一、簡述
　　
　　鋼鐵制品是在綜合鋼鐵制造廠和小型鋼加工廠中通過一系列分批化生產(chǎn)過程完成的，zui后生產(chǎn)出的鋼鐵制品能滿足客戶對尺寸、機(jī)械性能、表面質(zhì)量、形狀和抗腐蝕性等方面的要求。
　　
　　綜合鋼鐵制造廠從鐵礦和焦炭中制成液態(tài)鐵和鋼，而小型制鋼廠則從廢料和其他冷給料物質(zhì)中生產(chǎn)鋼鐵制品。無論何種生產(chǎn)方式，在zui初鋼鐵制造過程中規(guī)定使用的測溫方法是接觸式溫度測量，而非接觸式溫度測量則只用于安全過程與維護(hù)而非過程控制中，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)過程中就需要借助于非接觸式測溫方法以獲得準(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)行銷售或繼續(xù)進(jìn)入下道工序通過連續(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℃）。許多綜合型鋼廠還通過提供錫、鋅和其他經(jīng)過涂層處理的鋼鐵制品來增加產(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)過程中，材料都在移動，有時(shí)速度甚至?xí)^15—25m/秒，如果制造過程中的溫度需要控制在可接受的范圍內(nèi)（如某些過程中這個(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)部門就成為在過程測量與控制中使用點(diǎn)溫輻射熱度計(jì)（紅外熱度計(jì)、輻射光學(xué)熱度計(jì)）的主要用戶了。紅外熱像儀和區(qū)域測溫輻射熱度計(jì)也多用于維護(hù)領(lǐng)域，而現(xiàn)在，高精度的線陣測溫輻射熱度計(jì)則作為加工過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)物體溫度比周圍環(huán)境溫度冷；目標(biāo)溫度比周圍環(huán)境溫度熱。在這三種環(huán)境中，對溫度測量的要求都是不一樣的。
　　
　　任何類型的熱輻射計(jì)（如點(diǎn)溫、線溫和區(qū)域測溫）接收物體自身發(fā)出的輻射，如果目標(biāo)是類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：
　　
　　*類測量——目標(biāo)物體溫度和周圍環(huán)境溫度相同
　　
　　這種情況下，有一個(gè)問題——就是到底環(huán)境與目標(biāo)物之間多遠(yuǎn)距離才會影響到熱像儀的應(yīng)用呢？由于它需要全面考慮溫度范圍、傳感器波長反應(yīng)及允許誤差，因此，很難有明確的答案。
　　
　　第二類測量——目標(biāo)物體溫度比周圍環(huán)境溫度高（鋼鐵制造業(yè)中多為此種情況）
　　
　　在這種情況下，鋼鐵比其周圍環(huán)境高很多，這時(shí)，周圍環(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)到測溫的相同應(yīng)用規(guī)則也適用于這種測溫模式。由于輻射是非線性的，卻又依賴于線性的變化或輻射率的非估算，所以被測物表面溫度會隨其而產(chǎn)生敏感的變化。
　　
　　輻射熱度計(jì)也能用于這類測溫中，它們在鋼鐵企業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢主要有：*、產(chǎn)品是灰色或近似于灰色；第二、鋼廠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溫精度；第四、輻射溫度計(jì)通常測量視場角中的zui高溫或空間的峰點(diǎn)溫度。
　　
　　第三類測量——目標(biāo)物體溫度比周圍環(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)）來測量，所測的溫度值和假設(shè)的輻射值可以修正熱度計(jì)對物體表面溫度的讀數(shù)。
　　
　　三、鋼鐵加工中溫度和周圍溫度相同
　　
　　A、楔形或金杯法
　　
　　觀測由于軋機(jī)帶轉(zhuǎn)動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，原因在于楔形中會產(chǎn)生多種反射率。
　　
　　由此產(chǎn)生的幾何圖形參見圖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，它簡化了軋機(jī)帶的測量，并在*范圍內(nèi)得到應(yīng)用。
　　
　　多年前已開始應(yīng)用高反射，半球型鏡或（金杯法），參見圖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)來觀測的，因而直到現(xiàn)在，它都用于便攜式的實(shí)用檢查類的測量之中。
　　
　　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。
　　
　　2、未端的觀測管通常裝于爐體周圍，輻射溫度計(jì)在下面進(jìn)行測量，相對于鉑合金熱電偶，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，測溫。
　　
　　四、鋼鐵加工中測溫比周圍環(huán)境溫度高
　　
　　鋼鐵加工過程多在這一環(huán)境中的應(yīng)用。在所有的鋼鐵生產(chǎn)過程中，鋼鐵的溫度都比其周圍的溫度高，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，就會達(dá)到*測溫效果。
　　
　　A、熱軋
　　
　　熱軋制造廠中的許多環(huán)節(jié)上的溫度測量都是做為整個(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220mm厚，zui終加工成一個(gè)長880m長、2.5mm厚的條鋼。整個(gè)過程不超過6分鐘，通常來說，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，按要求冷卻并通過控制單元監(jiān)控和調(diào)整快速移動的物體的厚度。的溫度測量提供快速反應(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。
　　
　　典型的過程溫度范圍從450℃—1300℃，在點(diǎn)溫輻射熱度計(jì)短波的波長范圍內(nèi)（低于600℃用1.6um的波長測量；其余的用低于0.9um的波長測量），用于熱軋制造廠的熱度計(jì)通常是單一波段的，或在2個(gè)波長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)罩以及的測量傳感器。圖6是一個(gè)安裝簡圖，實(shí)際測溫傳感器是內(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量和熱軋中的測量一樣需要定期對其物理接口，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）,在過去的10年中,都使用不少于4種的輻射熱度計(jì)來完成測量,并產(chǎn)生了一種新的熒光粉測量的方法.
　　
　　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,許多鋼廠通過下一工序中所獲得的一個(gè)溫度熱模型來估算現(xiàn)有的溫度.
　　
　　五、鋼鐵加工過程中溫度低于環(huán)境溫度
　　
　　這些是在應(yīng)用中zui難解決的，所有測量方法都不甚滿意，zui有效的解決方法是將其轉(zhuǎn)變成*或第二種模式來完成測溫，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
　　
　　從測量的角度上說，zui需要鋼廠應(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℃。測量難度在于兩方面：
　　
　　1、在大多數(shù)爐中，鋼鐵溫度低于周圍溫度
　　
　　2、鋼鐵表層收縮對波譜又相當(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)上相對高的背景反射率可通過雙熱度計(jì)法解決（由于輻射率相對穩(wěn)定）。
　　
　　六、線性測溫紅外溫度計(jì)的發(fā)展
　　
　　在熱軋和鋼條連續(xù)退火時(shí)，除了保證長度外，還應(yīng)確保產(chǎn)品穿過軋帶帶寬和帶材邊緣時(shí)的完整。由于點(diǎn)輻射溫度計(jì)一直被用于測量軋鋼帶機(jī)的中心線，因此就需要多傳感器或一些橫向測溫技術(shù)來完成對帶寬上的測溫，線性測溫?zé)岫扔?jì)在過去幾年中得到迅速發(fā)展，市場上出現(xiàn)了很多高品質(zhì)的儀器。在的精軋控制過程中，非常重要也特別需要的一個(gè)測溫工具就是對寬度的高速厚度測量，如果通過帶寬的所有溫度變化都需要考慮到的話，則只有線性測溫方法能通過的精度來完成。
　　
　　一個(gè)明確的測量點(diǎn)尺寸（或線的厚度）以及的標(biāo)定是產(chǎn)品性能的關(guān)鍵，這要求線性測溫?zé)岫扔?jì)的測溫。
　　
　　當(dāng)zui小測量點(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)視場角有顯著的區(qū)別。
　　
　　線性測溫紅外熱度計(jì)的測量用于第二類測溫模式中不會引發(fā)問題。線性測溫精度得到標(biāo)定。圖8中所示為一個(gè)高精度2D熱軋鋼帶的熱圖像，是通過積聚來自一個(gè)線性測溫?zé)岫扔?jì)上的多個(gè)掃描點(diǎn)來完成的。垂直軸代表鋼的寬度，而水平軸代表長度，在這張紅外熱圖中，軋帶的溫度被準(zhǔn)確測量出。
　　
　　線性溫度測量在第三種類中的應(yīng)用，比如連續(xù)退火爐，它沒有采用楔形法，因而不得不接受相同等的溫度梯度和基于假設(shè)輻射值來預(yù)計(jì)其值。
　　
　　七、討論
　　
　　鋼鐵制造過程中，要求可靠的溫度測量，這不僅是環(huán)境狀況的要求，而且還是上述三種測溫條件下的要求，由此看來，只有耐用的、高品質(zhì)的、非接觸式溫度傳感器能滿足要求。
　　
　　很顯然，在鋼鐵加工過程中，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)品表面溫度圖的線溫測量熱度計(jì)開始被采用，由于它們的測量結(jié)果和點(diǎn)傳感器同樣可靠，線溫測量將被廣泛的應(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，這種新的測溫方法的效率是*的。
　　
　　區(qū)域溫度測量儀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，通過將區(qū)域溫度測量與視角系統(tǒng)處理結(jié)合起來，那么就可以測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量方法可以應(yīng)用于鋼鐵加工的某些過程和質(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)及性能長效性等方面的迅速發(fā)展。