CN107855509A - 钢包烘烤中的在线测温控制装置及方法 - Google Patents

钢包烘烤中的在线测温控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钢包烘烤中的在线测温控制装置及方法,装置包含:光纤式温度传感器,其光纤探头安装于钢包盖上,利用辐射传热的非接触式传感热信号,并通过伸出钢包外的光纤进行传输;第一红外测温仪器,与伸出钢包外的光纤连接,接收热信号并转换成温度信号;控制器,具有PID反馈控制性能,与第一红外测温仪器连接,将温度信号处理成控制燃气供应装置的燃气控制信号,燃气供应装置根据燃气控制信号调节燃气流量阀的开口度,实现钢包烘烤在线控制调整;第二红外测温仪器,是由置于近钢包一侧外壁的数个红外测温仪及其支架组成,数个红外测温仪的输出端分别与控制器连接。本发明测温精度高,减少了燃气消耗和污染物排放,实现钢包烘烤的节能和环保。

Description

钢包烘烤中的在线测温控制装置及方法
技术领域
本发明涉及冶金行业中高温炉窑温度测量技术,尤其是指一种节能型的钢包烘烤中的在线测温控制装置及方法。
背景技术
在钢包烘烤过程中,如果烘烤温度过高不仅会造成能源的浪费和增加污染物排放,同时耐火材料的隔热效果和使用寿命都会受到影响;如果烘烤温度过低会造成钢水倒进钢包内时会结块以及钢包耐材也会出现破裂,也会降低钢包的使用寿命。
现有的钢包烘烤温度制度是以在钢包盖顶部插入到钢包内的热电偶所测得的包内气氛温度为主要依据,再结合已有经验方法,制定得到的。
实际情况是,钢包盖温度与钢包本体温度存在较大差异,且钢包本体与钢包盖是分离的,烘烤过程中,钢包会不断吸入冷空气,钢包内部形成热对流作用,使得钢包内部炉气温度不均匀。例如,开始烘烤时(升温段),热电偶温度随着燃烧的进行,烟气温度快速上升,而钢包本体由于耐材蓄热使其的实际温度上升速率较慢,而钢包烘烤温度的控制一般根据钢包烘烤盖上热电偶显示温度,再由PID温度反馈调节器调整烘烤空燃比,当温度达到目标值后,程序自动转入保温阶段保温段(保温段)。因此现有的钢包烘烤温度制度存在以下问题:
(1)在钢包升温段时,快速升温使钢包内壁温度达到要求的保温温度,由于此时钢包本体实际温度上升速率较慢,在采用传统方法情况下,钢厂实际常常增加温度值。
(2)在钢包保温段时,钢包耐材在一定温度的蓄热基本达到饱和,应以钢包工作层耐材和永久层耐材内部温度保持不变为标准,但由于缺乏足够的检测手段,无法精确控制该标准,钢厂实际常常延长烘烤时间。
因此,现有的钢包烘烤温度的控制方法既耗能又温控不精确,并影响钢包的使用寿命。
为了克服此问题,CN101907496A提出在钢包本体耐材内部(工作层与永久层之间)预埋专用精细热电偶测量钢包烘烤过程中的温度。此方法可以间接得到钢包耐材内部温度,但不是钢包烘烤工作层内壁的真实温度,也无法准确判断耐材蓄热是否饱和,从而也无法准确控制保温时间。另外,现有不同的钢包状态划分无法全面精确覆盖钢包状态,一般划分几大类如热修、小修、中修、大修和全修等,但是即使是小修,状态差异也可能很大,现有的控制手段,无法根据钢包实际状况,进行实时在线调整。
鉴于传统钢包中测量烘烤温度的热电偶的数据不能真实反应钢包本体的内壁温度,容易造成烘烤最高温度过高或过低,造成温度控制不稳定,也易造成保温时间过长或过短,造成能源的浪费,另外,也无法根据钢包实际状态实时在线调整烘烤温度,因此有必要进行更精确、更全面对钢包本体温度进行测量;在此基础上制定更合理的钢包烘烤制度,进而减少燃气浪费和污染物排放(尤其是氮氧化物),实现钢包烘烤的节能与环保。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题,提供一种钢包烘烤中的在线测温控制装置,能够改善钢包烘烤过程中对烘烤温度的控制精度,制定更合理的钢包烘烤制度,减少燃气消耗和污染物排放,实现钢包烘烤的节能和环保。
本发明的另一目的是提供一种钢包烘烤中的在线测温控制方法,
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种钢包烘烤中的在线测温控制装置,其中:
所述钢包的钢包盖上设有烘烤钢包用的燃气进口及开有传输温度信号的测温孔;
所述在线测温控制装置包含:
光纤式温度传感器,是一种带有光纤的温度传感器,其光纤探头的底座通过所述测温孔焊进烘烤钢包的钢包盖底部,光纤探头利用辐射传热的非接触式传感热信号,并将传感到的钢包内壁的热信号通过伸出钢包外的光纤进行传输;
第一红外测温仪器,其与光纤式温度传感器中伸出钢包外的光纤连接,接收光纤传输的钢包内壁的热信号,将热信号转换成温度信号并显示温度值;
控制器,是一种具有PID反馈控制性能的控制器,其与第一红外测温仪器连接,接收第一红外测温仪器输出的温度信号,并对温度信号进行处理后形成控制燃气供应装置的燃气控制信号,燃气供应装置根据燃气控制信号调节燃气流量阀的开口度,并通过钢包盖上的燃气进口在线供给钢包烘烤需用的燃气量,调整钢包内的空燃比,实现钢包烘烤制度在线控制调整;
第二红外测温仪器,是由置于近钢包一侧外壁的数个红外测温仪及安装数个红外测温仪的支架组成,所述数个红外测温仪的输出端分别与所述控制器连接,控制器统计钢包外壁的平均温度。
所述光纤外包有保护套管,保护套管外面敷设屏蔽套。
所述光纤外面直接敷设屏蔽套。
所述第一红外测温仪器采用一种抗烟气、粉尘及火焰的红外测温仪器。
本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的:
一种钢包烘烤中的在线测温控制方法,采用所述的钢包烘烤中的在线测温控制装置,其包括以下步骤:
钢包预热时的升温阶段,控制器根据第一红外测量仪器测量的温度信号利用PID反馈控制不断增大燃气供应装置的燃气流量阀的开口度,不断调整钢包内的空燃比,实现钢包烘烤制度在线控制调整;
当钢包内壁温度达到设定的加热温度时,控制器利用其PID反馈控制不断减小燃气供应装置的燃气流量阀的开口度,钢包进入保温阶段程序;
当第二红外测温仪器显示的平均温度在一段时间内无变化(200℃左右),控制器利用其PID反馈控制关闭燃气供应装置的燃气流量阀,停止供应燃气,钢包的保温阶段结束。
所述钢包内壁温度达到设定的加热温度是指达到900℃。
所述第二红外测温仪器显示的平均温度在一段时间内无变化中的平均温度是指200℃。
本发明的有益效果:
(1)与传统钢包烘烤温度采用预埋热电偶的方式相比,本发明能够直接测量钢包本体的温度,减少因升温阶段过高的温度导致燃气浪费的现象;此外,在钢包外壁增加红外测温点,能够减少钢包因过长的保温时间导致的燃气浪费。
(2)与传统钢包烘烤制度中将钢包简单划分几类不同,本发明可根据钢包的真实状态,实现钢包烘烤制度在线控制调整。
(3)与传统钢包烘烤温度采用预埋热电偶的方式相比,本发明可以更精确的进行温度测温,防止钢包壁面烘烤温度过高和保温时间过长,减少燃气使用量,减少烟气污染物,尤其是氮氧化物的排放。
为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果,以下将结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为本发明钢包烘烤中的在线测温控制装置实施例之一的结构示意图(烘烤的钢包是立式钢包);
图2为本发明钢包烘烤中的在线测温控制装置实施例之二的结构示意图(烘烤的钢包是卧式钢包)。
具体实施方式
下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
为了实现上述目的,本发明利用一种抗烟气、蒸汽和火焰等干扰的高精度红外测温装置以及光纤式温度传感器在线测量烘烤中的钢包内壁的温度,从而随时获得钢包烘烤本体的温度变化,当钢包本体内壁温度达到要求时,即可通过控制器中的PID反馈控制转入保温程序,进而减少因过高温度导致的燃气浪费和污染物排放,再利用多个置于钢包外壁的红外测温仪测量钢包本体外壁温度,当外壁温度区域稳定时,钢包本体烘烤已经完成,即可通过PID反馈控制停止烘烤,进而减少因过长的保温时间而导致的燃气浪费和污染物排放。
图1-图2是钢包烘烤中的在线测温控制装置结构示意图。如图1-图2所示,在被烘烤的钢包1的钢包盖上设有烘烤钢包用的燃气进口11及开有传输温度信号的测温孔12;所述在线测温控制装置包含:
光纤式温度传感器2,其是一种带有光纤的温度传感器,其光纤探头的底座通过测温孔12焊进烘烤钢包1的钢包盖底部,光纤探头不是接触式传感热信号,是利用辐射传热的非接触式传感热信号,光纤探头将传感到的钢包内壁的热信号通过伸出钢包1外的光纤进行传输,图1所示的实施例中,光纤外包有保护套管(未图示),保护套管外面敷设屏蔽套7;在图2所示的实施例中,光纤外无需包保护套管,但需要敷设屏蔽套7;采用光纤式温度传感器的目的是因为烘烤的钢包内部温度大于1000℃,而且内部烟气、水蒸气和火焰等因素干扰多,光纤式温度传感器利用辐射传热的非接触式传感热信号,使用寿命长,且具有抗烟气、水蒸气和火焰等干扰的功能,传感的热信号较符合实际;
第一红外测温仪器4,其与光纤式温度传感器2中伸出钢包1外的光纤连接,接收光纤传输的钢包内壁的热信号,将热信号转换成温度信号并显示温度值,该第一红外测温仪器4采用一种抗烟气、粉尘及火焰的红外测温仪器;
控制器3,是一种具有PID反馈控制性能的控制器,其与第一红外测温仪器4连接,接收第一红外测温仪器4输出的温度信号,并对温度信号进行处理后形成控制燃气供应装置5的燃气控制信号,燃气供应装置5根据燃气控制信号调节燃气流量阀的开口度,并通过钢包1钢包盖上的燃气进口11在线供给钢包1烘烤需用的燃气量,调整钢包1内的空燃比,实现钢包烘烤制度在线控制调整,当钢包底部或侧内壁瞬时温度达到目标值时,即可通过控制器中的PID反馈控制自动转为保温程序,减少因过高温度导致的燃气浪费和污染物排放;
第二红外测温仪器6,是由置于近钢包1一侧外壁的数个红外测温仪61及安装数个红外测温仪61的支架62组成,所述数个红外测温仪61的输出分别与所述控制器3连接(连接线未图示),使用第二红外测温仪器6能够多点测量钢包外壁的温度,以便控制器3统计钢包1外壁的平均温度,当外壁温度区域稳定时,钢包本体烘烤已经完成,即可通过控制器3的PID反馈控制停止烘烤,减少钢包1因过长的保温时间而导致的燃气浪费和污染物排放。
现有的钢包烘烤方法较复杂,需将钢包分为不同状态的3-5类,分别对各类别的钢包制定烘烤加热时间和保温时间,本发明利用上述钢包烘烤中的在线测温控制装置进行烘烤简化了控制程序,可以根据测量所得内壁温度和外壁温度,直接调整烘烤加热时间和保温时间。
本发明利用上述钢包烘烤中的在线测温控制装置进行在线测温控制方法的步骤如下:
钢包1预热时的升温阶段,控制器3根据第一红外测量仪器4测量的温度信号利用其PID反馈控制不断增大燃气供应装置5的燃气流量阀的开口度,不断调整钢包1内的空燃比,实现钢包烘烤制度在线控制调整;
当钢包1内壁温度达到设定的加热温度(900℃)时,控制器3利用其PID反馈控制不断减小燃气供应装置5的燃气流量阀的开口度,钢包1进入保温阶段程序;
当第二红外测温仪器6显示的平均温度在一段时间内基本无变化(200℃左右),控制器3利用其PID反馈控制关闭燃气供应装置5的燃气流量阀,停止供应燃气,钢包1的保温阶段结束。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明的目的,而并非用作对本发明的限定,只要在本发明的实质范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (7)

1.一种钢包烘烤中的在线测温控制装置,其特征在于:
所述钢包的钢包盖上设有烘烤钢包用的燃气进口及开有传输温度信号的测温孔;
所述在线测温控制装置包含:
光纤式温度传感器,是一种带有光纤的温度传感器,其光纤探头的底座通过所述测温孔焊进烘烤钢包的钢包盖底部,光纤探头利用辐射传热的非接触式传感热信号,并将传感到的钢包内壁的热信号通过伸出钢包外的光纤进行传输;
第一红外测温仪器,其与光纤式温度传感器中伸出钢包外的光纤连接,接收光纤传输的钢包内壁的热信号,将热信号转换成温度信号并显示温度值;
控制器,是一种具有PID反馈控制性能的控制器,其与第一红外测温仪器连接,接收第一红外测温仪器输出的温度信号,并对温度信号进行处理后形成控制燃气供应装置的燃气控制信号,燃气供应装置根据燃气控制信号调节燃气流量阀的开口度,并通过钢包盖上的燃气进口在线供给钢包烘烤需用的燃气量,调整钢包内的空燃比,实现钢包烘烤制度在线控制调整;
第二红外测温仪器,是由置于近钢包一侧外壁的数个红外测温仪及安装数个红外测温仪的支架组成,所述数个红外测温仪的输出端分别与所述控制器连接,控制器统计钢包外壁的平均温度。
2.如权利要求1所述的钢包烘烤中的在线测温控制装置,其特征在于:
所述光纤外包有保护套管,保护套管外面敷设屏蔽套。
3.如权利要求1所述的钢包烘烤中的在线测温控制装置,其特征在于:
所述光纤外面直接敷设屏蔽套。
4.如权利要求1所述的钢包烘烤中的在线测温控制装置,其特征在于:
所述第一红外测温仪器采用一种抗烟气、粉尘及火焰的红外测温仪器。
5.一种钢包烘烤中的在线测温控制方法,采用如权利要求1至4中任一所述的钢包烘烤中的在线测温控制装置,其特征在于包括以下步骤:
钢包预热时的升温阶段,控制器根据第一红外测量仪器测量的温度信号利用PID反馈控制不断增大燃气供应装置的燃气流量阀的开口度,不断调整钢包内的空燃比,实现钢包烘烤制度在线控制调整;
当钢包内壁温度达到设定的加热温度时,控制器利用其PID反馈控制不断减小燃气供应装置的燃气流量阀的开口度,钢包进入保温阶段程序;
当第二红外测温仪器显示的平均温度在一段时间内无变化(200℃左右),控制器利用其PID反馈控制关闭燃气供应装置的燃气流量阀,停止供应燃气,钢包的保温阶段结束。
6.如权利要求5所述的钢包烘烤中的在线测温控制方法,其特征在于:
所述钢包内壁温度达到设定的加热温度是指达到900℃。
7.如权利要求5所述的钢包烘烤中的在线测温控制方法,其特征在于:
所述第二红外测温仪器显示的平均温度在一段时间内无变化中的平均温度是指200℃。
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