黑體空腔中間包鋼水連續(xù)測(cè)溫傳感器準(zhǔn)確性與實(shí)用性研究.pdf

1、鋼水溫度連續(xù)測(cè)量多年來(lái)一直是冶金生產(chǎn)上未能很好解決的難題。 上世紀(jì)60年代以后消耗型快速熱電偶逐漸完善并成為測(cè)量鋼水溫度的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。其貢獻(xiàn)在于實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼水溫度的測(cè)量，成本低和實(shí)用性強(qiáng)。不足是：誤差較大；人工間斷式測(cè)量。 鋼水溫度是冶金生產(chǎn)過(guò)程最主要的工藝參數(shù)之一。若能實(shí)現(xiàn)鋼水溫度的連續(xù)測(cè)量，提高測(cè)量精度，則可降低煉鋼出鋼溫度和連鑄澆注溫度，對(duì)提高鋼材質(zhì)量、降低能耗和提高生產(chǎn)效率有直接影響，也是提高冶金生產(chǎn)自動(dòng)化水平的重要

2、一環(huán)。 國(guó)內(nèi)外關(guān)于鋼水溫度連續(xù)測(cè)量的研究集中在用雙鉑銠熱電偶加保護(hù)管的方法：由于鉑和銠貴金屬價(jià)格昂貴，高溫下壽命短等原因，使得測(cè)溫費(fèi)用過(guò)大；國(guó)內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)對(duì)此方面進(jìn)行了幾十年的研究，但至今進(jìn)展緩慢。國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)鋼鐵企業(yè)至今依然采用消耗型快速熱電偶人工間斷式測(cè)量鋼水溫度。 鋼水連續(xù)測(cè)溫的困難在于，一方面鋼水介質(zhì)溫度高，氧化性強(qiáng)，表面渣層侵蝕嚴(yán)重且有沖刷，測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，另一方面要求測(cè)量精度高、可靠性高和成本低。

3、 本論文的前期工作基礎(chǔ)是：已提出黑體空腔中間包鋼水連續(xù)測(cè)溫方法；研制出黑體空腔傳感器及測(cè)量系統(tǒng)；提出了腔體不等溫系數(shù)概念并建立了在線黑體空腔理論。 本論文以黑體空腔鋼水連續(xù)測(cè)溫傳感器和系統(tǒng)的準(zhǔn)確性為主要研究課題。應(yīng)用在線黑體空腔理論，研究了黑體空腔傳感器結(jié)構(gòu)、材料、不等溫性對(duì)腔體輻射特性的影響，分析了測(cè)量系統(tǒng)誤差，并進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，解決了黑體空腔鋼水連續(xù)測(cè)溫傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和一致性問(wèn)題。主要有如下創(chuàng)新工作：

4、 (1)應(yīng)用Monte Carlo方法分析了黑體空腔傳感器的輻射特性，研究了腔體材料發(fā)射率和腔體結(jié)構(gòu)對(duì)腔體輻射特性的影響。 (2)基于在線黑體空腔理論，研究了黑體空腔鋼水連續(xù)測(cè)溫傳感器在鋼水液位波動(dòng)，即傳感器插入鋼水不同深度情況下的腔體非等溫性對(duì)腔體輻射特性的影響，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量了腔體內(nèi)的溫度分布曲線，并用積分方程理論計(jì)算了腔體不等溫系數(shù)。 (3)建立了黑體空腔鋼水溫度連續(xù)測(cè)量系統(tǒng)的精度方程：從材料發(fā)射率變化、鋼水

5、液位波動(dòng)這兩個(gè)主要因素研究了黑體空腔鋼水溫度連續(xù)傳感器的精度，從理論分析上得出黑體空腔傳感器本身測(cè)量精度≤1.1℃這一重要結(jié)論。這一工作證明，低成本的空芯管(黑體空腔鋼水連續(xù)測(cè)溫傳感器)比昂貴的工業(yè)用雙鉑銠熱電偶傳感器(誤差±4℃)具有更高測(cè)量準(zhǔn)確性。該工作作為黑體空腔傳感器測(cè)量精度的理論基礎(chǔ)，確定了所應(yīng)用的傳感器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即：①傳感器內(nèi)套管材料要求發(fā)射率范圍：0.35-0.5；②傳感器插入鋼水深度正常液位為450mm，最小深度要求：

6、300mm；以保證黑體空腔鋼水連續(xù)測(cè)溫傳感器本身的測(cè)量準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和一致性。 (4)分析了黑體空腔鋼水連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng)和測(cè)量的測(cè)量不確定性，結(jié)合黑體空腔傳感器本身測(cè)量精度，分析得出黑體空腔鋼水連續(xù)測(cè)溫系統(tǒng)不確定度為：2.6℃這一最主要的技術(shù)指標(biāo)。采用二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠熱電偶作為參考標(biāo)準(zhǔn)，在十幾家鋼鐵公司的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)做了大量的比對(duì)實(shí)驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果與理論分析的技術(shù)指標(biāo)相一致。 (5)在黑體空腔鋼水連續(xù)測(cè)溫技術(shù)實(shí)用化方面作了測(cè)量系統(tǒng)可