CN106984785A - 一种用3d摄像或照相来监测结晶器内液面波动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用3D摄像或照相来监测结晶器内液面波动的方法。该方法是采用面域的测距方法，即选取结晶器液面的面域内的距离，这个距离不是一个点的距离，而是将选取面域内分割为N个单元，每个单元都有对应的距离数据，构成面域距离的是一个数据组，该数据组可以随时间连续记录。该数据组可以得到两组数据：液面被分割的各单元的波动幅度数据；液面被分割的各单元的波动速率数据。这两组数据对于研究结晶器的流场至关重要，它能直接反应结晶器内部的钢液流动的情况，是否有卷渣现象或是否有卷渣趋势有着直观的判断，对于稳定和提高铸坯质量有着重要意义。

Description

一种用3D摄像或照相来监测结晶器内液面波动的方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，具体涉及一种用3D摄像或照相来监测结晶器内液面波动的方法。
背景技术
炼钢连铸过程中，连铸结晶器内钢水的流动与铸坯的洁净度、表面缺陷和内在缺陷起着决定性的作用，而钢液面的波动直接反映了钢水的流动，并直接影响着表面卷渣。因此掌握结晶器内钢水表面的波动规律，对提高生产质量有着实际重要的意义。
由于结晶器内钢水的温度极高，目前直接获得液面波动数据的方法有：放射同位素法、涡流法、插钉法。以上方法测量液面波动最大的缺点是测量液面的一个点，而不是整个结晶器液面情况，因为液面的波动是由于钢水内部的流动造成，液面的波动是高低不平的，不是整个液面的高低。
如何能找到一个测量结晶器整个液面的波动全面数据的方法，或者是直接观测到结晶器液面的波动画面，从而能了解结晶器内部钢水的流动情况，对于根本解决结晶器卷渣提供最直接的数据参考，这是检测领域的技术人员都在积极探索和研究的目标。
发明内容
本发明的目的在于提出的一种用3D摄像或照相来监测结晶器内液面波动的方法，从而能使结晶器流场研究人员得到直接的液面波动实时数据和实时画面。
本发明提出的用3D摄像或照相来监测结晶器内液面波动的方法，是采用3D激光摄像机或3D激光照相机对结晶器液面进行面域扫描的方法，实时对结晶器液面进行扫描测量，3D激光摄像机或3D激光摄像机直接连接计算机，扫描得出的实时液面数据组直接输入至计算机内，由计算机直接显示为画面，计算机同时也可以进行数据组处理和记录，数据组中的每个数据是对应所选结晶器液面2的均匀的分割单元，分割单元越小，数据组规模越大，越能反映液面波动的细节。测量得到的数据组是结晶器液面面域的实时波动真实数据，同时也是以时间为横坐标的数据阵列，因此研究结晶器流场的技术人员得到的数据可以是画面的波动幅度数值，也是检测区域内各点的波动速率数值。这将给结晶器流场研究人员提供极大的帮助，为连铸铸坯生产质量的提高奠定了基础。具体步骤如下：
（1）在结晶器内选取需要测定的某一位置结晶器液面的面域，由3D激光摄像机或3D激光照相机对准所要扫描的结晶器液面的面域，并与计算机以串行的协议通讯连接；开始生产时，启动3D激光摄像机或3D激光照相机开始扫描，扫描完该结晶器液面一遍为一帧图像，同时记录为一个数据组;该数据组记录了在当时时刻下，某一位置结晶器液面的面域与3D激光摄像机或3D激光照相机之间的距离值；
（2）重复步骤（1），用计算机可记录下整个生产过程的所有结晶器的面域与3D激光摄像机或3D激光照相机之间的距离值，得到整个结晶器液面所有的波动数据组；
（3）当步骤（2）完成后，所有的波动数据组记录完成后，研究人员在计算机中对波动数据组进行处理；采用3D激光摄像机或3D激光照相机得到液面波动的幅度数值，以采用3D激光摄像机或3D激光照相机得到液面波动的幅度数值为纵坐标，以测量的时间为横坐标，得到液面波动的速率数值，由计算机建立动态的液面实时曲线；
（4）根据步骤（3）得到的液面波动的幅度数值和速率数值，就可以正确地对连铸的拉速、二冷配水、浸入式水口位置进行调整；
（4.1）将装有3D激光摄像机或3D激光照相机的支架固定在连铸结晶器上方，将3D激光摄像机或3D激光照相机镜头调整对准所有结晶器液面区域；3D激光摄像机或3D激光照相机采用通讯的方式连接计算机，计算机屏幕可显示检测的结晶器液面区域，在计算机中调整好激光测距的基准位置。根据所要检测的波动值精度的需要，在计算机中设置好区域的分辨率，分辨率设置的越高，则测量区域分割的单位面积越小，计算机中的数据组就越大；反之分辨率降低，数据组规模减小；
（4.2）开始生产时启动检测系统，3D激光摄像机或3D激光照相机以一定的速度扫描，同时将扫描得到结晶器液面区域的数据送入计算机中，扫描完整个检测结晶器液面，计算机生成一个数据组，该数据组就是检测液面与基准值的偏差，其中：基准值是指结晶器液面最理想的高度及波动值，由人工给出的理论值，数据组中的每个幅度数值也就是液面每个分割单位面积的波动值；同时可以在计算机屏幕上直接观测实时的液面波动；
（4.3）将数据组记录下来，由流场研究人员将数据再进行处理，将每个点的波动幅值和波动速率数据计算出来，进而对结晶器内的流场进行分析，再优化。
本发明的有益效果在于：
通过有效测量结晶器整个液面波动而取得的数据，能间接地反映出结晶器内钢流的流动情况，从而为优化结晶器的流场提供直接数据。结晶器内的钢水流场会直接影响钢坯的夹渣物含量。一个不好的结晶器流场会带来卷渣，或温度分布不均而造成质量下降。因为钢水的温度过高，钢水的内部流动情况都是不可知的，只能用粘度和运动粘度相近的水来模拟。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
图2为分割单元图示。
图3为本发明的工艺流程图。
图中标号：1为3D激光摄像机或3D激光照相机，2为结晶器液面，3为计算机，4为数据组，5为幅度数值，6为速率数值，7为分割单元。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
实施例1：
1.将3D激光摄像机或3D激光照相机１放置在结晶器液面２上端，摄像头范围覆盖结晶器液面２一定区域，该区域的测量波动数据能判断结晶器内部流场，以此作为确定区域范围的依据。（3D激光摄像机或3D激光照相机的原理是测量的距离数据矩阵而形成的灰度图像的）。
2.3D激光摄像机或3D激光照相机信号１接至计算机３，由计算机３接收距离信号，该信号实际是由矩阵数据形成的数据组４，每帧数据反映的是当时刻的液面实际数据。由计算机３确定每帧数据的间隔时间。
某T时刻取样的一帧数据组如下：（单位：mm）
某T+1时刻取样的一帧数据组如下：（单位：mm）
（数据组中空白部分是结晶器塞棒的位置。）
因此可以得出如下偏差矩阵：
由数据组４就可以直接得出该时刻下的液面波动幅度。
3.如果每帧数据的间隔足够小，就可以按时间得出结晶器液面２选定区域的液面波动速率。
取样的间隔时间为0.25s，则该例中，结晶器中间区域的液面有波动，波动速率为（101-98）mm/0.25s=12mm/s
4. 以上取得的直接数据提供给流场分析人员，根据区域内的波动速率，可以间接判断出结晶器内部钢水的流动情况。

Claims (1)

1.一种用3D摄像或照相来监测结晶器内液面波动的方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）在结晶器内选取需要测定的某一位置结晶器液面的面域，由3D激光摄像机或3D激光照相机对准所要扫描的结晶器液面的面域，并与计算机以串行的协议通讯连接；开始生产时，启动3D激光摄像机或3D激光照相机开始扫描，扫描完该结晶器液面一遍为一帧图像，同时记录为一个数据组;该数据组记录了在当时时刻下，某一位置结晶器液面的面域与3D激光摄像机或3D激光照相机之间的距离值；
（2）重复步骤（1），用计算机可记录下整个生产过程的所有结晶器的面域与3D激光摄像机或3D激光照相机之间的距离值，得到整个结晶器液面所有的波动数据组；
（3）当步骤（2）完成后，所有的波动数据组记录完成后，研究人员在计算机中对波动数据组进行处理；采用3D激光摄像机或3D激光照相机得到液面波动的幅度数值，以采用3D激光摄像机或3D激光照相机得到液面波动的幅度数值为纵坐标，以测量的时间为横坐标，得到液面波动的速率数值，由计算机建立动态的液面实时曲线；
（4）根据步骤（3）得到的液面波动的幅度数值和速率数值，就可以正确地对连铸的拉速、二冷配水、浸入式水口位置进行调整；
（4.1）将装有3D激光摄像机或3D激光照相机的支架固定在连铸结晶器上方，将3D激光摄像机或3D激光照相机镜头调整对准所有结晶器液面区域；3D激光摄像机或3D激光照相机采用通讯的方式连接计算机，计算机屏幕可显示检测的结晶器液面区域，在计算机中调整好激光测距的基准位置；根据所要检测的波动值精度的需要，在计算机中设置好区域的分辨率，分辨率设置的越高，则测量区域分割的单位面积越小，计算机中的数据组就越大；反之分辨率降低，数据组规模减小；
（4.2）开始生产时启动检测系统，3D激光摄像机或3D激光照相机以一定的速度扫描，同时将扫描得到结晶器液面区域的数据送入计算机中，扫描完整个检测结晶器液面，计算机生成一个数据组，该数据组与上一个数据组的偏差，可进一步生成数据偏差矩阵，数据矩阵的每个幅度数值也就是液面每个分割单位面积的波动值；同时可以在计算机屏幕上直接观测实时的液面波动；
（4.3）将数据矩阵记录下来，由流场研究人员将数据再进行处理，将每个点的波动幅值和波动速率数据计算出来，进而对结晶器内的流场进行分析，再优化。
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