CN104841897B - 保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量方法及装置，该测量装置包括：三脚架组件、金属杆、多根金属丝、三脚架固定装置、水平定位装置和旋转金属螺杆；水平定位装置包括水平定位金属薄板和至少1个标尺，三脚架组件包括三脚架和三脚架固定板，三脚架固定装置包括垂直升降调节螺旋杆和旋转头，垂直升降调节螺旋杆与三脚架固定板螺纹连接；旋转金属螺杆水平地固定在垂直升降调节螺旋杆上，多根金属丝沿旋转金属螺杆方向每隔一段距离通过螺纹固定在旋转金属螺杆上；水平定位金属薄板固定在旋转金属螺杆上，标尺每隔一段距离与金属杆呈90度垂直焊接固定。本发明可精确直观的测出熔融层厚度和反映出钢水液面波动情况。

Description

保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种用于连铸生产的辅助测量方法及装置，具体说有关一种测量保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的方法及装置。

背景技术

在连铸浇注过程中，保护渣进入结晶器后在高温钢水的作用下不断融化，会形成三层结构，即熔融层、烧结层、原渣层。现场测量保护渣熔融层厚度一般是采用镀铜铁丝插入法，利用铜和铁熔点的差异，检测保护渣的厚度。在该检测过程中操作人员手持镀铜铁丝，利用目测大致选择离结晶器宽边、窄边1/4处，插入镀铜铁丝然后取出，然后目测大致计算出熔融层厚度。这种方法虽可简易的测出熔渣层厚度，但是这种方法尚存在以下问题：

人为因素影响测量精度：操作人员手的抖动和目测误差，使保护渣厚度测量的位置出现误差。而保护渣熔融层和烧结层在镀铜铁丝上的界限并不清晰，不同操作人员读数差异很大，造成测量结果不够准确可靠；

设备的影响误差：铜丝是否能够保证垂直，结晶器的振动，还有连铸机电磁搅拌的磁力干扰，这都影响了测量精度；

钢水的液面波动影响熔融层厚度的测量：由于在不同工况下，结晶内钢液波动情况不同，单点的熔融层厚度也在不断变化，因此，单个点的数据并不可靠。

在中国专利申请第200610028520.9号中，采用三根熔点不同的金属丝来代替单根铜丝进行测量。测量时手持Y型架将两组或多组由三种不同熔点的金属丝组成的探头插入结晶器液面内并迅速取出，然后根据各不同熔点的丝的长度来计算保护渣各层的厚度。这种方法测量值的读数准确可靠，但每次测量都需在Y型金属架布置三根金属丝，给操作人员带来了不便。而且没有消除操作人员手抖和结晶器振动等因素的负面影响。

中国专利申请第200810011985.2号中，公布了一种由把手、密度板和多根铁丝探针组成的测量保护渣厚度的装置。测量时由操作人员手握把手，将探针插入结晶器液面下并迅速取出，根据各探针的色泽和挂渣情况判断保护渣各层厚度分布，然后取其平均值，即为最终的保护渣熔融层厚度。该方法的数据较为准确，而且不同点熔融层的最大值与最小值之差，可以表征结晶器的液面波动情况。但是该方法由于原渣层和烧结层在铁丝上的界限并不清晰，因此这中方法读数误差通常较大，同时，又因为操作人员手抖和结晶器振动等因素的负面影响，这种方法的测试结果并不十分可靠。

中国专利申请第201110120086.8号中，公布了一种由三脚架、金属杆和测量板组成的保护渣厚度测量装置，测量板由铝板，铜板和钢板三层板组成，并通过金属杆与三角架连接。测量时，将三角架放置在结晶器附近，通过三脚架的垂直升降功能和金属杆的水平伸缩功能将测量板放入钢液中，然后通过测量板上各层金属板的厚度差和铝板上黑色部分的高度来确定保护渣各层的厚度分布情况。该种方法避免了操作人员手抖和结晶器振动的干扰，能够测出一个截面的渣层厚度分布曲线，反映保护渣各层的厚度分布规律。但是该种方法将测量板放入结晶器内，其有可能影响结晶器内的流场分布，影响铸坯质量，另外，测量板的金属消耗量较大，而且测量板插入钢液，给钢水的纯净度带来一定影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量方法及装置，不仅可以避免人为和铸机设备的影响因素，精确直观的测出熔融层厚度，还可应用于带电磁搅拌的结晶器内；根据结晶器内各个不同位置熔融层厚度的分布，还可以反映出钢水液面波动情况，并可判断结晶器内的偏流情况，为浇钢的操作调整提供依据。

根据本发明一方面提供一种保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量装置，包括：放置在结晶器框架上的三脚架组件、金属杆、多根金属丝，其特征在于，还包括三脚架固定装置、水平定位装置和旋转金属螺杆；水平定位装置包括水平定位金属薄板和至少1个标尺，三脚架组件包括三脚架和三脚架固定板，三脚架固定装置包括垂直升降调节螺旋杆和旋转头，垂直升降调节螺旋杆与三脚架固定板螺纹连接，以便相对于三脚架沿竖直方向上下移动；旋转金属螺杆水平地固定在垂直升降调节螺旋杆上，以与三脚架固定在一起，并呈90°夹角，多根金属丝沿旋转金属螺杆方向每隔一段距离通过螺纹固定在旋转金属螺杆上；水平定位金属薄板固定在旋转金属螺杆上，标尺每隔一段距离与金属杆呈90度垂直焊接固定，并可在测量完毕后通过旋转头呈180°旋转。

所述多根金属丝为三根镀铜304奥氏体不锈钢金属丝。

所述水平定位金属薄板上以间隔距离形成有多个半圆形孔，通过螺栓固定安装有不锈钢箍套以与其中一个半圆形孔共同形成圆形套孔，水平定位金属薄板通过相应的套孔套设在旋转金属螺杆上。

所述水平定位金属薄板的宽度与铸坯厚度相等，水平定位金属薄板放置入结晶器内距离结晶器上口的距离为5～6mm；所述半圆形孔的距离设置成位于铸坯厚度方向的1/4，1/2，3/4三个位置处，水平定位金属薄板在其中一个位置处通过不锈钢箍套固定在金属杆上。

所述水平定位金属薄板和旋转金属螺杆是由304奥氏体不锈钢制成。

根据本发明另一方面提供一种保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量方法，采用上述的测量装置实施，包括以下步骤：

将三脚架固定在结晶器框架上；

按要求在旋转金属螺杆上每隔一定距离，通过螺栓固定多根金属丝，并通过调整保持金属丝垂直向下；

将水平定位金属薄板沿结晶器厚度方向放置，并根据保护渣熔融层在厚度方向上测量位置的需要，利用不锈钢金属箍套固定在旋转金属螺杆上；

调节三角架垂直升降和水平伸缩，使所述金属丝插入结晶器液面以下，接触钢液，并稳定5～10秒；

调节三角架垂直上升，将金属丝从结晶器液面拿出，同时利用旋转金属螺杆的旋转把手，将金属丝旋转180度，以利用标尺分别读出各根无镀铜的钢丝长度以确定熔融层厚度；

对于读出各保护渣熔融层厚度的值，利用以下公式得出平均值，即为该浇注状况下的保护渣熔融层厚度值：

其中：为熔融层厚度的平均值，h_n为测量的熔融层厚度的总和，n为不锈钢金属丝的根数。将各测量值，绘制出曲线，即可表征出结晶器内的液面状况；以及

采用本发明的保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量装置，分别测出结晶器两侧的保护渣熔融层厚度，并判断：如两者差值在10mm以上，即可判断为结晶内出现偏流状况。

所述水平定位金属薄板的宽度与铸坯厚度相等，水平定位金属薄板放置入结晶器内距离结晶器上口的距离为5～6mm；所述半圆形孔的距离设置成位于铸坯厚度方向的1/4，1/2，3/4三个位置处，水平定位金属薄板在其中一个位置处通过不锈钢箍套固定在金属杆上。

所述多根金属丝为三根镀铜304奥氏体不锈钢金属丝。

所述水平定位金属薄板为304奥氏体不锈钢金属薄板。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.采用镀铜304奥氏体不锈钢金属丝，根据铜与钢熔点不同，可以更加明显表征，精确测量出保护渣熔融层厚度。

2.采用金属薄板作为水平定位装置，该装置可以将保护渣熔融层测量位置定位于板坯厚度方向1/4，1/2，3/4等典型位置，更好的反映出整个结晶器内的保护渣熔融层厚度分布。

3.金属丝与旋转长杆固定在三脚架上，该三角架操作方便，上下可以升降，水平可以伸缩，不仅可以灵活的调整测量位置，而且可以避免人为手抖带来的测量。

4.在装置中装有标尺，这可以避免人为读数误差，实时精确地读出熔融层的厚度。

5.整个保护渣层熔融层厚度测量装置，水平定位金属薄板、旋转金属螺杆采用的都是304奥氏体不锈钢材质，而测量用的金属丝采用的是304奥氏体不锈钢镀铜丝，因此，该装置可以应用于结晶器电磁搅拌工况下，对涡流液面计的液面检测也不产生干扰。

6.在旋转金属螺杆上，也可根据需要增加，多点布置304奥氏体不锈钢镀铜金属丝，这样可以根据同一时刻不同位置熔融层厚度的差异反映出结晶器液面的波动情况并推导出偏流情况。

综上所述，本发明的保护渣熔融层厚度测量方法与装置简单易行，可精确并简易测出熔融层厚度，并可避免操作中结晶器振动和人为因素带来的误差，多点测量法也保证了熔融层厚度测量值的精确性；该种保护渣测量装置也适用于带电磁搅拌和涡流液面计检测的结晶器；以及利用该种方法，根据熔融层厚度之差可以表征液面波动情况，并判断结晶内是否出现偏流状况。

附图说明

图1是本发明一个实施例的保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量装置的结构示意图。

图2是图1的右视图；

图3是图1实施例的测量装置中的水平定位装置的立体示意图；

图4是测量后的304奥氏体不锈钢镀铜金属丝的示意图。

图中附图标记说明如下：1：三脚架固定装置，1a：旋转头，2：旋转金属螺杆，2a：旋转把手，3：水平定位304奥氏体不锈钢金属薄板，4：标尺，5：304奥氏体不锈钢金属杆，6：镀铜304奥氏体不锈钢金属丝，7：不锈钢箍套，8：镀铜层，9：304奥氏体不锈钢金属丝，10：冷钢，11：三脚架组件，11a：三脚架固定板；11b：三脚架

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。图中相同或相似的构件采用相同的附图标记表示。

如图1和图2所示，本发明一个实施例的一种保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量装置，包括：放置在结晶器(未图示)框架上的三脚架组件11、金属杆5、三根金属丝6，还包括三脚架固定装置、水平定位装置和旋转金属螺杆2；水平定位装置包括水平定位金属薄板3和三个标尺4，三脚架组件包括三脚架11b和三脚架固定板11a，三脚架固定装置1包括垂直升降调节螺旋杆和旋转头1a，调节螺旋杆与三脚架固定板螺纹连接，以便相对于三脚架沿竖直方向上下移动；旋转金属螺杆水平固定在调节螺旋杆上并与调节螺旋杆相垂直，以与三脚架组件11固定在一起，两者呈90°度夹角，旋转金属螺杆2不仅可以180度旋转，而且可以水平伸缩。三根金属丝沿旋转金属螺杆2方向每隔一段距离通过螺纹固定在旋转金属螺杆2上；水平定位金属薄板3通过用螺栓固定其上的不锈钢箍套7(图3中半圆形孔3a和不锈钢箍套7的上半圆形孔所构成的圆孔)固定在旋转金属螺杆2上，3个标尺4每隔一段距离与金属杆5呈90度垂直焊接固定，并在测量完毕后通过旋转头1a呈180°旋转，以方便读出熔融层厚度的测量值。金属丝6为镀铜304奥氏体不锈钢金属丝，在本实施例中布置三根，当然根据需要还可布置其它数量的金属丝。

水平定位金属薄板3(图3)的宽度与铸坯厚度相等，金属薄板3放置入结晶器(未图示)内距离结晶器上口约5～6mm；并可在铸坯厚度方向1/4，1/2，3/4处三个位置过不锈钢箍套7固定在旋转金属螺杆2上。水平定位金属薄板3和旋转金属螺杆2由304奥氏体不锈钢制成。在本实施例中设置3个标尺，根据需要也可以设置其它数量的标尺。

下面结合附图说明采用本发明上述实施例的测量装置实施测量保护渣熔融层厚度分布及液面波动并判断偏流的方法的步骤。

本发明一个实施例的一种保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量方法，包括以下步骤：

将三脚架11固定在结晶器框架(未图示)上，以免结晶器振动的影响；

按要求在旋转金属螺杆2上每隔一定距离，通过螺栓(未图示)固定三根镀铜304奥氏体不锈钢金属丝6，并通过调整保持各金属丝6垂直向下；

将水平定位304奥氏体不锈钢金属薄板3沿结晶器(未图示)厚度方向放置，并根据保护渣熔融层在厚度方向上测量位置的需要，利用不锈钢金属箍套7固定在旋转金属螺杆2上；

通过垂直调节螺旋杆1和三脚架固定板11a调节三角架11b垂直升降和水平伸缩，使镀铜304奥氏体不锈钢金属丝6插入结晶器液面以下以接触钢液，并稳定5～10秒；

调节三角架11b垂直上升，将金属丝6从结晶器液面拿出，同时利用旋转金属螺杆2的旋转把手2a将金属丝6旋转180度，并通过标尺4分别读出各根无镀铜的钢丝长度，以将其判断为熔融层厚度；

对于读出各个保护渣熔融层厚度的值，利用以下公式得出平均值作为该浇注状况下的保护渣熔融层厚度值：

为熔融层厚度的平均值，h_n为测量的熔融层厚度的总和，n为不锈钢金属丝的根数；将各测量值绘制出曲线，以表征出结晶器内的液面状况；

利用本发明上述保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量装置，分别测出结晶器两侧的保护渣熔融层厚度，并判断：两者差值在10mm以上，即可判断为结晶内出现偏流状况。

现结合图1-3，对应相关实例，进一步详细说明本发明的装置和方法。

上述实施例的装置应用在如1000mm×300mm连铸浇注结晶器内，在该应用实例中，水平定位304奥氏体不锈钢金属薄板3厚度大约为0.5～2mm，在金属薄板上共分为75mm、150mm、225mm三处位置(三个半圆形孔3a)，金属薄板3距离三脚架固定装置1的调节螺旋杆的距离为100mm，并通过不锈钢金属箍套7与旋转金属螺杆2固定在一起。测量所用金属丝6采用镀铜304奥氏体不锈钢材质，金属丝每隔100mm距离通过螺栓固定在旋转金属螺杆2上。测量时，先将三脚架11固定在结晶器框架上，以免结晶器振动的影响。将水平定位304奥氏体不锈钢金属薄板3沿结晶器厚度放置，并根据保护渣熔融层在厚度方向上测量位置的需要，利用不锈钢金属套7固定在旋转金属螺杆2上；调节三角架11垂直升降和水平伸缩，使镀铜304奥氏体不锈钢金属丝6插入结晶器液面以下，接触钢液，并稳定5～10秒；调节三角架11垂直上升，将金属丝6从结晶器液面拿出，测量完毕后的镀铜304奥氏体不锈钢金属丝6如图4所示，分为镀铜段8，304奥氏体不锈钢金属丝段9，冷钢段10，其中无镀铜层的304奥氏体不锈钢金属丝段9即为保护渣熔融层厚度。同时，利用旋转金属螺杆的旋转把手1a，将金属丝6旋转180度，利用标尺4准确读出保护渣熔融层的厚度值。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

采用镀铜304奥氏体不锈钢金属丝，根据铜与钢熔点不同，可以更加明显表征，精确测量出保护渣熔融层厚度；

采用金属薄板作为水平定位装置，该装置可以将保护渣熔融层测量位置定位于板坯厚度方向1/4，1/2，3/4等典型位置，更好的反映出整个结晶器内的保护渣熔融层厚度分布；

金属丝与旋转长杆固定在三脚架上，该三角架操作方便，上下可以升降，水平可以伸缩，不仅可以灵活的调整测量位置，而且可以避免人为手抖带来的测量；

在装置中装有标尺，这可以避免人为读数误差，实时精确地读出熔融层的厚度；

整个保护渣层熔融层厚度测量装置，水平定位金属薄板、旋转金属螺杆采用的都是304奥氏体不锈钢材质，而测量用的金属丝采用的是304奥氏体不锈钢镀铜丝，因此，该装置可以应用于结晶器电磁搅拌工况下，对涡流液面计的液面检测也不产生干扰；

在旋转金属螺杆上，也可根据需要增加，多点布置304奥氏体不锈钢镀铜金属丝，这样可以根据同一时刻不同位置熔融层厚度的差异反映出结晶器液面的波动情况并推导出偏流情况。

综上所述，本发明的保护渣熔融层厚度测量方法与装置简单易行，可精确并简易测出熔融层厚度，并可避免操作中结晶器振动和人为因素带来的误差，多点测量法也保证了熔融层厚度测量值的精确性；该种保护渣测量装置也适用于带电磁搅拌和涡流液面计检测的结晶器；以及利用该种方法，根据熔融层厚度之差可以表征液面波动情况，并判断结晶内是否出现偏流状况。

在钢铁实际生产中，准确测出保护渣熔融层厚度，可以反映出保护渣的使用情况，不仅可避免保护渣不佳带来的角裂、纵裂等质量缺陷，而且可以避免粘结性漏钢。按照本发明方法制作的保护渣熔融层测量装置可以方便快捷，精确测量出保护渣熔融层的厚度分布，可广泛地应用于方坯、板坯，带结晶电磁搅拌的不同类型连铸机生产中。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量装置，包括：放置在结晶器框架上的三脚架组件、金属杆、多根镀铜304奥氏体不锈钢金属丝，其特征在于，还包括三脚架固定装置、水平定位装置和旋转金属螺杆；水平定位装置包括水平定位金属薄板和至少1个标尺，三脚架组件包括三脚架和三脚架固定板，三脚架固定装置包括垂直升降调节螺旋杆和旋转头，垂直升降调节螺旋杆与三脚架固定板螺纹连接，以便相对于三脚架沿竖直方向上下移动；旋转金属螺杆水平地固定在垂直升降调节螺旋杆上，以与三脚架固定在一起，并呈90°夹角，多根金属丝沿旋转金属螺杆方向每隔一段距离通过螺纹固定在旋转金属螺杆上；水平定位金属薄板固定在旋转金属螺杆上，标尺每隔一段距离与金属杆呈90度垂直焊接固定，并可在测量完毕后通过旋转头呈180°旋转。

2.根据权利要求1所述的保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量装置，其特征在于，所述多根镀铜304奥氏体不锈钢金属丝为三根镀铜304奥氏体不锈钢金属丝。

3.根据权利要求1所述的保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量装置，其特征在于，所述水平定位金属薄板上以间隔距离形成有多个半圆形孔，通过螺栓固定安装有不锈钢箍套以与其中一个半圆形孔共同形成圆形套孔，水平定位金属薄板通过相应的套孔套设在旋转金属螺杆上。

4.根据权利要求3所述的保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量装置，其特征在于，所述水平定位金属薄板的宽度与铸坯厚度相等，水平定位金属薄板放置入结晶器内距离结晶器上口的距离为5～6mm；所述半圆形孔的距离设置成位于铸坯厚度方向的1/4，1/2，3/4三个位置处，水平定位金属薄板通过不锈钢箍套固定在旋转金属螺杆上。

5.根据权利要求1至4之任一项所述的保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量装置，其特征在于，所述水平定位金属薄板和旋转金属螺杆是由304奥氏体不锈钢制成。

6.一种保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量方法，其特征在于，采用权利要求1至5之任一项所述的测量装置实施，包括以下步骤：

将三脚架固定在结晶器框架上；

按要求在旋转金属螺杆上每隔一定距离，通过螺栓固定多根金属丝，并通过调整保持金属丝垂直向下；

将水平定位金属薄板沿结晶器厚度方向放置，并根据保护渣熔融层在厚度方向上测量位置的需要，利用不锈钢金属箍将水平定位金属薄板套固定在旋转金属螺杆上；

调节三角架垂直升降和水平伸缩，使所述金属丝插入结晶器液面以下，接触钢液，并稳定5～10秒；

调节三角架垂直上升，将金属丝从结晶器液面拿出，同时利用旋转金属螺杆的旋转把手，将金属丝旋转180度，以利用标尺分别读出各根无镀铜的钢丝长度以确定熔融层厚度；

对于读出各保护渣熔融层厚度的值，利用以下公式得出平均值，即为该浇注状况下的保护渣熔融层厚度值：

$\stackrel{\‾}{h}=\frac{h_n}{n}$

其中：为熔融层厚度的平均值，h_n为测量的熔融层厚度的总和，n为不锈钢金属丝的根数，将各测量值，绘制出曲线，即可表征出结晶器内的液面状况；

采用所述的测量装置，分别测出结晶器两侧的保护渣熔融层厚度，并判断：如两者差值在10mm以上，即可判断为结晶内出现偏流状况。

7.根据权利要求6所述的保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量方法，其特征在于，所述水平定位金属薄板上以间隔距离形成有多个半圆形孔，通过螺栓固定安装有不锈钢箍套以与其中一个半圆形孔共同形成圆形套孔，所述水平定位金属薄板的宽度与铸坯厚度相等，水平定位金属薄板放置入结晶器内距离结晶器上口的距离为5～6mm；所述半圆形孔的距离设置成位于铸坯厚度方向的1/4，1/2，3/4三个位置处，水平定位金属薄板通过不锈钢箍套固定在旋转金属螺杆上。

8.根据权利要求6所述的保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量方法，其特征在于，所述多根金属丝为三根镀铜304奥氏体不锈钢金属丝。

9.根据权利要求6或7所述的保护渣熔融层厚度和钢水液面波动的测量方法，其特征在于，所述水平定位金属薄板为304奥氏体不锈钢金属薄板。