自动测温装置在铜熔炼熔体温度测量中的应用

作者：北京有色金属研究总院 叶滨

欢迎访问e展厅 展厅 2 熔化炉展厅 熔化炉, 冲天炉, 浇注炉, ... 铜熔炼过程中熔体温度是一个重要参数，温度过低，反应无法正常进行，温度过高会浪费能源，降低炉寿命，所以熔体温度在线检测成为实现生产过程自动控制的关键。但是目前国内转炉吹炼绝大多数没有温度在线检测的手段，基本上处于凭经验操作的落后状况，这主要由于冶炼生产的环境恶劣(高温辐射、高粉尘、腐蚀性气体、杂光干扰)造成的，如果使用热电偶接触法测温，由于熔体腐蚀性很强，在铜熔炼中难以实现长时间温度检测，而且转炉过程中炉体会经常转动，熔体处于强烈翻动状态，所以应用接触法测熔体温度非常困难。非接触法测温具有充分的灵活性，现在应用较多的仪表———辐射温度计，是根据物体的辐射强度与温度的函数关系来标定温度值。但由于辐射强度受辐射系数影响，必须要根据辐射系数来修正测量值才能接近真实温度，这种修正不仅在技术上存在很多困难，现场也只能根据经验判断，修正中难免引入人为误差。此外,由于在铜冶炼中烟尘、大气、杂光等介质对辐射能的影响很大，使所测温度偏低，很难进行修正。因而，在铜冶炼中要想简便而准确地测定物体的温度是比较困难的。为此，我们通过大量实验与研究，开发出运用比值测温法的熔体自动测温装置。 1 装置原理及关键技术 1.1 原理 本装置采用具有高抗干扰性能的红外比值测温方法，采用计算机进行数据处理，实现熔体温度的在线测量、显示和打印。 所谓比值测温原理，是根据普朗克—维恩定律 利用两个波段国辐射能的比值与温度的函数关系来确定被测物体的温度，从而克服了辐射系数对测温的影响。也就是说，辐射系数虽然影响辐射能，但不影响辐射能的比值。这样就解决了需要人为修正的缺点。 1.2 关键技术 1.2.1 利用比值法消除辐射系数的关键是两个波段的设计要合理，带宽要窄且彼此靠近 ，这就造成信号减小，信噪比减小，精度降低。为此我们采用单片机对信号进行处理，将电信号放大后，进行V／F转换，转换过程中对输入信号进行积分，以提高抗干扰能力。另外通过光电隔离，有效抑制了各种噪声干扰，大大提高了信噪比。 在软件设计上，由于铜熔炼过程属自热熔炼，所以对红外信号进行最大值采样，减少烟尘干扰，进一步提高了测量精度。 1.2.2铜矿是多种元素的共生矿，铜精矿中含有铜、硫、铁、钙、镁、铝等元素 。有些元素在熔炼过程中参与反应，剧烈氧化时会发出特定波长的光谱，这些波长多在可见光波的范围，如将仪器的工作波段设计在可见光波段，这些杂色光将不可避免地引入干扰。而红外光波比可见光波在烟尘大气介质中的透过能力强，反射能力稍差，这有利于抑制杂散光的影响，且选用的接收器———硅光电池在近红外区比较敏感。根据铜冶炼中的这些特点，我们将仪器的工作波段设计在近红外波段，λ1和λ2在0．8～0．9μm间，避开这些杂光所产生的干扰。 1.2.3铜冶炼现场生产环境恶劣，为保护测温装置，现场采用了环形风幕及隔热罩装置，减少被测物的热辐射，并对传感器进行风冷降温。 2 测温装置结构 测温装置由风幕及隔热罩、温度传感器、信号处理器和测温控制开关组成，如图2—1所示。 2.1 风幕及隔热罩 1 kg压力左右的压缩空气经过过滤，除去油、水后在传感器透镜前形成环形风幕，以阻止烟尘、水气及异物接近传感器，保护传感器透镜，并对传感器进行风冷降温。这部分是测温装置的保护伞，以便装置在恶劣的生产环境下能够进行长时间的温度在线检测。 2.2 温度传感器 将被测物体的辐射能转换成两路电压信号输出，并备有观察瞄准器。结构示意图如图2—2所示。 2.3 信号处理器 传感器将输出的两路电信号V1和V2分别放大到0～10 V后，经过V／F转换，变成0～100 kHz的脉冲信号，经光电隔离后，输入到单片机进行数据处理，得出温度检测结果进行数字显示和打印。硬件基本框图如图2—3所示，软件基本框图见图2—4。 2.4 测温控制开关 当转炉处于冶炼状态时，电子开关启动测温装置测温；当转炉转动时，电子开关关闭测温系统，从而实现测温过程的自动控制。 3 装置特点及技术指标 ·抗干扰能力强 装置采用比值测温的原理，因而决定温度高低的不是光信号的强弱而是光信号的比值。在一般烟尘情况下，即使两路光信号由于烟气而分别衰减较多，但其比值波动不大 ，因而测量值仍极接近真实温度。 ·测量精度高 可自动修正辐射系数对测温的影响，避免了人为修正引入的测量误差。 ·测温过程自动进行 通过传感器和电子开关实现了测温的自动控制。利用集成电路和单片机进行信号处理，按最大值采样提高了测量精度和信号处理的灵活性。 ·仪器使用方便 使用过程中无需调整，只要将传感器对准被测物体即可，不必考虑辐射系数的大小 。 ·测量范围：1 000～1 600℃·测量精度：误差＜±1%FS ·根据现场管理的需要，本装置具有自动开机、关机和传感器的保护、冷却等功能 。 ·测量结果用数字显示，可连续打印或定时打印温度值。 4 结论 国内铜熔炼企业温度检测手段落后，转炉冶炼多数尚无检测手段。经检索查询，本装置填补了国内铜熔炼熔体测温装置的空白，其技术指标已达到国际同类产品水平。 测温装置不仅可用于转炉，还可用于液态鼓风炉、反射炉、阳极炉等。据专家预测 ，将转炉熔体温度控制在1250℃左右，就可使每吨铜耐火材料消耗减少1／2，炉寿命延长近一倍，仅此一项指标就可使每台转炉每年节约近百万元，推广应用将产生巨大的经济和社会效益。 参考文献 ［1］高魁明．论红外辐射测温中的几种干扰［M］．东北工业大学． ［2］何立良．单片机应用系统设计系统配置与接口技术［M］． ［3］张友德．MCS—51实用子程序及其应用［M］． (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/7/2006)