專利名稱：結晶器液位檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種液位檢測裝置，具體地說，是涉及一種軟接觸電磁連鑄過程中結晶器內(nèi)鋼水液位的檢測裝置。
在現(xiàn)代連鑄生產(chǎn)過程中，穩(wěn)定結晶器內(nèi)鋼水液位是穩(wěn)定連鑄生產(chǎn)的一個重要條件，目前已投入使用或開發(fā)成功的方法主要有浮子法，放射同位素法，電磁渦流法以及激光法等。
浮子法有兩種，一是用耐火材料制成的浮子置于結晶器內(nèi)，懸浮在鋼液表面，靠鋼水的浮力和自重隨液面波動而升降并帶動連接在浮子上的杠桿機構推動來控制液位，雖結構簡單，不易受外界磁干擾，但測量精度不高，已不適合現(xiàn)代連鑄結晶器高精度控制的要求；另一種是在置于結晶器內(nèi)用耐火材料制成的浮子內(nèi)設電磁傳感器，當液面發(fā)生波動時，電磁傳感器產(chǎn)生信號，帶動執(zhí)行機構實行液面自動控制，但該裝置中，電磁傳感器易受周圍磁場的干擾，而影響測量精度。
放射同位素法主要是在相對的結晶器銅板上安裝Co60γ射線流和射線強度檢測器，利用射線流發(fā)出的γ射線穿過鋼水時被部分吸收，檢測器檢測到的γ射線強度變化來判斷和控制液位，該法精度雖然比較高，但由于以放射性元素為測量介質，存在著放射線防護和廢物處理及環(huán)保等問題。
激光法是激光發(fā)射器發(fā)射可見光束到保護渣表面，形成亮點，用攝像傳感器攝取此亮點的圖像，把表面亮點位置的變化轉換成與結晶器液面成比例的信號，再由傳動機構來實現(xiàn)對結晶器內(nèi)液面的自動控制。
電磁渦流法是目前比較常用的一種方法，由兩組線圈組成，懸吊在結晶器上方。當給第一組線圈施加一定頻率的高頻電壓(激勵源，約50kHz，功率約在0.1～1kW)時，產(chǎn)生一個指向結晶器的電磁場，結晶器內(nèi)的鋼水近表面層感應出渦電流，由此渦電流產(chǎn)生第二個磁場，又在第二組線圈(檢測線圈)中產(chǎn)生感生電動勢(由于第一組線圈中施加的高頻電壓是固定不變的，對第二組線圈的影響也就為一常數(shù)，可通過多次驗證予以修正)，其大小取決于渦電流，而渦電流的大小又取決于第一組線圈跟鋼水液面的真實距離。因此，第二組線圈的感生電動勢也取決于這一距離，于是，可以根據(jù)第二組線圈的感應電壓的大小來測得鋼水液位，并將信號傳給動作執(zhí)行機構，實行鋼水液位的自動控制。該法測量精度高，也是現(xiàn)在連鑄過程中比較常用的結晶器液位控制技術，但是該技術必須保證在結晶器外無其它外加交流磁場的前提下，方能正確檢測和控制液位。
軟接觸電磁連鑄是近年來為了改善連鑄坯表面質量，實現(xiàn)連鑄—連軋短流程工藝而開發(fā)的一項新技術。所謂的軟接觸是對分瓣體連鑄結晶器施加高頻磁場(頻率50-100kHz；功率100kW以上)，在初始凝固區(qū)產(chǎn)生一個指向鑄坯內(nèi)部的電磁壓力，此電磁壓力部分抵消了鋼液的靜壓力，使熔融金屬彎月面凸起，彎月面處的熔融金屬與結晶器之間呈非接觸狀態(tài)，保護渣流入通道變寬，保護渣均勻暢流，從而減輕了由于結晶器振動，保護渣流入、流出所造成的動壓變化而引起的鑄坯表面振痕。經(jīng)過大量的模擬實驗，已經(jīng)證實在高頻磁場的作用下，連鑄坯表面振痕減輕，表面質量改善。
目前軟接觸電磁連鑄結晶器雖然已進入工業(yè)試驗階段，但液位檢測和控制一直是個難點。上述的浮子法由于測量精度不高，已不適合現(xiàn)代連鑄結晶器高精度控制的要求。而放射同位素法鑒于操作使用中的防護、廢物處理及環(huán)保等問題，也難以推廣應用。激光法目前雖應用于試驗檢測，但投資較高，所需安裝空間大；另一方面，如果保護渣變化較大，由于測到的是渣面，跟真實液面會有一定的區(qū)別，測量精度難以控制。
磁性浮子法由于會受到軟接觸電磁連鑄結晶器中感應線圈產(chǎn)生的高功率強磁場干擾，再加上本身精度問題，已難以正確檢測和推廣應用；液面渦流所產(chǎn)生的磁場變化，但是，對于外部存在磁場，特別是以高功率磁場時，會受到嚴重干擾，精度下降，甚至難以使用。為了克服這些難點，中國知識產(chǎn)權局曾公開了用于鋁電磁連鑄(無結晶器)領域的一項電磁連鑄金屬液位檢測裝置專利(專利申請?zhí)枺?1217006.9)，其原理是在感應器上方設置一檢測線圈，在電磁鑄造過程中，利用鋁液面的渦流產(chǎn)生的感生電勢的變化來控制金屬液位。該法與渦流法的不同之處是直接利用了電磁鑄造用磁場進行檢測，并通過設置輔助檢測方法來修正感應器電流變化對檢測線圈感生電勢的影響，從而提高檢測精度。但對于鋼的軟接觸電磁連鑄，由于結晶器分瓣體中的渦流對檢測線圈感生電勢的干擾，加上鋼的連鑄速度快，電源功率大且往往以間歇式頻率輸出等因素，該法也難以應用于鋼的軟接觸電磁連鑄。
本實用新型提供的技術方案是，提供結晶器液位檢測裝置，在結晶器周圍設置一組線圈，該線圈和一交流電源相接，特點是，還包含一順次電路連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和所述的線圈相接，所述的結晶器上方水口的滑板機-電連接所述的執(zhí)行機構。
所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含依次成電路連接的信號輸入電路、對信號放大和整形的控制電路、頻率檢測儀、顯示輸出信號的結果顯示電路、輸出電路；所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是一邏輯比較和求差電路，在該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中內(nèi)設一預設值，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號，并和該預設值進行比較，做求差計算，并產(chǎn)生一比較結果；所說的控制系統(tǒng)用于接收所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的比較結果，并根據(jù)該比較結果控制所述的執(zhí)行機構；所述的執(zhí)行機構可控制所述水口的滑板開度，進而調節(jié)所述結晶器的液位。
本實用新型，由于利用了電源頻率信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能連續(xù)、快速、準確地控制結晶器內(nèi)鋼水的液位，并簡化了測量裝置，既降低成本和安裝難度，又能獲得較高的液位控制精度，保證鑄坯的質量，改善操作條件及提高鑄機的生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。本實用新型的結晶器液位檢測裝置，是實現(xiàn)安全、高效、無缺陷連續(xù)鑄鋼設備自動化的關鍵設備技術。本實用新型結構簡單、效果明顯，適用于圓坯、方坯、板坯等軟接觸電磁連鑄結晶器。
圖2為本實用新型的執(zhí)行機構結構示意圖。
如

圖1所示，在結晶器3周圍設置一組線圈2，在該結晶器的上方，為水口9及中間包8，所述的線圈2和一交流電源1相接，并有一依次成電路連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5，控制系統(tǒng)6，執(zhí)行機構7，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4和線圈成電路連接；如圖2所示，執(zhí)行機構7包含一位置傳感器和一液壓(或電機)驅動器，其以機-電連接方式設置于水口9處的滑板91并可調節(jié)滑板的開度。
由于結晶器外的感應線圈中的電感L隨結晶器內(nèi)鋼水液位高度h的變化而變化，h變大，則L也變大；h變小，則L也變小。電源諧振頻率公式可用下式表示f=12πLC·········(1)]]>若f變大，則L變小，得出h變小；反之亦成立。
根據(jù)連鑄工藝要求將結晶器內(nèi)基準鋼水液位高度設為h0，對應的感應線圈電感和電源諧振頻率分別設為L0，f0，并將該預設值f0存儲于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5內(nèi)，根據(jù)(1)式可得，
若f＞f0，則L＜L0，得出h＜h0，即液位低于基準值，可適當增加液位；反之，若f＜f0，則L＞L0，得出h＞h0，即液位高于基準值，可適當減少液位，其中L0h0對應的感應線圈電感f0h0對應的電源諧振頻率，作為數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)預設值L感應線圈電感h實測的鋼水液位高度f實測的電源諧振頻率C電容數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4主要由輸入電路、控制電路、頻率檢測儀、結果顯示電路、輸出電路組成，通過輸入電路接受被測信號，控制電路對它進行放大和整形，再由頻率檢測儀進行檢測，將結果傳送給顯示電路和輸出電路；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5是一個邏輯比較和求差電路，其接收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4輸出的信號f0，并與其內(nèi)設的預設值f0，通過比較和求差得出一比較結果，并將結果傳送給控制系統(tǒng)6；控制系統(tǒng)6發(fā)出對應的執(zhí)行指令給執(zhí)行機構7，完成操作。
當數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4采集到結晶器內(nèi)鋼水10的液位高度為h時的電源諧振頻率f，顯示并傳送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5后，由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5進行數(shù)據(jù)處理。在這里數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5將從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4傳來的f跟f0進行(預設值)比較，得到h＞h0或h＜h0，把f跟f0的差值(f-f0)輸入控制系統(tǒng)6，控制系統(tǒng)6對從數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5來的信號進行相應的控制操作，并指示執(zhí)行機構7進行水口9的滑板開度調整工作，完成結晶器3內(nèi)鋼水10液位高度h的調整。即如f＞f0時，h＜h0，可增加滑板開度，以此使液位增加；如f＜f0時，h＞h0，可減小滑板開度，使液位下降；調整后的液位高度h又通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)4顯示出來，再由此數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)5、控制系統(tǒng)6、執(zhí)行機構7進行一系列操作，如此周而復始形成一個閉環(huán)，不斷調整，將液位高度h保持在最佳狀態(tài)。其控制精度和響應速度主要取決于頻率檢測儀、邏輯比較和求差電路及控制系統(tǒng)6的性能。
權利要求1.一種結晶器液位檢測裝置，包括在結晶器周圍設置的一組線圈，該線圈和一交流電源相接；結晶器上方為中間包的出水口，出水口上設一滑板；其特征在于，還有順次以電路連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和所述的線圈相接，所述的滑板機-電連接所述的執(zhí)行機構。
2.如權利要求1所述的結晶器液位檢測裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含依次成電路連接的信號輸入電路、對信號放大和整形的控制電路、頻率檢測儀、顯示輸出信號的結果顯示電路、輸出電路。
3.如權利要求1所述的結晶器液位檢測裝置，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是一邏輯比較和求差電路。
專利摘要本實用新型涉及一種結晶器液位檢測裝置，在結晶器周圍設置一組線圈，該線圈和一交流電源相接，特點是，還包含一順次電路連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和所述的線圈相接，所述的執(zhí)行機構—機—電連接于所述的結晶器上方的水口處的滑板。能實現(xiàn)軟接觸電磁連鑄生產(chǎn)過程中結晶器液位的正確檢測和自動控制，從而穩(wěn)定軟接觸電磁連鑄生產(chǎn)工藝，達到較高的檢測精度。
文檔編號G01F23/26GK2581953SQ0226658
公開日2003年10月22日 申請日期2002年8月26日 優(yōu)先權日2002年8月26日
發(fā)明者馬新建, 周月明 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司