CN115562375A - 一种高温金属熔体液面高度控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种高温金属熔体液面高度控制系统，属于高温冶金以及高温化工领域：包括采集高温载具内倒入的高温熔体的流动到第一液面位置时的第一电信号的第一电阻检测探头；采集高温载具内倒入的高温熔体的流动到第二液面位置时的第二电信号的第二电阻检测探头；接收第一电阻检测探头传送的第一电信号和第二电阻检测探头传送的第二电信号的电阻检测仪，电阻检测仪将所接收的第一电信号和第二电信号分别传递给PLC；接收电阻检测仪传送的电信号，基于高温载具的内部结构尺寸，实时得到一定体积高温熔体在高温载具内的液面位置高度的控制装置，该系统成本低廉，操作便捷，抗干扰性强且能够稳定适用于黑箱系统。
Description
技术领域
本发明涉及高温冶金以及高温化工领域，特别涉及一种高温金属熔体液面高度控制系统和方法。
背景技术
在高温冶炼和高温化工等工艺过程中，经常需要通过识别反应器内液面高度判断反应器内物料的质量，操作者根据反应器内物料总质量组织生产或对反应器内物料进行下一步除杂、调质等处理。控制反应器内部液面高度，是保证相关工艺稳定性的前提和基础。但对于高温冶炼反应过程以及高温化工过程，往往反应器表面温度高、烟尘量大，使得高温金属熔体表面成为一种黑箱系统，内部具体情况难以识别。传统采用工业相机与计算相结合的方法以及采用光纤传输的方法测量液面，难以避免烟尘的干扰，且设备复杂，成本较高。故亟需一种能够检测非可视条件下金属熔体液面高度的方法。
发明内容
本发明目的在于解决高温熔体液面高度检测困难技术问题，本发明提供本发明采用的技术方案是：一种高温金属熔体液面高度控制系统，包括
采集高温载具内倒入的高温熔体的流动到第一液面位置时的第一电信号的第一电阻检测探头；
采集高温载具内倒入的高温熔体的流动到第二液面位置时的第二电信号的第二电阻检测探头；
接收所述第一电阻检测探头传送的第一电信号和所述第二电阻检测探头传送的第二电信号的电阻检测仪，所述电阻检测仪将所接收的第一电信号和第二电信号分别传递给PLC；
接收所述电阻检测仪传送的电信号，基于高温载具的内部结构尺寸，实时得到一定体积高温熔体在高温载具内的液面位置高度的控制装置。
进一步地，所述第一电阻监测探头与所述第二电阻检测探头间隔一定隔离I；所述距离I的范围为500～800mm。
进一步地：所述第一电阻检测探头与所述高温载具底部之间的距离II的范围为300～500mm。
进一步地：所述第二电阻检测探头与所述高温载具底部之间的距离III的范围为800～1300mm。
进一步地：基于高温载具的内部结构尺寸，实时得到一定体积高温熔体在高温载具内的液面位置高度的过程如下；
获取高温载具初始深度h以及不同深度下高温载具的直径d；
当高温液体接触到第一电阻检测探头时，将此时记录为t1，在高温载具内位置记录为h1，并计算对应位置载具底面面积S1；
当高温载具的液面接触到第二电阻检测探头时，将此时记录为t2，在高温载具内位置记录为h2，对应的载具底面面积S2，
采用体积计算公式，计算获得Δt(Δt＝t2-t1)时间内载具中熔体体积的变化情况，记录为ΔV，即可计算出高温熔体流量G(kg/s)
G＝ρ·ΔV/Δt (1)
其中：ρ是高温熔体的密度；
根据计算获得的高温熔体流量G，计算不同时刻高温熔体液面高度，即可在非可视条件下获得熔池中液面位置。
进一步地：所述第一电阻检测探头与所述第一电阻检测探头均通过耐高温导管与所述电阻检测仪相连接。
明提供的一种高温金属熔体液面高度控制系统和方法，目的在于提供一种测量精度高，该系统成本低廉，操作便捷，抗干扰性强且能够稳定适用于黑箱系统及方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本系统的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
图1是本系统的示意图，一种高温金属熔体液面高度控制系统，包括第一电阻检测探头、第二电阻检测探头、电阻检测仪和控制装置；
所述第一电阻检测探头采集高温载具内倒入的高温熔体的流动到达第一液面位置时的第一电信号；所述高温载具用来承载高温的液体，如铁水等；
所述第二电阻检测探头采集高温载具内倒入的高温熔体的流动到达第二液面位置时的第二电信号；所述第一电阻检测探头、第二电阻检测探头悬在高温载具内的固定位置；
所述电阻检测仪接收所述第一电阻检测探头传送的第一电信号和所述第二电阻检测探头传送的第二电信号，所述电阻检测仪将第一电信号和第二电信号分别传递给PLC；
所述第一电阻检测探头与所述第一电阻检测探头均通过耐高温导管与所述电阻检测仪相连接；所述耐高温导管内部放置有导线；
所述控制装置接收所述电阻检测仪传送的电信号，基于高温载具的内部结构尺寸，实时得到一定体积高温熔体在高温载具内的液面位置高度。
所述控制装置包括人机输入界面和PLC控制器；
所述第一电阻监测探头与所述第二电阻检测探头间隔一定隔离I；所述距离I(500～800mm)；
所述距离III>距离II；
所述第一电阻检测探头距离所述高温载具底部的距离II范围为：300～500ppm；
所述第二电阻检测探头距离所述高温载具底部的距离III的范围为：800～1300mm；
基于高温载具的内部结构尺寸，实时得到一定体积高温熔体在高温载具内的液面位置高度的过程如下；
获取高温载具初始深度h以及不同深度下高温载具的直径d；
当高温液体接触到第一电阻检测探头时，将此时记录为t1，在高温载具内位置记录为h1，并计算对应位置载具底面面积S1；S1＝1/4πd2，h是安装的时候设定好的；
当熔池液面接触到第二电阻检测探头时，将此时记录为t2，在高温载具内位置记录为h2，对应的载具底面面积S2，采用体积计算公式，计算获得Δt(Δt＝t2-t1)时间内载具中熔体体积的变化情况，记录为ΔV，即可计算出高温熔体流量G(kg/s):
G＝ρ·ΔV/Δt (1)
其中：其中：ρ是高温熔体的密度；
根据公式(2)进行ΔV计算，其中：d1.....dn为第一截面…至第n截面的直径；
s1.....sn为第一截面…至第n截面的面积；
h1.....h2为高温载体的第一截面…至第n截面至底部的高度；
该装置适用于半径变化的高温载具的容量的计算；
根据计算获得的高温熔体流量G，计算不同时刻高温熔体液面高度，即可在非可视条件下获得熔池中液面位置。
所述金属熔体液面检测系统的使用方法主要包括以下步骤：
步骤一：连接金属熔体液面检测系统，保证第一电阻检测探头和第二电阻检测探头安置位置达到载具内液面所需控制高度，且检测探头不接触高温载具内壁；
步骤二：在检测前，在人机输入界面编辑好高温载具的尺寸参数，以钢水罐为例，即输入初始深度h以及不同深度下钢水罐直径d；
步骤三：将高温熔体倾倒入高温载具时，操作人员注意出高温熔体流股位置，避免高温熔体流股直接冲击检测探头；
步骤四：当液面慢慢上涨，经过第一电阻检测探头，达到第二电阻检测探头时，电阻检测仪开始出现读数，PLC即可计算出此时液面高度。
实施实例一：
转炉出钢口使用次数为35次，转炉终点氧483ppm时，采用高温金属熔体液面高度控制系统检测液面高度。
步骤一：连接金属熔体液面检测系统，保证电阻检测探头安置位置达到罐内液面所需控制高度，且检测探头不接触罐壁。
步骤二：在检测前，在人机输入界面编辑好钢水罐的尺寸参数；避免液流股直接冲击检测探头。
步骤四：当液面慢慢上涨，经过第一电阻检测探头，达到第二电阻检测探头时，检测仪开始出现读数，即为此时液面高度。
出钢时间Δt＝15s，单位时间出钢量G＝468.04kg/s
按照读数进行换算，此时钢水罐净空为433mm，精炼进站实际检测为441mm。
实施实例二：
转炉出钢口使用次数为52次，转炉终点氧511ppm时，采用高温金属熔体液面高度控制系统检测液面高度。
步骤一：连接金属熔体液面检测系统，保证电阻检测探头安置位置达到罐内液面所需控制高度，且检测探头不接触罐壁。
步骤二：在检测前，在输入界面编辑好钢水罐的尺寸参数。
步骤三：出钢阶段，操作人员注意出钢口钢液流股位置，避免钢液流股直接冲击检测探头。
步骤四：当液面慢慢上涨，经过第一电阻检测探头，达到第二电阻检测探头时，检测仪开始出现读数，即为此时液面高度。
出钢时间Δt＝16s，单位时间出钢量G＝467.68kg/s
按照读数进行换算，此时钢水罐净空为455mm，精炼进站实际检测为451mm。
实施实例三：
转炉出钢口使用次数为74次，转炉终点氧609ppm时，采用高温金属熔体液面高度控制系统检测液面高度。
步骤一：连接金属熔体液面检测系统，保证电阻检测探头安置位置达到罐内液面所需控制高度，且检测探头不接触罐壁。
步骤二：在检测前，在输入界面编辑好钢水罐的尺寸参数。
步骤三：出钢阶段，操作人员注意出钢口钢液流股位置，避免钢液流股直接冲击检测探头。
步骤四：当液面慢慢上涨，经过第一电阻检测探头，达到第二电阻检测探头时，检测仪开始出现读数，即为此时液面高度。
出钢时间Δt＝19s，单位时间出钢量G＝429.46kg/s
按照读数进行换算，此时钢水罐净空为422mm，精炼进站实际检测为428mm。
实施实例四：
转炉出钢口使用次数为95次，转炉终点氧535ppm时，采用高温金属熔体液面高度控制系统检测液面高度。
步骤一：连接金属熔体液面检测系统，保证电阻检测探头安置位置达到罐内液面所需控制高度，且检测探头不接触罐壁。
步骤二：在检测前，在输入界面编辑好钢水罐的尺寸参数。
步骤三：出钢阶段，操作人员注意出钢口钢液流股位置，避免钢液流股直接冲击检测探头。
步骤四：当液面慢慢上涨，经过第一电阻检测探头，达到第二电阻检测探头时，检测仪开始出现读数，液面停止上涨时，显示读数即为此时液面高度。
出钢时间Δt＝18s，单位时间出钢量G＝433.33kg/s
按照读数进行换算，此时钢水罐净空为398mm，精炼进站实际检测为407mm。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种高温金属熔体液面高度控制系统，其特征在于：包括
采集高温载具内倒入的高温熔体的流动到第一液面位置时的第一电信号的第一电阻检测探头；
采集高温载具内倒入的高温熔体的流动到第二液面位置时的第二电信号的第二电阻检测探头；
接收所述第一电阻检测探头传送的第一电信号和所述第二电阻检测探头传送的第二电信号的电阻检测仪，所述电阻检测仪将所接收的第一电信号和第二电信号分别传递给PLC；
接收所述电阻检测仪传送的电信号，基于高温载具的内部结构尺寸，实时得到一定体积高温熔体在高温载具内的液面位置高度的控制装置。
2.根据权利要求1所述一种高温金属熔体液面高度控制系统，其特征在于：所述第一电阻监测探头与所述第二电阻检测探头间隔一定隔离I；所述距离I的范围为500～800mm。
3.根据权利要求1所述一种高温金属熔体液面高度控制系统，其特征在于：所述第一电阻检测探头与所述高温载具底部之间的距离II的范围为300～500mm。
4.根据权利要求1所述一种高温金属熔体液面高度控制系统，其特征在于：所述第二电阻检测探头与所述高温载具底部之间的距离III的范围为800～1300mm。
5.根据权利要求1所述一种高温金属熔体液面高度控制系统，其特征在于：基于高温载具的内部结构尺寸，实时得到一定体积高温熔体在高温载具内的液面位置高度的过程如下；
获取高温载具初始深度h以及不同深度下高温载具的直径d；
当高温液体接触到第一电阻检测探头时，将此时记录为t1，在高温载具内位置记录为h1，并计算对应位置载具底面面积S1；
当高温载具的液面接触到第二电阻检测探头时，将此时记录为t2，在高温载具内位置记录为h2，对应的载具底面面积S2，
采用体积计算公式，计算获得Δt(Δt＝t2-t1)时间内载具中熔体体积的变化情况，记录为ΔV，即可计算出高温熔体流量G(kg/s)
G＝ρ·ΔV/Δt (1)
其中：ρ是高温熔体的密度；
根据计算获得的高温熔体流量G，计算不同时刻高温熔体液面高度，即可在非可视条件下获得熔池中液面位置。
6.根据权利1所述一种高温金属熔体液面高度控制系统，其特征在于：所述第一电阻检测探头与所述第一电阻检测探头均通过耐高温导管与所述电阻检测仪相连接。
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