CN1598559A - 液态金属注流渣含量检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种检测液态金属注流中渣含量的装置，它由传感器、信号电缆和信号处理机组成。传感器有一个金属外壳，其内部依次设有接受线圈、填充层、发射线圈和补偿线圈，这些线圈均绕制在绝缘层和填充层上的螺旋状沟槽内，绝缘层和填充层上的螺旋状沟槽是由带沟槽的绝缘片和绝缘填充块沿传感器轴向逐一移位而形成的。

Description

液态金属注流渣含量检测装置
本发明涉及液态金属注流中渣含量的检测技术，具体涉及连铸过程中从金属冶炼炉或大包流出的液态金属注流中渣含量的检测装置。
在连铸冶炼过程中，在液态金属从冶炼炉或大包流出的末期将有熔渣随液态金属流出。为了保证液态金属的纯净度，需要在冶炼炉或大包的液态金属流出口安装传感器，对液态金属注流中渣的含量进行检测和控制。该传感器是液态金属注流中渣含量检测装置的关键组成部分。通常是围绕液态金属注流安装一个环形的电磁传感器。由于传感器安装部位温度较高，线圈之间的绝缘是电磁传感器制作的一个关键问题。AMEPA公司(DE 3722795)采用陶瓷材料填充剂来实现线圈之间的绝缘，其作法是用线圈、陶瓷材料和不锈钢套管制作成铠装电缆。其优点是制作工艺简单。其缺点首先是铠装电缆外径较粗，在有限的传感器内部空间可以绕制的线圈圈数有限(约10圈)，导致决定线圈电磁感应能力的线圈感抗较低(不到0.3欧姆)，限制了电磁传感器的灵敏度；其次是铠装电缆内的空间狭窄，其中的芯线线径较细，线圈的直流电阻(发射线圈约为50欧姆，接受线圈约为150欧姆)远远大于线圈的感抗，致使激励电源的绝大部分能量消耗在发射线圈的发热上，而用于电磁激励的能量不足0.6％，进一步限制了传感器的灵敏度。由于传感器的灵敏度低，传感器信号须大幅度放大，系统稳定性较差。浙江大学(ZL 01255085.X)为了解决高温绝缘问题在线圈外套绝缘瓷管，周围再填充绝热材料，操作繁锁，而且瓷管和绝热材料占据较大空间，只能采用单线圈结构，传感器灵敏度和稳定性受到更大的限制，至今尚未达到实用的水平。电磁传感器另一个关键问题是如何降低背景干扰信号(包括发射线圈在接受线圈中产生的背景信号的变化以及冶炼设备基准板等结构材料温度变化引起的信号漂移)。AMEPA公司(DE 3722795)采用局部附加电磁屏蔽和给发射线圈提供多种频率电流的办法来降低钢包基准板温度变化对传感器的干扰。其作法是将发射线圈和接受线圈制作在传感器盒的同一个小室内(事实上是将发射线圈和接受线圈并行地制作在同一根不锈钢套管的铠装电缆之内)，而将参考线圈制作在传感器盒的另一个隔离室，或放在传感器盒外，或用电信号模拟参考线圈，以便在传感器盒内的不同部位附加电磁屏蔽材料。这使得接受线圈离发射线圈很近，加大了发射线圈和接受线圈之间的互感系数以及该互感系数的温度系数，从而加大了接受线圈的背景信号以及该背景信号随温度的变化量，传感器自身温度变化产生的信号漂移量大于基准板等结构材料温度变化引起的信号漂移量，直接影响了传感器的稳定性。而附加电磁屏蔽材料的作法，特别是将参考线圈移出传感器盒的作法，使参考线圈和接受线圈处于不同的环境，靠参考线圈和附加频率激励电流来抵消接受线圈受到的环境干扰的目的就更加难以实现。
本发明的目的是提供一种灵敏、稳定、可靠而且制作工艺简单的电磁型液态金属注流渣含量检测装置。
本发明的目的是这样实现的：安装在液态金属注流周围的传感器以及信号传输电缆和信号处理机组成了液态金属注流渣含量检测装置。传感器有一个环形金属外壳，传感器内的各层线圈分别绕制在绝缘层上的螺旋状沟槽内。
绝缘层由带沟槽的绝缘片组成。带沟槽的绝缘片在传感器内环形布置时，逐片沿环形传感器轴向移位，使布置满一周时带沟槽的绝缘片沿环形传感器轴向移动一个圈距，这样环形布置的绝缘片上的沟槽即构成了可绕制线圈的螺旋状沟槽。
本发明的传感器内从内环至外环依次布置有接受线圈、填充层、发射线圈和补偿线圈，补偿线圈与接受线圈的信号在信号处理机内反相相加。
本发明的填充层由带沟槽的绝缘填充块组成。
本发明的补偿线圈的外侧还有一层绕制在绝缘层上的螺旋形沟槽内的紧固线圈。
本发明的测渣传感器中带沟槽的绝缘片实现了传感器各层线圈之间以及同一层线圈的各圈之间的绝缘，这就简化了传感器制作工艺，降低了材料成本，缩短了传感器的制作周期。尤其重要的是沿沟槽绕制的线圈可以绕制较多的圈数并采用较粗的线径，从而在加大发射线圈的感抗的同时降低了发射线圈的直流电阻，最终加大了激励电流，尤其是加大了激励电源电磁辐射的能量份额，提高了测渣传感器的灵敏度。
本发明的测渣传感器中填充层的引入导至了传感器内线圈的非均匀分布，使发射线圈距接受线圈较远，距补偿线圈较近，因而降低了发射线圈在接受线圈中产生的背景信号，用圈数较小的补偿线圈就可以抵消发射线圈在圈数较多的接受线圈中产生的背景信号。另外，填充层的引入加大了液态金属注流至补偿线圈的距离，使发射线圈在液态金属注流中产生的涡电流在圈数较少又距离较远的补偿线圈中产生的电磁信号远小于该涡电流在圈数较多又距离较近的接受线圈中产生的电磁信号。因而补偿线圈在抵消发射线圈在接受线圈中产生的背景信号的同时，对液态金属注流中的涡电流在接受线圈中产生的有用信号的减弱甚微。还有，基准板等电磁结构材料作为次级电磁波的辐射体距圈数较少的补偿线圈较近，距圈数较多的接受线圈较远，有利于抑止这些结构材料引起的传感器信号的漂移。由此可知，填充层有效地提高了环形测渣传感器的信噪比。
本发明的接受线圈和补偿线圈的差分式结构，以及传感器超常的信噪比及较大的激励电流等，保证了本发明的液态金属渣含量检测装置的高度的灵敏度、稳定性和可靠性。
本发明如图1及图2A-图2D所示。
图1是测渣装置系统图
图2A是测渣传感器的主视图
图2B是测渣传感器的俯视图
图2C是图1B的A-A剖面放大图
图2D是图1B的局部放大图
作为一个例子，图1给出了从大包流出的液态金属注流中渣含量检测装置的系统图。图中存放液态金属(16)的大包(17)底部有上水口(18)，液态金属注流(19)通过上水口(18)经滑板(20)的开孔流入中包(21)。电磁型测渣传感器(22)安装在液态金属注流(19)及上水口(18)的周围，其外环侧与大包基准板(23)相邻，其上有大包下座砖(24)，其下有上滑板安装支架(25)。传感器(22)的信号经电缆(26)传送到信号处理机(27)。当液态金属注流(19)中的渣含量超过预订值时，信号处理机(27)报警并发出关闭滑板(20)的信号，防止含过量熔渣的液态金属流入中包(21)。
图2A-图2D给出了测渣传感器(22)的结构和原理。测渣传感器(22)为环形，有一个金属外壳(1)。金属外壳(1)内腔从传感器内环至外环依次布置有接受线圈(2)、发射线圈(3)和补偿线圈(4)。图中2层接受线圈绕制在2层带沟槽的绝缘层(5)的螺旋形沟槽内。接受线圈(2)与发射线圈(3)之间有带沟槽的绝缘填充层(6)。图中4层发射线圈(3)分别绕制在绝缘填充层(6)和3层绝缘层(7)的螺旋形沟槽内。图中1层补偿线圈(4)绕制在一层绝缘层(8)的螺旋形沟槽内。图中补偿线圈(4)的外侧还有一层线圈构成紧固层(9)，该层绕制在绝缘层(10)的螺旋形沟槽内，用来使传感器(22)内的接受线圈(2)、发射线圈(3)、补偿线圈(4)以及绝缘层(5)、填充层(6)、绝缘层(7)和绝缘层(8)的形状和位置保持不变。绝缘层(5)、(7)、(8)和(10)由带沟槽的绝缘块(11)、(13)、(14)和(15)组成，绝缘填充层由带沟槽的绝缘填充块(12)组成。带沟槽的绝缘片(11)、(13)、(14)和(15)以及带沟槽的绝缘填充块(12)在水平放置的传感器(22)内竖直地逐层环形布置时，逐个沿环形传感器轴向均匀移位，使布置满一周而形成绝缘层(5)、(7)、(8)、(10)或填充层(6)时，绝缘片(11)、(13)(14)和(15)以及绝缘填充块(12)沿环形传感器(22)轴向累计移位一个圈距，这样绝缘层(5)、(7)、(8)、(10)和填充层(6)上的沟槽即构成了可绕制线圈的螺旋状沟槽。通常传感器(22)内线圈的周长远大于绝缘片(11)、(13)(14)、(15)和填充块(12)的宽度，而且绝缘片(11)、(13)(14)、(15)和填充块(12)上的沟槽的曲率半径略大于其中绕制的金属线的半径，可以保证线圈在螺旋形沟槽内的绕制顺利进行。绝缘片(11)、(13)、(14)、(15)和填充块(12)均由耐高温的陶瓷材料制成。
信号处理机(27)产生的交变电流经电缆(26)通入发射线圈(3)，在液态金属注流(19)中产生涡电流，该涡电流在接受线圈(2)和补偿线圈(4)中产生感应信号。这2路信号经电缆(26)送入信号处理机(27)进行反相相加，使发射线圈(3)在接受线圈(2)和补偿线圈(4)中产生的背景信号相互抵消。填充层(6)的引入加大了接受线圈(2)与发射线圈(3)的距离，降低了发射线圈(3)在接受线圈(2)中产生的背景信号，因而用圈数较少的补偿线圈(4)就可以抵消发射线圈(3)在圈数较多的接受线圈(2)中产生的背景信号。与补偿线圈(4)比较，接受线圈(2)的圈数较多，距液态金属注流(19)较近，发射线圈(3)在液态金属注流(19)中产生的涡电流在接受线圈(2)中产生的感应信号远大于该涡电流在圈数较少又距离较远的补偿线圈(4)中产生的感应信号。这样，信号处理机(27)在对接受线圈(2)和补偿线圈(4)的信号进入反相相加处理时，就将液态金属注流(19)中的涡电流在接受线圈(2)中产生的信号的绝大部分保留了下来。除发射线圈(3)在接受线圈(2)中产生的背景信号之外，发射线圈(3)的电流在大包基准板(23)和上滑板安装支架(25)等电磁介质中产生的涡电流是引起传感器(22)的信号漂移的关键因素。图1中的基准板(23)和上滑板安装支架(25)等金属材料距圈数较少的补偿线圈(4)较近，距圈数较多的接受线圈(2)较远，这种结构形式有利于降低传感器(22)周围电磁介质温度变化对传感器的干扰作用。

Claims (5)

1、一种检测液态金属注流中渣含量的装置，它由安装在液态金属注流周围的传感器以及信号电缆和信号处理机组成，传感器由金属外壳和线圈组成，其特征在于，线圈绕制在绝缘层上的螺旋形沟槽内。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，承托线圈的绝缘层上的螺旋状沟槽是由带沟槽的绝缘片或绝缘块沿传感器轴向逐一移位而形成的。
3、一种检测液态金属注流中渣含量的装置，它由安装在液态金属注流周围的传感器以及信号电缆和信号处理机组成，传感器由金属外壳以及接受线圈、发射线圈和补偿线圈组成，其特征在于，传感器内的接受线圈和发射线圈之间有填充层。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，传感器的填充层由带沟槽的绝缘填充块组成为带螺旋形沟槽的绝缘填充层。
5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在补偿线圈的外侧有一层紧固线圈，紧固线圈绕制在绝缘层上的螺旋形沟槽内。
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