1 前言
在钢液冶炼或精炼中的化学反应速度与温度密切相关，故必须经常准确把握处理过程中的钢液温度。另外，从如何准确判断处理终点计时的工艺控制来看，温度也是重要参数。
现普遍采用装有热电偶测头(probe)的副枪升降机构进行间断性浸入式测温，冶炼过程的温度变化则采用模型计算补充的方法确定。虽然其测定精度和可靠性高，但受到装卸时间和测头费用的限制，每炉钢最多仅能测定数次。因此，炼钢过程迫切需要进行连续测温。加之热电偶测温受到多方面的限制，故非接触式的辐射测温法就极具竞争力；而且，辐射测温的另一大优点是测定不受视场变化的影响。
2 观测炉内钢液热辐射的难点
辐射测温是利用由对象物体发散的热辐射亮度而测定该物体温度的方法。因其具有非接触、快速、遥测等特点，故在包括钢铁行业在内的多个产业领域获得了广泛应用。在可假定对象物体为理想辐射体(即黑体)的场合，根据plack的黑体辐射测定，分光辐射可表如下式：
Lb(λ,T)=C1λ-5 1/exp(C1/λ/T)-1 (1)
式中λ为波长、T为对象物体的绝对温度，C1和C2分别为黑体辐射的第1和第2常数。若固定观测波长λ，(1)式就变成仅为温度T的函数：如温度T增高，则分光辐射亮度Lb (λ，T)就单调增加。因此，用辐射温度计观测到的分光辐射亮度即可准确求出其温度。
然而一般物体不是黑体。此时测定物体的热辐射所能获得的分光辐射亮度Lλ可表如下式：
Lλ=ελLb(λ,T)+β(1- ελ)Lb(λ,Ts) (2)
式中ελ为对象物体表面的分光辐射率；β为从周围的干涉辐射光在物体表面反射所能检测的比例系数；Ts为周围物体的温度(绝对温度)。预先知道分光辐射率的值是必要的，而且若测定对象的温度更高，则由此干涉辐射的同时，产生了能观测的杂光、噪音误差。系数β取决于干涉辐射的位置、尺寸或对象物体的表面反射特性。因此，在很多情况下要想求出准确的值是困难的。
由实际的转炉等精炼炉的结构和操作模式可知：用辐射温度计从炉体顶部开口处观测的方法，就相当于在(2)式所表示的状况，钢液的辐射率为0．4左右，受到辐射率光、噪音的影响，特别是顶吹O2形成的高温火点，变成了激烈的杂光和噪音源。另外，在钢液表面有很多熔融的氧化物熔渣，其辐射率与钢液的不同；而且因炉内的大量粉尘，使钢液发出的辐射光在途中的光程产生了衰减。由于存在这些原理性的问题，故实际上要想进行高精度的测温是很困难的。
因此，向炉底部的贯通型喷嘴内吹人足够压力和流量的惰性气体，使之在钢液中形成有一定高度的气柱。由于气柱内辐射光的多重反射而使钢液观察部变成了近似的空洞黑体。故其辐射率高且稳定，加之在原理上无杂光和噪音的干扰，从而成为理想的辐射测温。
但是，在此观测方法中仍有实用上的难点。通过喷嘴察钢液的状况困难之点，一是喷嘴内径〈20mm，在钢液的热机械作用下易变形；二是在喷嘴顶端，有时附着的蘑菇状凝固钢会使视场变窄；三是辐射温度计在测温时的光轴不易调整。
3 开发的钢液辐射测温技术
3．1 对喷嘴进行二元观察的原理
针对上述在细直径、长尺寸喷嘴中观测温度存在的问题，研究了如何以有二元光检测器的辐射温度计对喷嘴进行图象观察，使二元辐射温度计的受光视角比喷嘴端内径变得更宽，从而能观测到图象明亮的高温钢液和低温的喷嘴色内壁。这样一来，光轴调整就容易了，即使钢液图象从中心有所偏移，也能将其收入视场；而且，钢液的光度值稳定而不变化。从而可以稳定提高辐射测温的可靠性。
3．2 辐射测温系统的构成
为了适应高温的工作环境，将耐热的图象传输金属纤维(image fiber)装在喷嘴接受光线，以便将图象传至避开了高热负荷的 CCD摄象机上；且金属纤维装入了保护管内空冷。纤维上安装了适于观测的受光透镜； CCD摄象机是单色的，通过中心透过波长 0．6／μm的光学波段摄象，用控制器准确调节 CCD曝光时间，以获得相应的辐射和图象亮度，利用图象处理软件(software)从热图象抽取钢液图象，算出了温度的有效时间。将以上一系列图象处理流程从每秒5个画面的处理速度反复进行终了输入，从而进行连续的温度测定。
3．3 温度校准
所谓温度的校准(calibration)，就是预先通过实验求出对象物体温度和辐射温度计输出功率校正曲线的作业。在对黑体炉的辐射率、图象亮度、数字处理等进行研究的基础上，确定了测温系统的测定范围可扩大至1200℃—1700℃。
4 在小型炉上的验证试验
观测用喷嘴为单层管、内径4mm，垂直设于1．5t熔炼炉底部；从喷嘴端钢液界面到图象输送纤维受光部的距离为800mm。
结果表明，半辐射测温与热电偶测温结果极为一致，系列数据的波动误差。σ=2℃，十分稳定。而且，操作也很方便。
5 在生产现场的应用
5．1 在精炼炉上的应用
为了确认辐射测温工艺的可实用性，在新日铁·光制铁所正在运转中的60t不锈钢AOD精炼转炉上进行了测温实验；在现行的内径 13mm底吹喷嘴上设置了图象观测光学系统；从钢液界面到传输纤维受光部的距离为1．5m；精炼前半期向钢液吹人O2和N2的混合气体，后半期则吹人N2或单独吹人Ar气。
结果与热电偶测定的十分相近。但辐射测温值常比热电偶测定值低14℃，这是由于气体产生的气柱冷却钢液界面造成的。只要在原副枪测定和模型计算的基础上进行比较操作，就可大幅度改善精炼控制的精度。现在已引进并使用了这项技术。
5．2 在废钢熔炼炉上的应用
在新日铁·广畑制铁所以顶吹O2并喷入煤粉的废钢熔炼炉上，因固体废钢阻碍了副枪热电偶的插入，故一直难以把握炉内的温度变化。为此采用了新开发的辐射测温法。结果表明，两种测温法的结果相差在l0℃以内，即基本一致。另外，还查明了各种原料加入量、加入速度和炉内金属液温度变化间的关系，为稳定操作和工艺并降低炉内耐材消耗创造了条件。
6 结 语
新日铁率先开发的钢液辐射测温技术，是从炉底喷嘴对钢液热辐射进行二元观测并结合了图象处理的技术，方便实用，可以代替原来的自耗式热电偶间断式测温工艺而进行钢液连续测温，从而准确把握了钢液时时刻刻的温度变化。另外，辐射测温法的一大优点是测定本身不受光轴移动和视场尺寸变化的影响。
客服电话0311-80927349 
客服传真0311-80927348 
客服邮箱gtjiacom@126.com
