CN109883563A - 一种连铸坯表面在线测温装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及连铸在线测温技术领域，尤其一种连铸坯表面在线测温装置及方法。包括电磁激发装置、测温钉触发装置、接触式测温***与数据采集装置；电磁激发装置包括活动磁铁、固定电磁铁以及磁筒，测温钉触发装置包括击针与发射药，接触式测温***包括测温热电偶与测温钉，数据采集装置包括温度发射器与温度采集器；固定电磁铁通电后具有磁性，推动活动磁铁与击针相撞，击针引燃发射药，测温钉被射出，测温钉射入铸坯后，温度发射器发送温度信号，由温度采集器接收；测温时，测温钉随着铸坯从结晶器出口运行到连铸终点，测温热电偶得到的温度数据不断发送给温度采集器，得到出结晶器后铸坯表面温度变化情况，为二冷优化研究提供数据支持。

Description

一种连铸坯表面在线测温装置及方法

技术领域

本发明涉及连铸在线测温技术领域，尤其一种连铸坯表面在线测温装置及方法。

背景技术

在连铸过程中，铸坯表面温度变化与铸坯的质量有密不可分的关系。连铸坯的内部裂纹，表面裂纹，鼓肚和中心偏析等缺陷都与铸坯表面温度变化有关。连铸坯在二冷区发生着铸坯与冷却水传热，铸坯表面辐射换热，以及支承辊传导换热，经过支承辊时，表面温度会迅速下降，然后迅速上升，两种状态交替进行。剧烈的温度变化会使铸坯发生变形。同时，过大的表面温度变化不利于钢中元素的均匀分布，造成偏析。

目前生产企业采用铸坯表面温度监测的方法有两种：(1)用红外线测温仪对铸坯表面进行测温，记录数据。(2)用专家***对该工艺条件下的铸坯表面温度进行模拟，从而近似得到铸坯表面温度变化情况。但是，(1)方法测得的铸坯表面温度数据很分散，工厂环境所限，只能得到一部分或一个高度的铸坯表面温度。测量铸坯表面温度时也会因为铸坯表面氧化铁皮和二冷区水流、辐射气流的影响，造成较大的测温误差。(2)方法可以采用算法模拟出铸坯表面的温度，可以近似得出结晶器和辐射区的温度，但对于二冷区的表面温度还是无法确定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种连铸坯表面在线测温装置及方法。可以避免二冷区水雾对铸坯表面测温的影响，使得测温装置可以在线、准确地测得铸坯表面温度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种连铸坯表面在线测温装置，包括电磁激发装置、测温钉触发装置、接触式测温***与数据采集装置；所述电磁激发装置包括活动磁铁、固定电磁铁以及磁筒，测温钉触发装置包括击针与发射药，接触式测温***包括测温热电偶与测温钉，数据采集装置包括温度发射器与温度采集器；固定电磁铁通电后具有磁性，推动活动磁铁与击针相撞，击针引燃发射药，测温钉被射出，测温钉射入铸坯后，温度发射器发送温度信号，由温度采集器接收；测温时，测温钉随着铸坯从结晶器出口运行到连铸终点，测温热电偶得到的温度数据不断发送给温度采集器，从而得到出结晶器后铸坯表面温度变化情况，为二冷优化研究提供数据支持。

所述电磁激发装置包括活动磁铁、磁铁支撑座、固定电磁铁、磁筒与电源插座；电源插座固定在磁筒的一端，固定电磁铁固定在磁筒内，磁铁支撑座固定在磁筒内，活动磁铁放置在磁铁支撑座上。

所述测温钉触发装置包括可拆卸发射管、击针、测温仪支撑座、弹簧、保险销与发射药；可拆卸发射管由传动管与发射管两段构成，击针、测温仪支撑座与弹簧安装在传动管内，发射药与保险销安装在发射管内，可拆卸发射管与磁筒相连。

所述发射管头部设有弧形管头，其圆弧半径与圆坯半径适配。

所述发射药可选用S系列普通型号的发射药。

所述接触式测温***包括测温热电偶、测温钉、减速肋板以及填充物；测温热电偶的尾端嵌入测温钉尾部与温度发射器相连，从减速肋板头部穿出，最后用填充物填充。

所述测温钉尾部为弧形，测温热电偶头部位于减速肋板的前端，测温钉射出后，测温热电偶随减速肋板一起钉在铸坯表面，铸坯一起运行到连铸结束，达到测温目的。

一种连铸坯表面在线测温方法，包括如下步骤：

步骤一、首先组装电磁击发装置，将活动磁铁放入内置固定电磁铁的磁筒中，电磁击发装置组装完毕；

步骤二、将所述传动管旋入磁筒，将所述击针和弹簧竖直放入传动管，击针针尖向上，弹簧套在击针上；

步骤三、将所述发射管用连接螺栓固定在传动管的头部，将保险销插在发射管的插孔中；

步骤四、从发射管口将发射药和测温钉放入发射管；

步骤五、发射开始前，将保险销从发射管中拔出，电源断开，将测温装置一侧的电源***插孔；

步骤六、作业人员撤离到安全距离外，接通电源后，磁筒中的固定电磁铁因为通电而具有磁性，推动活动磁铁向上运行与击针相撞，击针向上运行并撞击到发射药的底火，发射药引燃，测温钉被射入铸坯；

步骤七、测温热电偶头部位于测温钉的减速肋板头部，当测温钉射入铸坯时减速肋板与铸坯接触，起到隔绝二冷水流的作用，同时，热量通过测温热电偶头部，温度会被记录下来；温度数据由测温热电偶头部经由导线传递到测温钉尾部的温度值发射器中，温度值发射器向外发送温度数据，或者直接通过导线发送数据；

步骤八、向外发送的温度数据被温度采集器捕获，捕获延迟为100ms～500ms，通过温度采集器可以得到实时状态下同一流铸坯出结晶器后表面温度实时变化情况；随着连铸过程进行，温度被实时记录，温度采集器显示铸坯表面温度实时变化情况；同时，通过温度点可以得到从二冷区之后铸坯表面温度曲线，为二冷区工艺控制提供了直接的温度依据。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用接触式测温的测温方式，扫清了二冷区温度监测的盲区，紧贴着连铸坯表面的测温热电偶可以减弱、消除水膜对温度的影响。不再局限于测温热电偶和专家***模拟。

(2)弧形头发射管可以适用不同断面的铸坯，增加装置可用性；传动管可固定，增加装置稳定性，而且装置不用人为在现场扶持，增大了安全性。

(3)发射药可选用S系列的普通发射药，减少发射药定制的麻烦。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为本发明结构示意主视剖视图；

图3为本发明电磁击发装置结构示意图；

图4为本发明电磁击发装置电流方向与磁场方向示意图；

图5为本发明测温钉触发装置结构示意图；

图6为本发明接触式测温***结构示意图；

图7为本发明发射管结构示意图；

图8为本发明测温钉立体结构示意图；

图9为本发明数据采集装置示意图。

图中：1-电磁激发装置 2-测温钉触发装置 3-接触式测温*** 4-数据采集装置5-铸坯 11-活动磁铁 12-磁铁支撑座 13-固定电磁铁 14-磁筒 15-电源插座 21-可拆卸发射管 22-击针 23-测温仪支撑座 24-弹簧 25-保险销 26-弧形管头 27-连接螺栓 28-传动管 29-发射管 31-测温热电偶 32-测温钉 33-减速肋板 41-温度发射器 42-温度采集器

具体实施方式

实施例：

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：

如图1-9所示，一种连铸坯表面在线测温装置，包括电磁激发装置1、测温钉触发装置2、接触式测温***3与数据采集装置4。电磁激发装置1包括活动磁铁11、固定电磁铁13以及磁筒14，测温钉触发装置2包括击针22与发射药23，接触式测温***3包括测温热电偶31与测温钉32，数据采集装置4包括温度发射器41与温度采集器42。固定电磁铁13通电后具有磁性，推动活动磁铁11与击针22相撞，击针22引燃发射药，测温钉32被射出，侧温钉32射入铸坯5后，温度发射器41发送温度信号，由温度采集器42接收；测温时，测温钉32随着铸坯5从结晶器出口运行到铸终点，测温热电偶31得到的温度数据不断发送给温度采集器42，从而得到出结晶器后铸坯表面温度变化情况，为二冷优化研究提供数据支持。

如图3、图4所示，所述电磁激发装置包括活动磁铁11、磁铁支撑座12、固定电磁铁13、磁筒14与电源插座15。电源插座15固定在磁筒14的一端，固定电磁铁13内置于磁筒14内。磁筒14内的永磁体上方有一磁铁支撑座12，防止断电时永磁体与电磁铁相撞而损坏电磁击发装置。

如图5所示，测温钉触发装置2包括可拆卸发射管21、击针22、测温仪支撑座23、弹簧24、保险销25与发射药。可拆卸发射管21选用耐热钢材料制作，可拆卸发射管21由传动管28与发射管29两段构成，击针22、测温仪支撑座23与弹簧24安装在传动管28内，发射药与保险销25安装在发射管29内，可拆卸发射管21与磁筒14相连。

如图7所示，发射管29头部设有弧形管头26，其圆弧半径与圆坯半径适配，可以减弱二冷水雾对测温的影响，而且弧形头发射管29可以更换，适应不同断面铸坯。

所述发射药可选用S系列普通型号的发射药。根据压强公式F＝P/S、动能定理E_K＝mv²/2和动量定理p＝mv得出发射的钉子能够刺穿坯壳的最小初速度为24.93m/s，而普通S1发射药初速度约为28m/s，因此，该装置可以使用普通发射药。

如图6所示，接触式测温***包括测温热电偶31、测温钉32、减速肋板33以及填充物。测温热电偶31的尾端嵌入测温钉32尾部与温度发射器41相连，从减速肋板33头部穿出，最后用填充物填充。

如图8所示，测温钉32尾部为弧形，测温热电偶31头部位于减速肋板33的前端，测温钉32射出后，测温热电偶31随减速肋板33一起钉在铸坯5表面，随铸坯5一起运行到连铸结束，达到测温目的。

测温钉32尾部为弧形，用于减缓发射药对钉子内部的震动，测温热电偶31头部位于减速肋板33的前端，测温钉32射出后，测温热电偶31随减速肋板33一起钉在铸坯表面，随铸坯一起运行到连铸结束，达到测温目的。温度信号通过钉子内部的导线输入到温度值发射器41中，由其向外发送温度数据。只需要一个测温钉32即可获得连铸过程中铸坯表面温度变化情况。减少材料消耗降低连铸成本。

一种连铸坯表面在线测温方法，包括如下步骤：

步骤一、首先组装电磁击发装置1，将活动磁铁11放入内置固定电磁铁的磁筒14中，电磁击发装置1组装完毕。固定电磁铁13是事先内置在磁筒4中，不用安装，通电时会产生N极磁场(见图4)。将活动磁铁11N极向下放入磁筒14中的磁铁支承座12上，以便于通电时活动磁铁11可以被顺利推出。

步骤二、将传动管28旋入磁筒14，将击针22和弹簧24竖直放入传动管28，将击针22针尖向上放入传动套管，击针22针尖向上，弹簧24套在击针22上，以便于击针22被推出后撞击到发射药底火上，击针22可以利用弹簧24进行复位。

步骤三、将所述发射管29用连接螺栓27固定在传动管28的头部，用螺栓连接防止发射药后坐力对测温装置本身造成损害。将保险销25插在发射管29的插孔中。

步骤四、从发射管29口将发射药和测温钉32放入发射管29；

步骤五、发射开始前，将保险销25从发射管29中拔出，电源断开，将测温装置一侧的电源***插孔；

步骤六、作业人员撤离到安全距离10米外，接通电源后，磁筒14中的固定电磁铁13因为通电而具有磁性，推动活动磁铁11向上运行与击针22相撞，击针22向上运行并撞击到发射药的底火，发射药引燃，测温钉32被射入铸坯；

步骤七、测温热电偶31头部位于测温钉32的减速肋板33头部，当测温钉32射入铸坯5时减速肋板33与铸坯5接触，起到隔绝二冷水流的作用，同时，热量通过测温热电偶31头部，温度会被记录下来；温度数据由测温热电偶31头部经由导线传递到测温钉32尾部的温度值发射器41中，温度值发射器41向外发送温度数据，或者直接通过导线发送数据；

步骤八、向外发送的温度数据被温度采集器42捕获，捕获延迟为100ms～500ms，通过温度采集器42可以得到实时状态下同一流铸坯出结晶器后表面温度实时变化情况；随着连铸过程进行，温度被实时记录，温度采集器42显示铸坯表面温度实时变化情况；同时，通过温度点可以得到从二冷区之后铸坯表面温度曲线，为二冷区工艺控制提供了直接的温度依据。

本发明采用接触式测温的测温方式，扫清了二冷区温度监测的盲区，紧贴着连铸坯表面的测温热电偶可以减弱、消除水膜对温度的影响。不再局限于测温热电偶和专家***模拟。弧形头发射管29可以适用不同断面的铸坯，增加装置可用性；传动管28可固定，增加装置稳定性，而且装置不用人为在现场扶持，增大了安全性。发射药可选用S系列的普通发射药，减少发射药定制的麻烦。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种连铸坯表面在线测温装置，其特征在于，包括电磁激发装置、测温钉触发装置、接触式测温***与数据采集装置；所述电磁激发装置包括活动磁铁、固定电磁铁以及磁筒，测温钉触发装置包括击针与发射药，接触式测温***包括测温热电偶与测温钉，数据采集装置包括温度发射器与温度采集器；固定电磁铁通电后具有磁性，推动活动磁铁与击针相撞，击针引燃发射药，测温钉被射出，测温钉射入铸坯后，温度发射器发送温度信号，由温度采集器接收；测温时，测温钉随着铸坯从结晶器出口运行到连铸终点，测温热电偶得到的温度数据不断发送给温度采集器，从而得到出结晶器后铸坯表面温度变化情况，为二冷优化研究提供数据支持。

2.根据权利要求1所述的一种连铸坯表面在线测温装置，其特征在于，所述电磁激发装置包括活动磁铁、磁铁支撑座、固定电磁铁、磁筒与电源插座；电源插座固定在磁筒的一端，固定电磁铁固定在磁筒内，磁铁支撑座固定在磁筒内，活动磁铁放置在磁铁支撑座上。

3.根据权利要求1所述的一种连铸坯表面在线测温装置，其特征在于，所述测温钉触发装置包括可拆卸发射管、击针、测温仪支撑座、弹簧、保险销与发射药；可拆卸发射管由传动管与发射管两段构成，击针、测温仪支撑座与弹簧安装在传动管内，发射药与保险销安装在发射管内，可拆卸发射管与磁筒相连。

4.根据权利要求3所述的一种连铸坯表面在线测温装置，其特征在于，所述发射管头部设有弧形管头，其圆弧半径与圆坯半径适配。

5.根据权利要求3所述的一种连铸坯表面在线测温装置，其特征在于，所述发射药可选用S系列普通型号的发射药。

6.根据权利要求1所述的一种连铸坯表面在线测温装置，其特征在于，所述接触式测温***包括测温热电偶、测温钉、减速肋板以及填充物；测温热电偶的尾端嵌入测温钉尾部与温度发射器相连，从减速肋板头部穿出，最后用填充物填充。

7.根据权利要求1所述的一种连铸坯表面在线测温装置，其特征在于，所述测温钉尾部为弧形，测温热电偶头部位于减速肋板的前端，测温钉射出后，测温热电偶随减速肋板一起钉在铸坯表面，铸坯一起运行到连铸结束，达到测温目的。

8.一种基于权利要求1所述装置的连铸坯表面在线测温方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤一、首先组装电磁击发装置，将活动磁铁放入内置固定电磁铁的磁筒中，电磁击发装置组装完毕；

步骤二、将所述传动管旋入磁筒，将所述击针和弹簧竖直放入传动管，击针针尖向上，弹簧套在击针上；

步骤三、将所述发射管用连接螺栓固定在传动管的头部，将保险销插在发射管的插孔中；

步骤四、从发射管口将发射药和测温钉放入发射管；

步骤五、发射开始前，将保险销从发射管中拔出，电源断开，将测温装置一侧的电源***插孔；

步骤六、作业人员撤离到安全距离外，接通电源后，磁筒中的固定电磁铁因为通电而具有磁性，推动活动磁铁向上运行与击针相撞，击针向上运行并撞击到发射药的底火，发射药引燃，测温钉被射入铸坯；

步骤七、测温热电偶头部位于测温钉的减速肋板头部，当测温钉射入铸坯时减速肋板与铸坯接触，起到隔绝二冷水流的作用，同时，热量通过测温热电偶头部，温度会被记录下来；温度数据由测温热电偶头部经由导线传递到测温钉尾部的温度值发射器中，温度值发射器向外发送温度数据，或者直接通过导线发送数据；

步骤八、向外发送的温度数据被温度采集器捕获，捕获延迟为100ms～500ms，通过温度采集器可以得到实时状态下同一流铸坯出结晶器后表面温度实时变化情况；随着连铸过程进行，温度被实时记录，温度采集器显示铸坯表面温度实时变化情况；同时，通过温度点可以得到从二冷区之后铸坯表面温度曲线，为二冷区工艺控制提供了直接的温度依据。