[发明专利]大包下渣振动检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金工业领域，尤其涉及一种应用于钢水连铸设备 的大包下渣振动检测装置和方法。

背景技术

在连铸生产过程中，钢水从大包流入中间包，再经中间包出水 口进入结晶器，冷却后凝固成各种截面的铸坯。渣层对大包及中间 包钢水有保温防氧化作用，然而当中间包渣层过厚则会导致钢水污 染，增加中间包耐火材料侵蚀并增加中间包残余渣层厚度。因此， 控制大包中的钢渣量对提高铸坯质量、增加连铸批次有着非常重要 的意义。

目前，已有多种下渣检测方法，如振动检测、红外技术、电磁 感应、钢包称重、超声波等。

基于红外技术的钢渣检测系统，其利用钢水和钢渣在红外线波 长范围内释放的辐射密度来区别钢水和钢渣。由于检测中钢流不能 被遮挡，如果用于大包到中间包的下渣检测，则必须除去长水口， 而这样就会引起钢水的二次氧化，目前一般不用于大包的下渣检测， 主要应用于转炉出钢口到钢包的下渣检测。

电磁感应式下渣检测系统，其利用钢水与钢渣的磁导率不同来 进行检测，国外已有多家炼钢厂采用该系统，并获得较好的冶金效 果和经济效益。但由于这类系统要对大包进行改造，在大包底部埋 入线圈，改造费用昂贵；而且由于工作环境较高，线圈很容易损坏， 平均每个月就要对所用大包底部的线圈、传感器进行更换，维护成 本高。

钢包称重自动检测方法依据钢水浇铸后期钢包与钢水的总重量 随时间的变化率基本恒定，由于钢渣的比重只有钢水的1/3，一旦有 钢渣出现，单位时间内的总重量随时间的变化率将明显减小。该方 法由于受称量精度等实际条件的制约，检测准确性很低，目前只作 为一种辅助检测手段。

超声波检测法利用大包注流中有钢渣和无钢渣时超声波发出信 号和反射信号之间的差别来实现对钢渣的检测。由于超声波探头的 工作环境温度高达1500度左右，工作环境比较恶劣，目前还没有进 入实用阶段。

振动检测方法最初实践来源于钢水浇铸现场。在连铸过程中， 经验丰富的操作工可以根据浇铸末期所感受到的大包长水口操作臂 振动的变化而先于视觉判断出由大包进入中间包的钢渣量。大量的 现场经验也证明了大包操作臂的振动与保护套管内流动的钢水中含 渣量密切相关。

事实上，在钢水从大包流入到中间包的过程中，保护套管和与 之相连的操作臂会产生较强的振动，水口开度越大，钢水流量越大， 振动就越剧烈，而钢渣比重大约是钢水的三分之一，因此，由钢渣 流动与钢水流动引起的振动必然有差异。因此，理论上通过监测操 作臂的振动可以间接检测保护套管内钢水流动状态的变化情况。

但是，连铸浇铸过程中的振动情况是比较复杂的，影响操作臂 振动的几个主要因素有：

一、在浇注过程中，要求中间包的钢水量基本稳定，钢水液面 不能太高，也不能太低。这就要求操作工要根据中间包内的钢水量 来调节钢包滑动水口的开度，当中间包液面高时，就要将滑动水口 的开度调小；而当中间包液面降低时，就要将开度调大。这就使保 护套管内的钢流的状态随之变化，这种变化也反映到操作臂的振动 上，振动随着滑动水口开度的增大而增大。

二、在大包浇注的末期，大包回转台上会放置另一包冶炼好的 钢水，前一包钢水浇注完后，这一包钢水就会接着浇注。而这个放 大包的过程，就对整个大包回转台带来冲击。这个冲击同时也造成 了操作臂的振动冲击。

三、大包下渣检测过程中，操作工对滑板的动作很频繁，每次 动作都将影响操作臂的振动且维持一段时间，如果此时正值下渣， 有用信号将被掩埋，影响下渣判断。

四、现场操作臂刚度大、重量重、固定于中间包车上，长水口 钢流引起的振动传递到操作臂上的传感器时，会发生一定的衰减。

五、在连铸车间，还有一些环境振动、人为振动和噪声，如电 弧炉冶炼时的噪声、连铸车间钢架的振动、中包台上人的行走振动 等，这些振动或噪声都会对有用信号的提取造成影响。

由此可见，将传感器直接安装在机械臂上的传统的振动检测方 法，使得传感器采集的信号中包含了大量与钢流振动特征无关的信 息，信号的信噪比非常低，有用信号掩埋在大量无用信号中，振动 幅度非常小。对这样的信号进行时域分析、频域分析、倒频域分析、 统计分析、小波分析等，并经神经网络判断，误报漏报率很高。

发明内容