CN111451467B - 一种连铸钢包浇注状态监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

一种连铸钢包浇注状态监控系统及监控方法，属于炼钢连铸技术领域，该监控系统包括回转台、钢包、中间包、结晶器、摄像装置、计算机和监控器，回转台的两端设置钢包，钢包的下水口通过保护套管与中间包相连，回转台上设置有摄像装置，摄像装置通过计算机与监控器电连接，摄像装置获取钢水从钢包浇注到中间包的图像信息并将获取的图像信息传输给计算机处理，计算机将状态判定结果传输给监控器进行监控报警，本发明的有益效果是，运用上述监控系统对浇注状态进行监控，实现了检测的量化判定，实现了监控的自动化，减少了差错率和漏检率，提高了铸坯质量跟踪及时性和准确性，提升了铸坯质量管理的水平。

Description

一种连铸钢包浇注状态监控系统及监控方法

技术领域

本发明涉及炼钢连铸技术领域，尤其涉及一种连铸钢包浇注状态监控系统及监控方法。

背景技术

在炼钢连铸过程中，需要把冶炼合格的钢水通过钢包，吊运到连铸台进行浇注，钢水通过钢包下水口浇注到中间包，再浇注到结晶器，钢水在结晶器中冷却，形成坯壳，出结晶器后，在连铸扇形段再次冷却，将液态钢水浇注成固定形状的铸坯。

钢水经钢包流入中间包时，被保护套管包裹，防止钢水二次氧化，保护套管固定在中间包车的长水口操作器上，钢包到浇注位后，保护套管升起与钢包下水口连接。但是，在钢包浇注过程中，由于操作问题、耐材质量、引流砂质量等问题，会出现偶发性的保护套管局部断裂或脱落的情况，造成钢水出现裸露浇注，严重影响钢水质量，也会出现钢包底部的引流砂结块不能自引，需要通过在钢包下水口处烧氧的方式将钢水引流，在烧氧引流的瞬间，可能会出现大面积的钢水裸露浇注，对铸坯的质量影响更大。如果发生裸露浇注的，对应的铸坯质量较差，需要对铸坯进行降级改判，避免造成较大的经济损失。

目前保护套管局部断裂、脱落或烧氧引流的信息不能自动采集，需要人工观察记录，并在信息化系统中进行录入，录入准确性和及时性，直接影响产品质量的跟踪。随着自动化和智能化水平的提升，现场操作人员越来越少甚至未来没有操作人员，铸坯质量判定信息自动采集需求越来越高，亟需一种连铸钢包浇注状态自动监控系统及方法来解决这个问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种连铸钢包浇注状态监控系统及监控方法，通过图像识别的方法，实现对保护套管局部断裂、或钢包烧氧引流等异常情况导致的裸浇状态进行自动识别和采集，并传送至铸坯质量判定系统，减少差错率，提高铸坯质量跟踪及时性和准确性，提升铸坯质量管理的水平。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述连铸钢包浇注状态监控系统，包括回转台、钢包、中间包、结晶器、摄像装置、计算机和监控器，所述回转台的两端设置所述钢包，所述钢包的下水口通过保护套管与中间包相连，所述回转台上设置有摄像装置，所述摄像装置通过计算机与监控器电连接，所述摄像装置获取钢水从钢包浇注到中间包的图像信息并将获取的图像信息传输给计算机处理，计算机将状态判定结果传输给监控器进行监控报警。

进一步地，所述回转台的两端设置有避让槽口，所述避让槽口设置在所述钢包的下水口的下方，所述避让槽口的一侧设置所述摄像装置。

进一步地，所述摄像装置包括摄像机以及摄像机镜头前安装的红色滤光片，所述摄像机通过计算机与监控器信号传输相连。

一种连铸钢包浇注状态的监控方法，运用所述的监控系统，包括以下步骤：

1)在计算机中分别设置正常浇注、保护套管局部断裂、保护套管局部脱落和钢包下水口烧氧引流的浇注状态下摄像装置中获取的图像信息中发光区域的面积阈值A、B、C、D；

2)浇注开始时，摄像机透过红色滤光片对保护套管及周边区域的图像进行采集，并将采集的图像信息实时传输给计算机；

3)计算机将接收到的图像经过形态学处理提取其规则发光区域，滤除不规则钢水飞溅轨迹，经过边缘检测和轮廓拟合之后获得其实际面积S，并将实际面积S与设定的面积阈值进行比较并判定所处的浇注状态；

4)计算机将接收到的图像信息及判定结果传输给监控器，当出现保护套管局部断裂、保护套管局部脱落和烧氧引流情况时，监控器发出警报，工作人员根据监控器显示的判定情况，停止钢包的浇注，重新安装保护套管或对相应炉体中钢水浇注的铸坯进行处理。

进一步地，所述发光区域的面积阈值A、B、C、D之间的大小关系为A<B<C<D。

进一步地，所述面积阈值A的范围为0～5cm²，所述面积阈值B的范围为10～30cm²，所述面积阈值C的范围为40～70cm²，所述面积阈值D的范围为90～100cm²。

进一步地，所述步骤3)中，通过计算机处理获得的发光区域实际面积S与设定的面积阈值进行比较，若S≤A，则判定在正常浇注下工作；若A＜S≤B，则判定在保护套管局部断裂状态下浇注并记录；若B＜S＜C，则判定在保护套管局部脱落状态下浇注并记录，若S≥C判定钢渣大面积飞溅，则判定烧氧引流并记录。

进一步地，所述步骤3)中，计算机将接收到的图像使用MATLAB软件经过形态学处理提取其规则发光区域，滤除不规则钢水飞溅轨迹，经过边缘检测和轮廓拟合之后获得其实际面积S。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过摄像装置实时自动采集不同浇注状态下的图像信息，并将图像信息传输给计算机进行分析判定，自动识别对保护套管局部断裂、脱落或钢包烧氧引流的异常情况导致的裸浇状态，并将判定结果传输给监控器，监控器对出现保护套管局部脱落、断裂或烧氧引流的情况发出警报，工作人员根据监控器显示的判定情况，可对相应炉体中钢水浇注的铸坯进行处理，或分析异常情况产生的原因，这种自动化监控减少了人为观察带来的差错率，提高了铸坯质量跟踪及时性和准确性，提升了铸坯质量管理的水平。

2、本发明通过收集多种浇注状态下摄像装置中获取的图像信息中发光区域的面积阈值，并在计算机中分别设定各种状态下的发光区域的面积阈值，以此为判定参数来判定实际浇注中的异常情况，由于正常浇注、保护套管局部断裂、保护套管局部脱落和钢包下水口烧氧引流下发光区域的面积阈值为A、B、C、D，其中A<B<C<D，摄像装置获取保护套管及周边区域的图像信息并传输给计算机，计算机对图像信息进行处理后得到发光区域的实际面积S，将S与A、B、C、D的大小进行比较而判定浇注中产生的保护套管局部断裂、保护套管局部脱落和钢包下水口烧氧引流的异常情况，实现了检测的量化判定，使检测结果更准确，提高了判定的可靠性，降低了漏检率，实现了监控的自动化。

综上，本发明通过摄像机对浇注的异常情况的图像信息进行自动识别和采集，并传送至计算机进行处理、分析比较并将判定结果传输给监控器对异常浇注情况进行报警，实现了检测的量化判定，实现了监控的自动化，减少了差错率和漏检率，提高了铸坯质量跟踪及时性和准确性，提升了铸坯质量管理的水平。

附图说明

下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为本发明中监控系统的结构示意图；

图2为本发明中监控方法的流程图；

上述图中的标记均为：1.回转台，11.避让槽口，2.钢包，3.中间包，4.结晶器，5.摄像装置，51.摄像机，52.红色滤光片，6.计算机，7.监控器，8.保护套管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明具体的实施方案为：如图1所示，一种连铸钢包浇注状态监控系统，包括回转台1、钢包2、中间包3、结晶器4、摄像装置5、计算机6和监控器7，回转台1的两端设置钢包2，钢包2的下水口通过保护套管8与中间包3相连，当钢包2到浇注位后，保护套管8升起与钢包2的下水口连接，在保护套管8的作用下，可防止钢包2内的钢水在浇注到中间包3的过程中发生裸浇，因此，保护套管8的断裂或脱落造成钢水出现裸露浇注，严重影响钢水的质量，而且当钢包底部的引流砂结块不能自引时，需要先在钢包下水口处以烧氧的方式将钢水引流，再将保护套管8升起与钢包2的下水口连接，因此，在烧氧引流的瞬间，可能会出现大面积的钢水裸露浇注，对铸坯的质量影响更大。

为了监控上述状态，回转台1的两端设置有外侧开口的避让槽口11，避让槽口11设置在钢包2的下水口的下方，避让槽口11的一侧设置摄像装置5，摄像装置5所在的位置能够拍摄到整个保护套管8，便于对保护套管8在浇注时的状态采集图像，当然该摄像装置5也可设置在回转台1附近的固定支架上，只要能拍摄到整个保护套管8的摄像装置5的安装位置均在本发明的保护范围之内。其中的摄像装置5包括摄像机51以及摄像机51镜头前安装的红色滤光片52，红色滤光片52可将刺眼的白光转换成红光，便于识别和观察，摄像机51通过计算机6与监控器7信号传输相连，摄像机51中设置图像传感器，图像传感器将摄像机51镜头上的光像分成许多小单元，将其转换成可用的电信号，摄像机51镜头获取钢水从钢包2浇注到中间包3的光像，其中的图像传感器将光像转换成可用的电信号并传输给计算机6处理，计算机6将图像信息进行形态学处理得到实际的参数并将其与设定的参数进行比对，得出所述的浇注状态，计算机6将状态判定结果传输给监控器7，监控器7中设置报警单元，报警单元对出现保护套管8局部脱落、断裂或烧氧引流的情况发出警报，工作人员根据监控器7显示的判定情况，可对相应炉体中钢水浇注的铸坯进行处理，或分析异常情况产生的原因，这种自动化监控减少了人为观察带来的差错率，提高了铸坯质量跟踪及时性和准确性，提升了铸坯质量管理的水平。

运用上述监控系统对连铸钢包浇注状态进行监控的方法，包括以下步骤：

1)通过收集多种浇注状态下摄像装置5中获取的图像信息中发光区域的面积阈值，在计算机6中分别设置正常浇注、保护套管8局部断裂、保护套管8局部脱落和钢包2下水口烧氧引流的浇注状态下摄像装置5中获取的图像信息中发光区域的面积阈值A、B、C、D，且A<B<C<D，面积阈值A的范围为0～5cm²，所述面积阈值B的范围为10～30cm²，所述面积阈值C的范围为40～70cm²，所述面积阈值D的范围为90～100cm²；

2)浇注开始时，摄像机51透过红色滤光片52对保护套管8及周边区域的图像进行采集，摄像机51中的图像传感器将光像转化成可用的电信号并实时传输给计算机6；

3)计算机6将接收到的图像使用MATLAB软件经过形态学处理提取其规则发光区域，滤除不规则钢水飞溅轨迹，经过边缘检测和轮廓拟合之后获得其实际面积S，并将实际面积S与设定的面积阈值进行比较，若S≤A，则判定在正常浇注下工作；若A＜S≤B，则判定在保护套管8局部断裂状态下浇注并记录；若B＜S＜C，则判定在保护套管8局部脱落状态下浇注并记录，若S≥C判定钢渣大面积飞溅，则判定烧氧引流并记录；

4)计算机6将接收到的图像信息及判定结果传输给监控器7，当出现保护套管8局部断裂、保护套管8局部脱落和烧氧引流情况时，监控器7中的报警单元发出警报，工作人员根据监控器7显示的判定情况，操作人员停止钢包浇注，重新安装保护套管8或对相应炉体中钢水浇注的铸坯进行处理。

综上，本发明通过摄像机对浇注的异常情况的图像信息进行自动识别和采集，并传送至计算机进行处理、分析比较并将判定结果传输给监控器对异常浇注情况进行报警，实现了检测的量化判定，实现了监控的自动化，减少了差错率和漏检率，提高了铸坯质量跟踪及时性和准确性，提升了铸坯质量管理的水平。

以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (8)

1.一种连铸钢包浇注状态的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在计算机（6）中分别设置正常浇注、保护套管（8）局部断裂、保护套管（8）局部脱落和钢包（2）下水口烧氧引流的浇注状态下摄像装置（5）中获取的图像信息中发光区域的面积阈值A、B、C、D；

2）浇注开始时，摄像机（51）透过红色滤光片（52）对保护套管（8）及周边区域的图像进行采集，并将采集的图像信息实时传输给计算机（6）；

3）计算机（6）将接收到的图像经过形态学处理提取其规则发光区域，滤除不规则钢水飞溅轨迹，经过边缘检测和轮廓拟合之后获得其实际面积S，并将实际面积S与设定的面积阈值进行比较并判定所处的浇注状态；

4）计算机（6）将接收到的图像信息及判定结果传输给监控器（7），当出现保护套管（8）局部断裂、保护套管（8）局部脱落和烧氧引流情况时，监控器（7）发出警报，工作人员根据监控器（7）显示的判定情况，停止钢包（2）的浇注，重新安装保护套管（8）或对相应炉体中钢水浇注的铸坯进行处理。

2.根据权利要求1所述的连铸钢包浇注状态的监控方法，其特征在于，所述发光区域的面积阈值A、B、C、D之间的大小关系为A<B<C<D。

3.根据权利要求2所述的连铸钢包浇注状态的监控方法，其特征在于，所述面积阈值A的范围为0~5cm²，所述面积阈值B的范围为10~30cm²，所述面积阈值C的范围为40~70cm²，所述面积阈值D的范围为90~100cm²。

4.根据权利要求2所述的连铸钢包浇注状态的监控方法，其特征在于，所述步骤3）中，通过计算机（6）处理获得的发光区域实际面积S与设定的面积阈值进行比较，若S≤A，则判定在正常浇注下工作；若A＜S≤B，则判定在保护套管（8）局部断裂状态下浇注并记录；若B＜S＜C，则判定在保护套管（8）局部脱落状态下浇注并记录，若S≥C判定钢渣大面积飞溅，则判定烧氧引流并记录。

5.根据权利要求3所述的连铸钢包浇注状态的监控方法，其特征在于，所述步骤3）中，计算机（6）将接收到的图像使用MATLAB软件经过形态学处理提取其规则发光区域，滤除不规则钢水飞溅轨迹，经过边缘检测和轮廓拟合之后获得其实际面积S。

6.一种连铸钢包浇注状态监控系统，应用在如权利要求1~5任意一项所述的监控方法，其特征在于，包括回转台（1）、钢包（2）、中间包（3）、结晶器（4）、摄像装置（5）、计算机（6）和监控器（7），所述回转台（1）的两端设置所述钢包（2），所述钢包（2）的下水口通过保护套管（8）与中间包（3）相连，所述回转台（1）上设置有摄像装置（5），所述摄像装置（5）通过计算机（6）与监控器（7）电连接，所述摄像装置（5）获取钢水从钢包（2）浇注到中间包（3）的图像信息并将获取的图像信息传输给计算机（6）处理，计算机（6）将状态判定结果传输给监控器（7）进行监控报警。

7.根据权利要求6所述的连铸钢包浇注状态监控系统，其特征在于：所述回转台（1）的两端设置有避让槽口（11），所述避让槽口（11）设置在所述钢包（2）的下水口的下方，所述避让槽口（11）的一侧设置所述摄像装置（5）。

8.根据权利要求6所述的连铸钢包浇注状态监控系统，其特征在于：所述摄像装置（5）包括摄像机（51）以及摄像机（51）镜头前安装的红色滤光片（52），所述摄像机（51）通过计算机（6）与监控器（7）信号传输相连。

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