[发明专利]连铸二冷密闭室铸坯表面温度场测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测温装置，具体指在连铸二冷密闭室内实现铸坯表面温度 场长期准确的测量装置。本测温装置主要应用于连铸二次冷却过程铸坯表面温 度场在线测量、加热炉内加热钢坯在线测温、轧制过程轧件表面温度场在线测 量等连续性生产系统，对实现在粉尘、水气、氧化铁皮及强磁场干扰等复杂环 境下长期在线、连续、准确的温度场测量，提高生产工艺控制水平和产品质量 具有重要意义。

背景技术

连铸坯表面温度场的测量和控制，对提高铸坯表面质量具有重要的意义， 具体体现在如下几个方面：1、实时监控铸坯矫直温度是否避开脆性温度区间， 防止铸坯在矫直段出现脆性变形；2、在线监控表面温度的回升速度，减少铸 坯内部裂纹；3、在线监控铸坯冷却速度，减少表面裂纹缺陷；4、在线监控 带液芯铸坯表面温度实时值，防止鼓肚产生；5、在线监控连铸坯横向表面温 度的均匀性，为连铸二冷水各喷嘴控制回路提供反馈温度场信号，实现连铸 二冷水动态反馈控制。

在连续铸锭二冷密闭室中，连铸坯是高温运动的物体，且处在高水雾、 高热辐射和强磁场的环境中，同时铸坯表面布满不规整的氧化铁皮和水膜， 铸坯表面不规整的氧化铁皮和水膜导致被测表面各点的发射率ε不是一个常 数，发生无规律的非线性变化。探测器与铸坯表面光路中的高水雾弥散介质 的存在，使铸坯表面辐射电磁波受到反射、折射、吸收等弥散作用，导致较 大的温度测量误差。强磁场环境导致探测器输出信号发生严重的干扰，也影 响测量精度。这些因素导致采用常规的接触式测温法(如采用热电偶、热电 阻等测量方法)和非接触测温法(如常规红外测温仪、热像仪等)，都无法实 现二冷密闭室的连铸坯表面温度(包括单点温度和温度场)的在线测量。而 当今的高质量、自动化连铸坯生产又要求较准确的、实时的(在线)温度数 据，以反映当前铸坯质量及作相应的调整操作，实现二冷区配水的动态控制。 目前，对运动目标的温度测量方法大都采用基于光电效应和热辐射相关原理 的非接触式测温，如单点温度测量仪主要包括西光IRT-1200D型、HCW-III型、 HCW-V型；YHCW-9400型；WHD4015型(双瞄准，目标D40mm，可达15m)、 WFHX330型(光学瞄准，目标D50mm，可达30m)；美国生产的PM-20、 30、40、50、HAS-201测温仪；瑞典AGA公司TPT20、30、40、50等红外 测温仪。红外热像仪主要包括日本TVS-2000、TVS-100；美国PM-250，瑞典 AGA-THV510、550、570等，但这些非接触式测温仪和红外热像仪在这种测 温环境中无法长期运行且保证测量的精度，无法直接应用于二冷密闭室内连 铸坯表面温度场的在线测量。

为避免水雾介质和铸坯表面水膜等对辐射电磁波的影响，通常的做法是 采用高速气流吹扫光路的方法以减弱水雾介质对辐射电磁波的弥散作用，并 且考虑光路的要求，气流是垂直喷向铸坯表面的，吹扫气一般采用室温压缩 空气或工业氮气，在被测高温铸坯表面发生对流热交换，使铸坯测试点的温 度产生较大幅度的降低，大大增加温度测量误差。对于弥散介质对测温的影 响，有的根据光路在弥散介质的反射、折射及吸收概率事件，采用蒙特卡洛 法(Monte Carlo Method，MCM)对辐射传递方程求解并重构被测空间的温 度场，这种重构方法由于很难准确获得光路空间弥散介质的粒子浓度场，且 计算收敛时间长，因而获得的温度准确度低且无法实现实时测量。为了减少 弥散介质对测温精度的影响，也有采用比色模型进行测量的，这种方法采用 两种波长的电磁波进行比色测量，光路中的水雾等弥散介质对两种电磁波都 有吸收，吸收率虽不同，但对单色辐射强度比值的影响相对较少，与单色法 比，比色法能提高测量精度，但受弥散介质的影响，且比色模型中的系数难 以标定，也无法保证测量的精度。有的采用三色法进行温度测量，这种方法 不需知道被测固体表面的发射率，通过避开选择性气体的吸收峰对红外波长 的电磁波能量的吸收来提高测温的准确度，由于这种仪表的稳定性受限于滤 光片、探测器的光谱稳定性和波长(波长段)选择的局限，同时结构复杂， 价格昂贵，目前在工业上还没有得到广泛的应用。