高炉铁水连续测温的研究与应用分享
高炉铁水连续测温的研究与应用分享
前言
随着高炉冶炼水平的提高，测温技术在炼铁生产中得到广泛的应用。高炉铁水温度进行实时、准确的在线监测对高炉操作具有重要的意义和指导作用，铁水温度的高低，是保证高炉稳定顺行，降低焦比的基础，也会影响铁水的质量，进而影响钢铁产品的质量，高炉铁水温度也直接反映了炉缸区域温度水平，是保证高炉稳定顺行的基本前提，同时也是高炉冶炼过程控制的核心和基础。因此铁口铁水的温度检测和控制就显得尤为重要。
1、铁水测温现状
就目前的检测技术，铁水温度无法在炉缸内检测，只有在出铁时在出铁沟内测得。尽管出铁过程中会有一部分热量损失，但是即测即得的铁水温度数据仍能够及时的反映出高炉内部的热状态。
炼铁厂目前使用KS-BJ系列插入式快速测温热电偶的方式测量铁水温度。系统由快速测温显示仪、信号传输电缆、测温枪、快速测温热电偶和快速测温热电偶测温枪头组成。测温时，需要将快速热电偶头插在测温枪前端，待仪表准备就绪，将测温枪插入铁水等待3-5秒时，观察测温仪显示稳定，绿色指示灯显示测量完毕之后，拔出测温枪，就可以正确读出铁水的温度，完成一次测量。这样的测量需要人员手持测温枪走进铁水沟，插入铁水完成测量，存在一定的安全隐患。主要由测温热电偶头和大纸筒构成，热电偶头主要由电偶丝焊接在补偿导线上，补偿导线镶嵌在支架上，支架外套有小纸筒，热电偶丝由石英支撑和保护，最外面装有防渣帽，全部零件集中装入泥头中并以耐火填充剂粘合在一个整体，不可拆卸，所以为一次性使用。
这种测温方法每测量一次需要消耗一支快速热电偶偶头，目前采购每支快速热电偶偶头5元左右，平均每炉铁测温2次，每天平均出铁12炉，4座高炉每年快偶头消耗17.5万元。加上测温枪头和电缆消耗，每年需要近20万元。这种测量方式不能进行连续测量，只能点测，存在一定的测量误差；每次检测消耗热电偶偶头，有一定的使用成本；操作不方便，测温人员每次在铁沟旁测温，有一定的安全风险；容易烧枪头和线缆，维护量大。
2、连续测温优势
铁水连续检测最大的优点就是能对每炉铁水温度进行自动连续测量，能有效避免人工插入测法带来人为的影响，测量更加精确，能够通过分析记录的温度曲线或其它计算机处理信息，较真实地反映出每炉铁水温度的变化趋势，直观地读出每炉铁水的最高温度，为生产管理和工艺改进提供有力的依据。连续测量的温度数据可以直接形成可读的文件、报表和趋势图，便于存储和分析。
3、高炉铁水温度连续测量方法
根据测量理论及装置特点，铁水温度连续测量方法主要分为直接测量和软测量两大类，其中直接测量又分为接触和非接触两类，主要有：KS-BJ系列热电偶连续测温法、KH11-MT系列红外连续测温法和基于黑体空腔的测温方法等；
其中软测量预测模型无论是基于机理还是基于数据，或技术原理模糊，或过于依赖数据，更多作为学术研究，并没有得到广泛应用。直接测量才更有实际应用的意义。
3．1KS-BJ系列热电偶连续测温装置
金属热电偶直接插入高温的铁水中会发生一系列的化学反应或被溶蚀。因此需将热电偶丝装入保护管，才能连续测量铁水温度。测量时将热电偶保护管插入铁水中与铁水进行充分的热交换，使之具有同样的温度，达到测量的目的。上世纪60年代，V. Kozlov 和B.Malyshkin 等人基于该方法设计出了带保护管的沉入式热电偶对高炉的铁水温度进行了测量，经过近几十年的发展，基于该方法设计的测温装置逐渐成熟。
其中保护管采用多层结构，通常分为三层：外层保护管；内保护管；内、外管间填充层。此测量方法的优点是：接触式测量，测量准确度较高；能够进行连续测量。缺点是：受保护管材质和厚度的影响，温度显示具有一定的滞后现象；因为测温区间为1200～1600℃，通常使用B型或S型贵金属热电偶，且是一次性使用，测量成本高；由于出铁口温度高，环境恶劣，连接快速热电偶的补偿导线容易发生接触不良或被烧断的现象，相对维护量大。
3.2KH11-MT系列红外连续测温装置
物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。物体自身辐射的红外能量的多少反应了物体表面温度，这就是红外测温的理论基础。
最早的红外测温仪采用单色红外测温系统，信号衰减严重，读取数据比实际温度低；而后采用双色红外测温，虽然减小了信号的的衰减，但铁水表面的氧化表层和浮渣仍对铁水温度测量的准确有很大影响。目前较新型的是采用纳米级波长的频谱响应，更强的绕射能力，再通过转换器对红外高温计的温度信号进行处理、选取并转换输出。
KH11-MT系列红外测温系统主要由红外高温计、智能电子盒、数字显示器、氮气吹扫器，测温装置支架和耐高温电缆等组成如图一。由于炉前出铁场环境恶劣、粉尘多，采用压缩空气或氮气连续吹扫，吹扫除了保持温度测量装置的“镜头”清洁以外，同时对测温装置进行降温，确保设备的连续运行。本测温系统测量效率高，可以进行连续测温，仅需要洁净压缩空气或氮气冷却，无耗材，使用成本低。不需要现场操作，相对安全。故障率低、维护量小。缺点是测量准确度相对热电偶较低，铁水表面浮渣、烟尘对测量有一定影响。
3.3基于黑体空腔的高炉铁水连续测温系统
黑体空腔法测量高炉铁水温度，兼有接触式和非接触式两种测温方式的优点，测温探头由保护玻璃、光电探测器、信号传输线及冷却风路等组成。传感器安装在出铁场的撇渣器后方，测量纯净铁水的温度。
在黑体空腔铁水连续测温传感器测量铁水温度时，为了避免外层保护套管因温度剧烈变化而引起爆裂，一般需要对其进行一定的预热。测温时将传感器插入到铁水中至少250mm，保护套管直接与铁水相接触，测温管腔体发出的热辐射由光电探头产生与温度成一定关系的电压信号，此电压信号经光纤传至信号处理器，进行计算、补偿、显示、存储和远传。
此测量方法的优点是：测量准确度较高，能够连续测量，受环境影响小，抗干扰能力强，不需要现场操作，相对安全。缺点是：保护管需要预热，使用寿命短，测温成本较高。
4、结束语
高炉铁水温度连续测量技术通过长时间的发展和研究，基于不同的工作原理，开发了多种类型的铁水连续测温装置。其中直接测量装置较为成熟的，能够用于工业实际生产的装置仅有带有保护管的热电偶、红外辐射和黑体空腔式铁水连续测温系统这三大类，其中带保护管的热电偶因为使用成本过高，很少企业能够使用。黑体空腔虽然兼具接触和非接触测温的优点，较多应用于连铸中间包钢水测温，但在高炉炉前铁水测温的应用并不是十分成熟，且使用成本也相对较高（单铁口年约20万）。红外连续测温装置准确性稍低但没有耗材成本，且能够提供稳定的连续温度检测，更适用于目前承钢炼铁厂铁水测温使用。