專利名稱：一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金過程檢測與控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種面向鋼包下渣檢測的 水模型實驗平臺。
背景技術(shù)：
鋼包下渣檢測技術(shù)對于連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)具有重要意義。振動式鋼包下渣檢測技術(shù)作 為一種新興的下渣檢測方法，由于其在檢測成功率、制造成本以及使用壽命等方面的優(yōu)勢 而獲得較快發(fā)展。但振動式鋼包下渣檢測方法的技術(shù)要求較高，尤其是在鋼包內(nèi)部流場運 動規(guī)律、鋼流沖擊振動采集與分離、鋼包澆注狀態(tài)動態(tài)識別等方面。由于連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場高 溫、高濕的惡劣工作環(huán)境以及連鑄生產(chǎn)的不可間斷性，這給上述問題的研究帶來了很大困 難。因此，搭建面向振動式鋼包下渣檢測技術(shù)的實驗平臺，在實驗室條件下模擬鋼包澆注的 物理過程，并在此基礎(chǔ)上完成相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究是非常有必要的。鋼包內(nèi)部流場的變化能夠直接反應(yīng)鋼流的速度、質(zhì)量以及其它特征信息。對鋼流 的流動、傳熱等物理過程的研究，有助于提高鋼流特征檢測的準(zhǔn)確程度，同時也可以在一定 程度上通過相應(yīng)的控制措施提高鋼水的質(zhì)量。因此，通過某種方法得到鋼包內(nèi)部流場、速度 場以及溫度場的基本規(guī)律，是鋼包下渣物理過程分析的必要環(huán)節(jié)，對于整個系統(tǒng)的研制與 開發(fā)具有非常重要的意義。描述流體流動行為的基本參數(shù)是速度、運行軌跡和紊亂程度。因為連鑄生產(chǎn)的特 殊性，冶煉容器(鋼包、中間包、結(jié)晶器)內(nèi)部的鋼流狀態(tài)是不可見的，所以在生產(chǎn)過程中直 接觀察、測量這些參數(shù)是很困難的，必須通過間接方式進行研究。研究流場的常用方法主要 有物理模擬研究與數(shù)值模擬研究兩種。物理模擬設(shè)計簡單、易實現(xiàn)，比較直觀、有效，缺點是 投資較大且優(yōu)化設(shè)計困難；數(shù)學(xué)模擬投資小、易計算，可以對物理模擬無法實現(xiàn)的特殊條件 或復(fù)雜狀態(tài)進行模擬及相關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換處理，但必須根據(jù)實際研究對象特征進行修正才能使 其有效性得到保證。連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場高溫、高濕，條件非常惡劣，如果在技術(shù)還不成熟的情況下就進行現(xiàn) 場實驗，不僅要冒較大的風(fēng)險，且會造成一定的經(jīng)濟損失。因此，關(guān)于冶金容器內(nèi)部流場方 面的研究廣泛采用水模型實驗來模擬鋼流在耐火容器中的流動狀態(tài)。這是因為水透明無 毒，易于控制、觀察和測量，實驗費用低，而且20°C水和160(TC鋼水的運動粘度相近，確保 了水模型實驗的科學(xué)合理性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服連鑄工業(yè)現(xiàn)場的特殊環(huán)境給振動式鋼包下渣檢測方法研究帶來的技術(shù) 問題，本發(fā)明提供一種可以模擬連鑄生產(chǎn)中鋼水澆注時的真實場景的振動式的鋼包下渣檢 測水模型實驗平臺。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于包括模擬鋼包容器、模擬中間包容
3器、循環(huán)注水裝置、操作臂、支撐桿、振動傳感器、模擬鋼渣顆粒與控制執(zhí)行系統(tǒng)；
所述模擬鋼包容器設(shè)置在模擬中間包容器的上方，包括鋼包容器本體，所述鋼包容器 本體內(nèi)放置有模擬鋼渣顆粒，所述鋼包容器本體的底部出口處設(shè)有水口流量控制閥并連接 有水口保護套管；
所述模擬中間包容器包括中間包容器本體，所述中間包容器本體的側(cè)壁上安裝有用于 調(diào)控容器內(nèi)部流體的縱向流動的堰板，其底面上安裝有用于調(diào)控容器內(nèi)部流體的橫向流動 的壩板；
所述循環(huán)注水裝置包括安裝在中間包容器本體底面上的微型潛水泵，所述微型潛水泵 通過軟管與設(shè)立在角鋼臺架上的導(dǎo)流管連接，所述導(dǎo)流管的注水口設(shè)置在鋼包容器本體的 上方，其上安裝有導(dǎo)流閥；
所述水口保護套管上連接有傳遞其產(chǎn)生的振動信號的操作臂，所述操作臂通過支撐桿 支撐和固定，其末端安裝有振動傳感器，所述振動傳感器與控制執(zhí)行系統(tǒng)連接；
所述控制執(zhí)行系統(tǒng)，包括嵌入式計算機，所述嵌入式計算機上連接有電機驅(qū)動器和信 號采集器，其接收所述信號采集器上傳的數(shù)字振動信號，識別當(dāng)前的模擬鋼包容器澆注狀 態(tài)，并向所述電機驅(qū)動器發(fā)出相應(yīng)的控制指令；所述信號采集器與振動傳感器連接，其接收 所述振動傳感器采集的水流沖擊振動信號，進行預(yù)處理操作后上傳至嵌入式計算機；所述 電機驅(qū)動器連接有步進電機，其接收嵌入式計算機發(fā)出的控制指令，產(chǎn)生對應(yīng)的強電信號 驅(qū)動步進電機；所述步進電機通過齒形帶與水口流量控制閥相連，根據(jù)嵌入式計算機發(fā)出 的指令，控制調(diào)節(jié)水口流量控制閥的閥門開度。進一步，所述鋼包容器本體是帶有縱向刻度的透明的倒錐形結(jié)構(gòu)，其材料采用聚 甲基丙烯酸甲酯，其上端口設(shè)有溢流管。進一步，所述中間包容器本體采用不透明的聚氯乙烯材料制成。進一步，所述導(dǎo)流管的注水口設(shè)有垂直和平行于鋼包容器本體底面的兩種注水方 式。進一步，所述水口流量控制閥是帶有角度刻度的旋轉(zhuǎn)閥。進一步，所述模擬鋼渣顆粒是發(fā)泡聚丙烯顆粒材料。進一步，所述操作臂是中空的輕質(zhì)鋁合金管材，其位置可調(diào)的通過其端部焊接的 環(huán)形套筒套在水口保護套管上，并通過螺栓固定。進一步，所述支撐桿位置可調(diào)的通過其上端部焊接的環(huán)形套筒套在操作臂上，并 通過螺栓固定。進一步，所述振動傳感器是內(nèi)置微型集成電路的壓電加速度傳感器。本發(fā)明基于流體流動相似第二定理，以武漢鋼鐵集團第二煉鋼廠的2號連鑄機鋼 包為原型，采用近似模化法，選取模型與原型的比例為1 :6，結(jié)合佛勞德定律得到模型在流 體排空時的流量，以保證模型與原型的動力學(xué)相似性，最終實現(xiàn)對連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)中的鋼包 澆注過程的物理模擬。所述的近似?；?，只考察鋼包原型與水模型的決定性流動相似因素，即模型和 原型中各對應(yīng)點處所受的力性質(zhì)相同，幾何尺寸大小成比例，且比例常數(shù)對兩個流場中的 任意對應(yīng)點都不變。所述的佛勞德定律，可考察重力、慣性力對流動過程的影響，其涉及的流體流動相似準(zhǔn)數(shù)的計算方法為
權(quán)利要求
一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于包括模擬鋼包容器、模擬中間包容器、循環(huán)注水裝置、操作臂、支撐桿、振動傳感器、模擬鋼渣顆粒與控制執(zhí)行系統(tǒng)；所述模擬鋼包容器設(shè)置在模擬中間包容器的上方，包括鋼包容器本體，所述鋼包容器本體內(nèi)放置有模擬鋼渣顆粒，所述鋼包容器本體的底部出口處設(shè)有水口流量控制閥并連接有水口保護套管；所述模擬中間包容器包括中間包容器本體，所述中間包容器本體的側(cè)壁上安裝有用于調(diào)控容器內(nèi)部流體的縱向流動的堰板，其底面上安裝有用于調(diào)控容器內(nèi)部流體的橫向流動的壩板；所述循環(huán)注水裝置包括安裝在中間包容器本體底面上的微型潛水泵，所述微型潛水泵通過軟管與設(shè)立在角鋼臺架上的導(dǎo)流管連接，所述導(dǎo)流管的注水口設(shè)置在鋼包容器本體的上方，其上安裝有導(dǎo)流閥；所述水口保護套管上連接有傳遞其產(chǎn)生的振動信號的操作臂，所述操作臂通過支撐桿支撐和固定，其末端安裝有振動傳感器，所述振動傳感器與控制執(zhí)行系統(tǒng)連接；所述控制執(zhí)行系統(tǒng)，包括嵌入式計算機，所述嵌入式計算機上連接有電機驅(qū)動器和信號采集器，其接收所述信號采集器上傳的數(shù)字振動信號，識別當(dāng)前的模擬鋼包容器澆注狀態(tài)，并向所述電機驅(qū)動器發(fā)出相應(yīng)的控制指令；所述信號采集器與振動傳感器連接，其接收所述振動傳感器采集的水流沖擊振動信號，進行預(yù)處理操作后上傳至嵌入式計算機；所述電機驅(qū)動器連接有步進電機，其接收嵌入式計算機發(fā)出的控制指令，產(chǎn)生對應(yīng)的強電信號驅(qū)動步進電機；所述步進電機通過齒形帶與水口流量控制閥相連，根據(jù)嵌入式計算機發(fā)出的指令，控制調(diào)節(jié)水口流量控制閥的閥門開度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述鋼包 容器本體是帶有縱向刻度的透明的倒錐形結(jié)構(gòu)，其材料采用聚甲基丙烯酸甲酯，其上端口 設(shè)有溢流管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述 中間包容器本體采用不透明的聚氯乙烯材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述導(dǎo)流 管的注水口設(shè)有垂直和平行于鋼包容器本體底面的兩種注水方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述水口 流量控制閥是帶有角度刻度的旋轉(zhuǎn)閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述模擬 鋼渣顆粒是發(fā)泡聚丙烯顆粒材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述操作 臂是中空的輕質(zhì)鋁合金管材，其位置可調(diào)的通過其端部焊接的環(huán)形套筒套在水口保護套管 上，并通過螺栓固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述支撐 桿位置可調(diào)的通過其上端部焊接的環(huán)形套筒套在操作臂上，并通過螺栓固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述振動 傳感器是內(nèi)置微型集成電路的壓電加速度傳感器。全文摘要
一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，包括模擬鋼包容器，所述模擬鋼包容器設(shè)置在模擬中間包容器的上方，其內(nèi)放置有模擬鋼渣顆粒；所述模擬中間包容器的中間包容器本體底面上安裝有所述循環(huán)注水裝置的微型潛水泵，所述微型潛水泵與導(dǎo)流管連接，所述導(dǎo)流管的注水口設(shè)置在模擬鋼包容器的上方；所述模擬中間包容器的水口保護套管上連接有傳遞其產(chǎn)生的振動信號的操作臂，其末端安裝有振動傳感器，所述振動傳感器與控制執(zhí)行系統(tǒng)連接；所述控制執(zhí)行系統(tǒng)包括嵌入式計算機、連接在嵌入式計算機上的電機驅(qū)動器和信號采集器以及與電機驅(qū)動器連接的步進電機，所述信號采集器與振動傳感器連接，所述步進電機與模擬鋼包容器的水口流量控制閥相連。
文檔編號G01M10/00GK101949767SQ201010279649
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者李志鑫, 計時鳴, 譚大鵬 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)