连续测温系统在连续铸钢工艺中的应用

摘要：在现代钢铁生产流程中，连续铸钢工艺作为轧钢与炼钢之间的连接环节，其重要性不言而喻。随着自动化水平的提升以及科学技术快速进步，如何能够更加高效且精准的对连铸过程的各项参数进行控制成为钢铁企业追求的重要目标。其中，钢水温度的连续测量与控制对于保证连铸机的安全生产以及提高铸坯的质量有着重要影响。传统的间断式测温方法不仅劳动强度相对较大，而且难以对钢水温度的变化进行实时反应，难以满足现代化连铸工艺对于精确控制的具体需求。因此，连续测温系统的引入和使用也成为了这一问题解决的重要途径。

关键词：连续测温；测温系统；铸钢工艺；钢铁产业

Application of Continuous Temperature Measurement System in Continuous Steel Casting Process

Ye Lei

Zhongtian Iron and Steel Group Co., Ltd. Changzhou, Jiangsu 213000

Abstract: In the modern steel production process, the continuous casting process, as the connecting link between steel rolling and steelmaking, is of great importance. With the improvement of automation level and rapid progress of science and technology, how to control various parameters of continuous casting process more efficiently and accurately has become an important goal pursued by steel enterprises. Among them, continuous measurement and control of molten steel temperature have an important impact on ensuring the safe production of continuous casting machines and improving the quality of castings. The traditional intermittent temperature measurement method not only has relatively high labor intensity, but also struggles to respond in real-time to changes in molten steel temperature, making it difficult to meet the specific requirements of modern continuous casting technology for precise control. Therefore, the introduction and use of continuous temperature measurement systems have also become an important way to solve this problem.

Keywords: continuous temperature measurement; Temperature measurement system; Steel casting process; Steel industry

前言：

钢水连续测温系统是连续铸钢生产过程中对钢水温度进行测量的重要技术创新。这一系统能够对中间包钢水温度进行实时且准确的连续测量，从而能够对连续铸钢过程中钢水温度的变化趋势进行更为动态且实时的反应。这一技术的应用能够有效提高温度测量工作的时效性与准确性，也能够为高速浇铸工作奠定坚实的基础。通过对钢水温度进行连续监测，生产工作人员能够对浇筑过程中的温度状况进行更加良好的掌握，及时调整生产参数，保证铸坯的质量以及生产工作效率的双重提高。

一、连续测温系统与连续铸钢工艺

（一）连续测温系统

铁水连续测温系统，通过特殊测温设备结合自研开发软件可以精准不间断的监测铁水温度的实时变化状态，自动过滤掉铁渣、煤气、烟尘等生产现场常见的干扰因素，保证测温的准确性。通过软件后台可以设置铁水异常温度报警，超出工艺阈值时，系统自动发送报警信号并自动推送。系统也可以记录铁口编号，出铁时间、出铁温度变化曲线等相关数据信息，丰富数据管理，为工艺流程提供数据支撑。连续测温系统的应用优势在于：1可以提高铁水的质量起到优化后续炼钢流程的作用；2保障高炉生产安全，因为温度过高的铁水对炉衬，能耗和生产效率都有影响；3可以为炼钢工作的优化开展以及炼钢工艺的不断优化提升提供更加有力的数据支持。

（二）连续铸钢工艺

连续铸钢工艺指的是将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。 连铸自动化控制主要有连铸机拉坯辊速度控制、结晶器振动频率的控制、定长切割控制等控制技术。连铸机主要由中间罐、结晶器、振动机构、引锭杆、二次冷却道、拉矫机和切割机组成（如图一所示）。连铸技术的迅速发展是当代钢铁工业发展的一个非常引人注目的动向，连铸之所以发展迅速，主要是它与传统的钢锭模浇铸相比具有较大的技术经济优越性，主要表现在以下几个方面。（1）简化生产工序（2）提高金属的收得率（3）节约能量消耗据（4）改善劳动条件，易于实现自动化（5）铸坯质量好。

图一 连铸机

二、连续测温系统的工作原理

连续测温系统的工作原理核心在于黑体辐射测温原理，这是一种非接触式的测温方式，特别适用于高温、腐蚀性或难以直接接触的测量环境，如连续铸钢工艺中的钢水温度测量，而基于黑体辐射测温原理，就必须使用到斯蒂芬-玻尔兹曼定律，这个公式描述了黑体辐射的总能量与温度之间的关系。在连续测温系统中，它用于了解测温探头接收到的红外辐射能量与钢水温度之间的关系。

斯蒂芬-玻尔兹曼定律：

其中，E是辐射能量，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数，A是辐射表面积，T是绝对温度（开尔文单位）。

连续测温系统集成了多个关键部件，以确保测温的准确性和实时性。测温管作为系统的前端部件，被设计得既耐高温又耐腐蚀，其底部直接接触钢水，作为感温元件及辐射源。随着钢水温度的变化，测温管底部会发出与温度相对应的红外辐射信号。这些信号承载着钢水的温度信息，是后续测温的关键。

测温探头负责接收这些红外辐射信号，并将其转换为电信号。转换后的电信号通过电缆传输给信号处理器。信号处理器是连续测温系统的“大脑”，它接收来自测温探头的电信号，并进行一系列的处理工作，包括滤波、放大和数据处理。这些处理步骤旨在消除噪声干扰，增强信号强度，并根据在线黑体空腔理论公式精确计算出被测钢水的实际温度。

黑体空腔理论涉及多个公式，以下是其中一些关键公式：

斯蒂芬-玻尔兹曼定律的变体：

是实际物体的辐射出度，ϵ是实际物体的发射率（也称为黑度或辐射率，它表示实际物体接近理想黑体的程度，取值范围为0到1），σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数（约为5.670×10−8W/(m2⋅K4)），T是绝对温度（单位为开尔文）。这个公式描述了实际物体单位面积的辐射能量与温度的四次方成正比的关系。

普朗克公式：

虽然普朗克公式通常用于描述黑体辐射的单色辐射本领随波长和温度的变化关系，但在黑体空腔理论中，它也具有一定的参考价值。普朗克公式的一般形式为：

其中，M(λ,T)是黑体在温度T下单位波长间隔内的辐射功率，λ是波长，h是普朗克常数（约为6.626×10−34J⋅s），c是光速（约为3×108m/s），k是玻尔兹曼常数（约为1.381×10−23J/K）。这个公式在理论上描述了黑体辐射的完整光谱分布。

三、连续测温系统在连续铸钢工艺中的应用

（一）提高测温准确性

连续测温系统在提高测量稳定性以及可靠性等方面具有着独特的优势，其核心在于系统的探头测量位置能够精确的固定在钢水流中，这一设计能够从根本上有效避免人为因素而导致的各种测量误差问题。此前采取消耗式电热偶进行测温的过程中，由于操作员需要手动进行电热偶的插入，从而导致测量位置往往难以保持始终一致，这就会导致测温结果存在分散性的误差，而连续测温系统的应用能够有效的对这一问题进行解决。系统探头通过固定在适当的位置，能够稳定且持续的对钢水发出的红外辐射信号进行有效接收，使其转换为更为精确的温度数据。这一改变不但能够进一步提高温度测量的准确性，还能够保障数据的一致性和连续性，也能够为生产过程中的钢水温度监控提供更为可靠的支持。

（二）提供实时温度变化数据

连续测温系统是现代连续铸钢工艺中必不可缺的重要部分，其核心优势就在于能够对钢水温度数据进行实时准确的测量和提供，这一功能对于保障生产稳定性与连续性有着至关重要的影响。在连续铸钢的过程中，钢水温度是一个较为关键的参数，在此过程中必须要使用到傅里叶热传导定律，虽然这一公式不直接应用于测温，但是在对钢水温度分布与热量传递进行理解等方面有着至关重要的影响。在连续铸钢的过程中，热量能够通过钢水以及周围的介质进行传递，从而对温度测量产生影响。

傅里叶热传导定律：

其中，Q是传递的热量，t是时间，k是热导率，A是传热面积，ΔT是温度差，Δx是传热距离。

无论温度过高过低，都可能会对铸坯质量产生不利的影响，甚至会导致生产中断等问题，而连续测温系统的应用，能够使得生产工作人员对钢水的实时温度进行随时随地的掌握，在第一时间发现并对温度异常情况进行处理。一旦系统检测到温度偏离预设范围，生产工作人员就可以采取相应的措施，例如对冷却强度进行调整、改变拉坯速度等等，从而实现温度的理想控制。这种及时的响应能力，不但能够有效避免由于温度问题而产生的生产中断，还能够保证铸坯质量的一致性与稳定性。

（三）优化连铸过程控制

连续测温系统在连续铸钢工艺中的应用，能够有效实现对于钢水温度的精确监察与实时管理。这一功能对于保证生产的连续性与稳定性有着重要的影响意义。在连铸过程中，钢水温度的控制较为关键，一旦温度过高，就会导致铸坯内部的缺陷增加，如果温度过低就会导致铸坯的表面产生裂纹等问题。连续测温系统通过对钢水温度进行实时监测，能够为生产工作人员提供更加宝贵的数据支持。一旦系统检测到温度异常，生产工作人员能够在第一时间迅速响应，采取一定的调整措施。通过引入先进的连续测温系统，钢铁生产企业的生产人员能够实时、准确地掌握钢水温度的动态变化趋势。这一系统不仅能够提供高精度的温度数据，还能够实现数据的连续记录与分析，使得生产人员可以更加直观地了解钢水温度在不同生产阶段的波动情况。

（四）降低钢水温度过热度

在连续铸钢工艺应用的过程中，钢水的过热度是会对生产效率产生影响的关键因素之一。在能够满足炼钢正常生产所需要的钢水温度基础上，需要对过热度进行适当的降低。如此一来，能够显著加快转炉与精炼工序的出站速度，从而进一步提高整体的生产效率。连续测温系统在此过程中发挥着至关重要的影响作用，能够对钢水温度数据进行实时的监测以及精确的提供，使得生产工作人员能够对钢水的过热度情况进行准确的判断。根据这些数据进行分析，生产人员可以对工生产工艺参数进行灵活的调整，例如拉速以及冷却强度等，从而能够有效实现对于钢水过热度的准确控制。

4、结束语

连续测温系统在连续铸钢工艺中的应用，不但能够有效降低工人的劳动强度，进一步提高测温工作的稳定性与准确性，还能够为生产工作人员提供钢水温度的实时变换数据，有利于实时监测预报，并采取措施避免生产中断。除此之外，通过对钢水温度进行精确控制，连续测温系统还能够降低钢水的温度，实现连铸板坯质量与生产效率的优化提升。

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