一种结晶器保护渣熔渣层厚度自动测量与调节装置及方法

摘要

本发明公开了一种结晶器保护渣熔渣层厚度自动测量与调节装置及方法，装置包括加渣机、检测系统和控制系统；测量系统安装在加渣机两螺旋输料管的出料口处；控制系统固定安装在加渣机的小车上；方法包括熔渣层厚度自动测量方法和熔渣层厚度自动调节方法；本发明在螺旋输送自动加渣机前端加入保护渣熔渣层厚度测量传感器，可以在加渣机自动布料的过程中，使用超声波熔渣层厚度测量传感器测量出保护渣熔渣层厚度这一关键数据，并且测量快捷、方便、精确；本发明将保护渣熔渣层厚度测量出来后，可编程控制器结合控制算法进行分析、计算，及时调整电机相关运动参数，实现螺旋输送自动加渣机闭环控制，实现智能加渣，保证保护渣投撒均匀。

说明书

技术领域

本发明属于工业测量技术领域，具体涉及一种结晶器保护渣熔渣层厚度测量与调节装置及方法。

背景技术

在连铸生产过程中，结晶器内钢水表面需要覆盖一定厚度的保护渣。当保护渣投撒至钢水表面后，从高温钢水中吸收热量后快速熔化，在钢水表面形成一层熔渣层，随着加渣量的增加，熔渣层厚度也不断增加；当熔渣层达到一定厚度后，部分未达到熔化温度的保护渣在熔渣层上方形成固渣层。结晶器内熔渣层在连铸过程中起到非常重要的作用，如绝热保温、防止钢水二次氧化、吸收夹杂物、润滑等。所以，为了保证在铸坯表面不出现翻皮、夹杂、裂纹等缺陷，充分发挥保护渣作用，得到高质量的铸坯，必须对保护渣熔渣层厚度进行检测。

目前常用的保护渣厚度检测装置一般采用将多种不同熔点的金属丝插入结晶器内，然后测量不同金属丝熔化后的剩余长度，从而得到保护渣各层的厚度。专利号为2006100285209的发明专利利用铜、铝和钢三种不同熔点的金属丝来测量结晶器内保护渣厚度，这种测量方法在每次测量后都需要更换金属丝，无法实现快速简便测量。相比于“三丝法”测量保护渣厚度，专利号为2016107296829的发明专利采用激光测距来测量保护渣厚度，可以实现便捷测量；但是由于激光照射到保护渣表面就反射回来，测出的是熔渣层和固渣层的厚度，无法分离得到熔渣层厚度这一关键的信息。

发明内容

本发明旨在克服现有的测量方式无法快速、精确、自动测量熔渣层厚度，提供一种结晶器保护渣熔渣层厚度测量与调节装置及方法，提高测量精度，实现按需加渣。

本发明的装置所采用的技术方案是：一种结晶器保护渣熔渣层厚度自动测量与调节装置，其特征在于：包括加渣机、检测系统和控制系统；

所述检测系统将检测信号传递给控制系统内的熔渣层厚度测量分析仪，所述检测系统将检测到的信号反馈给控制系统，实现闭环控制；

所述控制系统将所述检测系统及传感器反馈回来的信号，分析、计算，调节变频器参数，实现对电机的控制；

所述检测系统安装在所述加渣机两螺旋输料管的出料口处；所述控制系统固定安装在所述加渣机的小车上。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种结晶器保护渣熔渣层厚度自动测量与调节方法，其特征在于，包括熔渣层厚度自动测量方法和熔渣层厚度自动调节方法；

所述熔渣层厚度自动测量方法，包括以下步骤：

步骤A1：熔渣层厚度测量分析仪初始化，并进行参数设置；设置第一螺旋输料管和第二螺旋输料管摆开过程中需要测量次数n；

步骤A2：加渣机开始工作，第一超声波熔渣层厚度测量传感器、第二超声波熔渣层厚度测量传感器进行检测，熔渣层厚度测量分析仪计算出熔渣层厚度，记为D₀(0，d₀)，第一螺旋输料管和第二螺旋输料管摆动过程中实际测量次数i赋值为0；

步骤A3：第一螺旋输料管和第二螺旋输料管摆动过程中实际测量次数i赋值为i+1；

步骤A4：在拉绳位移传感器检测第一螺旋输料管和第二螺旋输料管出料口中心沿结晶器长度方向移动间隔Δx，拉绳位移传感器测量一次，记为D_i(i*Δx，d_i)；

步骤A5：判断测量次数i是否等于n；

若不等于，则返回至步骤A3；

若等于，则进行下一步；

步骤A6：测量后，将测量数据传递给可编程控制器中，来控制电机的转动，调整螺旋输送自动加渣机的加渣量；

所述熔渣层厚度自动调节方法，包括以下步骤：

步骤B1：在触摸屏上设置加渣机运行参数，第一螺旋输料电机、第二螺旋输料电机启动，摆动电机启动；

步骤B2：加渣机向钢水表面粗投保护渣，向钢水表面粗投10-15mm厚保护渣；

步骤B3：判断拉绳位移传感器测第一螺旋输料管和第二螺旋输料管是否摆开至最大位置；

若不是，则返回至步骤B1；

若是，则进行下一步；

步骤B4：完成保护渣粗投，摆动电机反转；

步骤B5：第一超声波熔渣层厚度测量传感器和第二超声波熔渣层厚度测量传感器测量结晶器内熔渣层厚度D_i；

计算连铸工艺要求保护渣熔渣层厚度D_n与测量厚度D_i的差值ΔD，并与电机控制器阈值信号D比较，判断ΔD与D的大小；

若ΔD>D，则可编程控制器根据控制算法提高对应的螺旋输料电机的转速；

若ΔD<D，则可编程控制器根据控制算法降低对应的螺旋输料电机的转速；

步骤B6：判断拉绳位移传感器检测第一螺旋输料管和第二螺旋输料管是否收拢至中心位置；

若不是，则返回至步骤B5；

若是，则进行下一步；

步骤B7：判断是否完整保护渣投撒工作，准备停机；

若继续工作，则进行下一步；

若准备停机，则执行步骤B10；

步骤B8：摆动电机正转；第一超声波熔渣层厚度测量传感器和第二超声波熔渣层厚度测量传感器测量结晶器内熔渣层厚度D_i；

计算连铸工艺要求保护渣熔渣层厚度D_n与测量厚度D_i的差值ΔD，并与电机控制器阈值信号D比较，判断ΔD与D的大小；

若ΔD>D，则可编程控制器根据控制算法提高对应的螺旋输料电机的转速；

若ΔD<D，则可编程控制器根据控制算法降低对应的螺旋输料电机的转速；

步骤B9：判断拉绳位移传感器检测第一螺旋输料管和第二螺旋输料管是否摆开至最大位置；

若为是，则重复返回至步骤B8；

若不是，摆动电机反转，返回至步骤B5继续执行；

步骤B10：关闭整个加渣机，完成保护渣自动加渣作业。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下积极效果：

1、在螺旋输送自动加渣机前端加入保护渣熔渣层厚度测量传感器，可以在加渣机自动布料的过程中，使用超声波熔渣层厚度测量传感器测量出保护渣熔渣层厚度这一关键数据，并且测量快捷、方便、精确；

2、将保护渣熔渣层厚度测量出来后，可编程控制器结合控制算法进行分析、计算，及时调整电机相关运动参数，实现螺旋输送自动加渣机闭环控制，实现智能加渣，保证保护渣投撒均匀。

因此本发明具有结构紧凑，测量便捷、准确，加渣效率高，加渣均匀，可靠性高的优点。

附图说明

图1为本发明实施例的装置主视图；

图2为本发明实施例的装置俯视图；

图3为本发明实施例的装置控制系统布局图；

图4为本发明实施例的熔渣层厚度自动测量流程图；

图5为本发明实施例的熔渣层厚度自动调节流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明为了得到熔渣层的厚度，保证铸坯质量，采用超声波测量来检测熔渣层厚度。由于超声波具有较好的穿透性，可以透过固渣层和熔渣层，且都有回波反射回来。并且由于固渣层表面、固渣层与熔渣层分界面和钢水与熔渣层分界面等三个界面具有明显不同的性质，对于超声波的吸收、反射等产生不同的影响，所以将反射回来的超声波进行分离，通过时差法得到熔渣层与固渣层厚度。本发明利用超声波测量原理，设计了一种测量机构，将其安装在螺旋输送自动加渣机(专利号：2015105619243)出料口处，测量结晶器保护渣熔渣层厚度，控制自动加渣机实现按需加渣。

请见图1、图2和图3，本发明提供的一种结晶器保护渣熔渣层厚度自动测量与调节装置，包括加渣机、检测系统和控制系统；检测系统将检测信号传递给控制系统内的熔渣层厚度测量分析仪，检测系统将检测到的信号反馈给控制系统，实现闭环控制；控制系统将检测系统及传感器反馈回来的信号，分析、计算，调节变频器参数，实现对电机的控制；检测系统安装在加渣机两螺旋输料管的出料口处；控制系统固定安装在加渣机的小车上。

请见图1和图2，本实施例的加渣机包括小车1、料仓3、摆动电机4、第一螺旋输料电机9、移动平台10、第一补偿凸轮槽11、第一螺旋输料管12、第二螺旋输料电机16、第二补偿凸轮槽17、齿轮18、第二螺旋输料管19；

第一螺旋输料管12与第二螺旋输料管19在摆动电机4的驱动下，带动齿轮18使移动平台10沿第一补偿凸轮槽11和第二补偿凸轮槽17向前移动，使螺旋输料管的出料口中心运动轨迹为直线；

在螺旋输料管左右摆动时，第一螺旋输料电机9和第二螺旋输料电机16转动，将保护渣由料仓3输送至出料口，投撒至结晶器内钢水表面。

请见图1和图2，本实施例的检测系统包括第二传感器安装支座7、第二超声波熔渣层厚度测量传感器8、第一传感器安装支座13、第一超声波熔渣层厚度测量传感器14、拉绳位移传感器15；

第一超声波熔渣层厚度测量传感器14通过第一传感器安装支座13固定安装在第一螺旋输料管12的出料口6中心背面；第二超声波熔渣层厚度测量传感器8通过第二传感器安装支座7固定安装在第二螺旋输料管19的出料口5中心背面；

拉绳位移传感器15本体安装固定在加渣机底部后侧横梁上，绳伸出端与移动平台10连接起来，用来检测移动平台10移动的距离，通过检测移动平台的移动距离，得知螺旋输料管出料口中心所在的位置；

在螺旋输料管左右摆动时，第一螺旋输料电机9和第二螺旋输料电机16转动，将保护渣由料仓3输送至出料口，投撒至结晶器内钢水表面，同时第一超声波熔渣层厚度测量传感器14和第二超声波熔渣层厚度测量传感器8检测出料口中心沿其运动方向的保护渣熔渣层厚度；拉绳位移传感器15检测第一螺旋输料管12和第二螺旋输料管19摆开位置信息。

请见图3，本实施例的控制系统包括触摸屏201、熔渣层厚度测量分析仪202、可编程控制器203、空气开关204、第一变频器206、第二变频器207、第三变频器208、端子排205；

熔渣层厚度测量分析仪202、可编程控制器203、空气开关204、第一变频器206、第二变频器207、第三变频器208固定安装在电控箱内，触摸屏201安装在电控箱外壳上；

第一超声波熔渣层厚度测量传感器14、第二超声波熔渣层厚度测量传感器8将采集的超声波信号经过端子排205传送至熔渣层厚度测量分析仪202进行分析，分析得出钢水内实时保护渣熔渣层厚度；

拉绳位移传感器15将检测第一螺旋输料管12和第二螺旋输料管19摆开位置信息经端子排205传递给可编程控制器203；触摸屏201与可编程控制器203连接，用于控制整个加渣机；

将第一超声波熔渣层厚度测量传感器14、第二超声波熔渣层厚度测量传感器8、拉绳位移传感器15的信号输入至可编程控制器203中，经过控制算法分析与计算，调整第一变频器206、第二变频器207、第三变频器208运动参数，从而分别控制第一螺旋输料电机9、第二螺旋输料电机16、摆动电机4，实现螺旋输送自动加渣机对结晶器内钢水表面保护渣智能投撒，按需加渣。

请见图4和图5，本发明提供的一种结晶器保护渣熔渣层厚度自动测量与调节方法，包括熔渣层厚度自动测量方法和熔渣层厚度自动调节方法；

请见图4，本实施例的熔渣层厚度自动测量方法，包括以下步骤：

步骤A1：熔渣层厚度测量分析仪202初始化，并进行相关参数(超声波脉冲重复频率、阻尼大小、增益/衰减量、滤波器带宽设置等)设置；设置第一螺旋输料管12和第二螺旋输料管19摆开过程中需要测量次数n；

步骤A2：加渣机开始工作，第一超声波熔渣层厚度测量传感器14、第二超声波熔渣层厚度测量传感器8进行检测，熔渣层厚度测量分析仪202计算出熔渣层厚度，记为D₀0，d₀，第一螺旋输料管12和第二螺旋输料管19摆动过程中实际测量次数i赋值为0；

步骤A3：第一螺旋输料管12和第二螺旋输料管19摆动过程中实际测量次数i赋值为i+1；

步骤A4：在拉绳位移传感器15检测第一螺旋输料管12和第二螺旋输料管19出料口中心沿结晶器长度方向移动间隔Δx，拉绳位移传感器15测量一次，记为D_ii*Δx，d_i；

步骤A5：判断测量次数i是否等于n；

若不等于，则返回至步骤A3；

若等于，则进行下一步；

步骤A6：测量后，将测量数据传递给可编程控制器203中，来控制电机的转动，调整螺旋输送自动加渣机的加渣量；

请见图5，本实施例的熔渣层厚度自动调节方法，包括以下步骤：

步骤B1：在触摸屏201上设置加渣机运行相关参数(连铸工艺要求的保护渣熔渣层厚度、结晶器长度、粗投保护渣是输料电机与摆动电机的速度等)，第一螺旋输料电机9、第二螺旋输料电机16启动，摆动电机4启动；

步骤B2：加渣机向钢水表面粗投保护渣，向钢水表面粗投10-15mm厚保护渣；

步骤B3：判断拉绳位移传感器15测第一螺旋输料管12和第二螺旋输料管19是否摆开至最大位置；

若不是，则返回至步骤B1；

若是，则进行下一步；

步骤B4：完成保护渣粗投，摆动电机4反转；

步骤B5：第一超声波熔渣层厚度测量传感器14和第二超声波熔渣层厚度测量传感器8测量结晶器内熔渣层厚度D_i；

计算连铸工艺要求保护渣熔渣层厚度D_n与测量厚度D_i的差值ΔD，并与电机控制器阈值信号D(通过智能控制算法比如模糊控制等分析得出)比较，判断ΔD与D的大小；

若ΔD>D，则可编程控制器203根据控制算法提高对应的螺旋输料电机的转速；

若ΔD<D，则可编程控制器203根据控制算法降低对应的螺旋输料电机的转速；

步骤B6：判断拉绳位移传感器15检测第一螺旋输料管12和第二螺旋输料管19是否收拢至中心位置；

若不是，则返回至步骤B5；

若是，则进行下一步；

步骤B7：判断是否完整保护渣投撒工作，准备停机；

若继续工作，则进行下一步；

若准备停机，则执行步骤B10；

步骤B8：摆动电机4正转；第一超声波熔渣层厚度测量传感器14和第二超声波熔渣层厚度测量传感器8测量结晶器内熔渣层厚度D_i；

计算连铸工艺要求保护渣熔渣层厚度D_n与测量厚度D_i的差值ΔD，并与电机控制器阈值信号D(通过智能控制算法比如模糊控制等分析得出)比较，判断ΔD与D的大小；

若ΔD>D，则可编程控制器203根据控制算法提高对应的螺旋输料电机的转速；

若ΔD<D，则可编程控制器203根据控制算法降低对应的螺旋输料电机的转速；

步骤B9：判断拉绳位移传感器15检测第一螺旋输料管12和第二螺旋输料管19是否摆开至最大位置；

若为是，则重复返回至步骤B8；

若不是，摆动电机4反转，返回至步骤B5继续执行；

步骤B10：关闭整个加渣机，完成保护渣自动加渣作业。

本发明具有结构紧凑，测量便捷、准确，加渣效率高，加渣均匀，可靠性高的优点。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。