水雾介质对连铸坯表面测温的影响及测温方法研究

论文摘要

在连铸生产过程中,高温铸坯表面温度辐射测量方法的准确性常常由于受到水蒸气、水雾、水膜等参与性介质的辐射特性的影响而大大降低。这是连铸二冷区和轧钢工艺等现代冶金生产设备中常遇到的、且亟待解决的问题。本文从辐射、吸收、散射性介质的辐射特性机理出发研究了水蒸气、水雾和水膜参与性介质对辐射测温准确性影响。并联系济钢4#连铸机的实际生产,设计了铸坯矫直区在线测温系统。水蒸气的辐射特性具有光谱的选择性。分析了水蒸气辐射特性参数的各种谱带模型及近似处理方法。采用了指数宽谱带模型计算了水蒸气在不同温度和测温距离下的发射率。同时,对水蒸气高温谱线光谱数据库(Hitemp)进行谱带扩展,得到了适用于连铸二冷区的水蒸气窄谱带模型参数数据库(包括平均吸收系数κη、谱线平均密度1/ d、平均半宽bL )。利用建立起的数据库参数和单色、比色测温计测温原理模拟计算和比较分析了各工作波长下测温计的测温误差。结果表明,在高温饱和水蒸气的连铸二冷环境中,宜采用1.0μm,1.6μm范围附近的单色测温计。其工作波长能够避开水蒸气吸收波段,几乎不受水蒸气影响。或者通过数据库查寻波段发射率相近的比色测温计进行测温并对结果进行修正。基于Mie散射理论,建立了水雾粒子的消光模型,分析了水雾粒子的散射特性,计算了水雾粒子在各粒径、各波长的消光特性。结果表明,水雾粒子为具有非灰性、参与性特点的弥散系。粒子呈现为连续消光和强烈前向异性散射特性。对单色、比色以及全辐射的红外测温方法的准确性均有影响。水雾的粒径分布、水雾浓度和红外测温仪的工作波长是影响红外测温准确性的主要因素。求解获得了水雾粒子系的衰减系数、散射系数、相函数等参数,为求解辐射传递方程提供必要条件。应用数值计算的方法拟合水膜在各波长下的吸收系数,得到了水膜的透射率的公式组和不同波长、厚度下水膜透射率。研究了水膜时对单色和双色红外辐射温度计示值的测温误差。选择小于1.1μm工作波段的测温仪进行测量二冷铸坯表面存在水膜的铸坯表面温度测量并进行修正。在济钢4#连铸机的矫直区建立了在线测温系统。为二冷配水优化提供数据依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 连铸技术
• 1.2 连铸二冷区铸坯表面温度检测的意义及现状
• 1.2.1 二次冷却表面温度与铸坯质量
• 1.2.2 连铸二冷测温的现状及特点
• 1.3 红外测温方法
• 1.3.1 辐射测温法的基本原理
• 1.3.2 红外温度计分类及测温原理
• 1.4 论文研究的主要内容及方法
• 1.4.1 论文研究的主要内容
• 1.4.2 论文研究的方法
• 2 连铸二冷区水蒸气介质辐射特征研究
• 2.1 水蒸气介质辐射特征参数及其处理方法
• 2.2 水蒸气辐射特性计算方法
• 2.2.1 水蒸气辐射特性计算Ⅰ—逐线法
• 2.2.2 水蒸气辐射特性计算Ⅱ—窄带模型
• 2.2.3 水蒸气辐射特性计算Ⅲ—宽带模型
• 2.3 实际工况的模拟计算及结果分析
• 2.3.1 采用指数宽谱带模型计算及结果分析
• 2.3.2 利用Hitran 数据库计算窄谱带模型参数计算及结果分析
• 2.3.3 水蒸气对各种红外温度计的影响
• 2.4 本章小结
• 3 连铸二冷区水雾粒子介质辐射特征研究
• 3.1 水雾粒子特性
• 3.1.1 非灰表明水雾的辐射和吸收光子具有很强选择性
• 3.1.2 水雾粒子的参与性介质特性
• 3.1.3 水雾粒子的弥散系特性
• 3.2 Mie 理论计算单一粒子的辐射特性
• 3.2.1 Mie 散射理论
• 3.2.2 Mie 理论的散射相函数的简化
• 3.3 水雾粒子系辐射特性研究
• 3.3.1 水雾粒子系独立散射特性的确定
• 3.3.2 水雾粒子独立散射的辐射特性
• 3.3.3 粒径分布对辐射特性的影响
• 3.3.4 粒子辐射光谱对辐射特性的影响
• 3.4 实际工况下水雾粒子衰减特性的计算与结果分析
• 3.4.1 模拟计算的相关参数的确定
• 3.4.2 水雾粒子衰减特性分析
• 3.5 本章小结
• 4 连铸二冷区水膜介质辐射特性研究
• 4.1 水膜介质的布格尔定律原理
• 4.2 水膜吸收系数、衰减率和拟合曲线
• 4.3 水膜对各种温度计的影响
• 4.4 本章小结
• 5 铸坯矫直温度在线测量系统研究
• 5.1 红外测温仪
• 5.2 CQU-2MB 矫直区温度测量仪参数设置
• 5.3 现场测试结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 今后的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录A 连铸二冷区水蒸气窄谱带模型参数库部分参数
• 附录B 作者攻读硕士学位期间的学术情况