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漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)中熱電偶的設(shè)計(jì)、安裝和檢測(cè)

一、 前言

在連鑄漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)中，熱電偶測(cè)溫法準(zhǔn)確性高,應(yīng)用普遍。其關(guān)鍵工藝技術(shù)是在結(jié)晶器器壁上安裝熱電偶, 便于計(jì)算機(jī)采集、檢測(cè)，顯示和處理結(jié)晶器局部區(qū)域溫度變化的特征數(shù)據(jù)，向現(xiàn)場(chǎng)操作人員發(fā)出相應(yīng)的粘結(jié)性漏鋼輕重報(bào)警（黃牌或者紅牌報(bào)警）,同時(shí)完成自動(dòng)控制過(guò)程并且指導(dǎo)生產(chǎn)操作工人作業(yè)，減

少和避免粘結(jié)性漏鋼事故的發(fā)生。

二、 熱電偶在結(jié)晶器上埋設(shè)間距的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在結(jié)晶器器壁上安裝的k型熱電偶，其埋設(shè)間距,即熱電偶的測(cè)溫間距，與發(fā)生粘結(jié)性漏鋼時(shí)坯殼破裂口的傳播速度是否相匹配,直接影響漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度。因此，首先要計(jì)算熱電偶在結(jié)晶器上的埋設(shè)間距，并且進(jìn)行最優(yōu)化處理。 

連鑄坯殼破裂口的傳播速度與連鑄機(jī)拉速相關(guān)。當(dāng)連鑄機(jī)拉速為vc時(shí)，設(shè)斷裂坯殼在橫向的傳播速度為vx，縱向的下降速度為vy，與拉速的比為 (取經(jīng)驗(yàn)值0.55一0.90)，則有vy=vc· 。

結(jié)晶器銅板上埋設(shè)的熱電偶的橫向間距為wx,，縱向間距為wy，見(jiàn)圖1。設(shè)坯殼破裂線(xiàn)在橫向和縱向擴(kuò)展一個(gè)測(cè)溫間距的時(shí)間為tx和ty，則

橫向傳播時(shí)間:tx= = = 

縱向傳播時(shí)間：ty = 

其中， 為坯殼破裂線(xiàn)與水平線(xiàn)的夾角，有兩種取值方法:一是根據(jù)殘留于結(jié)晶器內(nèi)的坯殼破裂線(xiàn)部分得出的實(shí)測(cè)值，當(dāng)拉速為0.7- 1.6m/min時(shí)， 值取30-500;

另一種方法是用實(shí)驗(yàn)值tx和ty，可解出vx和vy，從下式

=arctan( )=arctan( ) 求出 值，約為20-450。

例如:當(dāng)結(jié)晶器銅板上熱電偶的橫向間距wx=220mm，縱向間距wy=120mm時(shí)，計(jì)算粘結(jié)性漏鋼破裂的橫向與縱向傳播的時(shí)間差。有

橫向傳播一個(gè)間隔的時(shí)間:tx = = 

縱向傳播一個(gè)間隔的時(shí)間: ty = = 

當(dāng)300≤ ≤500時(shí)，220×tan >120，總有tx>ty。 

據(jù)此得出橫向與縱向傳播速度關(guān)系: tan = vx≈1.4～2.7vy

可見(jiàn)，橫向的溫度傳遞速度約為縱向的2倍，顯然當(dāng)橫向與縱向熱電偶間隔相同時(shí)，用橫向的溫度傳遞來(lái)預(yù)報(bào)粘結(jié)時(shí)，其速度比縱向快1倍。

要提高漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)報(bào)警的準(zhǔn)確率，就應(yīng)同時(shí)檢測(cè)橫縱兩個(gè)方向上熱電偶溫度，以減少漏報(bào)或誤報(bào)的發(fā)生。要最優(yōu)化，就必須使斷裂口在橫、縱方向上傳播一個(gè)間距的時(shí)間大致相等，即tx=ty。則有關(guān)系如下:

wy=wx tan 

這就是在結(jié)晶器器壁上安裝熱電偶時(shí)，熱電偶的埋設(shè)間距計(jì)算的理論基礎(chǔ)。

三、 熱電偶的選型

正確選用熱電偶不但可以準(zhǔn)確得到溫度的數(shù)值，保證產(chǎn)品合格，而且還可節(jié)省熱電偶的材料消耗，既節(jié)省資金又能保證產(chǎn)品質(zhì)量。為了保證熱電偶在惡劣環(huán)境下（工作環(huán)境溫度范圍－20～200℃，有大量水蒸汽，少量油，受空間限制,隨結(jié)晶器一起振動(dòng)）可靠、穩(wěn)定工作，本系統(tǒng)采用非標(biāo)設(shè)計(jì)的k型鎧裝熱電偶。如圖2，它由八部分組成，結(jié)構(gòu)牢固,熱電極間氧化鎂絕緣電阻好，不短路；其不銹鋼保護(hù)套管能充分隔離有害介質(zhì)，補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與熱電偶自由端焊接連接并灌膠處理；其前部選用旋緊后剩余牙數(shù)不大于2牙的螺紋方式，且外層密封螺母帶四氟密封元件與雙頭螺栓配合，以保證結(jié)晶器下部溫度數(shù)據(jù)的正常采集。

熱電偶各個(gè)部件的技術(shù)參數(shù)選擇實(shí)例：

感溫元件

彈簧

鉚釘（以配套2.0mm熱電偶為例）

連接端（有對(duì)接卡套裝置）和補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)技術(shù)規(guī)格

注意，不同結(jié)晶器上的螺栓孔長(zhǎng)度與孔徑可能不同，甚至是預(yù)先設(shè)計(jì)或者是不可變更的。這就要先考慮熱電偶安裝工藝的需要，精確計(jì)算熱電偶及彈簧長(zhǎng)度、直

徑等數(shù)據(jù)。熱電偶長(zhǎng)度允差小于1mm ，彈簧長(zhǎng)度允差小于3mm。

四、 熱電偶的安裝工藝

為了保證熱電偶在工作過(guò)程中達(dá)到應(yīng)有的技術(shù)指標(biāo)，必須進(jìn)行結(jié)晶器改造，以保證熱電偶安裝工藝質(zhì)量。

結(jié)晶器銅板是帶有1.5mm機(jī)加工余量的粗加工板料，加工后銅板達(dá)到最終尺寸（一般厚度為30-50mm），圖2，是一個(gè)46.5*190*900的銅板剖面局部圖，云線(xiàn)部分是漏鋼預(yù)報(bào)需要修改或者增加的部分，即把內(nèi)外螺桿螺母加工到規(guī)定的尺寸；銅板上螺套的中心線(xiàn)位置，鉆有一個(gè)直徑約4.5mm，深度約7mm的洞，是熱電偶的溫度采集點(diǎn)。

加工中，先把銅板用膨脹螺柱，以規(guī)定的緊固力矩，固定在支撐板上，經(jīng)過(guò)1mpa水壓密封試驗(yàn)，合格后，就加工到規(guī)定尺寸；所有加工產(chǎn)生的雜質(zhì)必須清除干凈(無(wú)水 無(wú)油)，這樣才能保證熱電偶的測(cè)量精度。另外，為保證熱電偶穿過(guò)，螺栓加工時(shí)先在螺栓中心線(xiàn)位置鉆孔，加工成空心螺栓，再在其后部刻與熱電偶連接的螺紋，然后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。安裝時(shí)，把熱電偶傳感器插入銅板小洞底部并頂緊，之后，旋緊螺桿并密封處理，此處的密封功能，可以防止?jié)蹭摃r(shí)蒸汽進(jìn)入，影響熱電偶的測(cè)量溫度。

在結(jié)晶器上安裝好熱電偶后，將全部熱電偶連接信號(hào)電纜接入相應(yīng)的中繼箱，中繼箱掛接在結(jié)晶器上，利用壓力為3kg的壓縮空氣保護(hù)；

另外，為保證熱電偶的安裝，需在結(jié)晶器水箱有熱電偶的位置，焊接不銹鋼管，讓熱電偶通過(guò)。

熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與遠(yuǎn)程站補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的連接，采用在結(jié)晶器內(nèi)外弧框架上面設(shè)置快切裝置的方式。在補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)接入轉(zhuǎn)接箱之前由于補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)是裸露在結(jié)晶器外面，為防止?jié)蹭撨^(guò)程由溢鋼或者其他原因?qū)е落撍苯咏佑|補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)從而燒毀的情況，因此在補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)上應(yīng)加上高溫護(hù)套管。轉(zhuǎn)接箱上應(yīng)設(shè)有通風(fēng)口在澆鋼過(guò)程中不斷的為保護(hù)箱吹其他來(lái)使保護(hù)箱內(nèi)的干燥。補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的合攏處，套好高溫護(hù)套管（直徑40mm），然后使用扎帶或喉箍扎緊，以免在使用的過(guò)程中，護(hù)套管滑落，導(dǎo)致補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)裸露在外。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。

熱電偶安裝不當(dāng)，如熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映結(jié)晶器銅板的真實(shí)溫度、其熱導(dǎo)率和時(shí)間滯后等，將形成熱電偶在使用中的主要誤差。所以，熱電偶插入深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的8～10倍；熱電偶的保護(hù)套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使銅板內(nèi)熱氣溢出或冷卻水侵入，因此熱電偶保護(hù)管和結(jié)晶器壁孔間應(yīng)用四氟密封；同時(shí)，熱電偶安裝應(yīng)盡可能避開(kāi)強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)，不把熱電偶和動(dòng)力電纜線(xiàn)裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差。

熱電偶損壞更換時(shí)，應(yīng)該把熱電偶裝入安裝孔后，用扳手?jǐn)Q緊錐形螺栓；把四氟密封圈推至錐形螺栓與補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的空隙處，適當(dāng)擰緊該密封螺帽（不可用扳

手將此螺帽擰得過(guò)死，導(dǎo)四氟致密封圈損壞）。

五、 熱電偶檢測(cè)方法

為了保證結(jié)晶器熱電偶安裝質(zhì)量, 排除安裝過(guò)程導(dǎo)致的信號(hào)偏差,必須對(duì)安裝完畢的所有熱電偶進(jìn)行測(cè)試。

離線(xiàn)檢測(cè)方法：按順序標(biāo)出銅板上n個(gè)熱電偶的位置，并記錄下熱電偶室溫下顯示的溫度,假設(shè)熱電偶編號(hào)和溫度記為t11,t12,…,t1n。然后用調(diào)節(jié)至中性焰的氣焊焊炬,對(duì)銅壁上每個(gè)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間為15s左右烘烤,記下熱電偶烘烤時(shí)顯示的溫度,假設(shè)為t21,t22,…,t2n。

另外，為了減少各標(biāo)記點(diǎn)間的檢測(cè)影響, 烘烤測(cè)試點(diǎn)的操作順序可以按奇數(shù)或者偶數(shù)序列進(jìn)行,這樣既能取最大距離的相臨點(diǎn), 又不漏掉測(cè)試點(diǎn)，可以把誤差減小到最低限度。

通過(guò)上述試驗(yàn), 按照下述三個(gè)條件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷溫差是否滿(mǎn)足式中要求。

△tx=max(t1i-t1j) ≤1.8℃

△ty= max(t2i-t2j)≤4.5℃

△tz= min(t2i-t1j)≥8.2℃ ( i=1,2,…,n j=1,2,…,n )

關(guān)于溫差出現(xiàn)的原因分析, 一為人工操作造成，二為元器件差異，三為系統(tǒng)成套影響而造成的。因此，這不僅是設(shè)計(jì)安裝質(zhì)量，而且是系統(tǒng)質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)。

對(duì)不滿(mǎn)足條件的tij點(diǎn), 不難準(zhǔn)確找出相應(yīng)的熱電偶或者線(xiàn)路故障, 在設(shè)備使用前排除, 保障漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)正常顯示。

寶信軟件等企業(yè)現(xiàn)在開(kāi)發(fā)研制出了全自動(dòng)化離線(xiàn)檢測(cè)設(shè)備。

在線(xiàn)檢測(cè)方法：在長(zhǎng)期生產(chǎn)中，由于系統(tǒng)元器件和材料被污染、變形、氧化、絕緣變差、熱阻變化等，而引起測(cè)溫誤差變大，在高溫下會(huì)更為嚴(yán)重。這不僅引起熱電勢(shì)的損耗，而且還引入干擾，由此引起的測(cè)溫誤差有時(shí)可達(dá)上百度。如果利用漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)，定時(shí)掃描分析tij點(diǎn)，在一定的時(shí)間區(qū)域內(nèi)，判斷tij點(diǎn)數(shù)值有無(wú)變化，變化幅度是否在正常范圍內(nèi)，指導(dǎo)操作工屏蔽相應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，或者自動(dòng)屏蔽相應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)，顯示提示運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)點(diǎn)檢，從

而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)在線(xiàn)檢測(cè)功能。

六、 結(jié)論

在連鑄漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)中，做好了熱電偶的設(shè)計(jì)、安裝與檢測(cè)工作，就會(huì)極大提高系統(tǒng)的可靠性，顯著降低現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量，使漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)品化。

本產(chǎn)品的加工定制是是，品牌是天潤(rùn)，型號(hào)是SMWRNK-220，測(cè)量范圍是0-200（℃），熱響應(yīng)時(shí)間是1（s），外形尺寸是2*190/83+5500（mm），規(guī)格是2*190/97+5500,2*500/160+5500