CN111496210A - 一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统 - Google Patents

一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统 Download PDF

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刘吉刚
徐国庆
陈玉辉
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Abstract

本发明涉及一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，包括渣面高度测量模块、钢水高度测量模块、保护渣高度分析模块和保护渣自动添加模块，其中：所述渣面高度测量模块和钢水高度测量模块按照预先对结晶器保护渣平面划分的虚拟网格以一定频率进行测量，所述保护渣高度分析模块根据测量得到的高度渣面高度H1和钢水高度H2得出保护渣的厚度T1，根据保护渣目标高度T2与T1的差值得出需要补充保护渣的厚度，所述保护渣自动添加模块根据T2和T1的差值，结合网格面积S得出保护渣添加量，对目标测量点补充相应的添加量。对结晶器内钢水表面上的保护渣量进行调整，优化连铸结晶器保护渣的保护效果。

Description

一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统
技术领域
本发明属于冶金行业连铸辅助控制设备，具体涉及一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统。
背景技术
金属冶炼行业的连铸生产是金属通过连铸机浇注由液态凝固成预设尺寸规格的固态的过程。连铸保护渣主要起到隔绝液态金属与空气防止金属再氧化、减少金属液面向空气中散热，起到保温作用、在结晶器与固态铸坯间形成固态膜层起到润滑，防止铸坯与结晶器过度摩擦产生划伤、填充固态坯壳与结晶器间隙改善铸坯传热、冷却，等作用，在连铸过程中的作用至关重要。为了保证连铸生产过程及铸坯产品质量稳定，结晶器金属液面的保护渣保持在适当的目标厚度十分重要。目前，由于缺乏对金属液面保护渣厚度准确测量方法的认识，只能通过人的经验判断厚度并添加，或者机械性控制自动设备盲目添加，造成保护渣厚度不均、厚度偏小或偏大，降低了保护渣的使用效果，对连铸生产顺行和连铸坯质量均有较大影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，准确、实时、快速地在线反馈连铸结晶器液面上方的保护渣厚度，避免人为添加或自动化设备添加保护渣的盲目性，提高保护渣添加的精确性，进而最大程度发挥保护渣的使用功能，保证连铸生产顺行，改善铸坯凝固质量。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，包括渣面高度测量模块、钢水高度测量模块、保护渣高度分析模块和保护渣自动添加模块，其中：渣面高度测量模块用以测量结晶器保护渣的渣面高度H1；钢水高度测量模块用以测量结晶器钢水高度H2；所述渣面高度测量模块和钢水高度测量模块按照预先对结晶器保护渣平面划分的虚拟网格以一定频率进行测量，所述保护渣高度分析模块根据测量得到的高度H1和H2得出保护渣的厚度T1，根据保护渣目标高度T2与T1的差值得出需要补充保护渣的厚度，所述保护渣自动添加模块根据T2和T1的差值，结合网格面积S得出保护渣添加量，对目标测量点补充相应的添加量。
优选地，所述渣面高度测量模块和钢水高度测量模块采用传感器进行测量，二者测量传感器数量相同，一一配套，一台连铸结晶器可设置1-4套传感器，相配套的传感器同一时刻测量同一位置保护渣渣面高度和钢水高度。
优选地，所述保护渣自动添加模块采用即测即加的方式，对于保护渣渣面某点测量并计算出保护渣添加量即进行添加，保护渣自动添加模块通过称重计量方式添加。
优选地，所述渣面高度测量模块和钢水高度测量模块组成的单组测量装置，按照预先划定的平面虚拟网格以1-120秒/次的频率在结晶器上方步进。
优选地，所述渣面高度测量模块采用一个或多个光学、声学、电磁波学或放射学发射和接收装置，测距精度需≤100μm，测距误差≤100μm。
优选地，所述钢水高度测量模块采用一个或多个声学、电磁波学发射和接收装置，测距精度需≤1mm，测距误差≤0.5mm。
优选地，所述虚拟网格平面为渣面高度测量和钢水高度测量传感器步进运动平面，网格边长为10-100mm的正方形或矩形，传感器测量网格中心点或网格内的任一指定点的渣面高度和钢液面高度。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在不改变连铸机主体设备的情况下，在连铸区域设置一种由保护渣渣面高度测量装置、结晶器钢水高度测量装置、保护渣高度分析系统、保护渣自动添加装置以及各测量和控制装置数据传输系统组成的连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统。安装于结晶器液面上方的保护渣渣面高度测量装置及结晶器钢水高度测量装置，将测得保护渣面高度、钢水液面高度通过数据传输系统发送给保护渣高度分析系统计算保护渣厚度，并对比保护渣目标厚度给出保护渣补加方案，并通过数据传输系统下发给保护渣自动添加装置，对结晶器内钢水表面上的保护渣量进行调整，优化连铸结晶器保护渣的保护效果。
附图说明
图1为本发明实施例的系统布置示意图。
图2为本发明实施例中检测点在网格上的分布状态图。
图3为本发明实施例中布置传感器的测量示意图。
其中：1-连铸中间包；2-浸入式水口；3-结晶器保护渣厚度检测系统；4-保护渣渣面高度测量装置；5-结晶器钢水高度测量装置；6-结晶器；7-结晶器内保护渣渣面；8-结晶器内钢水液面；9-保护渣自动添加装置；10-被测点i。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一、本发明涉及一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，包括渣面高度测量模块、钢水高度测量模块、保护渣高度分析模块和保护渣自动添加模块，渣面高度测量模块包含渣面高度测量传感器5个与钢水高度测量传感器5个，二者配套使用，一一配套，相配套的传感器同一时刻测量的同一位置保护渣渣面高度和钢水高度；二者组成的每组测量装置，按照预先划定的平面虚拟网格以1秒/次在结晶器上方步进。
渣面高度测量传感器为一个光学发射和接收装置(光学传感器)，测距精度≤100μm，测距误差≤100μm。钢水高度测量传感器采用一个声学发射和接收装置(超声波传感器)，测距精度≤1mm，测距误差≤0.5mm。
预先划定的虚拟网格平面为渣面高度测量装置探头传感器或钢水高度测量装置探头传感器步进运动平面，网格边长为10mm的正方形，传感器测量网格中心点i的渣面高度HSli和钢液面高度HSti。
保护渣高度分析模块通过计算机程序计算保护渣厚度，具体算法根据读取到的i点的HSli和钢液面HSti，i点保护渣厚度TSi＝HSli-HSti。
各测量和控制装置数据传输系统通过硬件、软件控制将渣面高度测量模块、钢水高度测量模块所测得的数据传输给保护渣高度分析模块，并且将保护渣高度分析模块计算下发的数据传输给保护渣自动添加模块。
保护渣自动添加模块按照结晶器保护渣添加点目标厚度HTi与保护渣厚度TSi差值进行添加，添加量为补足保护渣厚度差值的保护渣量，即为(HTi-TSi)*S，S为网格面积，保护渣添加量控制通过恒速并计时控制加入量方式添加。
应用连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，快速反馈结晶器保护渣厚度，对渣厚进行实施修正，优化连铸结晶器保护渣的保护效果。
实施例二、渣面高度测量模块包含渣面高度测量传感器1个与钢水高度测量传感器1个，二者配套使用，一一配套，相配套的传感器同一时刻测量的同一位置保护渣渣面高度和钢水高度；二者组成的每组测量装置，按照预先划定的平面虚拟网格以30秒/次在结晶器上方步进。
渣面高度测量传感器为一个电磁波发射和接收装置，测距精度≤100μm，测距误差≤100μm。钢水高度测量传感器采用一个电磁波学发射和接收装置，测距精度≤1mm，测距误差≤0.5mm。
预先划定的虚拟网格平面为渣面高度测量装置探头传感器或钢水高度测量装置探头传感器步进运动平面，网格边长为20×10mm的矩形，传感器测量网格北侧边长距离东侧角点1/4边长处点i的渣面高度HSli和钢液面高度HSti。
实施例三、渣面高度测量模块包含渣面高度测量传感器3个与钢水高度测量传感器3个，二者配套使用，一一配套，相配套的传感器同一时刻测量的同一位置保护渣渣面高度和钢水高度；二者组成的每组测量装置，按照预先划定的平面虚拟网格以60秒/次在结晶器上方步进。
渣面高度测量传感器为一个光学发射和接收装置，测距精度≤100μm，测距误差≤100μm。钢水高度测量传感器采用一个放射学发射和接收装置，测距精度≤1mm，测距误差≤0.5mm。
预先划定的虚拟网格平面为渣面高度测量装置探头传感器或钢水高度测量装置探头传感器步进运动平面，网格边长为50×30mm的矩形，传感器测量网格北侧边长东侧角点i的渣面高度HSli和钢液面高度HSti。
实施例四、渣面高度测量模块包含渣面高度测量传感器1个与钢水高度测量传感器1个，二者配套使用，一一配套，相配套的传感器同一时刻测量的同一位置保护渣渣面高度和钢水高度；二者组成的每组测量装置，按照预先划定的平面虚拟网格以120秒/次在结晶器上方步进。
渣面高度测量传感器为一个光学发射和接收装置，测距精度≤100μm，测距误差≤100μm。钢水高度测量传感器采用一个放射学发射和接收装置，测距精度≤1mm，测距误差≤0.5mm。
预先划定的虚拟网格平面为渣面高度测量装置探头传感器或钢水高度测量装置探头传感器步进运动平面，网格边长为10mm的正方形，传感器测量网格北侧边长东侧角点i的渣面高度HSli和钢液面高度HSti。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，其特征在于：包括渣面高度测量模块、钢水高度测量模块、保护渣高度分析模块和保护渣自动添加模块，其中：渣面高度测量模块用以测量结晶器保护渣的渣面高度H1；钢水高度测量模块用以测量结晶器钢水高度H2；所述渣面高度测量模块和钢水高度测量模块按照预先对结晶器保护渣平面划分的虚拟网格以一定频率进行测量，所述保护渣高度分析模块根据测量得到的高度H1和H2得出保护渣的厚度T1，根据保护渣目标高度T2与T1的差值得出需要补充保护渣的厚度，所述保护渣自动添加模块根据T2和T1的差值，结合网格面积S得出保护渣添加量，对目标测量点补充相应的添加量。
2.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，其特征在于：所述渣面高度测量模块和钢水高度测量模块采用传感器进行测量，二者测量传感器数量相同，一一配套，一台连铸结晶器可设置1-4套传感器，相配套的传感器同一时刻测量同一位置保护渣渣面高度和钢水高度。
3.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，其特征在于：所述保护渣自动添加模块采用即测即加的方式，对于保护渣渣面某点测量并计算出保护渣添加量即进行添加，保护渣自动添加模块通过称重计量方式添加。
4.根据权利要求1所述的一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，其特征在于：所述渣面高度测量模块和钢水高度测量模块组成的单组测量装置，按照预先划定的平面虚拟网格以1-120秒/次的频率在结晶器上方步进。
5.根据权利要求2所述的一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，其特征在于：所述渣面高度测量模块采用一个或多个光学、声学、电磁波学或放射学发射和接收装置，测距精度需≤100μm，测距误差≤100μm。
6.根据权利要求2所述的一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，其特征在于：所述钢水高度测量模块采用一个或多个声学、电磁波学发射和接收装置，测距精度需≤1mm，测距误差≤0.5mm。
7.根据权利要求2所述的一种连铸结晶器保护渣厚度在线测量及控制系统，其特征在于：所述虚拟网格平面为渣面高度测量和钢水高度测量传感器步进运动平面，网格边长为10-100mm的正方形或矩形，传感器测量网格中心点或网格内的任一指定点的渣面高度和钢液面高度。
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