CN101666614A - 一种连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置和方法 - Google Patents

一种连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于炼钢领域，涉及一种连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置和方法。测量装置，包括两根电导电极，一套升降装置以及一套数据采集和记录装置。其中，数据采集和记录装置包括一台计算机和一个模数转换设备：升降装置由1步进电机，2钢质悬臂，3固定臂夹紧装置，4活动臂夹紧装置，5电导电极，6支撑架，7丝杠组成。测量过程中，计算机每隔1s读取一次电导电极所测定的电阻信号，并设计程序确定突变点，当本组实验完成时，程序根据电阻值发生两次突变的时间间隔ΔT与提前设置好的初始条件计算得出液渣层厚度值，经验证，该装置测量准确，效率高，可降低工人的劳动强度，增大安全系数，进而提高铸坯质量。

Description

一种连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置和方法
技术领域
本发明属于炼钢领域，涉及一种连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置和方法。
背景技术
连铸结晶器保护渣是连铸工艺过程必须的关键性材料，对铸坯质量及连铸工艺顺行具有非常重要和不可替代的作用。保护渣在连铸生产过程中主要发挥如下作用：绝热保温；隔绝空气，防止钢水二次氧化；吸附钢水夹杂，净化钢水；在结晶器壁和钢水凝固壳之间形成渣膜，减少拉坯阻力，防止凝固壳与结晶器壁粘连；填充凝固壳与结晶器壁之间的气隙，改善结晶器传热条件。加入到钢水液面上的保护渣由于受到钢水加热而升温，继而熔化，再发生分层，从上到下依次是粉渣层、烧结层和液渣层。液渣层的正常厚度为6～15mm，，液渣层太薄，结晶器壁与凝固坯壳之间的渣膜达不到要求，易导致凝固壳与结晶器壁粘连，严重者发生粘结漏钢；液渣层太厚，沿结晶器周边形成的渣圈，会使弯月面液渣流入坯壳与铜壁之间的通道堵死，使液渣不能顺利流入，不能形成均匀渣膜，导致凝固壳厚度不均匀，在应力作用下产生裂纹，严重者发生裂纹漏钢。烧结层的正常厚度为5～10mm，太厚或太薄会影响液渣层厚度。粉渣层正常厚度为5～10mm，粉渣层太薄，起不到保温作用，粉渣层太厚，形成渣条增多，严重时引起夹渣漏钢。因此，在连铸过程中控制合理的渣层结构，特别是不断地形成具有一定厚度和性能稳定且熔化均匀的液渣层是非常重要的。
目前在生产中测定液渣层厚度的方法有单丝法和双丝法。单丝法将一根铁丝插入结晶器钢水中，保持平稳，几秒钟后取出，观察铁丝表面颜色变化和粘渣情况，确定液渣层厚度。双丝法把一根钢丝和铜丝(或铝丝)绑在一起，插入结晶器液渣层中，由于液渣温度高于铜(或铝)熔点而低于钢熔点，所以铜丝或铝丝熔化，而钢丝未熔，量出铜丝或铝丝熔化的长度即为液渣层厚度。这两种检测方法不仅增加了工人的劳动强度，而且由于检测时人手的抖动、结晶器振动、钢水液面波动等原因，导致测量不准确，误差较大，影响浇钢工对结晶器渣况的正确判断，造成漏钢事故的发生，影响浇钢生产的顺行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置和方法，解决单丝法和双丝法测量不准确，误差较大的问题，降低浇钢工人的劳动强度，提高测量的准确率和效率。
一种连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置，包括两根电导电极，一套升降装置以及一套数据采集和记录装置。其中，数据采集和记录装置包括一台计算机和一个模数转换设备：升降装置由1步进电机，2钢质悬臂，3固定臂夹紧装置，4活动臂夹紧装置，5电导电极，6支撑架，7丝杠组成。两条钢质悬臂2焊接在支撑架6上，两根电导电极5经固定臂夹紧装置3和活动臂夹紧装置4分别固定在两条钢质悬臂2的端部，即分别为固定臂电导电极和活动臂电导电极；步进电机带动丝杠，丝杠再带动活动臂电导电极做升降运动。
如上所述连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置，其特征是测量方法步骤如下：
步骤1，在升降装置的固定臂与活动臂上分别竖直装上两根相同的电导电极，将电源15、模数转换设备8、计算机9、可变电阻10以及固定在支撑架6的悬臂2上的电导电极5按照图2中电路进行连接；电极材料的电阻可以忽略。
步骤2，将固定臂电导电极插入钢液中，活动臂电导电极悬于渣层上方。通过设定电机转速v，使活动臂电导电极以一固定速度垂直渣层向下运动，并通过一台计算机实时读取并记录两电导电极之间渣层的电阻值R。
步骤3，当计算机读取并记录的电阻R值发生大幅度下降时，记录该时刻t1，此时活动臂电导电极所处的位置就是未熔保护渣层11和熔融的液渣层12之间的交接点处；继续使活动臂电导电极以上述的固定速度垂直于渣层向下运动，并在计算机读取的电阻值R再次发生下降时，(两次记录的电阻值差一个数量级)，记录该时刻t2，而此时活动臂电导电极就位于液渣层12和钢液13的临界点；当活动臂电导电极完全插入钢液后，计算机自动读取并给出电阻值两次发生突变的时间间隔Δt(Δt＝t2-t1)，最后经过计算给出液渣层厚度δ＝vpΔt。(p为丝杠螺距)。
所述的电导电极材料均为MoSi2棒。所述的支撑架和悬臂由钢材制成，固定臂夹紧装置3和活动臂夹紧装置4均由绝缘木制成，具有紧固与绝缘功能，可使两根电导电极5相互平行且保持竖直状态，又使电导电极5与钢质悬臂2绝缘。
本发明中，只需将装置的初始位置和条件调整设置好，其他数据读取和处理结果则自动由计算机给出。测量过程中，计算机每隔1s读取一次电导电极所测定的电阻信号，并设计程序确定突变点，当本组实验完成时，程序根据电阻值发生两次突变的时间间隔Δt与提前设置好的初始条件计算得出液渣层厚度值，经验证，该装置测量准确，效率高，可降低工人的劳动强度，增大安全系数，进而提高铸坯质量。
该测量方法和装置能自动进行测量，不仅降低了浇钢工人的劳动强度，而且排除了人为于扰因素，大大提高了测量的准确率和效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本发明连铸结晶器保护渣液渣层厚度测量装置的结构示意图。
图2为本发明连铸结晶器保护渣液渣层厚度测量方法示意图。
图3为本发明实施过程中，电导电极所测定的电阻R值和测定时间t的曲线关系示意图。
图中：1步进电机，2钢质悬臂，3固定臂夹紧装置，4活动臂夹紧装置，5电导电极，6支撑架，7丝杠，8模数转换设备，9计算机，10可变电阻，11未熔保护渣层，12熔融的液渣层，13钢水，14结晶器，15电源。
具体实施方式
在连铸生产过程中，结晶器14内与钢水13最接近的保护渣熔化为液渣，形成熔融的液渣层12，液渣层12以上为未熔保护渣层11；研究表明，未熔保护渣层11熔化不完全，电离出的离子数少，电阻大，通常能达到几百甚至几兆欧姆，液渣层12完全熔化，几乎完全电离，电阻很小，通常为几欧姆到几十欧姆，而钢液13一般被视为导体，电阻为零点几欧姆；由于渣层之间以及渣与钢水之间的电阻不同，因此可以选用电阻率非常小的电导电极材料来测量液渣层的厚度。
本发明的具体实施步骤是：
如图1所示，为实施本发明的装置的结构示意图。此装置为一套升降装置，包括步进电机1、支撑架6以及焊接在支撑架6上的两条钢质悬臂2(一条固定臂，一条活动臂)；在进行测量前，先将两根电导电极5经夹紧装置3和4分别固定在两条钢质悬臂2的端部，即分别为固定臂电导电极和活动臂电导电极；夹紧装置3和4均由绝缘木制成，具有紧固与绝缘功能，可使两根电导电极5相互平行且保持竖直状态，又使电导电极5与钢质悬臂2绝缘。两根电导电极材料均为长500mm，直径4mm的MoSi2棒。
图2为本发明的测量方法示意图。首先，将电源15、模数转换设备8、计算机9、可变电阻10以及固定在支撑架6的悬臂2上的电导电极5按照图中电路进行连接；连接好之后，再将固定臂电导电极插入钢液中，活动臂电导电极悬于渣层上方，通过设定电机转速v，使活动臂电导电极以一固定速度垂直渣层向下运动，并通过一台计算机实时读取并记录两电导电极之间渣层的电阻值R；当计算机读取并记录的电阻R值发生大幅度下降时，记录该时刻t1，此时活动臂电导电极所处的位置就是未熔保护渣层11和熔融的液渣层12之间的交接点处；继续使活动臂电导电极以上述的固定速度垂直于渣层向下运动，并在计算机读取的电阻值R再次发生下降时，(两次记录的电阻值差一个数量级)，记录该时刻t2，而此时活动臂电导电极就位于液渣层12和钢液13的临界点；当活动臂电导电极完全插入钢液后，计算机自动读取并给出电阻值两次发生突变的时间间隔Δt(Δt＝t2-t1)，最后经过计算给出液渣层厚度δ＝vpΔt。(p为丝杠7螺距)
图3给出了本发明实施过程中，电导电极5所测定的电阻值R和测定时间t的曲线关系示意图。当活动臂电导电极到达未熔保护渣层11时，由于未熔保护渣层11熔化不完全，电离出的离子数少，电阻大，测得的电阻值大约为R1；活动臂电导电极继续垂直于渣层向下运动，当其到达未熔保护渣层11和熔融的液渣层12之间的交接点处时，液渣层12完全熔化，几乎完全电离，电阻很小，电阻骤降为R2，记录该时刻为t1；活动臂电导电极继续向下运动，当其位于液渣层12和钢液13的临界点时，而钢液13一般被视为导体，电阻非常小，因此电阻继续下降，降为R3，记录该时刻为t2；当活动臂电导电极完全插入钢液后，计算机自动读取并给出电阻值两次发生突变的时间间隔Δt(Δt＝t2-t1)，最后经过计算给出液渣层厚度δ＝vpΔt。(p为丝杠7螺距)
本发明中，只需将装置的初始位置和条件调整设置好，其他数据读取和处理结果则自动由计算机给出。经验证，该装置测量准确，效率高，可降低工人的劳动强度，增大安全系数，进而提高铸坯质量。

Claims (3)

1.一种连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置，其特征包括两根电导电极，一套升降装置以及一套数据采集和记录装置；其中数据采集和记录装置包括一台计算机和一个模数转换设备：升降装置由步进电机(1)、钢质悬臂(2)、固定臂夹紧装置(3)、活动臂夹紧装置(4)、电导电极(5)、支撑架(6)、丝杠(7)组成；两条钢质悬臂(2)焊接在支撑架(6)上，两根电导电极(5)经固定臂夹紧装置(3)和活动臂夹紧装置(4)分别固定在两条钢质悬臂(2)的端部，即分别为固定臂电导电极和活动臂电导电极；步进电机带动丝杠，丝杠再带动活动臂电导电极做升降运动。
2.如权利要求1所述一种连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置，其特征是所述的电导电极材料均为MoSi2棒；所述的支撑架和悬臂由钢材制成，固定臂夹紧装置(3)和活动臂夹紧装置(4)均由绝缘木制成，具有紧固与绝缘功能，能使两根电导电极(5)相互平行且保持竖直状态，又使电导电极(5)与钢质悬臂(2)绝缘。
3.如权利要求1所述连铸结晶器保护渣液渣层厚度的测量装置，其特征是测量方法步骤如下：
1)、在升降装置的固定臂与活动臂上分别竖直装上两根相同的电导电极，连接电源(15)、模数转换设备(8)、计算机(9)、可变电阻(10)以及固定在支撑架(6)的悬臂(2)上的电导电极(5)；忽略电极材料的电阻；
2)、将固定臂电导电极插入钢液中，活动臂电导电极悬于渣层上方；通过设定电机转速v，使活动臂电导电极以一固定速度垂直渣层向下运动，并通过一台计算机实时读取并记录两电导电极之间渣层的电阻值R；
3)、当计算机读取并记录的电阻R值发生大幅度下降时，记录该时刻t1，此时活动臂电导电极所处的位置就是未熔保护渣层(11)和熔融的液渣层(12)之间的交接点处；继续使活动臂电导电极以上述的固定速度垂直于渣层向下运动，并在计算机读取的电阻值R再次发生下降时，两次记录的电阻值差一个数量级，记录该时刻t2，而此时活动臂电导电极就位于液渣层(12)和钢液(13)的临界点；当活动臂电导电极完全插入钢液后，计算机自动读取并给出电阻值两次发生突变的时间间隔Δt，Δt＝t2-t1，最后经过计算给出液渣层厚度δ＝vpΔt；p为丝杠螺距。
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