CN204262308U - 一种板坯连铸机二冷区红外测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种板坯连铸机二冷区红外测温装置，其特征是在底座上由螺栓固定有角行程电子式执行机构，角行程电子式执行机构的输出轴连接万向调节装置，输出轴与万向调节装置由万向调节装置连接套顶丝固定，万向调节装置上部固定有双波长红外辐射测温仪，双波长红外辐射测温仪的镜头处设有吹扫气入口、机体上设有冷却水入口和冷却水出口，吹扫气入口连接气源。本实用新型采用双波长测温原理，被测物不需全部充满测温仪视场，在实际测量中铸坯表面氧化铁皮难以对测温准确性产生干扰。波长选择为1 /0.95μm，该波段红外线不会受到水汽吸收、遮挡影响。

Description

一种板坯连铸机二冷区红外测温装置

技术领域

本实用新型涉及自动化仪表测量技术领域，尤其涉及冶金板坯连铸机二冷区红外测温装置。

背景技术

冶金行业炼钢板坯连铸工艺中二次冷却决定了铸坯在凝固过程中的冷却效果和内部凝固行为，是铸坯内部质量控制的关键环节。因此在连铸过程中，通过温度在线实测监控将铸坯控制在最佳的热状态，对保证铸坯质量有非常重要的意义。

板坯连铸表面测温难度在于：铸坯处于连续运动状态，要求测温仪动态响应时间要快；由于连铸铸坯表面附有氧化铁皮、水膜、空间有水蒸汽很难准确测量。

发明专利申请号200810115200.6《一种测量连铸坯表面温度装置及其测量方法》公开的是采用热电偶进行接触测温的方法，其采用多只热电偶组成环形测温仪安装于连铸机支承辊上，由于热电偶测量滞后时间较长，且其难以解决氧化铁皮对测温准确性的影响，冷却水喷射至电偶头部是也会造成较大测量误差。专利号201010195538.4《连铸机二冷区高温铸坯摄像测温系统及测温方法》采用CCD阵列彩色摄像机进行二维图像处理，得到最终铸坯温度。该系统长期应用于连铸机二冷区高温、高水蒸汽环境中容易损坏，且其测量铸坯宽度有限，难以适应连铸机随时变换铸坯宽度的生产实际条件。

除此之外，国内外仍采用辐射高温计测量，以避免水蒸汽影响，采用峰值检测器测量最高温度以避免氧化铁皮影响，或采用机械装置刮去氧化铁皮的方式。近年来更多的使用带吹扫的水冷光导纤维靠近铸坯，以避免水蒸汽的影响。另外采用CCDD阵列光电元件作为传感器的温度分布红外高温计测量铸坯横向表面温度。但这两种测温方式在实际应用中主要存在以下问题：

1、采用单探头红外辐射高温计只能测得板坯表面单一测温点位置的温度变化，难以对板坯横向表面温度分布进行全面检测，因而无法对二冷区各段冷却强度进行准确判断。

2、国内外大多红外辐射测温仪或分布红外高温计均采用单波长测温原理，为保证测量准确性必须被测物全部充满测温仪视场，在实际测量中铸坯表面氧化铁皮的干扰影响难以克服，导致测量失准。

3、红外测温仪红外波长选择不当，将对二冷区大量的水蒸汽干扰影响难以克服，影响到测量准确性超过5%FS以上。

4、由于铸坯生产时高温辐射，接近铸坯面1000mm内的辐射高温达到800℃左右，且测温仪周边环境有量水蒸汽，超过常规红外测温仪适用的环境温度及湿度指标，因此传统的带吹扫光纤探头测量或其他红外测温方式均难以长期在该恶劣环境中运行，其连续使用寿命一般仅为2年左右。

5、CCD阵列分布红外高温计可测量快读一般为1000mm，对于1000mm以上的宽铸坯无法实现全横向测量。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可以在板坯连铸机二冷区横向多点扫描式测量铸坯表面温度的红外扫描测温装置，能保证其在铸坯表面有水膜、氧化铁皮及空间有水蒸汽情况下的准确测量。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种板坯连铸机二冷区红外测温装置，其特征是在底座上由螺栓固定有角行程电子式执行机构，角行程电子式执行机构的输出轴连接万向调节装置，输出轴与万向调节装置由万向调节装置连接套顶丝固定，万向调节装置上部固定有双波长红外辐射测温仪，双波长红外辐射测温仪的镜头处设有吹扫气入口、机体上设有冷却水入口和冷却水出口，吹扫气入口连接气源。

所述述吹扫气入口连接气源为氮气源，吹扫氮气流量在5-10L/h。

所述冷却水入口（2）进水压力为0.4MPa。

所述角行程电子式执行机构（8）的信号线连接PLC控制器（15），双波长红外辐射测温仪（4）的输出端子连接PLC控制器（15）。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型可以实现对二冷区铸坯横向表面温度连续测量，为操作人员对二冷区各段冷却强度进行准确判断并进行适时调整。

2、本实用新型红外测温仪采用双波长测温原理，被测物不需全部充满测温仪视场，在实际测量中铸坯表面氧化铁皮难以对测温准确性产生干扰。

3、本实用新型红外测温仪波长选择为1 /0.95μm，该波段红外线不会受到水蒸汽吸收、遮挡影响。

4、本实用新型采用水冷加气冷却方式，测温仪防护等级达到IP67，因此避免了在连铸二冷区受到高温辐射及水蒸汽侵蚀造成装置损坏可能，与国内现有测温技术相比，连续使用寿命可延长至5-6年以上。

5、本实用新型不受坯面宽度限制，可对600-2000mm范围内任意宽度的连铸板坯进行测量，测量精度达到±1%FS。

附图说明

图1：板坯连铸机二冷区红外测温装置示意图；

图2：板坯连铸机二冷区红外测温装置电气接线图；

图中：1-吹扫气入口，2—冷却水入口，3—冷却水出口，4—双波长红外辐射测温仪，5—测温仪信号及电源电缆，6—万向调节装置固定手柄，7—万向调节装置连接套顶丝，8—角行程电子式执行机构，9—角行程电子式执行机构电源电缆，10—角行程电子式执行机构信号电缆，11—螺栓，12—底座 13—角行程电子式执行机构输出轴 ，14-万向调节装置， 15- PLC控制器。

具体实施方式

如图1，一种板坯连铸机二冷区红外测温装置，其特征是在底座12上由螺栓11固定有角行程电子式执行机构8，角行程电子式执行机构8的输出轴13连接万向调节装置14，输出轴13与万向调节装置14由万向调节装置连接套顶丝7固定，万向调节装置14上部固定有双波长红外辐射测温仪4，双波长红外辐射测温仪4的镜头处设有吹扫气入口1、机体上设有冷却水入口2和冷却水出口3，吹扫气入口1连接气源。吹扫气入口1连接气源为氮气源，吹扫氮气流量在5-10L/h。冷却水入口2进水压力为0.4MPa。角行程电子式执行机构8的信号线连接PLC控制器15，双波长红外辐射测温仪4的输出端子连接PLC控制器15。

为防止双波长红外辐射测温仪4因环境温度过高损坏，双波长红外辐射测温仪4采用循环水冷却方式，压力为0.4MPa净水经测温仪的冷却水入口2（连接螺纹为1/4NPT）接入，自冷却水出口（连接螺纹为1/4NPT）3排出。为保持测温仪镜头清洁及降温并且减少测量光路中水汽及其他烟尘干扰的影响，采用压力为0.6MPa的氮气自测温仪镜头吹扫气入口1接入，吹扫氮气流量稳定在5-10L/h，防止整个测量光路烟尘、水汽等干扰因素影响，清洁的光程长度加长，减少干扰因素对红外线光的吸收、散射，使铸坯表面的红外线辐射能几乎无衰减的进入测温探头。双波长红外辐射测温仪4附有测温仪信号及电源电缆5一根，用以提供测温仪所需24V.DC电源及测温仪测得的温度输出4-20mA.dc信号，其具体接线方式见附图2所示。

双波长红外辐射测温仪4底部安装孔与万向调节装置14采用4条φ8mm六角螺栓连接紧固。需要调整测温仪的测温点位置时，可逆时针方向旋转万向调节装置固定手柄6后，通过目视双波长红外辐射测温仪4上观察镜“十字”瞄准具调整万向调节装置角度，瞄准被测铸坯表面后，顺时针方向旋转万向调节装置固定手柄6，锁死万向调节装置14。

如图1所示，角行程电子式执行机构8通过其方形的输出轴13与万向调节装置14相连接，并通过万向调节装置连接套顶丝7将其固定。角行程电子式执行机构8通过接受来自PLC控制器15的电流控制信号，不断变换旋转角度，带动双波长红外辐射测温仪4进行铸坯表面温度的横向测量。角行程电子式执行机构8分别接入角行程电子式执行机构电源电缆9（KVV2*1.5mm²）和角行程电子式执行机构信号电缆10（KVVP4*1.5mm²）各一根，用以提供执行机构所需220VAC电源、4-20mA.DC控制信号及4-20mA.DC执行器角度反馈信号。

如图2所示，双波长红外辐射测温仪4电气接线方式为，由外部接入的24V.DC电源“+，-”分别接入测温仪4上的A、B端子，测温仪4测得的温度以 4-20mA.DC标准信号经测温仪4上的C（+）、D（-）端子输出至PLC控制器15显示，测温仪4还要求将“Shield”端子接地。

角行程电子式执行机构8电气接线方式为，由PLC控制器15发出的角度旋转4-20mA.DC控制信号分别接入执行机构A6（-）、A7（+）端子。角行程电子式执行机构8实际旋转角度以4-20mA.DC标准信号经A1（-）、A2（+）端子送入PLC 15显示。由外部接入的220V.AC电源接入角行程电子式执行机构8上的（L）、B2（N）端子，提供角行程电子式执行机8所需电源。

板坯连铸机拉速一般为2-3m/min，随着二冷区高温铸坯连续运动，由PLC控制器15根据接收连铸控制PLC系统送出的坯面宽度发出控制二冷区红外扫描测温装置动作信号，角行程电子式执行机构8带动双波长红外辐射测温仪4在水平方向进行根据坯面宽度实际尺寸一定角度旋转，以坯面宽度均分6点，每点测量停留时间为5秒，至第六点后返回第一点重复测温，由此不断循环进行横向连续测温。

双波长红外辐射测温仪选用美国威廉姆逊公司生产的双波长红外测温仪，型号为PRO81-50-C-FOV10FT/50-D，量程为700-1375℃，波长为1 /0.95μm，响应时间为10ms，测量精度为读数的0.25%-0.5%，其红外线波长选择避开了水蒸汽及水膜对测温仪准确性的干扰影响，保证整机测量精度优于±1%FS。角行程电子式执行机构型号为RXDZJ-100，动作范围0-90°，输出力矩100N.M，基本误差≤±1%FS，防护等级IP65，机构重复性误差0%。其通过接受PLC发出的4-20mA控制信号，根据铸坯宽度不同驱动双波长红外辐射测温仪进行0-90°角度旋转，完成铸坯横向温度测量。特点在于选择高精度电子式执行器便于进行精确的旋转角度控制，重复性好。同时工业用执行机构其防护等级IP65，防尘、防环境中水汽腐蚀性能较好，长期运行可靠性较高，在0-90°旋转角度内满足600-2000mm范围不同铸坯宽度的横向测温要求。万向调节装置连接红外辐射测温仪与角行程电子式执行器，采用夹紧手柄固定，用于调整红外测温仪瞄准角度，使其准确瞄准被测铸坯表面。特点在于考虑到安装位置及水平度偏差，方便红外辐射测温仪测温点的精确调整。PLC控制器采用西门子S7-200，CPU型号为6ES7 214-1BD23-0XB0。PLC同时附带一块6ES7 235-0KD22-0XA8模拟量输入/输出模板，其带有4路输入/1路输出0~20mADC。PLC既能够采集红外测温仪测量输出（4-20mA.DC）温度信号及角行程电子式执行机构实际测量位置（4-20mA.DC）在操作站计算机上显示，还可根据连铸坯面宽度输出（4-20mA.DC）控制角行程电子式执行机构旋转角度及顺序，完成对铸坯表面温度的连续横向扫描测温。

Claims (4)

1.一种板坯连铸机二冷区红外测温装置，其特征是在底座（12）上由螺栓（11）固定有角行程电子式执行机构（8），角行程电子式执行机构（8）的输出轴（13）连接万向调节装置（14），输出轴（13）与万向调节装置（14）由万向调节装置连接套顶丝（7）固定，万向调节装置（14）上部固定有双波长红外辐射测温仪（4），双波长红外辐射测温仪（4）的镜头处设有吹扫气入口（1）、机体上设有冷却水入口（2）和冷却水出口（3），吹扫气入口（1）连接气源。

2.如权利要求1所述板坯连铸机二冷区红外测温装置，其特征是所述吹扫气入口（1）连接气源为氮气源，吹扫氮气流量在5-10L/h。

3.如权利要求1所述板坯连铸机二冷区红外测温装置，其特征是所述冷却水入口（2）进水压力为0.4MPa。

4.如权利要求1所述板坯连铸机二冷区红外测温装置，其特征是所述角行程电子式执行机构（8）的信号线连接PLC控制器（15），双波长红外辐射测温仪（4）的输出端子连接PLC控制器（15）。