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　　一、簡(jiǎn)述
　　
　　鋼鐵制品是在綜合鋼鐵制造廠(chǎng)和小型鋼加工廠(chǎng)中通過(guò)一系列分批化生產(chǎn)過(guò)程完成的，zui后生產(chǎn)出的鋼鐵制品能滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)尺寸、機(jī)械性能、表面質(zhì)量、形狀和抗腐蝕性等方面的要求。
　　
　　綜合鋼鐵制造廠(chǎng)從鐵礦和焦炭中制成液態(tài)鐵和鋼，而小型制鋼廠(chǎng)則從廢料和其他冷給料物質(zhì)中生產(chǎn)鋼鐵制品。無(wú)論何種生產(chǎn)方式，在zui初鋼鐵制造過(guò)程中規(guī)定使用的測(cè)溫方法是接觸式溫度測(cè)量，而非接觸式溫度測(cè)量則只用于安全過(guò)程與維護(hù)而非過(guò)程控制中，比如：那些需要不斷承載熱循環(huán)和機(jī)械式裝載的設(shè)備——鼓風(fēng)爐（高爐）組件、液態(tài)鋼水傳輸機(jī)和其他再生產(chǎn)線(xiàn)上的設(shè)備和容器。
　　
　　當(dāng)液態(tài)鋼水澆鑄成固體鋼材后，為了達(dá)到產(chǎn)品性能要求及制造效率的需要，后面的鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中就需要借助于非接觸式測(cè)溫方法以獲得準(zhǔn)確可靠的溫度。固體型鋼鐵制造的關(guān)鍵部分在于澆鑄、再加熱、熱軋、冷軋、退火、表面光軋以及涂層處理。
　　
　　這些過(guò)程的特點(diǎn)是在溫度跨度極大的情況下進(jìn)行生產(chǎn)加工，溫度范圍高到1300℃的再加熱，低到僅70℃的表面光軋。
　　
　　鋼鐵通常澆鑄成半連接鋼錠和鋼條（750℃—1000℃），這時(shí)鋼材已可作為成品進(jìn)行銷(xiāo)售或繼續(xù)進(jìn)入下道工序通過(guò)連續(xù)退火（500℃—88℃）以及表面光軋（Max.大約70℃）的冷軋工序變?yōu)楦〉匿撹F材料（Max.大約150℃）。許多綜合型鋼廠(chǎng)還通過(guò)提供錫、鋅和其他經(jīng)過(guò)涂層處理的鋼鐵制品來(lái)增加產(chǎn)品的附加價(jià)值。
　　
　　勿庸質(zhì)疑，鋼鐵產(chǎn)品的溫度在所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)上都是至關(guān)重要的，然而在所有生產(chǎn)過(guò)程中，材料都在移動(dòng)，有時(shí)速度甚至?xí)^(guò)15—25m/秒，如果制造過(guò)程中的溫度需要控制在可接受的范圍內(nèi)（如某些過(guò)程中這個(gè)溫度限度約在±8℃或±20℃左右），那么就必須使用非接觸式溫度傳感器了。
　　
　　從1950年起，鋼鐵工業(yè)部門(mén)就成為在過(guò)程測(cè)量與控制中使用點(diǎn)溫輻射熱度計(jì)（紅外熱度計(jì)、輻射光學(xué)熱度計(jì)）的主要用戶(hù)了。紅外熱像儀和區(qū)域測(cè)溫輻射熱度計(jì)也多用于維護(hù)領(lǐng)域，而現(xiàn)在，高精度的線(xiàn)陣測(cè)溫輻射熱度計(jì)則作為加工過(guò)程的輔助工具被廣泛使用，甚至有可能取代點(diǎn)溫儀。
　　
　　二、輻射熱度計(jì)應(yīng)用理論
　　
　　熱輻射溫度計(jì)的應(yīng)用在以下三個(gè)情形中：目標(biāo)物體溫度與所處環(huán)境溫度相當(dāng)；目標(biāo)物體溫度比周?chē)h(huán)境溫度冷；目標(biāo)溫度比周?chē)h(huán)境溫度熱。在這三種環(huán)境中，對(duì)溫度測(cè)量的要求都是不一樣的。
　　
　　任何類(lèi)型的熱輻射計(jì)（如點(diǎn)溫、線(xiàn)溫和區(qū)域測(cè)溫）接收物體自身發(fā)出的輻射，如果目標(biāo)是類(lèi)似鋼鐵一樣不透明的物質(zhì)，而傳感器和目標(biāo)之間的媒介物是非參與物（即它既不增加也不減少目標(biāo)物體表面的輻射），那么，所接收到的輻射包括2了個(gè)部分：
　　
　　1、表面的輻射、物體的輻射率
　　
　　2、物體表面反射周邊從而產(chǎn)生的疊加輻射或是物體表面輻射
　　
　　紅外熱像儀應(yīng)用歸納為以下3類(lèi)：
　　
　　*類(lèi)測(cè)量——目標(biāo)物體溫度和周?chē)h(huán)境溫度相同
　　
　　這種情況下，有一個(gè)問(wèn)題——就是到底環(huán)境與目標(biāo)物之間多遠(yuǎn)距離才會(huì)影響到熱像儀的應(yīng)用呢？由于它需要全面考慮溫度范圍、傳感器波長(zhǎng)反應(yīng)及允許誤差，因此，很難有明確的答案。
　　
　　第二類(lèi)測(cè)量——目標(biāo)物體溫度比周?chē)h(huán)境溫度高（鋼鐵制造業(yè)中多為此種情況）
　　
　　在這種情況下，鋼鐵比其周?chē)h(huán)境高很多，這時(shí)，周?chē)h(huán)境溫度產(chǎn)生的輻射影響較小就可忽略不計(jì)了。
　　
　　使用zui短波以達(dá)到測(cè)溫的相同應(yīng)用規(guī)則也適用于這種測(cè)溫模式。由于輻射是非線(xiàn)性的，卻又依賴(lài)于線(xiàn)性的變化或輻射率的非估算，所以被測(cè)物表面溫度會(huì)隨其而產(chǎn)生敏感的變化。
　　
　　輻射熱度計(jì)也能用于這類(lèi)測(cè)溫中，它們?cè)阡撹F企業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)主要有：*、產(chǎn)品是灰色或近似于灰色；第二、鋼廠(chǎng)員工從不需要改變輻射值設(shè)置；第三、鏡頭防止灰塵沉積以免影響測(cè)溫精度；第四、輻射溫度計(jì)通常測(cè)量視場(chǎng)角中的zui高溫或空間的峰點(diǎn)溫度。
　　
　　第三類(lèi)測(cè)量——目標(biāo)物體溫度比周?chē)h(huán)境溫度低
　　
　　在實(shí)踐中，非輻射源溫度可以用熱電偶（或是輻射熱度計(jì)）來(lái)測(cè)量，所測(cè)的溫度值和假設(shè)的輻射值可以修正熱度計(jì)對(duì)物體表面溫度的讀數(shù)。
　　
　　三、鋼鐵加工中溫度和周?chē)鷾囟认嗤?br />　　
　　A、楔形或金杯法
　　
　　觀(guān)測(cè)由于軋機(jī)帶轉(zhuǎn)動(dòng)而形成相同溫度的楔形中輻射熱度計(jì)排除了輻射率和反射率修正以及背景輻射率的影響，原因在于楔形中會(huì)產(chǎn)生多種反射率。
　　
　　由此產(chǎn)生的幾何圖形參見(jiàn)圖5。從本質(zhì)上講，如果軋機(jī)和傳輸帶的溫度相同，那么軋帶機(jī)形成的楔形產(chǎn)生的有效輻射率就會(huì)接近1.0。
　　
　　楔形和復(fù)式檢流計(jì)法已成功應(yīng)用于大多數(shù)連續(xù)退火爐中，它簡(jiǎn)化了軋機(jī)帶的測(cè)量，并在*范圍內(nèi)得到應(yīng)用。
　　
　　多年前已開(kāi)始應(yīng)用高反射，半球型鏡或（金杯法），參見(jiàn)圖5。當(dāng)它裝于靠近地面的地方時(shí)，它遮住所有反射源并形成地面的多種反射，因而增加輻射率使它接近于1.0，由于鏡子和地面所形成的外圍是由溫度計(jì)來(lái)觀(guān)測(cè)的，因而直到現(xiàn)在，它都用于便攜式的實(shí)用檢查類(lèi)的測(cè)量之中。
　　
　　B、其他應(yīng)用
　　
　　1、一些再加熱和分批加熱爐浸透區(qū)中，爐溫和產(chǎn)品的溫度是不相同的，一般低于規(guī)定的溫度標(biāo)準(zhǔn)。普遍的做法是用熱電偶，它的維修費(fèi)用低，使用壽命長(zhǎng)。
　　
　　2、未端的觀(guān)測(cè)管通常裝于爐體周?chē)椛錅囟扔?jì)在下面進(jìn)行測(cè)量，相對(duì)于鉑合金熱電偶，它的使用周期短，熱溫度計(jì)，如果適當(dāng)維護(hù)和定期清理和檢查，那么使用幾年仍能保持性能良好，測(cè)溫。
　　
　　四、鋼鐵加工中測(cè)溫比周?chē)h(huán)境溫度高
　　
　　鋼鐵加工過(guò)程多在這一環(huán)境中的應(yīng)用。在所有的鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，鋼鐵的溫度都比其周?chē)臏囟雀?，因此，低溫環(huán)境下的輻射率可忽略，但仍需有一個(gè)經(jīng)修正的輻射率，如果不經(jīng)修正，讀數(shù)就是一個(gè)低溫讀數(shù)。使用短波熱度計(jì)能將錯(cuò)誤降到zui小，而使用短波熱度計(jì)中的輻射率修正，就會(huì)達(dá)到*測(cè)溫效果。
　　
　　A、熱軋
　　
　　熱軋制造廠(chǎng)中的許多環(huán)節(jié)上的溫度測(cè)量都是做為整個(gè)制造控制系統(tǒng)中的一個(gè)部分。熱軋鋼帶機(jī)是其中一個(gè)較復(fù)雜的加工過(guò)程，在綜合型鋼鐵企業(yè)中，由于產(chǎn)品需要，熱軋鋼帶的厚度從220——250mm減少到2——12mm。
　　
　　每次加工一張鋼板，從煉爐分發(fā)到粗軋程序，再經(jīng)過(guò)由4—7個(gè)獨(dú)立的多機(jī)架減化站組成減化程序完成復(fù)原。而后進(jìn)入一個(gè)長(zhǎng)冷卻桌，用水進(jìn)行冷卻后熱軋鋼帶卷成圈。一個(gè)鋼板約10米長(zhǎng)220mm厚，zui終加工成一個(gè)長(zhǎng)880m長(zhǎng)、2.5mm厚的條鋼。整個(gè)過(guò)程不超過(guò)6分鐘，通常來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)高峰時(shí)一次生產(chǎn)3—4個(gè)鋼板。在每個(gè)軋機(jī)機(jī)座控制溫度和壓力，按要求冷卻并通過(guò)控制單元監(jiān)控和調(diào)整快速移動(dòng)的物體的厚度。的溫度測(cè)量提供快速反應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入，實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，現(xiàn)代熱度計(jì)的反應(yīng)時(shí)間為10毫秒甚至更短。
　　
　　典型的過(guò)程溫度范圍從450℃—1300℃，在點(diǎn)溫輻射熱度計(jì)短波的波長(zhǎng)范圍內(nèi)（低于600℃用1.6um的波長(zhǎng)測(cè)量；其余的用低于0.9um的波長(zhǎng)測(cè)量），用于熱軋制造廠(chǎng)的熱度計(jì)通常是單一波段的，或在2個(gè)波長(zhǎng)中接近于短波的那一段，這些熱度計(jì)配有堅(jiān)固冷卻防護(hù)罩以及的測(cè)量傳感器。圖6是一個(gè)安裝簡(jiǎn)圖，實(shí)際測(cè)溫傳感器是內(nèi)置冷卻，澆鑄的金屬外殼。
　　
　　B、其他應(yīng)用
　　
　　1、連續(xù)澆鑄：處于切割之后的鋼制品，在大型鋼板澆鑄器中測(cè)量和熱軋中的測(cè)量一樣需要定期對(duì)其物理接口，部件運(yùn)行進(jìn)行維護(hù)或就地校準(zhǔn)。
　　
　　2、在加熱過(guò)程中熱感應(yīng)的管道，鋼條、鋼錠、鋼板。
　　
　　3、鍍鋅法：zui困難的應(yīng)用在鍍鋅帶，因?yàn)閺蔫F鋅合金的形成階段到鋅層的完成,其間輻射率變化大（從0.15到0.85）,在過(guò)去的10年中,都使用不少于4種的輻射熱度計(jì)來(lái)完成測(cè)量,并產(chǎn)生了一種新的熒光粉測(cè)量的方法.
　　
　　在再加熱爐中的熱錠需要可靠的傳感器,在不能其溫度的情況下,許多鋼廠(chǎng)通過(guò)下一工序中所獲得的一個(gè)溫度熱模型來(lái)估算現(xiàn)有的溫度.
　　
　　五、鋼鐵加工過(guò)程中溫度低于環(huán)境溫度
　　
　　這些是在應(yīng)用中zui難解決的，所有測(cè)量方法都不甚滿(mǎn)意，zui有效的解決方法是將其轉(zhuǎn)變成*或第二種模式來(lái)完成測(cè)溫，但少部分是不能轉(zhuǎn)變的。
　　
　　A、連續(xù)退火爐中的軋帶機(jī)溫度
　　
　　從測(cè)量的角度上說(shuō)，zui需要鋼廠(chǎng)應(yīng)用的在于連續(xù)軋帶機(jī)產(chǎn)品的退火。在這些應(yīng)用中，熱軋帶機(jī)包括一系列聯(lián)接爐和冷卻站，幾乎每一個(gè)都包括一種還原氣體（通常是氫氮混合物），帶速一般在1—9米/秒，帶機(jī)溫度達(dá)到480℃—870℃。測(cè)量難度在于兩方面：
　　
　　1、在大多數(shù)爐中，鋼鐵溫度低于周?chē)鷾囟?br />　　
　　2、鋼鐵表層收縮對(duì)波譜又相當(dāng)敏感的低的輻射率。
　　
　　B、其他應(yīng)用
　　
　　鋼坯和鋼錠再加熱爐的入口區(qū)和中心區(qū)上相對(duì)高的背景反射率可通過(guò)雙熱度計(jì)法解決（由于輻射率相對(duì)穩(wěn)定）。
　　
　　六、線(xiàn)性測(cè)溫紅外溫度計(jì)的發(fā)展
　　
　　在熱軋和鋼條連續(xù)退火時(shí)，除了保證長(zhǎng)度外，還應(yīng)確保產(chǎn)品穿過(guò)軋帶帶寬和帶材邊緣時(shí)的完整。由于點(diǎn)輻射溫度計(jì)一直被用于測(cè)量軋鋼帶機(jī)的中心線(xiàn)，因此就需要多傳感器或一些橫向測(cè)溫技術(shù)來(lái)完成對(duì)帶寬上的測(cè)溫，線(xiàn)性測(cè)溫?zé)岫扔?jì)在過(guò)去幾年中得到迅速發(fā)展，市場(chǎng)上出現(xiàn)了很多高品質(zhì)的儀器。在的精軋控制過(guò)程中，非常重要也特別需要的一個(gè)測(cè)溫工具就是對(duì)寬度的高速厚度測(cè)量，如果通過(guò)帶寬的所有溫度變化都需要考慮到的話(huà)，則只有線(xiàn)性測(cè)溫方法能通過(guò)的精度來(lái)完成。
　　
　　一個(gè)明確的測(cè)量點(diǎn)尺寸（或線(xiàn)的厚度）以及的標(biāo)定是產(chǎn)品性能的關(guān)鍵，這要求線(xiàn)性測(cè)溫?zé)岫扔?jì)的測(cè)溫。
　　
　　當(dāng)zui小測(cè)量點(diǎn)尺寸達(dá)到98%或更高的放射收集效率時(shí)，這兩個(gè)方面的特性能夠地實(shí)現(xiàn)。這與所熟知的熱成像既時(shí)視場(chǎng)角有顯著的區(qū)別。
　　
　　線(xiàn)性測(cè)溫紅外熱度計(jì)的測(cè)量用于第二類(lèi)測(cè)溫模式中不會(huì)引發(fā)問(wèn)題。線(xiàn)性測(cè)溫精度得到標(biāo)定。圖8中所示為一個(gè)高精度2D熱軋鋼帶的熱圖像，是通過(guò)積聚來(lái)自一個(gè)線(xiàn)性測(cè)溫?zé)岫扔?jì)上的多個(gè)掃描點(diǎn)來(lái)完成的。垂直軸代表鋼的寬度，而水平軸代表長(zhǎng)度，在這張紅外熱圖中，軋帶的溫度被準(zhǔn)確測(cè)量出。
　　
　　線(xiàn)性溫度測(cè)量在第三種類(lèi)中的應(yīng)用，比如連續(xù)退火爐，它沒(méi)有采用楔形法，因而不得不接受相同等的溫度梯度和基于假設(shè)輻射值來(lái)預(yù)計(jì)其值。
　　
　　七、討論
　　
　　鋼鐵制造過(guò)程中，要求可靠的溫度測(cè)量，這不僅是環(huán)境狀況的要求，而且還是上述三種測(cè)溫條件下的要求，由此看來(lái)，只有耐用的、高品質(zhì)的、非接觸式溫度傳感器能滿(mǎn)足要求。
　　
　　很顯然，在鋼鐵加工過(guò)程中，使用非接觸式溫度傳感器已是相當(dāng)成熟的一個(gè)科技了，然而，盡管目前已掌握了一些技術(shù)知識(shí)和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，但仍然有許多地方需要發(fā)展點(diǎn)溫測(cè)量技術(shù)。的例子就是處于再加熱爐中鋼板溫度和第三種測(cè)溫模式常用的連續(xù)帶材退火爐。
　　
　　現(xiàn)在能生成產(chǎn)品表面溫度圖的線(xiàn)溫測(cè)量熱度計(jì)開(kāi)始被采用，由于它們的測(cè)量結(jié)果和點(diǎn)傳感器同樣可靠，線(xiàn)溫測(cè)量將被廣泛的應(yīng)用，例如，實(shí)際橫向溫度剖面（縱切面）的測(cè)量在連續(xù)帶材退火和帶材鍍鋅中得到應(yīng)用，這種新的測(cè)溫方法的效率是*的。
　　
　　區(qū)域溫度測(cè)量?jī)x器將很快得到利用以提供鋼鐵加工處理控制系統(tǒng)的投入量。一些應(yīng)用領(lǐng)域，諸如再加熱爐出口溫度，通過(guò)將區(qū)域溫度測(cè)量與視角系統(tǒng)處理結(jié)合起來(lái)，那么就可以測(cè)量出再加熱爐的出口的溫度。再者，熱成像新的能確定潛表缺陷的能力的測(cè)量方法可以應(yīng)用于鋼鐵加工的某些過(guò)程和質(zhì)量監(jiān)控之中。任何新技術(shù)的應(yīng)用意味著儀器設(shè)計(jì)及性能長(zhǎng)效性等方面的迅速發(fā)展。