專(zhuān)利名稱(chēng)：結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液位檢測(cè)裝置，具體地說(shuō)，是涉及一種軟接觸電磁連鑄過(guò)程中結(jié)晶器內(nèi)鋼水液位的檢測(cè)裝置。
在現(xiàn)代連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，穩(wěn)定結(jié)晶器內(nèi)鋼水液位是穩(wěn)定連鑄生產(chǎn)的一個(gè)重要條件，目前已投入使用或開(kāi)發(fā)成功的方法主要有浮子法，放射同位素法，電磁渦流法以及激光法等。
浮子法有兩種，一是用耐火材料制成的浮子置于結(jié)晶器內(nèi)，懸浮在鋼液表面，靠鋼水的浮力和自重隨液面波動(dòng)而升降并帶動(dòng)連接在浮子上的杠桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)來(lái)控制液位，雖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不易受外界磁干擾，但測(cè)量精度不高，已不適合現(xiàn)代連鑄結(jié)晶器高精度控制的要求；另一種是在置于結(jié)晶器內(nèi)用耐火材料制成的浮子內(nèi)設(shè)電磁傳感器，當(dāng)液面發(fā)生波動(dòng)時(shí)，電磁傳感器產(chǎn)生信號(hào)，帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)行液面自動(dòng)控制，但該裝置中，電磁傳感器易受周?chē)艌?chǎng)的干擾，而影響測(cè)量精度。
放射同位素法主要是在相對(duì)的結(jié)晶器銅板上安裝Co60γ射線流和射線強(qiáng)度檢測(cè)器，利用射線流發(fā)出的γ射線穿過(guò)鋼水時(shí)被部分吸收，檢測(cè)器檢測(cè)到的γ射線強(qiáng)度變化來(lái)判斷和控制液位，該法精度雖然比較高，但由于以放射性元素為測(cè)量介質(zhì)，存在著放射線防護(hù)和廢物處理及環(huán)保等問(wèn)題。
激光法是激光發(fā)射器發(fā)射可見(jiàn)光束到保護(hù)渣表面，形成亮點(diǎn)，用攝像傳感器攝取此亮點(diǎn)的圖像，把表面亮點(diǎn)位置的變化轉(zhuǎn)換成與結(jié)晶器液面成比例的信號(hào)，再由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)液面的自動(dòng)控制。
電磁渦流法是目前比較常用的一種方法，由兩組線圈組成，懸吊在結(jié)晶器上方。當(dāng)給第一組線圈施加一定頻率的高頻電壓(激勵(lì)源，約50kHz，功率約在0.1～1kW)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)指向結(jié)晶器的電磁場(chǎng)，結(jié)晶器內(nèi)的鋼水近表面層感應(yīng)出渦電流，由此渦電流產(chǎn)生第二個(gè)磁場(chǎng)，又在第二組線圈(檢測(cè)線圈)中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)(由于第一組線圈中施加的高頻電壓是固定不變的，對(duì)第二組線圈的影響也就為一常數(shù)，可通過(guò)多次驗(yàn)證予以修正)，其大小取決于渦電流，而渦電流的大小又取決于第一組線圈跟鋼水液面的真實(shí)距離。因此，第二組線圈的感生電動(dòng)勢(shì)也取決于這一距離，于是，可以根據(jù)第二組線圈的感應(yīng)電壓的大小來(lái)測(cè)得鋼水液位，并將信號(hào)傳給動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)行鋼水液位的自動(dòng)控制。該法測(cè)量精度高，也是現(xiàn)在連鑄過(guò)程中比較常用的結(jié)晶器液位控制技術(shù)，但是該技術(shù)必須保證在結(jié)晶器外無(wú)其它外加交流磁場(chǎng)的前提下，方能正確檢測(cè)和控制液位。
軟接觸電磁連鑄是近年來(lái)為了改善連鑄坯表面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)連鑄—連軋短流程工藝而開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)新技術(shù)。所謂的軟接觸是對(duì)分瓣體連鑄結(jié)晶器施加高頻磁場(chǎng)(頻率50-100kHz；功率100kW以上)，在初始凝固區(qū)產(chǎn)生一個(gè)指向鑄坯內(nèi)部的電磁壓力，此電磁壓力部分抵消了鋼液的靜壓力，使熔融金屬?gòu)澰旅嫱蛊?，彎月面處的熔融金屬與結(jié)晶器之間呈非接觸狀態(tài)，保護(hù)渣流入通道變寬，保護(hù)渣均勻暢流，從而減輕了由于結(jié)晶器振動(dòng)，保護(hù)渣流入、流出所造成的動(dòng)壓變化而引起的鑄坯表面振痕。經(jīng)過(guò)大量的模擬實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)證實(shí)在高頻磁場(chǎng)的作用下，連鑄坯表面振痕減輕，表面質(zhì)量改善。
目前軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器雖然已進(jìn)入工業(yè)試驗(yàn)階段，但液位檢測(cè)和控制一直是個(gè)難點(diǎn)。上述的浮子法由于測(cè)量精度不高，已不適合現(xiàn)代連鑄結(jié)晶器高精度控制的要求。而放射同位素法鑒于操作使用中的防護(hù)、廢物處理及環(huán)保等問(wèn)題，也難以推廣應(yīng)用。激光法目前雖應(yīng)用于試驗(yàn)檢測(cè)，但投資較高，所需安裝空間大；另一方面，如果保護(hù)渣變化較大，由于測(cè)到的是渣面，跟真實(shí)液面會(huì)有一定的區(qū)別，測(cè)量精度難以控制。
磁性浮子法由于會(huì)受到軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器中感應(yīng)線圈產(chǎn)生的高功率強(qiáng)磁場(chǎng)干擾，再加上本身精度問(wèn)題，已難以正確檢測(cè)和推廣應(yīng)用；液面渦流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化，但是，對(duì)于外部存在磁場(chǎng)，特別是以高功率磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)受到嚴(yán)重干擾，精度下降，甚至難以使用。為了克服這些難點(diǎn)，中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局曾公開(kāi)了用于鋁電磁連鑄(無(wú)結(jié)晶器)領(lǐng)域的一項(xiàng)電磁連鑄金屬液位檢測(cè)裝置專(zhuān)利(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枺?1217006.9)，其原理是在感應(yīng)器上方設(shè)置一檢測(cè)線圈，在電磁鑄造過(guò)程中，利用鋁液面的渦流產(chǎn)生的感生電勢(shì)的變化來(lái)控制金屬液位。該法與渦流法的不同之處是直接利用了電磁鑄造用磁場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)設(shè)置輔助檢測(cè)方法來(lái)修正感應(yīng)器電流變化對(duì)檢測(cè)線圈感生電勢(shì)的影響，從而提高檢測(cè)精度。但對(duì)于鋼的軟接觸電磁連鑄，由于結(jié)晶器分瓣體中的渦流對(duì)檢測(cè)線圈感生電勢(shì)的干擾，加上鋼的連鑄速度快，電源功率大且往往以間歇式頻率輸出等因素，該法也難以應(yīng)用于鋼的軟接觸電磁連鑄。
本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是，提供結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置，在結(jié)晶器周?chē)O(shè)置一組線圈，該線圈和一交流電源相接，特點(diǎn)是，還包含一順次電路連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和所述的線圈相接，所述的結(jié)晶器上方水口的滑板機(jī)-電連接所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含依次成電路連接的信號(hào)輸入電路、對(duì)信號(hào)放大和整形的控制電路、頻率檢測(cè)儀、顯示輸出信號(hào)的結(jié)果顯示電路、輸出電路；所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是一邏輯比較和求差電路，在該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中內(nèi)設(shè)一預(yù)設(shè)值，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)，并和該預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，做求差計(jì)算，并產(chǎn)生一比較結(jié)果；所說(shuō)的控制系統(tǒng)用于接收所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的比較結(jié)果，并根據(jù)該比較結(jié)果控制所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可控制所述水口的滑板開(kāi)度，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述結(jié)晶器的液位。
本實(shí)用新型，由于利用了電源頻率信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能連續(xù)、快速、準(zhǔn)確地控制結(jié)晶器內(nèi)鋼水的液位，并簡(jiǎn)化了測(cè)量裝置，既降低成本和安裝難度，又能獲得較高的液位控制精度，保證鑄坯的質(zhì)量，改善操作條件及提高鑄機(jī)的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。本實(shí)用新型的結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置，是實(shí)現(xiàn)安全、高效、無(wú)缺陷連續(xù)鑄鋼設(shè)備自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效果明顯，適用于圓坯、方坯、板坯等軟接觸電磁連鑄結(jié)晶器。
圖2為本實(shí)用新型的執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
如

圖1所示，在結(jié)晶器3周?chē)O(shè)置一組線圈2，在該結(jié)晶器的上方，為水口9及中間包8，所述的線圈2和一交流電源1相接，并有一依次成電路連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5，控制系統(tǒng)6，執(zhí)行機(jī)構(gòu)7，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4和線圈成電路連接；如圖2所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)7包含一位置傳感器和一液壓(或電機(jī))驅(qū)動(dòng)器，其以機(jī)-電連接方式設(shè)置于水口9處的滑板91并可調(diào)節(jié)滑板的開(kāi)度。
由于結(jié)晶器外的感應(yīng)線圈中的電感L隨結(jié)晶器內(nèi)鋼水液位高度h的變化而變化，h變大，則L也變大；h變小，則L也變小。電源諧振頻率公式可用下式表示f=12πLC·········(1)]]>若f變大，則L變小，得出h變??；反之亦成立。
根據(jù)連鑄工藝要求將結(jié)晶器內(nèi)基準(zhǔn)鋼水液位高度設(shè)為h0，對(duì)應(yīng)的感應(yīng)線圈電感和電源諧振頻率分別設(shè)為L(zhǎng)0，f0，并將該預(yù)設(shè)值f0存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5內(nèi)，根據(jù)(1)式可得，
若f＞f0，則L＜L0，得出h＜h0，即液位低于基準(zhǔn)值，可適當(dāng)增加液位；反之，若f＜f0，則L＞L0，得出h＞h0，即液位高于基準(zhǔn)值，可適當(dāng)減少液位，其中L0h0對(duì)應(yīng)的感應(yīng)線圈電感f0h0對(duì)應(yīng)的電源諧振頻率，作為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)預(yù)設(shè)值L感應(yīng)線圈電感h實(shí)測(cè)的鋼水液位高度f(wàn)實(shí)測(cè)的電源諧振頻率C電容數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4主要由輸入電路、控制電路、頻率檢測(cè)儀、結(jié)果顯示電路、輸出電路組成，通過(guò)輸入電路接受被測(cè)信號(hào)，控制電路對(duì)它進(jìn)行放大和整形，再由頻率檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，將結(jié)果傳送給顯示電路和輸出電路；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5是一個(gè)邏輯比較和求差電路，其接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4輸出的信號(hào)f0，并與其內(nèi)設(shè)的預(yù)設(shè)值f0，通過(guò)比較和求差得出一比較結(jié)果，并將結(jié)果傳送給控制系統(tǒng)6；控制系統(tǒng)6發(fā)出對(duì)應(yīng)的執(zhí)行指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)7，完成操作。
當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4采集到結(jié)晶器內(nèi)鋼水10的液位高度為h時(shí)的電源諧振頻率f，顯示并傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5后，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。在這里數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5將從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4傳來(lái)的f跟f0進(jìn)行(預(yù)設(shè)值)比較，得到h＞h0或h＜h0，把f跟f0的差值(f-f0)輸入控制系統(tǒng)6，控制系統(tǒng)6對(duì)從數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5來(lái)的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，并指示執(zhí)行機(jī)構(gòu)7進(jìn)行水口9的滑板開(kāi)度調(diào)整工作，完成結(jié)晶器3內(nèi)鋼水10液位高度h的調(diào)整。即如f＞f0時(shí)，h＜h0，可增加滑板開(kāi)度，以此使液位增加；如f＜f0時(shí)，h＞h0，可減小滑板開(kāi)度，使液位下降；調(diào)整后的液位高度h又通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4顯示出來(lái)，再由此數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5、控制系統(tǒng)6、執(zhí)行機(jī)構(gòu)7進(jìn)行一系列操作，如此周而復(fù)始形成一個(gè)閉環(huán)，不斷調(diào)整，將液位高度h保持在最佳狀態(tài)。其控制精度和響應(yīng)速度主要取決于頻率檢測(cè)儀、邏輯比較和求差電路及控制系統(tǒng)6的性能。
權(quán)利要求1.一種結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置，包括在結(jié)晶器周?chē)O(shè)置的一組線圈，該線圈和一交流電源相接；結(jié)晶器上方為中間包的出水口，出水口上設(shè)一滑板；其特征在于，還有順次以電路連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和所述的線圈相接，所述的滑板機(jī)-電連接所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含依次成電路連接的信號(hào)輸入電路、對(duì)信號(hào)放大和整形的控制電路、頻率檢測(cè)儀、顯示輸出信號(hào)的結(jié)果顯示電路、輸出電路。
3.如權(quán)利要求1所述的結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是一邏輯比較和求差電路。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置，在結(jié)晶器周?chē)O(shè)置一組線圈，該線圈和一交流電源相接，特點(diǎn)是，還包含一順次電路連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和所述的線圈相接，所述的執(zhí)行機(jī)構(gòu)—機(jī)—電連接于所述的結(jié)晶器上方的水口處的滑板。能實(shí)現(xiàn)軟接觸電磁連鑄生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)晶器液位的正確檢測(cè)和自動(dòng)控制，從而穩(wěn)定軟接觸電磁連鑄生產(chǎn)工藝，達(dá)到較高的檢測(cè)精度。
文檔編號(hào)G01F23/26GK2581953SQ0226658
公開(kāi)日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2002年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月26日
發(fā)明者馬新建, 周月明 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司