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0 前言
炉外精炼重要设备RH 真空处理钢水装置装备FMB 氧枪应用于钢水调温。FMB 氧枪配置的火焰监测装置用于监测真空室中的火焰燃烧精况，火焰监测装置关键部件探测头简称UV 紫外光敏装置。武汉钢铁股份有限公司第二炼钢厂真空处理设备为冶炼高质量钢材的关键设备，其中的FMB 氧枪是真空冶炼的主要设备，技术含量高，工艺复杂，而FMB 氧枪中的FRH - 500 型UV (紫外光)火焰监测装置的运行，直接关系到生产安全和产品质量，起着真空室“眼睛”的作用。但UV 装置工作环境恶劣，工作周期短，更换频繁，使用该进口UV 装置价格高，周期长。
由于第二炼钢厂FMB 氧枪已使用一年多，氧枪本体已大修过一次，而UV 火焰监测装置中的关键部件UV 探测头的寿命较其他部件短，只有约5000 h ，属于损耗件，也面临需要更换和准备备件的问题。该FMB 氧枪及UV 火焰监测装置是从日本光洋热工业株式会社成套引进。向日本公司采购备件不仅价格高，而且供货周期长，因此，解决备件难题的方法是将UV 火焰监测装置国产化。
1 UV 监测装置结构和主要性能指标
1 . 1 结构
FMB 氧枪中的FRH - 500 型UV 火焰监测装置由传感器和控制模块两部分构成，传感器用于火焰信号的检测，将火焰信号转换为电信号;控制模块用于对电信号的处理及显示燃烧设备的火焰状态(“燃烧”或“熄火”) ，并通过控制继电器输出触点的转换对外部设备进行控制;传感器和控制模块通常安装在环境恶劣的工业现场。
传感器主要元件为UV 管，UV 管外型同氖泡相似，在玻璃管内有两个电极，电极表面附有活性物质，玻璃管密封且充有特种气体。当没有紫外光照射时，两电极间无电子和离子流动，呈现很高的阻抗，近似于开路;有紫外线照射时，电极上的活性物质经照射发出光电子，在激励电压的作用下形成电流，也就是火焰电流。UV 管的光谱响应特性较尖较窄，只对紫外线敏感，尤其是对木材、纸张、化纤织物、油类、可燃气体等燃烧所发出的紫外线反应更为强烈，且不受日光、红外热辐射、炉膛高温等的影响，具有杭干扰能力强、灵敏度高等特点，能可靠地检测燃烧设备的火焰状态，常用于工业炉窑的火焰检测。UV 火焰监测装置的上要性能由UV 管决定，日产UV 火焰监测装置的UV 管较一般的UV 管灵敏度更高，经实测，FRH - 500 能在2.5 m 即离处稳定地检测到一只烛光的火焰信号。
1 . 2 主要性能指标
在国产化改造中首先须解决高灵敏度UV 管的替代问题，日产UV 火焰监测装置中的UV 管无任何标识，查找各方面资料和光洋热工业株式会社网站，均未找到原装UV 管的资料。后试选了几种国产和进口UV 管做对比实验，发现韩国产的型号为K377 的UV 管灵敏度较接近，同样能在2.5 m 距离处稳定地检测到一只烛光的火焰信号，而且环境噪声较低，不会产生误动作。
K377 的主要电气指标为
光谱响应范围 190 ～ 280 nm
峰值波长 195 nm
灵敏度 1 200 ～ 2000 Hz
本底噪声 ≤ 10 Hz
2 UV 监测装置原理
为匹配UV 管，接收模块中的UV 激励电源和处理电路也须作相应的改变，以充分发挥K377 的性能。
FRH - 500 型UV 火焰监测装置电路结构如图1 所示。
UV 火焰监测装置电路工作原理为：当有火焰信号时，UV 探头输出连续密集的脉冲串(信号A ) ，经过脉冲检测提出有效信号，输人放大电路放大后检波，对电容充放电，得到一与火焰大小相关的直流信号(信号B ) ，火焰越大，脉冲串越密，对应信号B 电压越高;反之电压越低。B 信号经过滤波和抗干扰处理后，输出高低电平控制继电器的动作，就能指示有无火焰信号。
根据原装置电路设计国产UV 监测装置接收模块，具体步骤如下：由变压器产生450 V 电压，D1 用于半波整流，D3 ～ D6 用于限压，R4 , R5 用于限流，提供UV 管工作电源。有火焰时，UV 管产生的脉冲串经R4 , C3 滤除杂散干扰脉冲，去“毛刺”后，由R5 , R6 和R7 分压，RS , D7 限幅，送人4093 反相器，由于4093 反相器带有施密特功能，因此可进一步滤除小幅值干扰，消除抖动。4093 反相器输出脉冲至由NE555 构成的单稳态电路，使之输出连续的定宽度脉冲，经D11 , R11 向C9 充电。脉冲越密集C9 上电压(信号B )越高，充电速度由R11 控制，同时R14 提供放电通路，这样处理可以降低环境噪声的影响，即火焰信号产生的脉冲必须在单位时间内达到一定的数量，才可使B 信号升高到使4093 反相器反相，且信号B 再次经4003 反相器两次反相，经D13 , R19 对C10 充电，并由B20 放电，送人下面一个NE555 施密特触发电路。充电时C10 电压上升到触发NE555 翻转万输出高电平的时间就是有火延时时间，放电时C10电压下降到触发NE555 翻转输出低电平的时间就是无火延时时间。NE555 的施密特触发功能可以避免在临界值时输出的抖动，然后驱动2N5551 接通和断开继电器，以指示出有无火焰信号。国产UV 监测装置原理图见图2 。
3 改造前后装置的使用效果对比
原装置工作状态下用示波器实测火焰时波形如图3 所示。
无火焰时A 波形降为OV , B 波形升至12V 。测试环境为正常烛光时火焰约4 cm 长，0.7 ～ 1 cm 改造后的国产化装置工作状态下用示波器实粗，相距2.4 m 。
改造后的国产化装置工作状态下用示波器实测火焰时波形如图4 所示。
为与原装UV 检测装置关键点波形对比，示波器置为反向，测试环境相同。
实际对比两个波形：原装UV 装置产生的脉冲较密，幅度较低;而国产UV 装置脉冲相对密度较低，幅度较高，但经过后级电跺的各种处理仍能准确区别有火和无火状态。
4 结论
2007 年，该装置经国产化改造后，在性能方面完全可以代替进口设备使用，从而降低了备件成本，缩短了备件周期，在现场试用到现在，效果明显，可以满足生产需要，实现了进口设备的国产化改造。
