感器安置架11上，并伸入到浸渍罩3的通孔22内；所述温度传感器4通过信号处理器6与计算机8相连接，所述浸渍罩3采用具有抗氧化能力的耐高温材料。

如图5所示，所述操作支架21由两根互相平行的操作杆9、第一滑动杆19、第二滑动杆20、温度传感器安置架11及浸渍罩安置架10组成，所述两根操作杆9的内侧具有滑道18，所述第一滑动杆19和第二滑动杆20的两端分别设置在两根操作杆9的滑道18内；所述温度传感器安置架11的顶端套装在第一滑动杆19上，并能够沿着第一滑动杆19滑动，所述浸渍罩安置架10的顶端套装在第二滑动杆20上，并能够沿着第二滑动杆20滑动。

所述的浸渍罩3的材料为：Al₂O₃-C/ZrO₂-C或(MgO-C)-(Al₂O₃-C)-(ZrO₂-C)或铝碳质耐火材料。浸渍罩3的结构如图3所示，浸渍罩3的通孔22内径应略大于温度传感器4的外径，使后者能够顺利插入。浸渍罩3的作用是避免保护渣层13对温度传感器4的侵蚀，使得温度传感器4可以连续测温，保证温度测量的准确性和安全性。浸渍罩3可以在水口12一侧自由移动以适应不同点温度测量。

如图4所示，所述的温度传感器4由钼基金属陶瓷管15、刚玉管16和热电偶17组成，所述刚玉管16设置在钼基金属陶瓷管15内，所述热电偶17设置在刚玉管16内的下部，热电偶17采用双铂铑，其通过补偿导线5与信号处理器6相连接。温度传感器4的长度要足够长，以保证其插入深度能到达最深处的测点位置。刚玉管16对热电偶17的偶丝起到保护作用不让其轻易折断，还具有绝缘作用，即避免偶丝的正、负极相互接触；钼基金属陶瓷管15以Al₂O₃为基体材料，掺加一定比例的金属材料Cr、Mo制成，其具有耐高温、抗氧化、抗热震性好等特点，可防止热电偶17在高温时发生弯曲引起的偶断裂，而且有利于传热，减小了响应时间。

所述的温度传感器4下部的测温端为圆柱型，其直径小于10mm，这样可以使其插入后对结晶器14流场及温度场的影响足够小，保证其测量的时间及效果。

所述的信号处理器6采用visual basic6.0开发，对热电偶17所测得的电势差毫伏值数据进行接收处理和转换，最后由串口模块经USB连接线7传给计算机8进行显示和数据存储。

所述的连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤一：根据现场结晶器14的流场计算结果，确定测点位置分布，并在现场进行标记；测点位置分别为：浸入式水口出口、窄面冲击区、弯月面区域两侧和结晶器下回流区；在温度传感器4上标记各测点的插入位置，打开信号处理器6和计算机8，并将两者调试连接，初始化，等待测温；

步骤二：打开氩气枪1，采用氩气枪1吹开测点位置上方的保护渣层13(包括液渣层)，保证渣眼足够大，空间能够容下浸渍罩3；

步骤三：调整浸渍罩安置架10，在吹开的渣眼位置垂直插入浸渍罩3，浸入深度大于保护渣层13总厚度；

步骤四：关闭氩气枪1；

步骤五：将温度传感器4的钼基金属陶瓷管15进行预热，使其均匀受热至800℃左右，调整温度传感器安置架11，保证温度传感器4能够顺利插入浸渍罩3的通孔22；通过浸渍罩3的通孔22插入温度传感器4送至标记位置，固定温度传感器安置架11并打开计算机8控制开关，维持300秒测温，温度传感器4将测得的温度信号传送给信号处理器6，信号处理器6将接收到的温度信号转换成电信号并通过USB连接线7直接发送给计算机8，由计算机8显示和记录温度数值；计算机8可将温度信息反馈给连铸系统主控计算机，由连铸系统主控计算机根据实际温度变化控制气动阀开度，进而实现对二次冷却水流量的及时调节；

步骤六：通过温度传感器安置架11改变温度传感器4的插入深度，对已标记的测点进行测温；通过操作杆9改变浸渍罩3的插入位置，并通过温度传感器4对已标记的测点进行测温，直至采集所有测点温度值。

本发明测点位置的选取：

本发明首先要确定能够反映结晶器14内真实温度场的测点分布，需考虑四个因素：①能够代表中间包到结晶器14水口12出口处的沿程温降；②射流对初生坯壳的热冲击强度；③弯月面的凝结情况；④结晶器14下回流区流动特性。

根据连铸过程中影响钢坯质量的因素及流场特点，本发明测点位置的选取主要考虑以下几个方面：如图1所示，中间包到结晶器14水口12出口处的沿程温降(浸入式水口出口，测点①)；窄面冲击点温度(窄面冲击区，测点②)；弯月面温度(弯月面区域两侧，测点③和④)；结晶器下回流区温度(下回流区，测点⑤)。

Claims (5)

1.一种连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置，其特征在于包括与氩气储气罐相连接的氩气枪、纵向具有通孔的浸渍罩、温度传感器、操作支架、信号处理器及计算机；所述浸渍罩设置在操作支架的浸渍罩安置架上，所述温度传感器设置在操作支架的温度传感器安置架上，并伸入到浸渍罩的通孔内；所述温度传感器通过信号处理器与计算机相连接，所述浸渍罩采用具有抗氧化能力的耐高温材料；所述操作支架由两根互相平行的操作杆、第一滑动杆、第二滑动杆、温度传感器安置架及浸渍罩安置架组成，所述两根操作杆的内侧具有滑道，所述第一滑动杆和第二滑动杆的两端分别设置在两根操作杆的滑道内；所述温度传感器安置架的顶端套装在第一滑动杆上，并能够沿着第一滑动杆滑动，所述浸渍罩安置架的顶端套装在第二滑动杆上，并能够沿着第二滑动杆滑动。

2.根据权利要求1所述的连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置，其特征在于所述的浸渍罩的材料为：Al₂O₃-C/ZrO₂-C或(MgO-C)-(Al₂O₃-C)-(ZrO₂-C)或铝碳质耐火材料。

3.根据权利要求1所述的连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置，其特征在于所述的温度传感器由钼基金属陶瓷管、刚玉管和热电偶组成，所述刚玉管设置在钼基金属陶瓷管内，所述热电偶设置在刚玉管内的下部，热电偶通过补偿导线与信号处理器相连接。

4.根据权利要求1所述的连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置，其特征在于所述的温度传感器下部的测温端为圆柱型，其直径小于10mm。

5.采用权利要求1所述的连铸结晶器内保护渣下钢液温度测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在温度传感器上标记各测点的插入位置，打开、调试信号处理器和计算机；

步骤二：打开氩气枪，采用氩气枪吹开测点位置上方的保护渣层；

步骤三：在吹开的渣眼位置插入浸渍罩；

步骤四：关闭氩气枪；

步骤五：通过浸渍罩的通孔插入温度传感器送至标记位置，固定并测温，通过信号处理器将采集的温度信号传送至计算机；

步骤六：改变温度传感器的插入深度，对已标记的测点进行测温；改变浸渍罩的插入位置，并通过温度传感器对已标记的测点进行测温，直至采集所有测点温度值；

所述的测点位置分别为：浸入式水口出口、窄面冲击区、弯月面区域两侧和结晶器下回流区。