CN115183837A - 一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法，本装置主要由包体、检测透气砖、预埋管路、氩气气源、压力及流量传感器、上位机组成，所述包体设置有检测透气砖和预埋管路，所述预埋管理外接氩气气源，管路上设有压力及流量传感器。通过上述方式，本发明提供一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法，检测方法主要是通过注入氩气压缩气体的方式检测管路的临界面压力，从而安全、高效的实时感知钢水液面的高度变化，满足冶金生产中冶金包钢水液位实时检测和连续控制的需求，为冶金炼钢及连铸生产的相关工艺段的自动化及无人化实现提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及连铸冶金包领域，尤其涉及一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法。
背景技术
连铸生产线主要将钢水制成钢坯原料，需要为连铸生产过程提供定量钢水，冶金包内的钢水不足会直接导致生产过程的停滞，钢水过多会导致钢包泄露等危险。对于冶金包内钢水量及钢水液位的检测是相关领域额技术难题之一，由于现场工况较为恶劣，热辐射大，粉尘高，各工艺段对冶金包内钢水容量和液位都有实时检测的需求。现有实际生产中，普遍通过人工观察方式了解液面所在位置并手动控制冶金包内钢水注入量，操作环境恶劣并具有一定危险性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法，在工作层安装检测检测透气砖，在永久层设置预埋管路，通过注入氩气压缩气体的方式检测临界面压力，从而安全、高效的实时感知钢水液面的高度变化，满足冶金生产中冶金包钢水液位实时检测和连续控制的需求，为冶金炼钢及连铸生产的相关工艺段的自动化及无人化实现提供技术支持。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法，包括包体、上水口、检测透气砖、预埋管路、快插接口、氩气气源、压力及流量传感器、上位机，所述包体底部设置有上水口，所述包体由内向外依次设置有工作层、永久层、绝热层和外壳体，所述工作层内壁于上水口周围设置有检测透气砖，所述永久层与绝热层间设置有预埋管路，所述预埋管路一端连接检测透气砖，另一端从外壳体穿出并通过快插接口连接氩气气源，所述预埋管路内接压力及流量传感器，所述压力及流量传感器外接上位机。
在本发明一个较佳实施例中，所述预埋管路直径大于15mm。
在本发明一个较佳实施例中，所述上位机集成有DPU数据处理器和显示仪表。
在本发明一个较佳实施例中，所述氩气气源后端设置有过滤减压装置。
在本发明一个较佳实施例中，所述保压步骤还包括临界值扰动验证测试，所述临界值扰动验证测试过程使预埋管路内部压强在±0.2bar范围内给予波动给定，并检测相关反馈。
一种钢水液位气动检测方法，包括以下步骤：
注气：氩气气源向预埋管路灌注释放压缩气；
初始化：压力及流量传感器采集实时数据上传至上位机，得到预埋管路内的压力数据P测和流速数据v测；
动态建模：设备控制氩气气源向预埋管路增压，使压力数据增长，直至流速数据破零临界；
平衡态检测：在建立氩气系统和钢液相关静态平衡状态下，检测并分析系统相关压力和流量的数据，结合相关流体模型得到钢水液位数据；
静压力计算：上位机根据公式P钢=ρ钢gh钢计算得到液位高度h钢=P钢/ρ钢g，
P钢为实际钢水静压力；
h钢为被测钢水液位高度；
ρ钢为钢水密度。
在本发明一个较佳实施例中，所述压力数据P测= P钢+ΔP损，ΔP损为所述预埋管路的沿程压损，ΔP损=λ管·（l管/d管）·（ρ氩v测 2/2），
λ管为检测流体管路的相关常数；
l管为预埋管路自接压力及流量传感器至检测透气砖的长度；
d管为预埋管路截面积；
ρ氩为氩气密度。
在本发明一个较佳实施例中，所述平衡态检测步骤还包括临界值扰动验证测试，所述临界值扰动验证测试过程使预埋管路内部压强在±0.2bar范围内给予波动给定，并检测相关反馈。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法，在工作层安装检测检测透气砖，在永久层设置预埋管路，通过注入氩气压缩气体的方式检测临界面压力，从而安全、高效的实时感知钢水液面的高度变化，满足冶金生产中冶金包钢水液位实时检测和连续控制的需求，为冶金炼钢及连铸生产的相关工艺段的自动化及无人化实现提供技术支持。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1 是本发明一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法的一较佳实施例的包体完整结构图；
图2 是本发明一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法的一较佳实施例的包体局部放大结构图；
图3 是本发明一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法的一较佳实施例的预埋管路接线结构图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，本发明实施例包括：
一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法，包括包体1、上水口2、检测透气砖3、预埋管路4、快插接口5、氩气气源6、压力及流量传感器7、上位机8，所述包体1底部设置有上水口2，所述包体1由内向外依次设置有工作层101、永久层102、绝热层103和外壳体104，所述工作层101内壁于上水口2周围设置有检测透气砖3，所述永久层102与绝热层103间设置有预埋管路4，所述预埋管路4一端连接检测透气砖3，另一端从外壳体104穿出并通过快插接口5连接氩气气源6，所述预埋管路4内接压力及流量传感器7，所述压力及流量传感器7外接上位机8。
其中，所述预埋管路4直径大于15mm。
进一步的，所述上位机8集成有DPU数据处理器和显示仪表。
进一步的，所述氩气气源6后端设置有过滤减压装置9。
一种钢水液位气动检测方法，包括：
注气：氩气气源向预埋管路灌注释放压缩气；
初始化：压力及流量传感器采集实时数据上传至上位机，得到预埋管路内的压力数据P测和流速数据v测；
动态建模：设备控制氩气气源向预埋管路增压，使压力数据增长，直至流速数据破零临界；
平衡态检测：在建立氩气系统和钢液相关静态平衡状态下，检测并分析系统相关压力和流量的数据，结合相关流体模型得到钢水液位数据；
静压力计算：上位机根据公式P钢=ρ钢gh钢计算得到液位高度h钢=P钢/ρ钢g，
P钢为实际钢水静压力；
h钢为被测钢水液位高度；
ρ钢为钢水密度。
所述压力数据P测= P钢+ΔP损，ΔP损为所述预埋管路4的沿程压损，ΔP损=λ管·（l管/d管）·（ρ氩v测 2/2），
λ管为检测流体管路的相关常数；
l管为预埋管路4自接压力及流量传感器7至检测透气砖3的长度；
d管为预埋管路4截面积；
ρ氩为氩气密度。
所述平衡态检测步骤还包括临界值扰动验证测试，所述临界值扰动验证测试过程使预埋管路内部压强在±0.2bar范围内给予波动给定，并检测相关反馈。
本产品应用在连铸生产线中，冶金包的包盖上接钢包长水口，冶金包的内部插接塞棒对接上水口2，冶金包内钢水从上水口2经浸入式水口定量流入连铸生产线。
在连铸生产过程中，包体1内钢水液位不断下降，下降过程中钢水静压力同步减小。为了实时获取液面高度，根据密度公式只需要计算钢水静压力即可。其中钢水静压力检测可以通过上述钢水液位气动检测方法实现，本产品先将氩气充满整个气路（也就是预埋管路4），初始状态下，气路压强应当小于钢水静压力，此时通过不断为预埋管路4增压使管内氩气达到直至超过钢水压力。当处于临接状态时，氩气会从检测透气砖3泄露到包体1内，预埋管路4内氩气随之产生流速。保持该流速稳定可得到稳定的预埋管路4的氩气压强，该压强即抵消钢水静压力使氩气能临界外溢。实际钢水静压力还需考虑预埋管路4自身压力损耗，扣除损耗量即能精确获知钢水实时液面高度。检测系统随动钢水液面高度实时调节供氩压力和流量，并控制在相对平衡态方便检测。
综上所述，本发明提供了一种冶金包内钢水液位气动检测装置及方法，在工作层安装检测检测透气砖，在永久层设置预埋管路，通过注入氩气压缩气体的方式检测临界面压力，从而安全、高效的实时感知钢水液面的高度变化，满足冶金生产中冶金包钢水液位实时检测和连续控制的需求，为冶金炼钢及连铸生产的相关工艺段的自动化及无人化实现提供技术支持。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种冶金包内钢水液位气动检测装置，其特征在于，包括包体、上水口、检测透气砖、预埋管路、快插接口、氩气气源、压力及流量传感器、上位机，所述包体底部设置有上水口，所述包体由内向外依次设置有工作层、永久层、绝热层和外壳体，所述工作层内壁于上水口周围设置有检测透气砖，所述永久层与绝热层间设置有预埋管路，所述预埋管路一端连接检测透气砖，另一端从外壳体穿出并通过快插接口连接氩气气源，所述预埋管路内接压力及流量传感器，所述压力及流量传感器外接上位机。
2. 根据权利要求1 所述的冶金包内钢水液位气动检测装置，其特征在于，所述预埋管路直径大于15mm。
3.根据权利要求1所述的冶金包内钢水液位气动检测装置，其特征在于，所述上位机集成有DPU数据处理器和显示仪表。
4.根据权利要求1所述的冶金包内钢水液位气动检测装置，其特征在于，所述氩气气源后端设置有过滤减压装置。
5.一种钢水液位气动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
注气：氩气气源向预埋管路灌注释放压缩气；
初始化：压力及流量传感器采集实时数据上传至上位机，得到预埋管路内的压力数据P测和流速数据v测；
动态建模：设备控制氩气气源向预埋管路增压，使压力数据增长，直至流速数据破零临界；
平衡态检测：在建立氩气系统和钢液相关静态平衡状态下，检测并分析系统相关压力和流量的数据，结合相关流体模型得到钢水液位数据；
静压力计算：上位机根据公式P钢=ρ钢gh钢计算得到液位高度h钢=P钢/ρ钢g，
P钢为实际钢水静压力；
h钢为被测钢水液位高度；
ρ钢为钢水密度。
6. 根据权利要求5所述的连铸冶金包内钢水液位气动检测方法，其特征在于，所述压力数据P测= P钢+ΔP损，ΔP损为所述预埋管路的沿程压损，ΔP损=λ管·（l管/d管）·（ρ氩v测 2/2），
λ管为检测流体管路的相关常数；
l管为预埋管路自接压力及流量传感器至检测透气砖的长度；
d管为预埋管路截面积；
ρ氩为氩气密度。
7.根据权利要求5所述的连铸冶金包内钢水液位气动检测方法，其特征在于，所述平衡态检测步骤还包括临界值扰动验证测试，所述临界值扰动验证测试过程使预埋管路内部压强在±0.2bar范围内给予波动给定，并检测相关反馈。
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