自動(dòng)測溫裝置在銅熔煉熔體溫度測量中的應用

銅熔煉過(guò)程中熔體溫度是一個(gè)重要參數，溫度過(guò)低，反應無(wú)法正常進(jìn)行，溫度過(guò)高會(huì )浪費能源，降低爐壽命，所以熔體溫度在線(xiàn)檢測成為實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的關(guān)鍵。但是目前國內轉爐吹煉絕大多數沒(méi)有溫度在線(xiàn)檢測的手段，基本上處于憑經(jīng)驗操作的落后狀況，這主要由于冶煉生產(chǎn)的環(huán)境惡劣(高溫輻射、高粉塵、腐蝕性氣體、雜光干擾)造成的，如果使用熱電偶接觸法測溫，由于熔體腐蝕性很強，在銅熔煉中難以實(shí)現長(cháng)時(shí)間溫度檢測，而且轉爐過(guò)程中爐體會(huì )經(jīng)常轉動(dòng)，熔體處于強烈翻動(dòng)狀態(tài)，所以應用接觸法測熔體溫度非常困難。非接觸法測溫具有充分的靈活性，現在應用較多的儀表———輻射溫度計，是根據物體的輻射強度與溫度的函數關(guān)系來(lái)標定溫度值。但由于輻射強度受輻射系數影響，必須要根據輻射系數來(lái)修正測量值才能接近真實(shí)溫度，這種修正不僅在技術(shù)上存在很多困難，現場(chǎng)也只能根據經(jīng)驗判斷，修正中難免引入人為誤差。此外,由于在銅冶煉中煙塵、大氣、雜光等介質(zhì)對輻射能的影響很大，使所測溫度偏低，很難進(jìn)行修正。因而，在銅冶煉中要想簡(jiǎn)便而準確地測定物體的溫度是比較困難的。為此，我們通過(guò)大量實(shí)驗與研究，開(kāi)發(fā)出運用比值測溫法的熔體自動(dòng)測溫裝置。

1 裝置原理及關(guān)鍵技術(shù)
1.1 原理
　　本裝置采用具有高抗干擾性能的紅外比值測溫方法，采用計算機進(jìn)行數據處理，實(shí)現熔體溫度的在線(xiàn)測量、顯示和打印。
　　所謂比值測溫原理，是根據普朗克—維恩定律
　　利用兩個(gè)波段國輻射能的比值與溫度的函數關(guān)系來(lái)確定被測物體的溫度，從而克服了輻射系數對測溫的影響。也就是說(shuō)，輻射系數雖然影響輻射能，但不影響輻射能的比值。這樣就解決了需要人為修正的缺點(diǎn)。
1.2 關(guān)鍵技術(shù)
　　1.2.1 利用比值法消除輻射系數的關(guān)鍵是兩個(gè)波段的設計要合理，帶寬要窄且彼此靠近 ，這就造成信號減小，信噪比減小，精度降低。為此我們采用單片機對信號進(jìn)行處理，將電信號放大后，進(jìn)行V／F轉換，轉換過(guò)程中對輸入信號進(jìn)行積分，以提高抗干擾能力。另外通過(guò)光電隔離，有效抑制了各種噪聲干擾，大大提高了信噪比。
　　在軟件設計上，由于銅熔煉過(guò)程屬自熱熔煉，所以對紅外信號進(jìn)行最大值采樣，減少煙塵干擾，進(jìn)一步提高了測量精度。
　　1.2.2銅礦是多種元素的共生礦，銅精礦中含有銅、硫、鐵、鈣、鎂、鋁等元素 。有些元素在熔煉過(guò)程中參與反應，劇烈氧化時(shí)會(huì )發(fā)出特定波長(cháng)的光譜，這些波長(cháng)多在可見(jiàn)光波的范圍，如將儀器的工作波段設計在可見(jiàn)光波段，這些雜色光將不可避免地引入干擾。而紅外光波比可見(jiàn)光波在煙塵大氣介質(zhì)中的透過(guò)能力強，反射能力稍差，這有利于抑制雜散光的影響，且選用的接收器———硅光電池在近紅外區比較敏感。根據銅冶煉中的這些特點(diǎn)，我們將儀器的工作波段設計在近紅外波段，λ1和λ2在0．8～0．9μm間，避開(kāi)這些雜光所產(chǎn)生的干擾。
　　1.2.3銅冶煉現場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境惡劣，為保護測溫裝置，現場(chǎng)采用了環(huán)形風(fēng)幕及隔熱罩裝置，減少被測物的熱輻射，并對傳感器進(jìn)行風(fēng)冷降溫。

2 測溫裝置結構
　　測溫裝置由風(fēng)幕及隔熱罩、溫度傳感器、信號處理器和測溫控制開(kāi)關(guān)組成，如圖2—1所示。
2.1 風(fēng)幕及隔熱罩
　　1 kg壓力左右的壓縮空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾，除去油、水后在傳感器透鏡前形成環(huán)形風(fēng)幕，以阻止煙塵、水氣及異物接近傳感器，保護傳感器透鏡，并對傳感器進(jìn)行風(fēng)冷降溫。這部分是測溫裝置的保護傘，以便裝置在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下能夠進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的溫度在線(xiàn)檢測。
2.2 溫度傳感器
　　將被測物體的輻射能轉換成兩路電壓信號輸出，并備有觀(guān)察瞄準器。結構示意圖如圖2—2所示。
2.3 信號處理器
　　傳感器將輸出的兩路電信號V1和V2分別放大到0～10 V后，經(jīng)過(guò)V／F轉換，變成0～100 kHz的脈沖信號，經(jīng)光電隔離后，輸入到單片機進(jìn)行數據處理，得出溫度檢測結果進(jìn)行數字顯示和打印。硬件基本框圖如圖2—3所示，軟件基本框圖見(jiàn)圖2—4。
2.4 測溫控制開(kāi)關(guān)
　　當轉爐處于冶煉狀態(tài)時(shí)，電子開(kāi)關(guān)啟動(dòng)測溫裝置測溫；當轉爐轉動(dòng)時(shí)，電子開(kāi)關(guān)關(guān)閉測溫系統，從而實(shí)現測溫過(guò)程的自動(dòng)控制。

3 裝置特點(diǎn)及技術(shù)指標
·抗干擾能力強
裝置采用比值測溫的原理，因而決定溫度高低的不是光信號的強弱而是光信號的比值。在一般煙塵情況下，即使兩路光信號由于煙氣而分別衰減較多，但其比值波動(dòng)不大 ，因而測量值仍極接近真實(shí)溫度。
·測量精度高
可自動(dòng)修正輻射系數對測溫的影響，避免了人為修正引入的測量誤差。
·測溫過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行
通過(guò)傳感器和電子開(kāi)關(guān)實(shí)現了測溫的自動(dòng)控制。利用集成電路和單片機進(jìn)行信號處理，按最大值采樣提高了測量精度和信號處理的靈活性。
·儀器使用方便
使用過(guò)程中無(wú)需調整，只要將傳感器對準被測物體即可，不必考慮輻射系數的大小 。
·測量范圍：1 000～1 600℃·測量精度：誤差＜±1%FS
·根據現場(chǎng)管理的需要，本裝置具有自動(dòng)開(kāi)機、關(guān)機和傳感器的保護、冷卻等功能 。
·測量結果用數字顯示，可連續打印或定時(shí)打印溫度值。

4 結論
　　國內銅熔煉企業(yè)溫度檢測手段落后，轉爐冶煉多數尚無(wú)檢測手段。經(jīng)檢索查詢(xún)，本裝置填補了國內銅熔煉熔體測溫裝置的空白，其技術(shù)指標已達到國際同類(lèi)產(chǎn)品水平。
　　測溫裝置不僅可用于轉爐，還可用于液態(tài)鼓風(fēng)爐、反射爐、陽(yáng)極爐等。據專(zhuān)家預測 ，將轉爐熔體溫度控制在1250℃左右，就可使每噸銅耐火材料消耗減少1／2，爐壽命延長(cháng)近一倍，僅此一項指標就可使每臺轉爐每年節約近百萬(wàn)元，推廣應用將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會(huì )效益。

參考文獻
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