炼钢过程检测仪表

1、 冶金工业自动化冶金工业自动化 第二单元第二单元 冶金工业检测仪表冶金工业检测仪表 模块三模块三 炼钢过程检测仪表炼钢过程检测仪表 一、知识点一、知识点 铁水预处理、转炉或电弧炉、炉外精炼和连续铸钢装设的检测 仪表及其原理与动作分析。 二、知识点分析二、知识点分析 1 炼钢过程检测仪表的内容炼钢过程检测仪表的内容 钢区（炼钢过程）包括铁水预处理、转炉（或电弧炉）、 炉外精炼和连续铸钢等车间或分厂。 ( l ）铁水预处理过程检测仪表 铁水预处理有多种工艺流程包括脱硫（喷吹法脱硫、搅拌 法脱硫）、脱硅和脱磷的三脱等，其检测仪表基本相同，主要 仪表有： 铁水温度检测； 铁水成分（硅、硫、磷含量）检测

2、； 铁水车砌体形状检测； 铁水液位检测； 铁水车车号检测； 铁水重量检测等。 ( 2 ）转炉炼钢过程检测仪表 ( 3 ）电弧炉炼钢过程检测仪表 电炉用的传感器和仪表大致有： 钢水成分和温度仪表； 监视钢水和炉渣仪表； 电弧炉冷却系统仪表； 喷吹系统仪表； 排烟和除尘系统仪表； 电极升降仪表； 其他（计量设备、副原料投人设备等）。 ( 4 ）炉外精炼过程检测仪表 ( 5 ）连续铸钢过程检测仪表 有连续式和间歇式两种，前者只能持续 十至几十小时。后者有浸人式热电偶和消 耗式热电偶两种。在炼钢生产中大都使用 消耗式热电偶来测量钢水温度。 ( l ）消耗式热电偶 消耗式热电偶的测量头如图 2-52 所

3、示， 热电偶装在内直径为 0.050.lmm的石英管 中。热电偶用铂铑 10-铂（ ks-602p 或 j 型， 分度号为 s ，使用温度上限为 1700 ）或 铂佬 13-铂（ br-602p 或 j 型，分度号为 r ， 温度上限为 1760 ）或双铂铑（铂铑 30 铂铑 6 , kb kb-602p 或 j 型，分度号 为 b ，温度上限为 1820 ）丝，也可使 用钨锌 3-钨徕 25 丝（代替贵金属的铂锗 丝），长度约 20mm ，铝帽是用来保护 u 形石英管和热电偶，以免在其通过渣层和 钢液时被撞坏。 2 钢（铁）水温度测量传感器与检测仪表钢（铁）水温度测量传感器与检测仪表 测温时

4、将测量头插在测温枪（见图 2-53 ）的头部。由于 测温是间歇进行的，故一般利用纸管作为保护材料，套在测温 枪上面，以防止测温枪热变形与烧毁枪内的补偿导线。 使用手提式测量枪，劳动强度大，不便自动化，国外已有 各种型号的自动化测量架。 与消耗式热电偶测量头配套还有专门的钢（铁）水温度测量 仪，该仪表的特点为：内装微型计算机，数字运算、精度高、无 漂移；毫伏信号可直接输入，不必用变送器；有大型数字显示装 置，读数醒目，并能自动保存；带打印装置；能自动补偿温度漂 移和时间漂移，仪表精度高；有“热电偶接通”及“测试完成” 的声光信号，操作方便；有通信接口，可和过程计算机相连；需 要时，可一台仪表同时

5、测温、定氧等用。 测量钢（铁）水温度时，将测温枪插 人钢（铁）水中，测量头的铝帽迅速熔化， 石英毛细管所保护的热电偶工作端即暴露 在钢水中，因石英毛细管的热容量小，故 能很快升至钢水温度，如图 2-54 所示， 开始热电偶的热电动势迅速升高，如 ab 段所示，直到与钢水温度一致时（图中 b 点），热电动势不再上升，达到平衡状态 （温度曲线出现一个“平台” ) ，这点就 是钢水的温度，故测出这一平台是极为关 键，因为过早测量，数据不是钢（铁）水 的真正温度，过晚则热电偶已烧断而没有 读数，测量失败，它将由计算机自动找出 这平台，并保持该温度，并发出“测试完 成”的声光信号，测量者可以把测温枪提

6、出钢水，测温完成。 ( 2 ）钢（铁）水温度连续测量 l ）日本钢铁公司开发的钢水温度连续测量系统该公司比较了 多种耐火材料的抗渣、抗腐蚀、耐高温、抗热冲击等性能，最 后认为二硼化锗（zrb2）最好，但纯zrb2抗热冲击性能差，要 渗人某种其他成分才能满足要求。此外，由于zrb2是非氧化陶 瓷，长期使用会氧化而损坏，须外涂一层专门的氧化陶瓷层， 还有由于铂一锗铂热电偶会因 zrb2 在高温时放出还原气体而损 坏，故在套管内涂氧化膜。这种套管用于中间包钢水温度连续 测量并在浇铸碳钢时，平均可用 40h ，最长为 l00h ，其与消耗 式热电偶相比， t = 0 . 4 ，= 2 .1 。 2 ）

7、美国生产的 acctlllletrix 连续测温系统 它是双部件温度测量系统，含有一个可重复使用的测量头， 这测量头是由一个带钼外壳的 b 型铂铑热电偶（正极为 70 铂 30 铑，负极为 94 铂十 6 铑）和一个由氧化铝、石墨 粉压制而成的外保护套管，套管长度为4601265mm ，使用寿 命可达 25h ，有 3 种形式：标准型；带渣线套型的保护管，带 有一个能够抵御碱性渣或高 feo + mno 渣的由氧化镁一石墨或 氧化锗一石墨制成的渣线套；中间包低液位操作型，它是针对 因更换钢种而要经常排空的操作情况，保护管下部材质为氧化 锗或氧化镁一石墨，上半部是标准的氧化铝石-墨，测量头安装

8、在一个套筒内，长度为 6101370 mm，使用寿命为 150 500h ， 误差为2 ，响应时间为 90s 。 3 ）使用金属陶瓷套管方法 以连铸中间包测温为例，金属陶瓷套管材料为 mo+ mgo，壁厚 5mm ，内衬是氧化铝管以保护热电偶免受中间 包耐火材料在高温时排出的气体所损害，测温元件为双铂锗 热电偶。安装时保护管要伸出中间包内壁 50mm ，否则测温 不准确。由于这热电偶有两层套管，热容量较大，响应时间 大于 30s 。这种 mo+mgo 金属陶瓷管具有坚韧、耐高温、 抗侵蚀、抗热震等优点。目前，这种套管用作连续测温使用 时间约为 15h 。 4 ）黑体测温管式测温传感器方法 它根

9、据黑体辐射理论研制的，可连续测量中间包钢水温 度。黑体测温管插人到钢水中感知温度，以专门设计的光导 纤维辐射测温仪接受测温管的辐射信号，并输送到单片机信 号处理器，根据黑体理论确定钢水的温度。连续测温装置由 黑体空腔测温管、光导纤维、信号处理器和大屏幕显示器等 组成。其技术指标如下：测量范围为 1300 一 1650 ；误差 3 ；测量管寿命为 16 一 24h ；响应时间为 20s 。 3 钢（铁）水等重量检测钢（铁）水等重量检测 ( l ）称量测量传感器 钢水重量检测常用的传感器是应变式压头，如图 2-55 所示， 在弹性体贴有 4 个应变片，弹性体受力后，产生变形，电阻丝 也变形而产生电

10、阻变化，并由该 4 个应变片所组成的电桥电路 转换成电量输出。桥路输出电压与弹性体受力成正比，以此测 出重量。弹性体密封在外壳内，并充惰性气体，可不受外界影 响。 整个称重系 统包括几个压头、 称量变送器和显 示仪表等，几个 压头的桥路输出 可以串联或并联。 每个压头的 4 个电阻 应变片的桥路如图 2-56所 示，图中 rlr4 为电阻应 变片； rt1 、 rt2 二为 温度补偿电阻； rn1 ，、 rn2为桥路平衡电阻（零 点） ; rni 为温度补偿电 阻； rs 为灵敏度调节电 阻（刻度调节） ; ri ；为 输出电阻调节。 ( 2 ）钢（铁）水等重量称量 转炉生产中装人铁水、废钢等

11、称量以及连铸生产中钢水包称 量可在平台或起重机上进行。在起重机上称量钢水包有两种方 式： l ）使用直显式电子吊钩秤（见图 2-57 ） 方式称量钢水时需加防热罩，这种秤挂 在起重机的吊钩上即可使用，但电子吊 钩秤要占高度而使吊钩行程减少。电子 吊钩秤除本身带数字显示外还可把重量 信息无线传输到地面控制室，吊钩秤内 有可充电电池以供其本身用电，电池 8h 充电一次。吊钩秤内含微型计算机，用 以处理数据，并能避免摆动时的不正确 显示。 2 ）在起重机安装压头方式它又有以下方法：龙门架上装设称 重传感器方式（见图 2-58 ）。这种方式改造较少，但压头的 输出信号要经电缆传送到起重机控制室内的二次

12、仪表（见图 2- 59 ) ，电缆易损坏； 行走小车上装设称重传感器方式（见图 2-60 ）。这种方法 改造较多。 在连铸过程中，钢水包在回转台上称量时是利用安装在回转 台上的 4 个测压头对钢水进行称量，用数字显示器示出“总重量” 和“实际钢水重量”，它附有数字设定器，用以设定空包零位。 在测压头上装有金属橡皮或碟形弹簧（见图 2-61 ）以减小起重机 操作并把钢水包放在钢水包回转台上所引起的冲击力，对于金属 橡皮或碟形弹簧的选择要进行计算，以使起重机操作引起的冲击 力由碟形弹簧吸收，使测压头所受的力在安全范围内。由于回转 台是旋转的，测压头的输出要经集电环（也有用无线发送的）， 故注意选择

13、 4 个测压头的连接方式，以使引出线数量最少，此外， 由于回转台温度高，要注意防热或设置冷却。 在连铸过程中，中间包钢水称量除了测量钢水重量外，还可 将重量转化成液位以作为中间包液位的控制参数，其安装示意图 见图 2-62 。其测压头同样（转炉和铁水预处理的平台秤也是这种 方式）仍应设置减冲击装置，并应装设热屏蔽装置和冷却装置。 此外，还须装设挡板以阻挡漏钢或漏渣溅到测压头上。要注意冷 却测压头的冷却介质在长时间停浇或检修时要关闭，以免温度过 低达到露点而在测压头上有冷凝水。测压头的冷却近来使用 vortex 管，它是利用流体原理，当压缩空气通过一个专门设计的 旋涡管，流体分成两股，一股是热空

14、气，另一股是低温空气，利 用后者来冷却测压头，它比过去用水冷要方便和安全得多。 4 钢（铁）水成分检测钢（铁）水成分检测 (1)钢水定碳传感器与检测仪表 钢水定碳测量头的结构如图 2-63a 所示，其原理是凝固定碳法，即从炉 中取出钢水，倒入定碳测量头底座的样杯中，热电偶测得的 ec 。电动势-时 间曲线如图 3-63b 所示，从 a 点上升到最高点 b ，然后随着钢水温度的降低， 就开始下降。当钢水开始凝固时，由于放出结晶热，热电偶电动势 ec 。即从 c点开始的一段时间内保持不变，即出现“平台”，过“平台”后，温度即迅 速下降，这“平台”位置（即温度）与钢水中含碳量成函数关系，准确找出 这

15、段“平台”即可求得钢水中含碳量。与钢水定碳测量头配套还有专门的钢 水定碳测量仪，它和钢（铁）水温度测量仪类似，也是数字的和内含微型计 算机的以及配置挂在炉台的大型显示器。 ( 2 ）电化学法传感器 l ）钢水定氧传感器 电化学法大都采用浓差电池方式（见图 2-64a ）。作为制造 氧浓差电池的高温固体电解质，具有高温下传递氧离子的晶型结 构，它将管状固体电解质置于有不同的氧分压 和 两种介质环境中，在高温时，带电的氧离子便从氧分压高的一侧 通过固体电解质晶格点阵中的氧空穴向氧分压低的一侧迁移，随 着固体电解质两侧表面不断产生的电荷积累，最后达到动平衡而 产生一定的电动势。该电动势可用奈斯特（

16、nemst ）公式表示 e = rt ln / / 4f 式中， e 为氧浓差电动势（ v ) ; f 为法拉第常数， 96500c / mol ; r 为理想气体常数，8 . 314j / mol k ; t 为绝对温度 (k) ； 、 为两侧介质的氧分压。 2 ( ) o p 2 () o p 2 ( ) o p 2 () o p 2 () o p 2 ( ) o p 测定钢水氧活度的氧浓差电池就是根据这一原理而制成 的，其结构如图 2-64b 所示。高温电解质是管状的 zro2 （+mgo），也有用zro3（+cao）的，俗称锆管。管内装有已 知氧分压的金属及其氧化物的混合粉料作为参比极

17、，用钼针作 为电极引线。锆管外侧直接与钢水接触，并通过钢水与作为回 路的钼棒连接，从而构成氧电池， 即钼极po2（参比电极）zro2mgo（电解质） o 钢水钼极 装于 u 形石英管中的热电偶是用来测量钢水温度的，在定氧 测量头达到热平衡时，此温度也就是固体电解质的温度。 在实际应用中，普遍采用氧化铬（ cr + cr2o3 ) 和氧化钼 （ mo moo2 ）的分解压力作为参比压力，其关系式如下： e f ( 1/ 2 f ) + ( rt / 2 f ) ln ( f ao / (po2)1/2 ） 式中， f 为氧溶解的标准自由能变化； f 为氧的活度系数； po2为参比侧氧分压； a0

18、为溶解氧量 ( % ）。 根据上式可以得出钢水中溶解氧量或氧活度为用氧化铬 （ cr + cr2o3 ）作参比极时（用于低氧测量） 1g a04 . 62 -（ 13580 -10 . 08e）/ t 用氧化钼（ mo + moo2 ）作参比极时（用于高氧测量） 1g a0 3 .885 -（ 7725 -10 . 08 e）t 与钢水定氧测量头配套还有专门的钢水定氧测量仪，和 钢（铁）水温度测量仪类似，也是数字的和内含微机的以及配 置挂在炉台的大型显示器。按照上述的定氧公式，它是温度的 函数，故氧浓差电池的定氧测量头还如图 2-64b 所示带有微型热 电偶，因而其二次测量数字仪表通常都是温度

19、与定氧两参数的， 其大型显示器也显示温度和氧量。 测量枪把定氧测量头插人钢水后， 其测量曲线见图 2 一 65 ，也出现一 个“平台”，测量起始时间（ t1) ， 即当测量头插人钢水后，要有一段达 到平衡的时间，国产测量头约为 23s ，到（ t2 ）测量结束时间一般为 510s 。所有自动找平台及判断何时 开始记录和显示以及保持数据和发出 “测量”结束信号均由数字式钢水定 氧测量仪自动进行。仪表的主要技术 规范如下：测量范围。 测温：10001800 。 测氧： 1 9999 10-6 ； 测量误差: 测温： 3 。 测氧：土 2mv （折算到输人端）。 2 ）铁水定硅传感器 已有许多厂商生

20、产这类测量头， 如： 带副电极的铁水定硅测量 头（如图 2-66 所示，美国 en 公司 等生产）。其结构为： mo/mo moo2 zro2（ mgo ) ）zro2 + zrsio4 / (sife/ mo 硅测量头反应为zro2 si fe + 2 ofe = zrsio4，以zro2(mgo) 作为离子导电的固体电解质 zro2+zrsio4作为硅测量头的辅助 电极，这种测量头的响应时间 30s，测定精度为 0 . 015 % s1。 以双层电解质组成的硅测量头（日本大阪酸素公司生 产）。其结构为： mo / ( cr + cr2o3 )zro2(mgo)sio2/sife/mo 在z

21、ro2(mgo)固体电解质表面涂一层 sio2+1030 % caf2 的泥浆， sio2涂层与铁水中si有如下的关系： si 2o=sio2（涂层）。硅测量头的sio2活度是一 定的，测出上式中的平衡o活度，即可求出铁水中的含 硅量。这种测量头已在日本福山钢铁厂高炉使用，测定值 与分析值之差为 0 . 02 si ，响应时间为 20s 。 3 ）定硫传感器和定磷传感器 定硫传感器和定磷传感器的原理和上述的类似，只是所用 电解质及电极不同， 不再叙述 。 ( 3 ）钢水中氢含量在线检测 钢水中氢含量在线检测的原理是测量该气体的分压而得出氢 含量，根据 stevert 定律： % h =(kh/

22、fh) 式中， h 为钢水中的氢浓度， 10- 6 ; kh 为在已 知温度下的平衡系数；fh为活度系数；ph 为钢中氢的分压力； 1g ( kh / fh )=-1905 / t1.591 ，其中 t 为钢水的绝对温 度。 测量头由多孔陶瓷罩组成，当测量头浸人钢水中时，向钢水 吹人氮气，并由多孔陶瓷罩收集，溶解在钢水中的氢不断扩散 进人载气氮并在钢液与气相之间的氢分压开始建立平衡，通过 热导检测器进行测定时，氮气穿过钢水不断地循环，钢水中的 氢不断扩散成气相，直到不再扩散为止，然后测量氢的分压并 换算就可得出氢含量。日本钢铁公司名古屋钢铁厂的 rh 装置 使用类似于本书第二单元模块二图 2-

23、48 所述的测量头，吹入 ar 气，在钢水中形成气泡，把 ar+h2经排出管送分析室内的色 谱仪以测定h2，也可同时测定o2和n2，在测浓度为 1 x 10-4 的 h2时，误差为 5.3 % ，测定时间为 2.5 min. hp (4)光电直读光谱成分分析仪 转炉或炉外精炼冶炼的钢水成分分析经常使用光电直读光谱 成分分析仪来分析多种元素，这种仪表的特点是：可以进行多 种元素的同时分析；灵敏度很高，可达10-810-9g , 相对检测限 为 10-3 10-4% ；分析速度快，可在 1min内得到 30 种元素分 析结果。有关这种仪表的原理见图 2-67 。其工作过程是：将被 分析的样品，置于

24、电弧、火花或其他光源中间，由光源对它进 行激发使之发光，然后使该光分光色散成光谱，最后用光敏元 件检测以得出被测样品的成分。这种方法可靠、成熟和准确， 但需制样，目前已在炉前设置分析室或使用手推车式的小型光 电直读光谱成分分析仪，无需风动送样而大大减小获得结果时 间。 5 气体成分分析装置气体成分分析装置 转炉炉气在线分析装置包括干法取样、预处理过滤等装置 和分析仪器三大部分。在线分析装置必须适应快速吹炼要求， 故取样头要靠近炉口安装以缩短滞后时间，但此处条件恶劣， 为防止堵塞，每个系统装两个取样头和两个预处理过滤装置 （一个工作，另一个反吹清扫）。如果炉气分析仪仅是为了回 收煤气且转炉容积又

25、小，也可将取样头装在二级文氏管除尘后， 因为分析系统滞后时间长一点影响不大，而工作条件大有改善。 现代大型转炉都设有煤气回收装置，一般设两套煤气成分 分析装置：一套装在一级文氏管前靠近炉口处，分析 co、 co2等；另一套装在引风机后，分析煤气中的 o2 。一级文氏管 前的数据送计算机系统，其中 co 的分析结果还作为回收一放 空的条件送至回收一放空控制系统以自动回收转炉煤气。风机 后的o2分析起安全报警及作为回收一放空的条件信号。 一级文氏管前炉气成分分析系统如图 2-68 所示，包括： 1取样探头。含不锈钢做成的水冷筒（ gsp ) （冷却水量为 25l/min以上， 将 800 1100

26、 的取样气体冷却到 500 ，当水量过低时，流量开关（ fs ） 发出故障信号）和过滤器 ( prf ，不锈钢烧结的圆筒构成，外径为40mm ， 内径为36mm ，过滤精度为10um，加热功率为 250w ) ; 2 监视过滤器( mgf ）。内装玻璃纤维，外筒是透明的以便监视； 3 脱湿器（clr）。其冷冻能力可达-10 ，功率为 110w ，在出口设有 温度计（thm ) 以便监视脱湿器出口试样气体温度； 4 滤纸过滤器（ pfi ）。其底部放置100mm过滤精度为 1um 的滤纸； 5抽气泵(p)。其入口压力为-0.06mpa ，出口压力最大为 0.2 mpa ，流量为 3034l/mi

27、n; 6 流量计（ flifl6） ; 7 薄膜过滤器（ pf6pf4 ) ; 8 碳氧分析器（测量范围为 0 10 / 30 % o2）、 co 红外分析器（测量 范围为 0 一 100 % c0 ）和 co2红外分析器（测量范围为 0 一 50 % co2) ; 9 校正装置； 10程序控制装置。执行清洗和校正控制。 整个分析系统除取样管外，均安装在距取样点约 10m 的分 析仪表柜中，以减少滞后，然后把分析结果送到炉前控制室显 示和记录，并送过程计算机。 引风机后炉气含氧量分析系统仅分析炉气中氧含量，即当 炉气含氧量低于 1 时，煤气才进行回收。引风机后炉气含尘 量比一级文氏管前的含尘量

28、大大降低，煤气温度也降到 60 左 右，但煤气中含水量却大大增加，故其分析系统也与一级文氏 管前不同。它包括取样探头、雾过滤器（分离冷凝水及再一次 除尘）、抽气泵（一用一备）、电子冷却脱湿器、起泡器（稳 压用）、保护箱（用以防止取样探头或管道堵塞后吸人冷凝槽 中的水，如发生堵塞时，抽气泵便从保护箱的排气口吸入空气 而避免吸人冷凝水）、冷凝水槽、微压计、薄膜过滤器、电动 切换阀（控制这些阀来完成氮气对取样探头内的过滤器及管道 的清洗）、氧分析仪、三通电磁阀（用以切换样气和校正气体 及校正零点和满刻度）、校正装置和程控装置。和一级文氏管 前同样，除取样探头外，其他装置均安装在引风机附近约距取 样点

29、 3m 的仪表柜中。 6 转炉煤气流量检测转炉煤气流量检测 转炉煤气流量检测是比较困难的，因为煤气不仅含有 caco3 成分的尘埃，还含有饱和水汽，故这些尘埃极易粘附在检测元 件表面，使测量误差增大甚至不能工作。一般孔板不能适应这 种条件，目前使用文丘利管来测量，并带煤气压力和温度补偿。 为了防止灰尘埃粘附和取压管堵塞，设置清洗装置，在转炉停 吹时，自动用水和氮气清扫。 7 转炉炉衬检测仪转炉炉衬检测仪 测量转炉炉衬侵蚀情况，可使每吨钢喷补的耐火材料降低 45 一 55 。测量转炉炉衬侵蚀情况有放射性同位素法、热像法、 立体摄像法和激光法等。其中瑞典aga以公司生产的激光转炉 炉衬检测仪最为成

30、功并已为国内外许多工厂使用。该仪表使用 大地测绘用的激光测距仪，激光器是氦一氖气体激光器。该转 炉炉衬检测仪能对温度高达 1600 的炉内进行测量，精度为 5mm。测量时，仪表可放在炉口前任意位置，仪表发出一束 激光，被转炉炉内的耐火砖漫反射，由测头检测反射回来的光， 用相位法，即测量发射光束与反射光束之间的相位差，即可换 算成距离，并测量水平角和垂直角，而得出炉腔形状。 8 判断转炉吹炼终点的仪表判断转炉吹炼终点的仪表 ( l ）炉气分析法分析炉气中co和co2的含量并测量炉气流量，即可算出 转炉的脱碳速度。用红外气体分析器分析 co 和 co2 含量，而氧含量则用磁 氧分析仪。 瞬时脱碳速

31、度可按下式计算： dc/dt= 0 .89qout ( %cco+ % cco2）wm 式中， %cco ， % cco2分别为炉气中 co 和 co2 的体积百分数； wm 为熔池中钢水重量； qout 为脱碳产生的炉气流量（m3/min）。 ( 2 ）副枪测温、定碳法 1967年美国伯利恒钢铁公司发明了副枪，经过多年改进和完善，副枪已成 为判断吹炼终点最成熟的方法，也是现代大型转炉必备的检测手段。副枪是 一根水冷管，由电动机带动，检测时插入熔池中。副枪能在不倒炉情况下， 快速检测转炉熔池钢水温度、碳含量、氧含量、液位高度以及取钢样、渣样 等。副枪头部装有检测用的探头（图 2-69 ) ，副

32、枪下降插入熔池一定深度后， 钢水熔化挡板，从进样嘴进入样杯，同时保护罩也被熔化并由 u 形石英管内 的热电偶测取钢水温度（温度到达稳定并测量后由电气控制电路驱动，把副 枪从钢水提出到达规定位置，在提升过程中，样杯中的钢水逐渐降温和凝固， 如本模块知识点分析 4 ( l ）节所述，测量出现平台时的温度就可得出钢水含 碳量。 ( 3 ）投弹式热电偶法检测温度。 副枪检测技术缺点是要求炉口尺寸大于2m 。因此只适用于 100t 以上的转炉。为解决 l00t 以下转炉动态控制的困难，美钢 联 gmllite city 钢厂于 1991 年发明了投弹式热电偶终点检测技 术。投弹式热电偶检测原理与副枪类似

33、。它用机械投掷方法将 87.5、长 900mm的热电偶探头在终点前 23min内投入到转炉 熔池内以测量温度。由于投弹式热电偶是软线连接，体积小、 装置简单，但只能测温度，还需配备定碳装置。 9 钢流夹渣检测 钢流夹渣检测通常有两种方法：电磁法和光学法。 ( l ）电磁法 如瑞典 studsvik 公司生产的电磁法示渣器9 德国 amepa 公司开发的电磁感应法下渣检测系统等。 目前大型钢铁厂 90 % 以上都采用 amepa 公司的电磁感应法下 渣检测系统（国内也生产类似的系统）。其原理见图 2-70 , 当向 线圈通人交变电流时，在被测物体产生涡流，这种涡流的分布 及相位是线圈几何形状、频

34、率和被测物体电导能力的函数，这 磁场由二次线圈测定，由这电磁场的振幅和相位可推测出被测 材料和物体的形状。 amepa 钢渣检测系统包括传感器、前置放大器和外显示 控制器等。传感器由两个同心线圈构成，套在钢包水口上（见 图 2-71 ) ，在钢水流过水口时，由于钢水与渣的磁导不同（炉渣 的电导率仅为钢液的千分之一，如果钢流中含有少量炉渣，涡 流就会减弱，而磁场则增强），而可区分钢与渣，出现渣时， 发出带渣报警并显示，切断滑动水口，阻止带渣钢水流出。 ( 2 ）热成像式或测温式示渣系统其优点是无接触，故使用寿 命长、工作可靠，其原理是用摄像机或红外测温仪对准钢流 摄像（或测温），用图像（或数据处

35、理）处理技术，通过计 算机分辨是钢水还是渣，当出现渣时，显示并报警。在连铸 过程中钢流是密闭的，以减少氧化，故要设置专门的检测管 并用光纤引出（见图 2-72 ）。 10 连铸过程结晶器钢水液位检测 结晶器钢水液位测量有多种方法（见表 2-3 ）。板坯和大方 坯连铸大都使用涡流法，小方坯及薄板坯连铸因结晶器尺寸难 以安装涡流传感器而用放射性法。以下将介绍这两种方法。 ( l ）同位素法测量结晶器钢水液位 同位素法测量结晶器钢水液位的原理和示意见图 2-73 。在结 晶器一侧装设同位素辐射源，结晶器一侧装设闪烁计数器，当 结晶器内有钢水时， 射线部分为钢水遮挡，部分为闪烁计数器 接收。这样，结晶

36、器内钢水液位高度 h 与到达闪烁计数器的射 线强度有关。 此法在生产中应用较好，但要注意防护问题。辐射源是 137cs 或60co 。，其半衰期为 5 . 4 年，大型板坯连铸机所用 60co辐射源强度约为 3 .7 108bq ，为了安全起见，必须设 置保护盒，以保证操作场所内放射强度低于规定值。近年来， 为减小辐射源强度而有把辐射源和接收器均安装在结晶器冷却 水套内，此时辐射源强度可降到 1.85108bq 以下。 ( 2 ）涡流法测量结晶器钢水液位 测量原理见图 2-74 。检测器由 3 个匝数相同的绕组构成，当 50khz 的高频电压 eout 加在差动感应线圈的初级线圈 wl 上时，

37、 在结晶器钢水中产生涡流，受涡流影响的两个次级线圈 （w2,w3）产生感应电动势 vl-v2的值随结晶器钢水液位的高低 （距离 h ）而变化。 供大型板坯连铸机使用的传感器的结构见图 2-75 ，近来 已推出外径为 28mm的传感器，可供小方坯连铸机使用。为安 全起见，传感器采用风冷方式。涡流传感器的特性和被测金属 及其邻近的结晶器盖板和铜板、中间包等有关，如更换传感器 造成的位置变化以及结晶器宽度变化等都会影响其输出特性， 故要选定一固定基准面进行校正并记忆下来，如有变化，自动 校正增益，使输出特性回到原先值。此外，保护渣在高温下有 一定导电率，也会对涡流测量有影响，渣层厚度不同会对测量 产

38、生约 1 的影响。有关传感器安装见图 2-76 11 连铸过程中的结晶器振动检测连铸过程中的结晶器振动检测 由于结晶器是上下振动的，为了监视振动情况并作为液位 检测和控制系统补偿之用，而须测量结晶器振动。在结晶器上 引出一杠杆，拖动凸轮来回转动，后者推动铁心使电感改变， 经放大、解调以后得出交变电流，送指示或记录仪表中去就可 得出结晶器振动情况。 12 连铸过程中的结晶器热交换检测连铸过程中的结晶器热交换检测 监视结晶器的热交换是连铸操作的重要环节，也是改善铸 坯质量重要一环，并可推算出铸坯结壳厚度。结晶器热交换检 测是利用流量计和电阻温度计分别测出结晶器冷却水量和进出 口水温，由计算机算出热

39、功率，再经积分器、电压一频率转换 器积算或推动六位电磁式计数器而得出换热量，把结晶器每个 侧面的换热量及它们之和送给显示记录仪进行显示记录。热功 率可按下式计算： h=dk(rt-r0) 式中， h 为热功率（ kj / s ) ; d 为结晶器冷却水量（t/h ) ; k 为系数（ kj kg） : ( rt -r0 ) 为当水温由 t0 升到 t 时， 铂电阻温度计的电阻变化值。 结晶器的热流与铸坯表面关系为 h0 = ( q / vc ) （tp） 式中， h0 为热流（ kj/m2） ; q 为结晶器冷却水量（l/min) ； t 为冷却水温升（ ） ;vc为拉速（m/min ) ；p

40、为结晶器边长 （ m ）。并由此公式可算出结晶器出口铸坯结壳厚度 s 为: s = 0 . 155 0h 13 连铸过程中的结晶器内凝固壳断裂检测连铸过程中的结晶器内凝固壳断裂检测 漏钢预报从 20 世纪 70 年代末已研究过许多种方法，包 括：振动波形法、超声波法、热交换法、摩擦力测量法、温度 测量法。其中温度测量法最为成功并已实用化了。如图 2-77 所 示，坯壳在弯月面附近由于某种原因，超过其机械强度而破裂 （见图 2-77a ) ，并按结晶器振动周期反复凝固、破裂，该坯壳 破裂处如未能凝固，则破裂处会以低于拉坯速度向下和向横扩 展（见图 2-77b ) ，当坯壳破裂处到达结晶器底部时，

41、就发生拉 漏（见图 2-77c ) . 由于坯壳破裂时，钢水直接与结晶器壁接触，因而该处 会有温升。这样，如果在结晶器壁宽度方向和浇铸方向上如 图 2-78 所示布置许多热电偶，就可从热电偶测得的温度上得 知坯壳破裂处及其扩展（见图 2-79 ) ，识别这温度上升就可 预报拉漏。 14 连铸二次冷却区检测连铸二次冷却区检测 ( l ）铸坯表面温度及铸坯温度分布检测目前是使用光纤红 外高温计测量铸坯表面温度，而测量铸坯横向表面温度分布 测量则使用 ccd 阵列光电元件作为传感器，装在水冷套内， 它带广角镜头，可测量宽度为 lm 的温度分布，由计算机处 理然后送 crt 显示（见图 2-80 ）。

42、测量头是装在水冷和带 有压缩空气吹扫的保护套内的，有关其在连铸机上的安装示 意见图 2 -81 。 ( 2 ）二冷水流量检测由于二次冷却区的水流量变化太大， 而普通孔板流量计的流量是与其差压方根成正比，测量范围 超过 4 : 1 时，其下限很难准确，故它不适合于连铸过程。 电磁流量计由于其测量范围大，并可利用电流变化来改变量 程，且对水质要求不严格，故适合于连铸过程使用。对于二 次冷却区还须测量冷却水压力、温度及拉辊压力（测量其液 压系统的压力即可。 15 连铸辊间距检测连铸辊间距检测 辊间距测量原理是如图 2 -82 所示，在测量头装设测量位 移的传感器，一个传感器活动端接触上面的辊子，另一个传 感器活动端接触下面的辊子，将两个输出相加，即得出两辊 之间的距离。此测量头与引锭杆连接，测量时可将引锭杆从 结晶器往下拉，一直拉到拉矫辊。测量头经过每对辊时，即 测出其间的距离（开口度）、椭圆度（如图 2 -83