漏钢预报系统中热电偶的设计、安装和检测

一、 前言

在连铸漏钢预报系统中，热电偶测温法准确性高,应用普遍。其关键工艺技术是在结晶器器壁上安装热电偶, 便于计算机采集、检测，显示和处理结晶器局部区域温度变化的特征数据，向现场操作人员发出相应的粘结性漏钢轻重报警（黄牌或者红牌报警）,同时完成自动控制过程并且指导生产操作工人作业，减

少和避免粘结性漏钢事故的发生。

二、 热电偶在结晶器上埋设间距的优化设计

在结晶器器壁上安装的k型热电偶，其埋设间距,即热电偶的测温间距，与发生粘结性漏钢时坯壳破裂口的传播速度是否相匹配,直接影响漏钢预报系统的准确性和响应速度。因此，首先要计算热电偶在结晶器上的埋设间距，并且进行最优化处理。 

连铸坯壳破裂口的传播速度与连铸机拉速相关。当连铸机拉速为vc时，设断裂坯壳在横向的传播速度为vx，纵向的下降速度为vy，与拉速的比为 (取经验值0.55一0.90)，则有vy=vc· 。

结晶器铜板上埋设的热电偶的横向间距为wx,，纵向间距为wy，见图1。设坯壳破裂线在横向和纵向扩展一个测温间距的时间为tx和ty，则

横向传播时间:tx= = = 

纵向传播时间：ty = 

其中， 为坯壳破裂线与水平线的夹角，有两种取值方法:一是根据残留于结晶器内的坯壳破裂线部分得出的实测值，当拉速为0.7- 1.6m/min时， 值取30-500;

另一种方法是用实验值tx和ty，可解出vx和vy，从下式

=arctan( )=arctan( ) 求出 值，约为20-450。

例如:当结晶器铜板上热电偶的横向间距wx=220mm，纵向间距wy=120mm时，计算粘结性漏钢破裂的横向与纵向传播的时间差。有

横向传播一个间隔的时间:tx = = 

纵向传播一个间隔的时间: ty = = 

当300≤ ≤500时，220×tan >120，总有tx>ty。 

据此得出横向与纵向传播速度关系: tan = vx≈1.4～2.7vy

可见，横向的温度传递速度约为纵向的2倍，显然当横向与纵向热电偶间隔相同时，用横向的温度传递来预报粘结时，其速度比纵向快1倍。

要提高漏钢预报系统报警的准确率，就应同时检测横纵两个方向上热电偶温度，以减少漏报或误报的发生。要最优化，就必须使断裂口在横、纵方向上传播一个间距的时间大致相等，即tx=ty。则有关系如下:

wy=wx tan 

这就是在结晶器器壁上安装热电偶时，热电偶的埋设间距计算的理论基础。

三、 热电偶的选型

正确选用热电偶不但可以准确得到温度的数值，保证产品合格，而且还可节省热电偶的材料消耗，既节省资金又能保证产品质量。为了保证热电偶在恶劣环境下（工作环境温度范围－20～200℃，有大量水蒸汽，少量油，受空间限制,随结晶器一起振动）可靠、稳定工作，本系统采用非标设计的k型铠装热电偶。如图2，它由八部分组成，结构牢固,热电极间氧化镁绝缘电阻好，不短路；其不锈钢保护套管能充分隔离有害介质，补偿导线与热电偶自由端焊接连接并灌胶处理；其前部选用旋紧后剩余牙数不大于2牙的螺纹方式，且外层密封螺母带四氟密封元件与双头螺栓配合，以保证结晶器下部温度数据的正常采集。

热电偶各个部件的技术参数选择实例：

感温元件

弹簧

铆钉（以配套2.0mm热电偶为例）

连接端（有对接卡套装置）和补偿导线技术规格

注意，不同结晶器上的螺栓孔长度与孔径可能不同，甚至是预先设计或者是不可变更的。这就要先考虑热电偶安装工艺的需要，精确计算热电偶及弹簧长度、直

径等数据。热电偶长度允差小于1mm ，弹簧长度允差小于3mm。

四、 热电偶的安装工艺

为了保证热电偶在工作过程中达到应有的技术指标，必须进行结晶器改造，以保证热电偶安装工艺质量。

结晶器铜板是带有1.5mm机加工余量的粗加工板料，加工后铜板达到最终尺寸（一般厚度为30-50mm），图2，是一个46.5*190*900的铜板剖面局部图，云线部分是漏钢预报需要修改或者增加的部分，即把内外螺杆螺母加工到规定的尺寸；铜板上螺套的中心线位置，钻有一个直径约4.5mm，深度约7mm的洞，是热电偶的温度采集点。

加工中，先把铜板用膨胀螺柱，以规定的紧固力矩，固定在支撑板上，经过1mpa水压密封试验，合格后，就加工到规定尺寸；所有加工产生的杂质必须清除干净(无水 无油)，这样才能保证热电偶的测量精度。另外，为保证热电偶穿过，螺栓加工时先在螺栓中心线位置钻孔，加工成空心螺栓，再在其后部刻与热电偶连接的螺纹，然后进行调质处理。安装时，把热电偶传感器插入铜板小洞底部并顶紧，之后，旋紧螺杆并密封处理，此处的密封功能，可以防止浇钢时蒸汽进入，影响热电偶的测量温度。

在结晶器上安装好热电偶后，将全部热电偶连接信号电缆接入相应的中继箱，中继箱挂接在结晶器上，利用压力为3kg的压缩空气保护；

另外，为保证热电偶的安装，需在结晶器水箱有热电偶的位置，焊接不锈钢管，让热电偶通过。

热电偶补偿导线与远程站补偿导线的连接，采用在结晶器内外弧框架上面设置快切装置的方式。在补偿导线接入转接箱之前由于补偿导线是裸露在结晶器外面，为防止浇钢过程由溢钢或者其他原因导致钢水直接接触补偿导线从而烧毁的情况，因此在补偿导线上应加上高温护套管。转接箱上应设有通风口在浇钢过程中不断的为保护箱吹其他来使保护箱内的干燥。补偿导线的合拢处，套好高温护套管（直径40mm），然后使用扎带或喉箍扎紧，以免在使用的过程中，护套管滑落，导致补偿导线裸露在外。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

热电偶安装不当，如热电偶安装的位置及插入深度不能反映结晶器铜板的真实温度、其热导率和时间滞后等，将形成热电偶在使用中的主要误差。所以，热电偶插入深度至少应为保护管直径的8～10倍；热电偶的保护套管与壁间的间隔未填绝热物质致使铜板内热气溢出或冷却水侵入，因此热电偶保护管和结晶器壁孔间应用四氟密封；同时，热电偶安装应尽可能避开强磁场和强电场，不把热电偶和动力电缆线装在同一根导管内以免引入干扰造成误差。

热电偶损坏更换时，应该把热电偶装入安装孔后，用扳手拧紧锥形螺栓；把四氟密封圈推至锥形螺栓与补偿导线的空隙处，适当拧紧该密封螺帽（不可用扳

手将此螺帽拧得过死，导四氟致密封圈损坏）。

五、 热电偶检测方法

为了保证结晶器热电偶安装质量, 排除安装过程导致的信号偏差,必须对安装完毕的所有热电偶进行测试。

离线检测方法：按顺序标出铜板上n个热电偶的位置，并记录下热电偶室温下显示的温度,假设热电偶编号和温度记为t11,t12,…,t1n。然后用调节至中性焰的气焊焊炬,对铜壁上每个标记点进行时间为15s左右烘烤,记下热电偶烘烤时显示的温度,假设为t21,t22,…,t2n。

另外，为了减少各标记点间的检测影响, 烘烤测试点的操作顺序可以按奇数或者偶数序列进行,这样既能取最大距离的相临点, 又不漏掉测试点，可以把误差减小到最低限度。

通过上述试验, 按照下述三个条件进行数据分析，判断温差是否满足式中要求。

△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 )

关于温差出现的原因分析, 一为人工操作造成，二为元器件差异，三为系统成套影响而造成的。因此，这不仅是设计安装质量，而且是系统质量好坏的重要指标。

对不满足条件的tij点, 不难准确找出相应的热电偶或者线路故障, 在设备使用前排除, 保障漏钢预报系统正常显示。

宝信软件等企业现在开发研制出了全自动化离线检测设备。

在线检测方法：在长期生产中，由于系统元器件和材料被污染、变形、氧化、绝缘变差、热阻变化等，而引起测温误差变大，在高温下会更为严重。这不仅引起热电势的损耗，而且还引入干扰，由此引起的测温误差有时可达上百度。如果利用漏钢预报系统中的计算机，定时扫描分析tij点，在一定的时间区域内，判断tij点数值有无变化，变化幅度是否在正常范围内，指导操作工屏蔽相应的监测点，或者自动屏蔽相应的监测点，同时，显示提示运行维护人员及时点检，从

而实现自动在线检测功能。

六、 结论

在连铸漏钢预报系统中，做好了热电偶的设计、安装与检测工作，就会极大提高系统的可靠性，显著降低现场维护工作量，使漏钢预报系统产品化。

本产品的加工定制是是，品牌是天润，型号是SMWRNK-220，测量范围是0-200（℃），热响应时间是1（s），外形尺寸是2*190/83+5500（mm），规格是2*190/97+5500,2*500/160+5500