CN101905302B - 连铸钢包下渣检测方法和检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连铸钢包下渣检测方法，包括以下步骤：设置于与长水口相连的操作臂上的加速度传感器和位移传感器分别采集由所述长水口传导至所述操作臂的振动加速度信号和位移偏摆信号；对所述振动加速度信号和所述位移偏摆信号分别进行预处理和特征识别，根据特征识别结果生成下渣控制信号；根据所述下渣控制信号执行相应的控制操作。本发明还提供了一种实现上述检测方法的下渣检测系统，该系统包括：信号采集装置、信号处理装置和控制输出装置。本发明避免了因仅仅依靠振动幅值大小判断下渣而带来的误判和漏判，提高了系统下渣检测的准确性。

Description

连铸钢包下渣检测方法和检测系统

技术领域

本发明涉及连铸领域，尤其涉及一种连铸钢包下渣检测方法和检测系统。

背景技术

在连铸生产过程中，钢水从大包流入中间包，再经中间包出水口进入结晶器，冷却后凝固成各种截面的铸坯。渣层对大包及中间包钢水有保温防氧化作用，然而当中间包渣层过厚则会导致钢水污染，增加中间包耐火材料侵蚀并增加中间包残余渣层厚度。因此，控制大包中的钢渣量对提高铸坯质量、增加连铸批次有着非常重要的意义。

目前，已有多种用于检测大包下渣量的检测方法，如振动检测、红外技术、电磁感应、钢包称重、超声波等。

基于红外技术的钢渣检测系统，其利用钢水和钢渣在红外线波长范围内释放的辐射密度来区别钢水和钢渣。由于检测中钢流不能被遮挡，如果用于大包到中间包的下渣检测，则必须除去长水口，而这样就会引起钢水的二次氧化，目前一般不用于大包的下渣检测，主要应用于转炉出钢口到钢包的下渣检测。

电磁感应式下渣检测系统，其利用钢水与钢渣的磁导率不同来进行检测，国外已有多家炼钢厂采用该系统，并获得较好的冶金效果和经济效益。但由于这类系统要对大包进行改造，在大包底部埋入线圈，改造费用昂贵；而且由于工作环境较高，线圈很容易损坏，平均每个月就要对所用大包底部的线圈、传感器进行更换，维护成本高。

钢包称重自动检测方法依据钢水浇铸后期钢包与钢水的总重量随时间的变化率基本恒定，由于钢渣的比重只有钢水的1/3，一旦有钢渣出现，单位时间内的总重量随时间的变化率将明显减小。该方法由于受称量精度等实际条件的制约，检测准确性很低，目前只作为一种辅助检测手段。

超声波检测法利用大包注流中有钢渣和无钢渣时超声波发出信号和反射信号之间的差别来实现对钢渣的检测。由于超声波探头的工作环境温度高达1500度左右，工作环境比较恶劣，目前还没有进入实用阶段。

振动检测方法最初实践来源于钢水浇铸现场。在连铸过程中，经验丰富的操作工可以根据浇铸末期大包长水口操作臂振动的变化而大致判断出由大包进入中间包的钢渣量。大量的现场经验也证明了大包操作臂的振动与长水口内流动的钢水中含渣量是密切相关。振动检测法的原理在于：钢渣和钢水的比重相差较大，且其流动性也不一样，在涡流流经钢包长水口时，两者对长水口的冲刷作用有较大的差别，因此会引起钢包长水口的振动特性变化，通过检测钢包长水口的振动特性在时域或频域上的差异来检测长水口内钢水的流动状态，从而间接检测大包下渣。在采用振动检测法时，传感器可以直接安装在夹持长水口的操作臂或其它振动敏感位置点，传感器的安装简单，振动信号获取容易，投资少，维护成本低。

在现有的对钢包的下渣进行检测的振动检测系统中，通常采用单一的传感器来采集长水口处的振动信号，通过分析长水口的振动幅值的大小来判断钢包的下渣情况，但是，由于在连铸浇注过程中，长水口的振动情况比较复杂，仅仅依靠振动幅值大小来判断下渣容易造成误判和漏判，从而导致系统下渣检测的不准确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种下渣检测准确性高的连铸钢包下渣检测系统和检测方法。

根据本发明的一方面，提供了一种连铸钢包下渣检测方法，包括以下步骤：设置于与长水口相连的操作臂上的加速度传感器和位移传感器分别采集由长水口传导至操作臂的振动加速度信号和位移偏摆信号；对振动加速度信号和位移偏摆信号分别进行预处理和特征识别，根据特征识别结果生成下渣控制信号；以及，根据下渣控制信号执行相应的控制操作。

进一步地，预处理和特征识别步骤具体包括：对振动加速度信号和位移偏摆信号分别进行放大、滤波、采样和A/D转换处理后生成采样信号，对采样信号进行小波包分析获得加速度特征矢量和位移特征矢量，当所获得的加速度特征矢量和位移特征矢量均与预存的表征下渣状态的特征矢量相符时，生成下渣控制信号。

进一步地，加速度传感器和位移传感器各自包括三个信号通道，用于同时采集水平X、水平Y和竖直Z方向的振动加速度信号和位移偏摆信号。

进一步地，结合以下至少一种现场信号参数进行特征识别：开浇信号、钢包重量信号、滑板动作信号和转包信号。

进一步地，控制操作为发出声光报警信号并自动关闭滑板。

根据本发明的另一方面，提供了一种连铸钢包下渣检测系统，包括：信号采集装置，包括加速度传感器和位移传感器，加速度传感器和位移传感器均设置于与长水口相连的操作臂上；信号处理装置，包括信号调理器、信号采集卡和工控机，加速度传感器和位移传感器连接至信号调理器的输入端，信号调理器的输出端连接至信号采集卡的输入端，信号采集卡的输出端连接至工控机；控制输出装置，包括报警单元，报警单元连接至工控机。

进一步地，加速度传感器和位移传感器均包括三个信号通道，用于同时采集水平X、水平Y和竖直Z方向的振动信号。

进一步地，信号处理装置还包括信号输入输出控制卡，输入输出控制卡与操作箱和工控机相连，用于采集数字量信号，并将所述数字量信号输出至工控机。

进一步地，数字量信号至少包括以下一种：滑板动作信号、中包到位信号和转包信号。

进一步地，控制输出装置还包括用于控制滑板动作的滑板控制单元，滑板控制单元与工控机相连。

进一步地，控制输出装置还包括显示单元，显示单元与工控机相连。

本发明具有以下有益效果：

1.采用双传感器分别采集长水口处的加速度振动信号和位移偏摆信号，这样可以更加有效、更加全面地获得长水口处的振动信息，可以从多方面对下渣状态进行综合判断，从而避免了因仅仅依靠振动幅值大小判断下渣而带来的误判和漏判，提高了系统下渣检测的准确性。

2.所用的传感器具有多个通道，可以检测多个方向的振动信息，提高了系统下渣检测的准确性。

3.本发明在下渣特征的识别上，还结合了开浇信号、钢包重量信号、滑板动作信号和转包信号等现场浇注信息，提高了系统下渣检测的准确性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明优选实施例的下渣检测系统结构示意图；以及

图2示出了本发明优选实施例的下渣检测流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图1示出了根据本发明的钢包下渣检测系统的结构示意图。如图1所示，该钢包下渣检测系统主要包括信号采集装置200、信号处理装置300和控制输出装置400。其中，信号采集装置200包括加速度传感器202和位移传感器204；信号处理装置300包括信号调理器302、信号采集卡304、信号输入输出控制卡306和工控机308；控制输出装置400，包括报警单元402、滑板控制单元404和显示单元406。此外，钢包下渣检测系统还包括接线箱500、开关盒(未示出)等附属设备。

加速度传感器202和位移传感器204通过信号线依次与信号调理器302、信号采集卡304和工控机308相连接。

信号处理装置300中的信号输入输出控制卡306与浇注的操作箱600连接，用于从操作箱600中获取数字量信号，如：滑板动作信号、中包到位信号、转包信号等，并结合开浇信号和钢包重量信号区分浇注前期、中期和末期。其中，开浇信号和钢包重量信号是通过钢厂的PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)提供的，由信号采集卡304采集并送入工控机308。在检测系统中引入上述现场浇注参数可以更加准确地判断下渣状态，提高系统的检测准确性。

报警单元402可以选用任何声光报警装置，从工控机308接收报警信号，启动声光报警。当工控机308将下渣信号输出至滑板控制单元404时，滑板控制单元404可自动关闭滑板。显示单元406可选用普通显示装置，工控机308可将下渣信息输出至显示单元406，通过显示单元406操作人员可以实时监控下渣状况。

在连铸过程中，钢液从大包101经长水口102流入中间包103，长水口102插入中间包103内，钢厂操作臂104与长水口102相连，用于支持固定长水口102，操作臂104上安装有双传感器202和204，其中传感器202为振动加速度传感器，传感器204为位移传感器。当钢液经长水口102流入中间包103时，会引起长水口102的振动，该振动可通过操作臂104传导至传感器202和204。因钢渣的比重比钢液轻，且钢渣的粘度较大，当钢液流经长水口102时，钢液对长水口102的冲击振动强烈，且引起长水口102的偏摆较大，而当钢渣进入长水口102时，冲击振动较弱，且引起长水口102的偏摆较小，所以该系统采用双传感器进行检测。传感器202用来采集长水口102处的振动加速度信息，传感器204用来采集长水口102处的位移偏摆信号。传感器202和传感器204均有三个通道，可在水平x方向、水平y方向和竖直z方向进行多方向检测。

当系统通过信号采集卡304检测到开浇信号后，系统根据所接收到的钢包称重信息投入检测，由传感器202和传感器204采集长水口102处的振动加速度信号和位移偏摆信号，并将两者输入到信号调理器302、信号采集卡304等设备后进行信号的放大、滤波、采样和A/D转化等预处理过程，完成之后进入工控机308进行实时在线分析和处理，经算法判断识别后，对钢液和钢渣的两种状态进行监控，一旦检测到下渣，系统发出声光报警信号，自动或操作工人手动关闭滑板，结束整个检测过程。

图2示出了优选实施例的下渣检测流程图，如图2所示，整个检测流程包括以下步骤：

S202，加速度传感器和位移传感器分别采集由长水口传导至操作臂的振动加速度信号和位移偏摆信号。

S204，对所采集的振动加速度信号和所述位移偏摆信号分别进行放大、滤波、采样和A/D转换处理后生成采样信号。

S206，将所生成的采样信号输入工控机，进行小波包分析获得采样信号的加速度特征矢量和位移特征矢量。当然，在本实施例中，对所输入的采样信号还可以采用其它分析方法，例如，振动信号能量分析和振动波形对比分析。

S208，将所获得的加速度特征矢量和位移特征矢量与预存的表征下渣状态的特征矢量比较，当所获得的加速度特征矢量和位移特征矢量均与预存的表征下渣状态的特征矢量相符时，执行步骤S210；否则，重复执行步骤S206，即继续对新输入的采样信号进行特征识别。

S210，发出声光报警信号并自动关闭滑板。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种连铸钢包下渣检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置于与长水口相连的操作臂上的加速度传感器和位移传感器分别采集由所述长水口传导至所述操作臂的振动加速度信号和位移偏摆信号；

对所述振动加速度信号和所述位移偏摆信号分别进行预处理和特征识别，根据特征识别结果生成下渣控制信号；以及

根据所述下渣控制信号执行相应的控制操作；

其中，所述加速度传感器和所述位移传感器各自包括三个信号通道，用于同时采集水平X、水平Y和竖直Z方向的振动加速度信号和位移偏摆信号。

2.根据权利要求1所述的下渣检测方法，其特征在于，所述预处理和特征识别步骤具体包括：

对所述振动加速度信号和所述位移偏摆信号分别进行放大、滤波、采样和A/D转换处理后生成采样信号，对所述采样信号进行小波包分析获得加速度特征矢量和位移特征矢量，当所获得的加速度特征矢量和位移特征矢量均与预存的表征下渣状态的特征矢量相符时，生成所述下渣控制信号。

3.根据权利要求1所述的下渣检测方法，其特征在于，结合以下至少一种现场信号参数进行所述特征识别：开浇信号、钢包重量信号、滑板动作信号、转包信号。

4.根据权利要求1所述的下渣检测方法，其特征在于，所述控制操作为发出声光报警信号并自动关闭滑板。

5.一种连铸钢包下渣检测系统，其特征在于，包括：

信号采集装置(200)，包括加速度传感器(202)和位移传感器(204)，所述加速度传感器(202)和位移传感器(204)均设置于与长水口(102)相连的操作臂(104)上；

信号处理装置(300)，包括信号调理器(302)、信号采集卡(304)和工控机(308)，所述加速度传感器(202)和位移传感器(204)连接至所述信号调理器(302)的输入端，所述信号调理器(302)的输出端连接至所述信号采集卡(304)的输入端，所述信号采集卡(304)的输出端连接至所述工控机(308)；

控制输出装置(400)，包括报警单元(402)，所述报警单元(402)连接至所述工控机(308)；

其中，所述加速度传感器(202)和位移传感器(204)均包括三个信号通道，用于同时采集水平X、水平Y和竖直Z方向的振动信号。

6.根据权利要求5所述的下渣检测系统，其特征在于，所述信号处理装置(300)还包括：信号输入输出控制卡(306)，所述信号输入输出控制卡(306)连接至操作箱(600)，用于采集数字量信号，并将所述数字量信号输出至工控机(308)。

7.根据权利要求6所述的下渣检测系统，其特征在于，所述数字量信号至少包括以下一种：

滑板动作信号、中包到位信号和转包信号。

8.根据权利要求5所述的下渣检测系统，其特征在于，所述控制输出装置(400)还包括用于控制滑板动作的滑板控制单元(404)，所述滑板控制单元(404)与所述工控机(308)相连。

9.根据权利要求5所述的下渣检测系统，其特征在于，所述控制输出装置(400)还包括显示单元(406)，所述显示单元(406)与所述工控机(308)相连。

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