CN108020298A - 嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，包括：钢水液位传感器、模拟钢水液面测量装置、曲轴直行程振动装置及控制装置；所述钢水液位传感器，用于对所述模拟钢水液面测量装置与所述曲轴直行程振动装置上的固定传感器平台的位移差进行检测，从而获得实时的钢水液位信号，并将所述实时的钢水液位信号输出至所述控制装置；用于对所述曲轴直行程振动装置的振动频率进行检测，从而获得模拟结晶器实时的振动状态信号，并将所述模拟结晶器实时的振动状态信号输出至所述控制装置。本申请提供的一种嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，实现了嵌入式结晶器钢水液位传感器模拟现场运行的离线动态测试。

Description

嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统

技术领域

本发明涉及结晶器非接触性检测设备技术领域，具体涉及一种嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统。

背景技术

在钢铁企业的板坯连铸生产过程中，结晶器钢水液位检测技术一直是其生产过程控制的核心技术之一，高精度的钢水液位检测直接关系到钢坯表面质量的提升，预防因溢钢造成的重大生产事故的发生，同时也是实现自动化浇铸，提高连铸生产效率，降低工作人员劳动强度的重要技术保障。

目前国内大中型钢厂在板坯生产的结晶器上大多采用进口的嵌入式结晶器钢水液位传感器，但是由于该检测装备的国外引进价格昂贵，以及现场运行环境的恶劣致使成为易耗件而加大生产成本的消耗，始终没有改变国外在该类装备的垄断局面。而国内目前对嵌入式结晶器钢水液位传感系统的自主化研制的关键技术瓶颈在于没有模拟其实际现场运行环境的专业离线测试平台，无法获取堪比现场的实验检测技术指标，也就更无法保证在不影响连续生产条件下自主生产的钢水液位传感系统的一次投运成功。

为了更为安全细致的离线分析研制嵌入式结晶器钢水液位传感器研制过程中的各类技术缺陷，准确定位缺陷位置，进而优化该检测系统的系统设计，提升自主研制的技术性能，并真正完成国产化替代的目标，嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统的自主研制尤为必要。

发明内容

本申请实施例通过提供一种嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，解决了现有技术中没有模拟其实际现场运行环境的专业离线测试平台，无法获取堪比现场的实验检测技术指标的技术问题，实现了嵌入式结晶器钢水液位传感器现场运行的离线动态测试。

本申请实施例提供了一种嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，包括：

钢水液位传感器、模拟钢水液面测量装置、曲轴直行程振动装置及控制装置；

所述模拟钢水液面测量装置，用于模拟结晶器实时的钢水液位；

所述控制装置用于在采集到钢水液位信号后控制所述模拟钢水液面测量装置升降，并控制所述曲轴直行程振动装置振动；

所述曲轴直行程振动装置，用于将振动频率信息输出至所述钢水液位传感器来模拟所述钢水液位传感器固定于现场结晶器平台上的振动状态；

所述钢水液位传感器，用于对所述模拟钢水液面测量装置与所述曲轴直行程振动装置上的固定传感器平台的位移差进行检测，从而获得实时的钢水液位信号，并将所述实时的钢水液位信号输出至所述控制装置；用于对所述曲轴直行程振动装置的振动频率进行检测，从而获得模拟结晶器实时的振动状态信号，并将所述模拟结晶器实时的振动状态信号输出至所述控制装置。

进一步地，所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，还包括：

冷却装置，所述冷却装置一端与所述钢水液位传感器连接，另一端与所述控制装置连接，所述控制装置在接收到所述钢水液位传感器的温度信号后控制所述冷却装置对所述钢水液位传感器进行冷却。

进一步地，所述控制装置包括：

信号采集单元、控制器、信号输出单元及二次仪表；

所述信号采集单元，用于对所述钢水液位信号及所述钢水液位传感器的温度信号进行采集，并将所述钢水液位信号及所述钢水液位传感器的温度信号输出至所述控制器；

所述控制器，用于在接收到所述钢水液位信号后对所述模拟钢水液面测量装置的升降信号控制，并将升降控制信号输出至所述信号输出单元；

所述控制器，用于控制所述曲轴直行程振动装置振动；

所述控制器，用于在接收到所述钢水液位传感器的温度信号后对所述冷却装置的启停进行控制，并将所述冷却装置启停控制信号输出至所述输出单元；

所述信号输出单元，用于在接收到所述升降控制信号后将所述升降控制信号输出至所述模拟钢水液面测量装置；

所述信号输出单元，用于在接收到所述冷却装置启停控制信号后将所述所述冷却装置启停控制信号输出至所述冷却装置；

所述二次仪表，用于对所述实时的钢水液位信号及所述模拟结晶器实时的振动状态信号进行记录。

进一步地，所述模拟钢水液面测量装置包括：

升降装置、铜板及模拟钢水液面测量板；

所述升降装置与所述控制装置连接，所述控制装置在接收到钢水液位信号后控制所述升降装置带动所述模拟钢水液面测量板升降；

所述铜板有两块，固定设置在所述模拟钢水液面测量板两侧；

所述模拟钢水液面测量板固定设置在所述升降装置上方，用于模拟结晶器内钢水液面。

进一步地，所述曲轴直行程振动装置包括：

振动频率控制器及曲轴直行程振动装置本体；

所述振动频率控制器与所述曲轴直行程振动装置本体固定连接，所述振动频率控制器用来调节所述曲轴直行程振动装置本体的上下振动幅度和频率；

所述固定传感器平台设置在所述曲轴直行程振动装置本体上端，

所述钢水液位传感器固定设置在所述固定传感器平台上，所述钢水液位传感器通过采集所述曲轴直行程振动装置本体的上下振动频率来模拟钢水液位传感器固定于现场结晶器平台上的振动状态。

进一步地，所述钢水液位传感器上设有第一出水管与第一进水管，所述钢水液位传感器通过所述第一出水管与所述第一进水管与所述冷却装置连接。

进一步地，所述冷却装置包括：

储水箱、循环水泵及金属管；

所述储水箱上设有第二出水管与第二进水管，所述第二出水管通过所述金属管与所述第一进水管连接，所述第二进水管通过所述金属管与所述第一出水管连接，所述储水箱用于储存冷却水；

所述循环水泵固定设置在所述储水箱上，且与所述控制装置连接，所述循环水泵用于控制所述储水箱与所述钢水液位传感器内部的水循环。

进一步地，所述冷却装置还包括：

加压泵，进水压力表及出水压力表；

所述加压泵固定设置在所述储水箱上，用于保证循环冷却水水压>4Kg，从而完成所述钢水液位传感器的密封测试；

所述进水压力表固定设置在所述第二出水管上，用于测量所述钢水液位传感器中冷却水的进水压力；

所述出水压力表固定设置在所述第二进水管上，用于测量所述钢水液位传感器中冷却水的出水压力。

进一步地，所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，还包括：

加热装置，所述加热装置固定设置在所述钢水液位传感器的正前方，用于对所述钢水液位传感器内的传感线圈进行加热。

进一步地，所述加热装置上设有温度测量机构，用于对所述钢水液位传感器的温度进行测量，并在温度达到最低设定值时控制所述加热装置对所述钢水液位传感器进行加热，在温度达到最高设定值时控制所述加热装置对所述钢水液位传感器停止加热。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请通过设计了模拟钢水液面测量装置，实现了结晶器内钢水的实时液位变化的模拟，主要解决了嵌入式钢水液位传感器的离线测试问题，减少因嵌入式钢水液位传感器上线不确定而引发的不可控的生产安全风险。目前嵌入式钢水液位传感器仅能通过上线测试，一旦上线测试失败，这可能带来结晶器内钢水溢钢的风险，其损失不可估量，不仅烧毁结晶器内外附近的装备，同时造成停产事故。

2、本申请通过设计了曲轴直行程振动装置，主要实现了嵌入式钢水液面传感器离线模拟现场结晶器上下振动状态下的液位动态测量，测试的结果与真实的现场测量结果更为接近，准确率比上线测试更高。

附图说明

图1为本申请实施例一中嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统的结构示意图；

图2为图1所示嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统中控制装置的结构示意图。

具体实施方式

嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试装置的应用能够完全模拟嵌入式结晶器钢水液位传感器现场运行的真实状态，重点突破原离线单一的静态测试瓶颈，完成钢水液位检测信号测试过程中的振动补偿、高温补偿，验证信号线性度，实现离线动态测试。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

如图1所示，本申请实施例提供的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统包括：钢水液位传感器1、模拟钢水液面测量装置、曲轴直行程振动装置、控制装置、冷却装置及加热装置2。

其中，模拟钢水液面测量装置，用于模拟结晶器实时的钢水液位；控制装置用于在采集到钢水液位信号后控制模拟钢水液面测量装置升降，并控制曲轴直行程振动装置振动；曲轴直行程振动装置，用于将振动频率信息输出至钢水液位传感器来模拟钢水液位传感器固定于现场结晶器平台上的振动状态；钢水液位传感器1，用于对模拟钢水液面测量装置与曲轴直行程振动装置上的固定传感器平台的位移差进行检测，从而获得实时的钢水液位信号，并将实时的钢水液位信号输出至控制装置；钢水液位传感器1，用于对曲轴直行程振动装置的振动频率进行检测，从而获得模拟结晶器实时的振动状态信号，并将模拟结晶器实时的振动状态信号输出至控制装置。冷却装置一端与钢水液位传感器1连接，另一端与控制装置连接，控制装置在接收到钢水液位传感器1的温度信号后控制冷却装置对钢水液位传感器1进行冷却。

加热装置2固定设置在钢水液位传感器1的正前方，用于对钢水液位传感器1内的传感线圈进行加热。

其中，如图2所示，控制装置包括：信号采集单元、控制器、信号输出单元及二次仪表。

信号采集单元，用于对钢水液位信号及钢水液位传感器1的温度信号进行采集，并将钢水液位信号及钢水液位传感器1的温度信号输出至控制器。

控制器，用于在接收到钢水液位信号后对模拟钢水液面测量装置的升降信号控制，并将升降控制信号输出至信号输出单元；控制器，用于控制曲轴直行程振动装置振动；控制器，用于在接收到钢水液位传感器1的温度信号后对冷却装置的启停进行控制，并将冷却装置启停控制信号输出至输出单元；

信号输出单元，用于在接收到升降控制信号后将升降控制信号输出至模拟钢水液面测量装置；信号输出单元，用于在接收到冷却装置启停控制信号后将冷却装置启停控制信号输出至冷却装置；

二次仪表，用于对实时的钢水液位信号及模拟结晶器实时的振动状态信号进行记录。

模拟钢水液面测量装置包括：升降装置3、铜板4及模拟钢水液面测量板5；升降装置3与控制装置连接，控制装置在接收到钢水液位信号后控制升降装置3带动模拟钢水液面测量板5升降；铜板4有两块，固定设置在模拟钢水液面测量板5两侧；模拟钢水液面测量板5固定设置在升降装置3上方，用于模拟结晶器内钢水液面。

曲轴直行程振动装置包括：振动频率控制器6及曲轴直行程振动装置本体7；振动频率控制器6与曲轴直行程振动装置本体7固定连接，振动频率控制器6用来调节曲轴直行程振动装置本体7的上下振动幅度和频率；固定传感器平台8设置在曲轴直行程振动装置本体7上端，钢水液位传感器1固定设置在固定传感器平台8上，钢水液位传感器1通过采集曲轴直行程振动装置本体7的上下振动频率来模拟钢水液位传感器1固定于现场结晶器平台上的振动状态。

钢水液位传感器1上设有第一出水管9与第一进水管10，钢水液位传感器1通过第一出水管9与第一进水管10与冷却装置连接。

冷却装置包括：储水箱11、循环水泵12、金属管13、加压泵14，进水压力表15及出水压力表16；储水箱11上设有第二出水管17与第二进水管18，第二出水管17通过金属管13与第一进水管10连接，第二进水管18通过金属管13与第一出水管9连接，储水箱11用于储存冷却水；储水箱11第二出水管17第二进水管18第二出水管17金属管13第一出水管9第二进水管18金属管13第一进水管10储水箱11循环水泵12固定设置在储水箱11上，且与控制装置连接，循环水泵12用于控制储水箱11与钢水液位传感器1内部的水循环。加压泵14固定设置在储水箱11上，用于保证循环冷却水水压>4Kg，从而完成钢水液位传感器1的密封测试；进水压力表15固定设置在第二出水管17上，用于测量钢水液位传感器1中冷却水的进水压力；出水压力表16固定设置在第二进水管18上，用于测量钢水液位传感器1中冷却水的出水压力。

加热装置2上设有温度测量机构(图中未示出)，用于对钢水液位传感器1的温度进行测量，并在温度达到最低设定值时控制加热装置2对钢水液位传感器1进行加热，在温度达到最高设定值时控制加热装置2对钢水液位传感器1停止加热。

在使用本申请提供的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统进行工作时，先将嵌入式结晶器钢水液位传感器1在其离线测试装置上的机械固定安装和与其二次仪表的电气接线完成后，依据控制柜中控制器预先设定的工艺运行程序顺序执行。

当信号采集单元将采集到的钢水液位信号钢水液位传感器1的温度信号输出至控制器时，控制器将升降控制信号通过信号输出单元输出至模拟钢水液面测量装置，控制模拟钢水液面测量装置升降。控制器通过控制振动频率控制器6控制曲轴直行程振动装置本体7振动。控制器将冷却装置启停控制信号通过信号输出单元输出至循环水泵12，通过循环水泵12控制储水箱11与钢水液位传感器1内部的水循环，从而对钢水液位传感器1进行冷却。当温度高于60度时冷却装置开启，低于60度时冷却装置关闭。在嵌入式结晶器钢水液位传感器1离线测试系统运行过程中，当钢水液位传感器1的温度低于60度时，温度测量机构控制加热装置2对钢水液位传感器1进行加热，当钢水液位传感器1的温度高于60度时，温度测量机构控制加热装置2对钢水液位传感器1停止加热。钢水液位传感器1对模拟钢水液面测量板5与曲轴直行程振动装置本体7的位移差进行检测，从而获得实时的钢水液位信号，钢水液位传感器1用于对曲轴直行程振动装置的振动频率进行检测，从而获得模拟结晶器实时的振动状态信号，二次仪表通过钢水液位传感器1记录下实时的钢水液位信号和模拟结晶器实时的振动状态信号，同时可以上传至上位控制器的输出功能。从而完成嵌入式结晶器钢水液位传感器1现场运行真实状态的模拟。

实施例二

本申请实施例提供的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统中，升降装置3采用升降杆及步进电机。钢水液面上下波动则通过升降杆托起模拟钢水液面测量板5，步进电机正反转带动升降杆上的模拟钢水液面测量板5上下位移实现。其中模拟钢水液面测量板5的大小尺寸则根据现场结晶器的大小尺寸来设定调整的。

曲轴直行程振动装置中的振动频率控制器6是由电机带动轮轴转动，致使竖向皮带的转动来实现。其中电机的转速控制振动频率的大小，轮轴的大小切换控制振动幅度，通常振幅设定保持与现场振幅(±200mm)一致，但是，为了更好测试液位测量的振动补偿极限状态，往往设计的振幅可调范围可达到±400mm。

钢水液位传感器1的冷却水循环通过储水箱11内储备水的自我循环实现。其中循环水泵12设计压力与现场工业循环水的压力等同4Kg。此外，考虑到储水箱11的水反复循环会逐渐浑浊，容易带入残渣进入钢水液位传感器1内，尤其金属残渣的渗入将直接影响测量结果的异常，为此本申请实施例专门根据水的浊度自动补入新水，并开启排污阀排除污水实现储水箱11内的水自动更新。

加热装置2是通过热辐射管的热辐射方式实现。其中热辐射管的功率(1Kw)选取不宜太大，必须保证传感器内部温度逐步升高至60℃过度阶段，这样才可清晰呈现检测液位的增长梯度变化，旨在检验液位的温度补偿效果。同时，热辐射管的安装位置固定于钢水液位传感器1平台的正前方，加热的重点部位正是励磁线圈和受磁线圈至于钢水液位传感器1本体的部位，可以较好测试液位检测线圈的高温运行实效，由此可以准确判断检测线圈的制作质量的动态特性优劣。

通过本申请实施例提供的嵌入式结晶器钢水液位传感器1离线测试系统，降低了因修复或者自主研制的嵌入式结晶器钢水液位传感器1质量不合格引发的故障停机而最终造成经济损失。以连铸生产情况为例，单机每月减少故障停机时间为2.6小时，年累计增加生产时间为31.2小时；如按单机作业率75％以上，生产量277吨/小时，按照每吨钢创效300元计算，共减少经济损失：31.2×0.75×277×300≈195万元。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请通过设计了模拟钢水液面测量装置，实现了结晶器内钢水的实时液位变化的模拟，主要解决了嵌入式钢水液位传感器1的离线测试问题，减少因嵌入式钢水液位传感器1上线不确定而引发的不可控的生产安全风险风险。目前嵌入式钢水液位传感器1仅能通过上线测试，一旦上线测试失败，这可能带来结晶器内钢水溢钢的风险，其损失不可估量，不仅烧毁结晶器内外附近的装备，同时造成停产事故。

2、本申请通过设计了曲轴直行程振动装置，主要实现了嵌入式钢水液面传感器离线模拟现场结晶器上下振动状态下的液位动态测量，测试的结果与真实的现场测量结果更为接近，准确率比上线测试更高。

3、本申请主要解决嵌入式钢水液面传感器模拟现场真实运行环境下的动态离线测试的问题，由于加热装置2、曲轴直行程振动装置、冷却装置等现场环境再造环节的引入，使得嵌入式钢水液位传感器1的离线测量结果接近现场测试的测量结果，达到嵌入式钢水液位传感器1离线测试的有效目的，同时减少上线测试的生产安全风险。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，其特征在于，包括：钢水液位传感器、模拟钢水液面测量装置、曲轴直行程振动装置及控制装置；

所述模拟钢水液面测量装置，用于模拟结晶器实时的钢水液位；

所述控制装置用于在采集到钢水液位信号后控制所述模拟钢水液面测量装置升降，并控制所述曲轴直行程振动装置振动；

所述曲轴直行程振动装置，用于将振动频率信息输出至所述钢水液位传感器来模拟所述钢水液位传感器固定于现场结晶器平台上的振动状态；

所述钢水液位传感器，用于对所述模拟钢水液面测量装置与所述曲轴直行程振动装置上的固定传感器平台的位移差进行检测，从而获得实时的钢水液位信号，并将所述实时的钢水液位信号输出至所述控制装置；用于对所述曲轴直行程振动装置的振动频率进行检测，从而获得模拟结晶器实时的振动状态信号，并将所述模拟结晶器实时的振动状态信号输出至所述控制装置。

2.如权利要求1所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，其特征在于，还包括：

冷却装置，所述冷却装置一端与所述钢水液位传感器连接，另一端与所述控制装置连接，所述控制装置在接收到所述钢水液位传感器的温度信号后控制所述冷却装置对所述钢水液位传感器进行冷却。

3.如权利要求2所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，其特征在于，所述控制装置包括：

信号采集单元、控制器、信号输出单元及二次仪表；

所述信号采集单元，用于对所述钢水液位信号及所述钢水液位传感器的温度信号进行采集，并将所述钢水液位信号及所述钢水液位传感器的温度信号输出至所述控制器；

所述控制器，用于在接收到所述钢水液位信号后对所述模拟钢水液面测量装置的升降信号控制，并将升降控制信号输出至所述信号输出单元；用于控制所述曲轴直行程振动装置振动；用于在接收到所述钢水液位传感器的温度信号后对所述冷却装置的启停进行控制，并将所述冷却装置启停控制信号输出至所述输出单元；

所述信号输出单元，用于在接收到所述升降控制信号后将所述升降控制信号输出至所述模拟钢水液面测量装置；

所述信号输出单元，用于在接收到所述冷却装置启停控制信号后将所述冷却装置启停控制信号输出至所述冷却装置；

所述二次仪表，用于对所述实时的钢水液位信号及所述模拟结晶器实时的振动状态信号进行记录。

4.如权利要求1所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，其特征在于，所述模拟钢水液面测量装置包括：

升降装置、铜板及模拟钢水液面测量板；

所述升降装置与所述控制装置连接，所述控制装置在接收到钢水液位信号后控制所述升降装置带动所述模拟钢水液面测量板升降；

所述铜板有两块，固定设置在所述模拟钢水液面测量板两侧；

所述模拟钢水液面测量板固定设置在所述升降装置上方，用于模拟结晶器内钢水液面。

5.如权利要求1所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，其特征在于，所述曲轴直行程振动装置包括：

振动频率控制器及曲轴直行程振动装置本体；

所述振动频率控制器与所述曲轴直行程振动装置本体固定连接，所述振动频率控制器用来调节所述曲轴直行程振动装置本体的上下振动幅度和频率；

所述固定传感器平台设置在所述曲轴直行程振动装置本体上端，

所述钢水液位传感器固定设置在所述固定传感器平台上，所述钢水液位传感器通过采集所述曲轴直行程振动装置本体的上下振动频率来模拟钢水液位传感器固定于现场结晶器平台上的振动状态。

6.如权利要求2所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，其特征在于：

所述钢水液位传感器上设有第一出水管与第一进水管，所述钢水液位传感器通过所述第一出水管与所述第一进水管与所述冷却装置连接。

7.如权利要求6所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，其特征在于，所述冷却装置包括：

储水箱、循环水泵及金属管；

所述储水箱上设有第二出水管与第二进水管，所述第二出水管通过所述金属管与所述第一进水管连接，所述第二进水管通过所述金属管与所述第一出水管连接，所述储水箱用于储存冷却水；

所述循环水泵固定设置在所述储水箱上，且与所述控制装置连接，所述循环水泵用于控制所述储水箱与所述钢水液位传感器内部的水循环。

8.如权利要求7所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，其特征在于，所述冷却装置还包括：

加压泵，进水压力表及出水压力表；

所述加压泵固定设置在所述储水箱上，用于保证循环冷却水水压>4Kg，从而完成所述钢水液位传感器的密封测试；

所述进水压力表固定设置在所述第二出水管上，用于测量所述钢水液位传感器中冷却水的进水压力；

所述出水压力表固定设置在所述第二进水管上，用于测量所述钢水液位传感器中冷却水的出水压力。

9.如权利要求1-8任一项所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，其特征在于，还包括：

加热装置，所述加热装置固定设置在所述钢水液位传感器的正前方，用于对所述钢水液位传感器内的传感线圈进行加热。

10.如权利要求9所述的嵌入式结晶器钢水液位传感器离线测试系统，其特征在于：

所述加热装置上设有温度测量机构，用于对所述钢水液位传感器的温度进行测量，并在温度达到最低设定值时控制所述加热装置对所述钢水液位传感器进行加热，在温度达到最高设定值时控制所述加热装置对所述钢水液位传感器停止加热。