專利名稱：連鑄鋼包下渣檢測方法和檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連鑄領(lǐng)域，尤其涉及一種連鑄鋼包下渣檢測方法和檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在連鑄生產(chǎn)過程中，鋼水從大包流入中間包，再經(jīng)中間包出水口進(jìn)入結(jié)晶器，冷卻 后凝固成各種截面的鑄坯。渣層對大包及中間包鋼水有保溫防氧化作用，然而當(dāng)中間包渣 層過厚則會導(dǎo)致鋼水污染，增加中間包耐火材料侵蝕并增加中間包殘余渣層厚度。因此，控 制大包中的鋼渣量對提高鑄坯質(zhì)量、增加連鑄批次有著非常重要的意義。目前，已有多種用于檢測大包下渣量的檢測方法，如振動檢測、紅外技術(shù)、電磁感 應(yīng)、鋼包稱重、超聲波等。基于紅外技術(shù)的鋼渣檢測系統(tǒng)，其利用鋼水和鋼渣在紅外線波長范圍內(nèi)釋放的輻 射密度來區(qū)別鋼水和鋼渣。由于檢測中鋼流不能被遮擋，如果用于大包到中間包的下渣檢 測，則必須除去長水口，而這樣就會引起鋼水的二次氧化，目前一般不用于大包的下渣檢 測，主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐出鋼口到鋼包的下渣檢測。電磁感應(yīng)式下渣檢測系統(tǒng)，其利用鋼水與鋼渣的磁導(dǎo)率不同來進(jìn)行檢測，國外已 有多家煉鋼廠采用該系統(tǒng)，并獲得較好的冶金效果和經(jīng)濟(jì)效益。但由于這類系統(tǒng)要對大包 進(jìn)行改造，在大包底部埋入線圈，改造費(fèi)用昂貴；而且由于工作環(huán)境較高，線圈很容易損壞， 平均每個月就要對所用大包底部的線圈、傳感器進(jìn)行更換，維護(hù)成本高。鋼包稱重自動檢測方法依據(jù)鋼水澆鑄后期鋼包與鋼水的總重量隨時間的變化率 基本恒定，由于鋼渣的比重只有鋼水的1/3，一旦有鋼渣出現(xiàn)，單位時間內(nèi)的總重量隨時間 的變化率將明顯減小。該方法由于受稱量精度等實(shí)際條件的制約，檢測準(zhǔn)確性很低，目前只 作為一種輔助檢測手段。超聲波檢測法利用大包注流中有鋼渣和無鋼渣時超聲波發(fā)出信號和反射信號之 間的差別來實(shí)現(xiàn)對鋼渣的檢測。由于超聲波探頭的工作環(huán)境溫度高達(dá)1500度左右，工作環(huán) 境比較惡劣，目前還沒有進(jìn)入實(shí)用階段。振動檢測方法最初實(shí)踐來源于鋼水澆鑄現(xiàn)場。在連鑄過程中，經(jīng)驗(yàn)豐富的操作工 可以根據(jù)澆鑄末期大包長水口操作臂振動的變化而大致判斷出由大包進(jìn)入中間包的鋼渣 量。大量的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)也證明了大包操作臂的振動與長水口內(nèi)流動的鋼水中含渣量是密切相 關(guān)。振動檢測法的原理在于鋼渣和鋼水的比重相差較大，且其流動性也不一樣，在渦流流 經(jīng)鋼包長水口時，兩者對長水口的沖刷作用有較大的差別，因此會引起鋼包長水口的振動 特性變化，通過檢測鋼包長水口的振動特性在時域或頻域上的差異來檢測長水口內(nèi)鋼水的 流動狀態(tài)，從而間接檢測大包下渣。在采用振動檢測法時，傳感器可以直接安裝在夾持長水 口的操作臂或其它振動敏感位置點(diǎn)，傳感器的安裝簡單，振動信號獲取容易，投資少，維護(hù) 成本低。在現(xiàn)有的對鋼包的下渣進(jìn)行檢測的振動檢測系統(tǒng)中，通常采用單一的傳感器來采 集長水口處的振動信號，通過分析長水口的振動幅值的大小來判斷鋼包的下渣情況，但是，由于在連鑄澆注過程中，長水口的振動情況比較復(fù)雜，僅僅依靠振動幅值大小來判斷下渣 容易造成誤判和漏判，從而導(dǎo)致系統(tǒng)下渣檢測的不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種下渣檢測準(zhǔn)確性高的連鑄鋼包下渣檢測 系統(tǒng)和檢測方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種連鑄鋼包下渣檢測方法，包括以下步驟設(shè)置于 與長水口相連的操作臂上的加速度傳感器和位移傳感器分別采集由長水口傳導(dǎo)至操作臂 的振動加速度信號和位移偏擺信號；對振動加速度信號和位移偏擺信號分別進(jìn)行預(yù)處理和 特征識別，根據(jù)特征識別結(jié)果生成下渣控制信號；以及，根據(jù)下渣控制信號執(zhí)行相應(yīng)的控制 操作。進(jìn)一步地，預(yù)處理和特征識別步驟具體包括對振動加速度信號和位移偏擺信號 分別進(jìn)行放大、濾波、采樣和A/D轉(zhuǎn)換處理后生成采樣信號，對采樣信號進(jìn)行小波包分析獲 得加速度特征矢量和位移特征矢量，當(dāng)所獲得的加速度特征矢量和位移特征矢量均與預(yù)存 的表征下渣狀態(tài)的特征矢量相符時，生成下渣控制信號。進(jìn)一步地，加速度傳感器和位移傳感器各自包括三個信號通道，用于同時采集水 平X、水平Y(jié)和豎直Z方向的振動加速度信號和位移偏擺信號。進(jìn)一步地，結(jié)合以下至少一種現(xiàn)場信號參數(shù)進(jìn)行特征識別開澆信號、鋼包重量信 號、滑板動作信號和轉(zhuǎn)包信號。進(jìn)一步地，控制操作為發(fā)出聲光報警信號并自動關(guān)閉滑板。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種連鑄鋼包下渣檢測系統(tǒng)，包括信號采集裝 置，包括加速度傳感器和位移傳感器，加速度傳感器和位移傳感器均設(shè)置于與長水口相連 的操作臂上；信號處理裝置，包括信號調(diào)理器、信號采集卡和工控機(jī)，加速度傳感器和位移 傳感器連接至信號調(diào)理器的輸入端，信號調(diào)理器的輸出端連接至信號采集卡的輸入端，信 號采集卡的輸出端連接至工控機(jī)；控制輸出裝置，包括報警單元，報警單元連接至工控機(jī)。進(jìn)一步地，加速度傳感器和位移傳感器均包括三個信號通道，用于同時采集水平 X、水平Y(jié)和豎直Z方向的振動信號。進(jìn)一步地，信號處理裝置還包括信號輸入輸出控制卡，輸入輸出控制卡與操作箱 和工控機(jī)相連，用于采集數(shù)字量信號，并將所述數(shù)字量信號輸出至工控機(jī)。進(jìn)一步地，數(shù)字量信號至少包括以下一種滑板動作信號、中包到位信號和轉(zhuǎn)包信 號。進(jìn)一步地，控制輸出裝置還包括用于控制滑板動作的滑板控制單元，滑板控制單 元與工控機(jī)相連。進(jìn)一步地，控制輸出裝置還包括顯示單元，顯示單元與工控機(jī)相連。本發(fā)明具有以下有益效果1.采用雙傳感器分別采集長水口處的加速度振動信號和位移偏擺信號，這樣可以 更加有效、更加全面地獲得長水口處的振動信息，可以從多方面對下渣狀態(tài)進(jìn)行綜合判斷， 從而避免了因僅僅依靠振動幅值大小判斷下渣而帶來的誤判和漏判，提高了系統(tǒng)下渣檢測 的準(zhǔn)確性。
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2.所用的傳感器具有多個通道，可以檢測多個方向的振動信息，提高了系統(tǒng)下渣 檢測的準(zhǔn)確性。3.本發(fā)明在下渣特征的識別上，還結(jié)合了開澆信號、鋼包重量信號、滑板動作信號 和轉(zhuǎn)包信號等現(xiàn)場澆注信息，提高了系統(tǒng)下渣檢測的準(zhǔn)確性。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的下渣檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖2示出了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的下渣檢測流程圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的鋼包下渣檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該鋼包 下渣檢測系統(tǒng)主要包括信號采集裝置200、信號處理裝置300和控制輸出裝置400。其中， 信號采集裝置200包括加速度傳感器202和位移傳感器204 ；信號處理裝置300包括信號 調(diào)理器302、信號采集卡304、信號輸入輸出控制卡306和工控機(jī)308 ；控制輸出裝置400，包 括報警單元402、滑板控制單元404和顯示單元406。此外，鋼包下渣檢測系統(tǒng)還包括接線 箱500、開關(guān)盒(未示出)等附屬設(shè)備。 加速度傳感器202和位移傳感器204通過信號線依次與信號調(diào)理器302、信號采集 卡304和工控機(jī)308相連接。信號處理裝置300中的信號輸入輸出控制卡306與澆注的操作箱600連接，用于 從操作箱600中獲取數(shù)字量信號，如滑板動作信號、中包到位信號、轉(zhuǎn)包信號等，并結(jié)合開 澆信號和鋼包重量信號區(qū)分澆注前期、中期和末期。其中，開澆信號和鋼包重量信號是通過 鋼廠的PLC (Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)提供的，由信號采集卡 304采集并送入工控機(jī)308。在檢測系統(tǒng)中引入上述現(xiàn)場澆注參數(shù)可以更加準(zhǔn)確地判斷下 渣狀態(tài)，提高系統(tǒng)的檢測準(zhǔn)確性。報警單元402可以選用任何聲光報警裝置，從工控機(jī)308接收報警信號，啟動聲光 報警。當(dāng)工控機(jī)308將下渣信號輸出至滑板控制單元404時，滑板控制單元404可自動關(guān)閉 滑板。顯示單元406可選用普通顯示裝置，工控機(jī)308可將下渣信息輸出至顯示單元406， 通過顯示單元406操作人員可以實(shí)時監(jiān)控下渣狀況。在連鑄過程中，鋼液從大包101經(jīng)長水口 102流入中間包103，長水口 102插入中 間包103內(nèi)，鋼廠操作臂104與長水口 102相連，用于支持固定長水口 102，操作臂104上 安裝有雙傳感器202和204，其中傳感器202為振動加速度傳感器，傳感器204為位移傳感 器。當(dāng)鋼液經(jīng)長水口 102流入中間包103時，會引起長水口 102的振動，該振動可通過操作 臂104傳導(dǎo)至傳感器202和204。因鋼渣的比重比鋼液輕，且鋼渣的粘度較大，當(dāng)鋼液流經(jīng) 長水口 102時，鋼液對長水口 102的沖擊振動強(qiáng)烈，且引起長水口 102的偏擺較大，而當(dāng)鋼 渣進(jìn)入長水口 102時，沖擊振動較弱，且引起長水口 102的偏擺較小，所以該系統(tǒng)采用雙傳 感器進(jìn)行檢測。傳感器202用來采集長水口 102處的振動加速度信息，傳感器204用來采集長水口 102處的位移偏擺信號。傳感器202和傳感器204均有三個通道，可在水平χ方 向、水平1方向和豎直ζ方向進(jìn)行多方向檢測。當(dāng)系統(tǒng)通過信號采集卡304檢測到開澆信號后，系統(tǒng)根據(jù)所接收到的鋼包稱重信 息投入檢測，由傳感器202和傳感器204采集長水口 102處的振動加速度信號和位移偏擺 信號，并將兩者輸入到信號調(diào)理器302、信號采集卡304等設(shè)備后進(jìn)行信號的放大、濾波、采 樣和A/D轉(zhuǎn)化等預(yù)處理過程，完成之后進(jìn)入工控機(jī)308進(jìn)行實(shí)時在線分析和處理，經(jīng)算法判 斷識別后，對鋼液和鋼渣的兩種狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，一旦檢測到下渣，系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號， 自動或操作工人手動關(guān)閉滑板，結(jié)束整個檢測過程。圖2示出了優(yōu)選實(shí)施例的下渣檢測流程圖，如圖2所示，整個檢測流程包括以下步 驟S202，加速度傳感器和位移傳感器分別采集由長水口傳導(dǎo)至操作臂的振動加速度 信號和位移偏擺信號。S204，對所采集的振動加速度信號和所述位移偏擺信號分別進(jìn)行放大、濾波、采樣 和A/D轉(zhuǎn)換處理后生成采樣信號。S206，將所生成的采樣信號輸入工控機(jī)，進(jìn)行小波包分析獲得采樣信號的加速度 特征矢量和位移特征矢量。當(dāng)然，在本實(shí)施例中，對所輸入的采樣信號還可以采用其它分析 方法，例如，振動信號能量分析和振動波形對比分析。S208，將所獲得的加速度特征矢量和位移特征矢量與預(yù)存的表征下渣狀態(tài)的特征 矢量比較，當(dāng)所獲得的加速度特征矢量和位移特征矢量均與預(yù)存的表征下渣狀態(tài)的特征矢 量相符時，執(zhí)行步驟S210 ；否則，重復(fù)執(zhí)行步驟S206，即繼續(xù)對新輸入的采樣信號進(jìn)行特征 識別。S210，發(fā)出聲光報警信號并自動關(guān)閉滑板。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種連鑄鋼包下渣檢測方法，其特征在于，包括以下步驟設(shè)置于與長水口相連的操作臂上的加速度傳感器和位移傳感器分別采集由所述長水口傳導(dǎo)至所述操作臂的振動加速度信號和位移偏擺信號；對所述振動加速度信號和所述位移偏擺信號分別進(jìn)行預(yù)處理和特征識別，根據(jù)特征識別結(jié)果生成下渣控制信號；以及根據(jù)所述下渣控制信號執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下渣檢測方法，其特征在于，所述預(yù)處理和特征識別步驟具 體包括對所述振動加速度信號和所述位移偏擺信號分別進(jìn)行放大、濾波、采樣和A/D轉(zhuǎn)換處 理后生成采樣信號，對所述采樣信號進(jìn)行小波包分析獲得加速度特征矢量和位移特征矢 量，當(dāng)所獲得的加速度特征矢量和位移特征矢量均與預(yù)存的表征下渣狀態(tài)的特征矢量相符 時，生成所述下渣控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下渣檢測方法，其特征在于，所述加速度傳感器和所述位移 傳感器各自包括三個信號通道，用于同時采集水平X、水平Y(jié)和豎直Z方向的振動加速度信 號和位移偏擺信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下渣檢測方法，其特征在于，結(jié)合以下至少一種現(xiàn)場信號參 數(shù)進(jìn)行所述特征識別開澆信號、鋼包重量信號、滑板動作信號、轉(zhuǎn)包信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的下渣檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述控制操作為發(fā)出聲光報警 信號并自動關(guān)閉滑板。
6.一種連鑄鋼包下渣檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括信號采集裝置(200)，包括加速度傳感器(202)和位移傳感器(204)，所述加速度傳感 器(202)和位移傳感器(204)均設(shè)置于與長水口(102)相連的操作臂(104)上；信號處理裝置(300)，包括信號調(diào)理器(302)、信號采集卡(304)和工控機(jī)(308)，所述 加速度傳感器(202)和位移傳感器(204)連接至所述信號調(diào)理器(302)的輸入端，所述信 號調(diào)理器(302)的輸出端連接至所述信號采集卡(304)的輸入端，所述信號采集卡(304) 的輸出端連接至所述工控機(jī)(308)；控制輸出裝置(400)，包括報警單元(402)，所述報警單元(402)連接至所述工控機(jī) (308)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的下渣檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述加速度傳感器(202)和位 移傳感器(204)均包括三個信號通道，用于同時采集水平X、水平Y(jié)和豎直Z方向的振動信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的下渣檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理裝置(300)還包 括信號輸入輸出控制卡(306)，所述信號輸入輸出控制卡(306)連接至操作箱(600)，用于 采集數(shù)字量信號，并將所述數(shù)字量信號輸出至工控機(jī)(308)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的下渣檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字量信號至少包括以下 一種滑板動作信號、中包到位信號和轉(zhuǎn)包信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的下渣檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述控制輸出裝置(400)還包 括用于控制滑板動作的滑板控制單元(404)，所述滑板控制單元(404)與所述工控機(jī)(308)相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的下渣檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述控制輸出裝置(400)還包 括顯示單元(406)，所述顯示單元(406)與所述工控機(jī)(308)相連。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種連鑄鋼包下渣檢測方法，包括以下步驟設(shè)置于與長水口相連的操作臂上的加速度傳感器和位移傳感器分別采集由所述長水口傳導(dǎo)至所述操作臂的振動加速度信號和位移偏擺信號；對所述振動加速度信號和所述位移偏擺信號分別進(jìn)行預(yù)處理和特征識別，根據(jù)特征識別結(jié)果生成下渣控制信號；根據(jù)所述下渣控制信號執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)上述檢測方法的下渣檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信號采集裝置、信號處理裝置和控制輸出裝置。本發(fā)明避免了因僅僅依靠振動幅值大小判斷下渣而帶來的誤判和漏判，提高了系統(tǒng)下渣檢測的準(zhǔn)確性。
文檔編號B22D11/18GK101905302SQ20101024940
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者李娟 , 田陸 申請人:田陸