CN114235189A - 方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置及检测方法，方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置包括：传感器单元，至少包括嵌设在结晶器铜管外壁的测量探头，测量探头包括探头外壳及封装于探头外壳内的传感器组件，传感器组件具有热流传感基片、温度传感基片和信号线，探头外壳与结晶器铜管的材质相同；以及与传感器单元电连接的信号处理单元，用于采集并处理传感器单元输出的热流信号和温度信号。本发明不但可以同时检测到热流和温度两种数据，而且具备检测数据的快速响应的特点，及时预测结晶器漏钢的发生；传感器与结晶器铜管壁紧密结合，不会影响结晶器铜管的热场，保证检测数据的真实性。

Description

方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于连铸成型设备技术领域，特别是涉及一种方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置及检测方法。

背景技术

在小方坯连铸的生产过程中，结晶器铜管的温度和热流密度对连铸生产的控制有重要作用。对小方坯结晶器铜管和热流密度进行实时监测，根据小方坯结晶器铜管温度的变化来计算结晶器的冷却水量，同时也可以及时检测热流和温度的变化，提前预防漏钢的发生，因为在漏钢发生的初期阶段，会在小方坯结晶器铜管热流、温度上表现出明显的异常变化，此时如果能够检测到热流、温度变化的异常，及时降低拉速可有效避免漏钢的发生。

目前小方坯结晶器铜管还没有测量温度、热流的功能。因此，设计一种能够直接检测热流变化及快速检测小方坯结晶器铜管温度变化的传感器是非常必要的，对于提高小方坯连铸生产稳定性、提高铸坯质量具有十分重要的意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置及检测方法，用于解决现有技术中无法测量结晶器铜管的温度和热流的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，包括：

传感器单元，至少包括用于嵌设在结晶器铜管外壁的测量探头，所述测量探头包括探头外壳及封装于探头外壳内的传感器组件，所述传感器组件具有热流传感基片、温度传感基片和信号线，所述探头外壳与结晶器铜管的材质相同；以及

信号处理单元，所述信号处理单元与传感器单元电连接，用于采集并处理传感器单元输出的热流信号和温度信号。

可选地，所述传感器组件包括铜基板，所述热流传感基片和温度传感基片设置于所述铜基板上，且在所述铜基板上覆设有铜膜保护层。

可选地，所述热流传感基片和温度传感基片布置于所述铜基板的前端，所述铜基板的后端设置有焊盘，所述热流传感基片和温度传感基片的信号通过连接在对应焊盘上的信号线引出。

可选地，所述焊盘布置有四个，且其中两个所述焊盘与热流传感基片电连接，另两个所述焊盘与温度传感基片电连接。

可选地，所述铜基板呈T形。

可选地，所述探头外壳内设置有用于镶嵌所述传感器组件的安装槽。

可选地，所述探头外壳呈圆柱形，所述安装槽呈T形。

本发明还提供了一种方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测方法，采用如上所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，包括：

在结晶器铜管的外侧壁上开设多个测量孔和引线槽，所述引线槽临近测量孔；

将传感器单元的测量探头嵌入所述测量孔中；

将测量探头的信号线埋设在所述引线槽中并引出至信号处理单元。

可选地，将传感器单元的测量探头嵌入所述测量孔中的步骤中，所述测量探头的后端与结晶器铜管的外侧壁齐平。

可选地，将传感器单元的测量探头嵌入所述测量孔中后，还包括在所述测量探头与测量孔之间涂敷导热硅脂。

如上所述，本发明具有以下有益效果：

本发明不但可以同时检测到热流和温度两种数据，而且具备检测数据的快速响应的特点，及时预测结晶器漏钢的发生；传感器的测量探头采用与结晶器铜管采用相同的材质，传感器与结晶器铜管壁紧密结合，不会影响结晶器铜管的热场，保证检测数据的真实性。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构与结晶器铜管安装示意图；

图2为本发明实施例的传感器单元在结晶器铜管测量位置示意图；

图3为本发明实施例的信号线传输示意图。

图4为本发明实施例的传感器单元示意图；

图5为本发明实施例的传感器组件示意图；

图6为本发明实施例的探头外壳示意图；

图7为图6的右视图。

零件标号说明

100-传感器单元；200-结晶器铜管；201-测量孔；202-引线槽；300-冷却水套；400-结晶器水箱；

10-测量探头；11-探头外壳；111-安装槽；12-传感器组件；121-铜基板；122-热流传感基片；123-温度传感基片；124-焊盘；125-信号线。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请结合图1、图4所示，本发明提供一种方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，包括：传感器单元100和信号处理单元，其中，传感器单元100至少包括测量探头10，所述测量探头10用于嵌设在结晶器铜管200外壁，所述测量探头10包括探头外壳11及封装于探头外壳11内的传感器组件12，所述传感器组件12具有热流传感基片122、温度传感基片123和信号线125，所述探头外壳11与结晶器铜管200的材质相同；所述信号处理单元与传感器单元100电连接，用于采集并处理传感器单元100输出的热流信号和温度信号。

通过设置具有热流传感基片122和温度传感基片123的传感器组件12，可以同时在线测量结晶器铜管200测量点的热流和温度，并且，具备了测量的响应快的特点，可直接检测到结晶器铜管200热流及温度的瞬时变化，有效地预测结晶器漏钢的发生。

在一些实施方式中，探头外壳11与结晶器铜管200的材质相同。如此，可保证不破坏结晶器铜管200的热场，使测量值更加准确。

在一些实施方式中，参阅图5，所述传感器组件12包括铜基板121，所述热流传感基片122和温度传感基片123设置于所述铜基板121上，且在所述铜基板121上覆设有铜膜保护层。具体的，利用光刻、溅射等MEMS(微机电)工艺在铜基板121上制作出热流传感基片122和温度传感基片123，其中，基于热电堆原理制作热流传感基片122，基于热电原理制造温度传感基片123。由于MEMS工艺可以在极小尺寸上制作上述传感基片，根据结晶器铜管200的测试空间，可以将热流传感基片122和温度传感基片123制作在不超过4mm的铜基板121上，同时在铜基板121上覆盖一侧铜膜保护层。整个传感器组件12的尺寸不超过4mm×6mm，厚度不超过1mm。如此，通过利用MEMS工艺制作的含有热流传感基片122和温度传感基片123的传感器组件12，可以直接测量结晶器铜管200的热流和温度；利用MEMS工艺制作的热流传感基片122和温度传感基片123尺寸非常小，可以将二者制作在一个很小的铜基板121上，更好的适应在结晶器铜管200狭小的测量环境同时检测热流和温度；利用MEMS工艺制作的传感器组件12具备了测量响应快的特点，可直接检测到结晶器铜管200的热流及温度的瞬时变化，有效地预测结晶器漏钢的发生。

在一些实施方式中，所述热流传感基片122和温度传感基片123布置于所述铜基板121的前端，所述铜基板121的后端设置有焊盘124，所述热流传感基片122和温度传感基片123的信号通过连接在对应焊盘124上的信号线125引出。具体的，本实施例中，所述铜基板121呈“T”形，且前端并排布置热流传感基片122和温度传感基片123，便于检测时更靠近被测的结晶器铜管200，以获得准确的温度和热流测试值。

并且，所述焊盘124布置有四个，且其中两个焊盘124与热流传感基片122电连接，另两个焊盘124与温度传感基片123电连接。具体的，铜基板121的中部布置四个焊盘124，热流传感基片122与焊盘124之间、温度传感基片123与焊盘124之间均通过信号线125连接，并通过信号线125引出。

在一些实施方式中，参阅图6和图7，所述探头外壳11内设置有用于镶嵌所述传感器组件12的安装槽111。具体的，所述探头外壳11呈圆柱形，所述安装槽111位于探头外壳11的中部，且所述安装槽111的形状与传感器组件12的形状匹配，本实施例中，由于所述传感器组件12整体呈T形，相应地，所述安装槽111呈T形，安装时，所述传感器组件12从探头外壳11的末端嵌入安装槽111中，使传感器组件12与探头外壳11组成测量探头10，且传感器组件12的信号线125从安装槽111引出。

并且，装配后，传感器组件12的末端与探头外壳11的末端齐平或略低于探头外壳11的末端。本实施例中，测量探头10的直径不超过6mm，测量探头10的整体长度根据结晶器铜管200壁厚的要求不超过8mm。

本发明还提供了一种方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测方法，采用如上所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，包括：

参阅图2，在结晶器铜管200的外侧壁上开设多个测量孔201和引线槽202，所述引线槽202临近测量孔201。具体的，多个测量孔201沿结晶器铜管200的外侧壁的测量位置处设置有多列，本实施例中，沿结晶器铜管200的外侧壁设置有8个测量孔201，每个侧壁上设置2个；所述测量孔201与传感器100的测量探头10形状相适配，以便测量探头10能够紧密镶嵌在测量孔201内。

将传感器单元100的测量探头10嵌入所述测量孔201中。具体装配时，将传感器100的测量探头10嵌入测量孔201内，二者采用过渡配合，以方便装配。

其中，将传感器单元100的测量探头10嵌入所述测量孔201中的步骤中，所述测量探头10的后端与结晶器铜管200的外侧壁齐平。如此，使结晶器铜管200外侧壁与冷却水套300的距离不变，从而保证冷却水流场不会因传感器100的装入而发生变化，保证了测量数据的真实性。

并且，为了保证结晶器冷却水不进入测量孔201，将传感器单元100的测量探头10嵌入所述测量孔201中后，还包括在所述测量探头10与测量孔201之间涂敷导热硅脂。如此，一方面由于测量探头10采用与结晶器铜管200相同的材质，且紧密配合，不会破坏结晶器铜管200的热场；另一方面由于MEMS制作的传感器组件12包含热流和温度两种传感基片，且响应快，保证了测量数据的及时性。

参阅图2和图3，将测量探头10的信号线125埋设在所述引线槽202中并引出至信号处理单元。具体的，将信号线125从传感器组件12的铜基板121上焊盘124引出，并使信号线125埋设在引线槽202中，可采用环氧树脂固定，将信号线125从结晶器铜管200与水槽之间的水封向结晶器铜管200的上方法兰盖板引出；在进入结晶器水箱400侧壁上开设出口，由此出口引出结晶器，再连接到信号处理单元，进行热流和温度信号采集、转换及显示。

综上，在本发明实施例提供的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置及检测方法中，不但可以同时检测到热流和温度两种数据，而且具备检测数据的快速响应的特点，及时预测结晶器漏钢的发生；传感器的测量探头采用与结晶器铜管采用相同的材质，传感器与结晶器铜管壁紧密结合，不会影响结晶器铜管的热场，保证检测数据的真实性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，其特征在于，包括：

传感器单元，至少包括用于嵌设在结晶器铜管外壁的测量探头，所述测量探头包括探头外壳及封装于探头外壳内的传感器组件，所述传感器组件具有热流传感基片、温度传感基片和信号线，所述探头外壳与结晶器铜管的材质相同；以及

信号处理单元，所述信号处理单元与传感器单元电连接，用于采集并处理传感器单元输出的热流信号和温度信号。

2.根据权利要求1所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，其特征在于：所述传感器组件包括铜基板，所述热流传感基片和温度传感基片设置于所述铜基板上，且在所述铜基板上覆设有铜膜保护层。

3.根据权利要求2所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，其特征在于：所述热流传感基片和温度传感基片布置于所述铜基板的前端，所述铜基板的后端设置有焊盘，所述热流传感基片和温度传感基片的信号通过连接在对应焊盘上的信号线引出。

4.根据权利要求3所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，其特征在于：所述焊盘布置有四个，且其中两个所述焊盘与热流传感基片电连接，另两个所述焊盘与温度传感基片电连接。

5.根据权利要求2所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，其特征在于：所述铜基板呈T形。

6.根据权利要求1所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，其特征在于：所述探头外壳内设置有用于镶嵌所述传感器组件的安装槽。

7.根据权利要求6所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，其特征在于：所述探头外壳呈圆柱形，所述安装槽呈T形。

8.一种方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一项所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测装置，包括：

在结晶器铜管的外侧壁上开设多个测量孔和引线槽，所述引线槽临近测量孔；

将传感器单元的测量探头嵌入所述测量孔中；

将测量探头的信号线埋设在所述引线槽中并引出至信号处理单元。

9.根据权利要求8所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测方法，其特征在于：将传感器单元的测量探头嵌入所述测量孔中的步骤中，所述测量探头的后端与结晶器铜管的外侧壁齐平。

10.根据权利要求8所述的方坯连铸结晶器嵌入式传感器检测方法，其特征在于：将传感器单元的测量探头嵌入所述测量孔中后，还包括在所述测量探头与测量孔之间涂敷导热硅脂。

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