电磁流量计在沙钢热卷板超快冷系统中的应用

  摘要：超快速冷却系统提高板形合格率，提高强度、降低屈强比，降低合金添加量，生产效率高，工艺稳定。为了精确、快速的实现钢材的冷却，控制好冷却水的流量就离不开电磁流量计的精确测量，电磁流量计精度高、稳定性好的特点就充分得以展现。

  关键字：电磁流量计;超快速冷却;控制冷却;

  一、电磁流量计简介

  1.1 电磁流量计的原理

  电磁流量计是随着工业电子技术发展而迅速开发的新型流量测量仪表，它根据法拉第电磁感应定律制成，用来测量导电流体的体积流量，由于其独特的优点，目前已较广应用于各行各业中的各种导电液体的测量。

  电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感虚定律。即：导电液体在磁场中作切割磁力线运动，导体中产生感应电动势，其感应电动势 E为

  E=BLV

  式中： E为感应电动势，即流量信号;

  B为磁感应强度;

  L为导体的长度;

  V为测量管界面的平均流速， m/s。

  电磁流量计测量原理解剖图

  导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，且与流动方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势。 在管道直径确定，磁感应强度不变的条件下，体积流量与电磁感应电势有一一对应的线性关系，而与流体密度、黏度、温度、压力和成分无关。励磁电流驱动线圈后，在测量管内形成磁场，介质沿测量管流动切割磁力线，所产生的感应电动势经测量管内壁上的二个电极传输给转换器，经转换器进行信号处理及运算，即获得被测流量值。

  1.2 电磁流量计的特点

  1、测量不受流体密度、粘度、温度、压力和成分变化的影响，传感器感应电压信号与平均流速呈线性关系，因此测量精度高;

  2、测量管内无阻碍流动部件，无压损，直管段要求较低。由于感应电压信号是在整个充满磁场的空间中形成的，是管道载面上的平均值，因此传感器所需的直管段较短，长度只需5倍的管道直径;测量管道内无可动部件，因此传感器寿命极长;

  3、合理选择传感器衬里和电极材料，即具有良好的耐腐蚀、耐高温和耐磨损性;

  4、转换器采用新颖励磁方式，功耗低、零点稳定、精确度高，测量流量范围宽，可达150：1;参数设定方便，编程可靠;具有自检和自诊断功能;双向测量系统，内装三个积算器：正向总量、反向总量及差值总量;可显示正、反流量，并具有多种输出：电流、脉冲、数字通讯、HART;转换器可与传感器组成一体型或分离型;可通过红外线遥控、蓝牙(智能手机)实现不开盖操作。

  5、电磁流量计的口径选择范围宽(DN6—DN2000)，杭州振华仪表有限公司研制开发的专门用来于小管径低流速微小流量的介质测量的电磁流量计能做到较小口径DN6，较小流量1L/h。

  6、可测量低电导率的介质，可精确测量如除盐水、去离子水、95%的无水酒精等，杭州振华仪表有限公司研发的专门用来于低电导率介质的流量测量技术，可测1μs/cm以上导电液体的流量。

  1.3 电磁流量计的应用

  电磁流量计已较广应用于各行各业中的各种导电液体的测量，得益于其优良、独特性能，因此被石油、化工、钢铁、轻工业、纺织业、给排水、污水处理、环保、水利工程、海水、制药等行业中，用来测量各种酸、碱、盐溶液、泥浆、矿浆、纸浆、煤水浆、玉米浆、纤维浆、粮浆、酒精、石灰乳、污水、冷却原水、为排水、盐水、双氧水、啤酒、麦汁、各种饮料、黑液、绿液等导电液体介质的体积流量。

  二、钢板冷却控制系统简介

  1.1 超快速冷却

  超快速冷却(Ultra Fast Cooling)，简称UFC，是近年来国际上发展起来的一项用于控制带钢冷却的新技术，配合其它一些先进钢铁材料的轧制新技术，如铁素体区轧制双相钢、相变诱导塑性钢的轧制以及薄板坯连铸连轧(CSP)等，在轧制生产过程中实现快速、准确的温度控制以获得钢材相应的相变组织和理想的力学性能。超快冷在提高板形合格率，提高强度、降低屈强比，降低合金添加量等方面均有突出表现。要得到一条合金添加量低、板形良好、生产效率高、工艺稳定的低成本管线钢生产工艺、装备和技术， 就需要控制轧制和控制冷却相结合。较先进的控制冷却系统就属超快速冷却系统了。为了精确、快速的实现钢材的冷却，控制好冷却水的流量就离不开电磁流量计的精确测量，电磁流量计精度高、稳定性好的特点就充分得以展现。

  控制轧制(Controlled Rolling)是在热轧过程中通过对金属加热制度、变形制度和温度制度的合理控制，使热塑性变形和固态相变结合，以获得细小晶粒组织，使钢材具有优异的综合力学性能的轧制工艺，提高钢的强度、韧性和焊接性。 控制冷却(Controlled Cooling)是控制轧制后钢材的冷却速度达到改善钢材组织和性能的目的，阻止碳化物在高温下析出，以提高析出强化效果而采用的控制冷却工艺。

  控制轧制和控制冷却相结合能将热轧钢材的两种强化效果相加，进一步提高钢材的强韧性和获得合理的综合力学性能，热轧钢材后冷却的目的是为了改善钢材的组织状态，提高钢材的性能，缩短热轧钢材的冷却时间，提高轧机的生产能力。轧后控制冷却还可以防止钢材在冷却过程中由于冷却不均产生不均匀变形，而使钢材扭曲或弯曲。通过控制冷却能够在不降低材料韧性的前提下进一步提高材料的强度。控制轧制特别对改善低碳钢、低合金钢和微合金钢材的强韧性较有效。

  1.2 控制冷却的方式

  中厚钢板热轧后控制冷却设备的形式及冷却方式各不相同。目前国内外中厚板轧机所采用的控制冷却方式有高压喷嘴冷却、层流冷却、水幕冷却、雾化冷却、板湍流冷却、喷淋冷却、风冷等。控制冷却从喷水冷却到现已较广采用的虹吸管冷却，再到正在发展中的水幕冷却，经历了漫长的历程。而水幕冷却技术是今后的控冷发展方向，水幕冷却就是钢板从精轧区进入冷却区，以冷却速度和终冷温度为目标，通过调节速度、水幕组数和各阻水幕流量的大小，来提高钢板的综合机械性能。沙钢热卷板超快冷采用的冷却方式是水幕冷却。

  水幕为板状层流水流落到钢板表面上，沿宽向无干扰，冷却速度大，冷却管道在DN100—DN150之间，流量控制方便，能充分发挥冷却水的冷却效率，通过调整上、下水幕的流量比例，可使钢板的上、下表面及纵、横向冷却都均匀，根据产品工艺要求使每个水幕可改变水流幅度和流量，控制灵活，从而可提高产品的质量与合格率，缩短了冷却区长度，减少了喷头数量，可节水20%-30%。

  三、电磁流量计在超快速冷却系统中的应用

  电磁流量计其以高精度测量、较强耐腐蚀性等优势在钢铁行业、化工行业等领域的流量监测工作上应用范围较为较广，具有较高的应用价值。响应国家号召，随着节能降耗政策的有效扩展，在高能耗行业中，特别是钢铁行业中，较高精度的计量仪表电磁流量计显得尤为重要，助力企业实现较少的使用能源，而得到较好的产品质量。

  在钢铁厂的恶劣环境中，电磁流量计需要耐受现场环境的高温度、高湿度、高粉尘，同时还伴随腐蚀性物质的侵蚀，电磁流量计的优点耐高温、耐腐蚀、测量准确得到充分的展现，在同一环境中的阀门就经常耐受不住现场的恶劣环境而坏了，在系统控制阀门打开时，阀门却打不开了，我厂电磁流量计此时测量的流量一直显示为0，将流量信号返回到主控室系统上后，用户就能判断出阀门坏了，导致这路管道没有供水，从而启用备用管道，防止冷却不均匀导致的产品质量等。 在沙钢热卷板一车间的超快冷系统中，共用到了杭州振华仪表有限公司的电磁流量计60台，上水幕30台，下水幕30台，管径为DN100和DN125的电磁流量计，常用流量在100m3/h左右，型号是:EMF8901-11002S11，配置了我们公司较先进的EMF89型转换器，法兰连接、分体型、220V供电、4-20mA信号输出;由于是一般的冷却水，没有腐蚀性，温度也不高，所以选择了橡胶衬里和不锈钢316L测量电极;但是环境比较恶劣，所以选择了IP68的防护等级，能做到在长期被水喷淋的环境里正常使用;还有不同管径的配合使用便于冷却水流量的精确控制，由超快速冷却控制系统根据电磁流量计反馈的瞬时流量来控制阀门的开闭和开度，在生产过程中实现快速、实时、准确的温度控制，从而提高钢板合格率，提高强度、降低屈强比，降低合金添加量等。

  以下是杭州振华仪表有限公司的电磁流量计用在沙钢热卷板超快冷系统上的现场照片：

  下层冷却水管道的环境较为恶劣。

  四、结束语

  综上所述，电磁流量计作为流量测量仪表，在钢铁领域得到了越来越较广的应用，不只只是在钢铁厂冷却系统中冷却水的测量，还应用在各行各业的各种导电液体的测量。随着国家对节能降耗的重视，特别是在冶金，矿业等高能耗行业中，企业需要严格进行成本的核算计量，迫切需要高精度、高可靠性的计量仪表，所以电磁流量计对保证准确度、计量企业能耗具有重要意义。在工程应用中，电磁流量计的正确选型及安装是极为重要的两大环节，必须引起高度重视。同时再采取有效的措施加以维护，就能避免或减少故障的发生，并保证测量的准确度、提高电磁流量计的使用寿命。