王 鹏
(东北大学 信息科学与工程学院，沈阳 110819)
摘 要： 论述了高炉铁水温度连续检测对于高炉操作具有的重要意义。介绍了铁水温度连续测量技术发展的历史、现状和发展趋势。根据测量理论及装置特点，铁水温度连续测量方法分为直接测量和软测量两大类，其中直接测量有：热电偶连续温法、红外连续测温法和光纤连续测温等方法；软测量预测模型分为基于机理和基于数据两种。针对每种测量方法介绍了基本原理、装置特点、技术指标和发展现状。对黑体空腔连续测温装置进行了分析，就该技术推广到测量高炉铁水温度进行了讨论。
关键词： 高炉；铁水；连续测温；软测量；黑体空腔
文献标识码： A
The Method of Continuous Measurement of Temperature for Hot Metal
WANG Peng
(School of Information Science & Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China.)
Abstract：Discussed the significance of continuous measurement of temperature for hot metal for blast furnace operation. Introduced the history, current situation and development trend of continuous measurement of the temperature for hot metal. According to measurement theory and device characteristics, continuous measurement of the temperature for hot metal is divided into two major categories, direct measurement and soft measurement prediction model. Direct measurement method includes thermocouple for temperature method, infrared continuous temperature measurement method and immersion continuous fiber thermometry. Soft measurement prediction model includes two mode, based on the mechanism and based on data. For each measurement method, described the basic principles of device features, technical specifications and development status. Analyzed the devices of continuous temperature measurement based on the blackbody cavity. Discussed the technology to the measurement in hot metal temperature
Key words：blast furnace; molten iron; continuous temperature measurement; soft measurement prediction model; blackbody cavity
1. 前言
高炉炉温―炉缸中的铁水和炉渣温度，能够反映高炉冶炼过程的热状态及燃烧比，是代表炉缸热强度指数的重要参量[1]。在高炉冶炼过程中控制充足而稳定的炉温，能够
使装入炉内的炉料顺利下降，速度均匀，产生出来的生铁合格，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[2]。
其中，铁水的温度能正确反映炉温，对高炉冶炼是一个主要的操作指标。铁水温度
过低不仅影响高炉顺行，而且对后续的炼钢工艺会导致钢水后吹严重、 吹损大、钢铁料消耗高、成本高、质量无保障。如果长时间的低炉温，会导致炉身粘结、炉型异常、炉况失常并危及安全生产等严重后果[3]。另外，铁水温度检测对低硅冶炼提供了最直接有效的检测手段，在保证物理温度足够的前提下，尽可能降低硅含量，进而降低焦比，有利于炼钢工序。
过低不仅影响高炉顺行，而且对后续的炼钢工艺会导致钢水后吹严重、 吹损大、钢铁料消耗高、成本高、质量无保障。如果长时间的低炉温，会导致炉身粘结、炉型异常、炉况失常并危及安全生产等严重后果[3]。另外，铁水温度检测对低硅冶炼提供了最直接有效的检测手段，在保证物理温度足够的前提下，尽可能降低硅含量，进而降低焦比，有利于炼钢工序。
因此在日常操作中及时地掌握铁水温度及其变化趋势，预见性地采取调剂措施，保证生产的安全、稳定、顺行，这对于稳定高炉热制度、减少炉况的波动以及提高生铁质量和降低焦比等都具有重要意义[4]。
2. 高炉铁水连续测温技术发展现状
目前，高炉铁水温度连续测量按照原理可分为需要连续测温装置的直接测量和炉温预报模型，即软测量两大类。
2.1 铁水温度直接测量技术
随着高炉监测水平的提高，铁水连续测温技术在高炉炼铁生产中得到广泛的应用。早期的研发工作集中在欧美日等钢铁工业发达的国家，研发方向集中在热电偶连续测温技术方面。直到上世纪末，诸如铁水红外连续测温技术等也逐渐进入到工业应用领域。
高炉铁水连续测温装置按原理可分为：(1) 热电偶连续测温装置；(2) 红外连续测温装置；(3)光纤连续测温装置等。
表1为几种测温方式的比较。
表1 高炉铁水连续测温方式比较
测温方式 测量误差/℃ 相应时间/s 测温成本 优缺点 实用性 |
保护管+铂铑热电偶 ≤±5 90 高 寿命短、测温稳定性差 一般 红外辐射测温 ≤±3 30 低 快速、成本低、准确性差 一般 光纤法 ≤±10 30 一般 容易受干扰 差 |
2.1.1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而被溶蚀或遭到毒害。因此需将热偶丝装入保护管，随同保护管插入铁水中，才能连续测量铁水温度。
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[5]。同期，我国钢铁研究所的文学铭、陈经隆等在国内率先
采用此方法连续测量铁水温度并以此判断高炉炉况[6]。1978年，石思顺，郑孝天采用金属陶瓷保护管的沉入式热电偶铁水连续测温新装置，经过多次试验最终获得成功，在武钢高炉试用以来，取得了良好的效果，测温误差能够控制在±5 ℃以内[7]。1983年，Mee, D. K. 等又对保
护管的材料进行了改进，使得响应速度和使用寿命都得到了很大提高[8]。
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[9]。如图1所示。
图1 有保护管热电偶连续测温探头结构
Fig.1 The structure of the thermocouple with protection tube in continuous temperature measurement
其中外保护管，通常采用铝碳质材料等静压加工成型，利用其抗热震、耐高温、抗冲刷、导热率高的特点。内保护管一般采用刚玉质，利用其高温气密性好，高温化学性能稳定，能够避免有害气体对热偶丝的侵害，价格低廉的特性。填充层一般采用Al2O3 粉体材料，或采用中空结构，以保护刚玉内管遭遇急热时不被震裂，同时也是为了吸收机械振动以保护内管中央腔体内的热偶丝不被震断。
连续测温的热电偶，国外采用双铂铑热电偶(PtRh30-PtRh6) 或铂铑热电偶(PtRh13- Pt)；国内多采用实体型抗氧化钨铼热电偶，替代价格昂贵的铂铑热电偶。
发布评论