[实用新型]消除等离子加热对连铸结晶器液面电磁干扰的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电磁兼容技术，特别涉及消除连铸等离子加热对结晶器液面控制装置产生电磁辐射干扰的装置。

背景技术

参见图1，连铸坯生产工艺示意图，一个钢包分两流浇铸，两个浇铸流的工艺和设备完全相同。钢水从大钢包1经过中间包2、水口4进入结晶器3。结晶器通过温度和振动等生产工艺控制，拉出连铸坯5，钢水从液态转为固态。在拉坯过程中，为了保持中间包内的钢水温度在一定范围内，需要等离子加热装置对中间包内的钢水加热。

等离子加热装置由可控硅直流整流系统6、电缆及插头7、等离子枪9构成；等离子枪9点弧通电后，在中间包2内产生电弧10，完成对中间包2加热的工作。

由于连铸坯生产工艺和产品质量的需要，要求结晶器内的钢水液面保持在一一定的高度不变，否则会影响钢坯质量(严重时，甚至会发生漏钢事故)。因此，控制钢水液面波动是连铸生产的关键，一般要求液面波动在±5mm以下。液面波动控制系统11的最终执行机构为水口4的控制阀。当结晶器的液面偏低时，水口4的开口大一些，钢水流量增大，液面回高；当结晶器的液面偏高时，水口4的开口小一些，钢水流量减小，液面降低。要使钢水液面获得相对的稳定，就要求水口流量的控制过程必须具有稳定而又快速的特征。结晶器的液面控制机理如下图所示：

上位计算机给出结晶器的液位给定信号，与能检测到结晶器液位高度的涡流式液面检测器8的反馈信号相比较，再经过PID运算，控制水口开度控制阀使结晶器液面稳定在给定的高度。由经典的控制理论可知，涡流式液位检测器8是整个液位控制系统的关键元件，它的抗干扰能力大小将是决定结晶器液面波动情况良好与否的关键因素。

涡流式液面检测器的探头紧贴着结晶器铜板上侧安装，系统工作机理如图2所示。

信号发生器12发生涡流振荡的工作频率f0信号，通过检测/放大电路13使线圈15发射频率为f0涡流磁场E(如虚线所示)，由电磁理论可知，这个磁场的大小与钢水液面的高低h大致成正比，钢水越高，磁场E越强。两个差动线圈16、17检测到这个磁场E信号后，通过差分电路18、经过检测/放大电路13输出表征钢水高度h的信号。当磁场E受到外部空间电磁场F干扰时，差动线圈2、3并不能把这干扰信号分离出来，而是由后面的滤波器14承担信号分离任务。

理想的滤波器14的幅频特性如图3所示，其中，fo表示涡流式液位检测器的工作频率，fh表示带宽。为了保证系统有良好的稳定性和快速性，滤波器必须有一定的带宽。在其带宽fh以外，滤波器认为是无用的干扰信号，能将等离子、整流器产生电磁干扰充分过滤掉，但带宽fh以内的干扰，滤波器认为是有用的信号，即在带宽fh以内，外部干扰对滤波器构成了同频干扰，滤波作用失效。

事实上，等离子加热设备整流回路多为典型的整流电路，由于其换相作用，电流中必然包含丰富的高次谐波，这种高次谐波通过电磁转换向空间发射包含f0在内的电磁波F。

常规抗干扰技术简介：

上述的简介可进一步归纳为：在连铸生产使用等离子加热装置时，其整流装置输出的直流大电流包含了大量的谐波并对周边环境产生电磁辐射，使在附近工作的涡流式液面检测器承受了同频干扰，致使结晶器内的液面波动情况恶化。

解决这样的电磁干扰，一般有如下几种技术：

1.远离技术：使被干扰源远离干扰源。

2.减小干扰源电流强度技术：由电磁兼容技术可知，干扰源发出的电磁波强度与干扰源电流及其包含的面积成正比。由于等离子加热设备的功率和工厂设计所限，不能采用。

3.切断空间传播途径技术：用厚实的铁磁材料将干扰源与被干扰源隔离开来。由于电缆所包围的面积很大，不可能再用铁磁材料将其包围；如果金属铠装电缆，倒可在一定程度上减轻电磁辐射，但由于电磁辐射的频率较低，必须使用相当厚的金属铠装层，既不经济，也不便于安装。如果给涡流式液位检测器再套上铁磁材料外壳被动地防护，则涡流式液位检测器正常的工作电磁路径也被切断。

4.被干扰源的滤波技术：原涡流式液位检测器中的滤波器就是此技术，但由于涡流式液位检测器在其工作频率f0上，需要一定带宽fh保证全系统有足够满足工艺需要的快速性和稳定性，在其频宽范围(f0-fh)到(f0+fh)内，存在它不能解决的同频干扰问题。

5.双绞线和屏蔽技术：在被干扰源的电线传输电路中使用双绞线和屏蔽技术，减小和隔离电磁辐射干扰。它不能解决涡流式液位检测器线圈本身受到同频干扰的问题。