[实用新型]一种基于钢水表面旋涡图像识别的下渣检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及冶金工业自动化控制领域，特别涉及一种面向连铸生产的基于钢水表面旋涡图像识别的下渣检测装置。

背景技术

随着冶金技术的进步，钢铁品种和质量的不断提高，对钢铁连铸生产中钢水纯净度的要求越来越高。在连铸生产过程中，大包中的氧化剂、杂质混合形成液体钢渣，其比重仅为钢水的三分之一左右，因此会浮于钢水上部。在钢水浇注后期，受旋涡的影响，熔融的钢渣会逐渐从大包流入中间包，影响钢材品质，减小中包的使用寿命，严重时甚至使连铸生产无法进行。为了改善钢材品质，减少对于出钢口和滑动水口的侵蚀，提高中包的使用寿命与钢水收得率，必须对于大包浇注过程中的几个关键状态进行识别。因此，从上世纪80年代开始，国内外相继开发了多种大包浇注状态识别技术，主要包括电磁检测法、超声波检测法、红外检测法、和振动检测法。

电磁识别法通过两个同心环形线圈组成的传感器来进行状态识别，当在线圈里通高频交变电流时，钢水将有感应磁场产生，其方向可由右手螺旋定则判定。因为钢渣的磁导率远小于钢水的磁导率（1600℃左右时，它们的比值为1:10000），所以在纯钢水中感应产生的磁场远远大于在含有钢渣的钢水中产生的磁场。电磁识别法的缺陷在于：装置结构复杂，安装过程比较繁琐，需要3~6个工作日，且安装时需要对连铸生产设备进行一定程度的改造，这样就会延误生产；使用寿命短，维护费用高,由于电磁线圈在恶劣的高温环境下工作，容易受损，从而使检测系统失效，因此需要定期维护，更换线圈。

超声波检测法也是一种工业检测常用的方法。其原理是利用钢流中有钢渣和无钢渣是超声波发射、反射信号之间的差别来实现对钢渣的检测。虽然这种方法对浇注过程没有影响，但是由于超声波探头的工作环境温度高达1500摄氏度，工作环境比较恶劣，制造和使用费用高，离工业应用还有较长的一段时间。

红外检测法利用钢水和钢渣的热辐射率不同的原理对钢渣进行识别，目前这类系统比较普遍的应用与转炉、电炉出钢状态的识别中，如果要直接应用于大包浇注过程的状态识别中，则必须去掉长水口，使钢流直接暴露在空气中，会引起钢水的二次氧化，这对于连铸生产是很不利的。

振动检测方法是利用监测钢水在从大包流入中间包的过程中，对保护套管和操作臂产生的振动来实现大包浇注状态的识别的。滑动水口开度越大，钢水流量越大，相应的振动就越剧烈。之前已经提到过，钢渣比重大约是纯钢水比重的三分之一，因此由纯钢水流动和钢渣流动引起的振动就必然是有差异的。只要检测到这种差异，就能有效的判断钢流下渣的发生。振动检测法的瓶颈主要在于振动信号微弱，由于钢流的冲击能力有限，因此长水口采集的振动信号容易被连铸生产现场环境的干扰所掩盖，从而导致系统产生错误的判断进而影响系统的稳定性。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种装置结构简单、对浇注过程没有影响、能有效控制钢水质量及提高收得率的下渣检测装置。为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种基于钢水表面旋涡图像识别的下渣检测装置，包括图像采集系统和图像处理系统，所述图像采集系统是安装在下端有滑动水口的大包正上方的摄像头，图像处理系统包括图像信号控制单元和工控机；摄像头通过电缆与图像信号控制单元连接，图像信号控制单元通过光缆与工控机连接。

作为进一步的改进，所述图像信号控制单元包括数据采集模块、电源管理模块、水口控制单元和现场报警模块。

作为进一步的改进，所述水口控制单元一端与滑动水口连接，另一端与工控机连接。

作为进一步的改进，所述摄像头外装有防尘罩并且密封。

对于大包浇注状态的识别的显著意义在于通过对于下渣时刻的提前获取，达到控制进入中间包钢渣量的目的，因此最简单的划分是将浇注状态分为正常浇注和下渣两种。然而，随着大包内钢水液面的降低，在重力、克里奥利力以及初始流体扰动的作用下，钢流表面会逐渐形成自由表面旋涡。随旋涡形成发展成一定规模后会将浮于钢水表面的钢渣卷入旋涡中心并带至出流口进入中间包，从而不仅影响钢坯质量还会造成中间包水口堵塞及降低连铸坯质量与钢水收得率。同时旋涡所挟带的空气增加了钢水二次氧化时间而致使钢坯质量下降。这时钢流的成分为钢水、钢渣和空气，这一状态处于正常浇注状态和下渣状态之间。综合以上分析，将大包浇注过程划分为正常浇注、混渣浇注、下渣3种状态。