专利名称：结晶器液位检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种液位检测装置，具体地说，是涉及一种软接触电磁连铸过程中结晶器内钢水液位的检测装置。
在现代连铸生产过程中，稳定结晶器内钢水液位是稳定连铸生产的一个重要条件，目前已投入使用或开发成功的方法主要有浮子法，放射同位素法，电磁涡流法以及激光法等。
浮子法有两种，一是用耐火材料制成的浮子置于结晶器内，悬浮在钢液表面，靠钢水的浮力和自重随液面波动而升降并带动连接在浮子上的杠杆机构推动来控制液位，虽结构简单，不易受外界磁干扰，但测量精度不高，已不适合现代连铸结晶器高精度控制的要求；另一种是在置于结晶器内用耐火材料制成的浮子内设电磁传感器，当液面发生波动时，电磁传感器产生信号，带动执行机构实行液面自动控制，但该装置中，电磁传感器易受周围磁场的干扰，而影响测量精度。
放射同位素法主要是在相对的结晶器铜板上安装Co60γ射线流和射线强度检测器，利用射线流发出的γ射线穿过钢水时被部分吸收，检测器检测到的γ射线强度变化来判断和控制液位，该法精度虽然比较高，但由于以放射性元素为测量介质，存在着放射线防护和废物处理及环保等问题。
激光法是激光发射器发射可见光束到保护渣表面，形成亮点，用摄像传感器摄取此亮点的图像，把表面亮点位置的变化转换成与结晶器液面成比例的信号，再由传动机构来实现对结晶器内液面的自动控制。
电磁涡流法是目前比较常用的一种方法，由两组线圈组成，悬吊在结晶器上方。当给第一组线圈施加一定频率的高频电压(激励源，约50kHz，功率约在0.1～1kW)时，产生一个指向结晶器的电磁场，结晶器内的钢水近表面层感应出涡电流，由此涡电流产生第二个磁场，又在第二组线圈(检测线圈)中产生感生电动势(由于第一组线圈中施加的高频电压是固定不变的，对第二组线圈的影响也就为一常数，可通过多次验证予以修正)，其大小取决于涡电流，而涡电流的大小又取决于第一组线圈跟钢水液面的真实距离。因此，第二组线圈的感生电动势也取决于这一距离，于是，可以根据第二组线圈的感应电压的大小来测得钢水液位，并将信号传给动作执行机构，实行钢水液位的自动控制。该法测量精度高，也是现在连铸过程中比较常用的结晶器液位控制技术，但是该技术必须保证在结晶器外无其它外加交流磁场的前提下，方能正确检测和控制液位。
软接触电磁连铸是近年来为了改善连铸坯表面质量，实现连铸—连轧短流程工艺而开发的一项新技术。所谓的软接触是对分瓣体连铸结晶器施加高频磁场(频率50-100kHz；功率100kW以上)，在初始凝固区产生一个指向铸坯内部的电磁压力，此电磁压力部分抵消了钢液的静压力，使熔融金属弯月面凸起，弯月面处的熔融金属与结晶器之间呈非接触状态，保护渣流入通道变宽，保护渣均匀畅流，从而减轻了由于结晶器振动，保护渣流入、流出所造成的动压变化而引起的铸坯表面振痕。经过大量的模拟实验，已经证实在高频磁场的作用下，连铸坯表面振痕减轻，表面质量改善。
目前软接触电磁连铸结晶器虽然已进入工业试验阶段，但液位检测和控制一直是个难点。上述的浮子法由于测量精度不高，已不适合现代连铸结晶器高精度控制的要求。而放射同位素法鉴于操作使用中的防护、废物处理及环保等问题，也难以推广应用。激光法目前虽应用于试验检测，但投资较高，所需安装空间大；另一方面，如果保护渣变化较大，由于测到的是渣面，跟真实液面会有一定的区别，测量精度难以控制。
磁性浮子法由于会受到软接触电磁连铸结晶器中感应线圈产生的高功率强磁场干扰，再加上本身精度问题，已难以正确检测和推广应用；液面涡流所产生的磁场变化，但是，对于外部存在磁场，特别是以高功率磁场时，会受到严重干扰，精度下降，甚至难以使用。为了克服这些难点，中国知识产权局曾公开了用于铝电磁连铸(无结晶器)领域的一项电磁连铸金属液位检测装置专利(专利申请号；91217006.9)，其原理是在感应器上方设置一检测线圈，在电磁铸造过程中，利用铝液面的涡流产生的感生电势的变化来控制金属液位。该法与涡流法的不同之处是直接利用了电磁铸造用磁场进行检测，并通过设置辅助检测方法来修正感应器电流变化对检测线圈感生电势的影响，从而提高检测精度。但对于钢的软接触电磁连铸，由于结晶器分瓣体中的涡流对检测线圈感生电势的干扰，加上钢的连铸速度快，电源功率大且往往以间歇式频率输出等因素，该法也难以应用于钢的软接触电磁连铸。
本实用新型提供的技术方案是，提供结晶器液位检测装置，在结晶器周围设置一组线圈，该线圈和一交流电源相接，特点是，还包含一顺次电路连接的数据采集系统，数据处理系统，控制系统和执行机构，所述的数据采集系统和所述的线圈相接，所述的结晶器上方水口的滑板机-电连接所述的执行机构。
所述的数据采集系统包含依次成电路连接的信号输入电路、对信号放大和整形的控制电路、频率检测仪、显示输出信号的结果显示电路、输出电路；所述的数据处理系统是一逻辑比较和求差电路，在该数据处理系统中内设一预设值，该数据处理系统接收所述数据采集系统的信号，并和该预设值进行比较，做求差计算，并产生一比较结果；所说的控制系统用于接收所述数据处理系统的比较结果，并根据该比较结果控制所述的执行机构；所述的执行机构可控制所述水口的滑板开度，进而调节所述结晶器的液位。
本实用新型，由于利用了电源频率信号数据采集系统和数据处理系统，能连续、快速、准确地控制结晶器内钢水的液位，并简化了测量装置，既降低成本和安装难度，又能获得较高的液位控制精度，保证铸坯的质量，改善操作条件及提高铸机的生产率和经济效益。本实用新型的结晶器液位检测装置，是实现安全、高效、无缺陷连续铸钢设备自动化的关键设备技术。本实用新型结构简单、效果明显，适用于圆坯、方坯、板坯等软接触电磁连铸结晶器。
图2为本实用新型的执行机构结构示意图。
如

图1所示，在结晶器3周围设置一组线圈2，在该结晶器的上方，为水口9及中间包8，所述的线圈2和一交流电源1相接，并有一依次成电路连接的数据采集系统4，数据处理系统5，控制系统6，执行机构7，数据采集系统4和线圈成电路连接；如图2所示，执行机构7包含一位置传感器和一液压(或电机)驱动器，其以机-电连接方式设置于水口9处的滑板91并可调节滑板的开度。
由于结晶器外的感应线圈中的电感L随结晶器内钢水液位高度h的变化而变化，h变大，则L也变大；h变小，则L也变小。电源谐振频率公式可用下式表示f=12πLC·········(1)]]>若f变大，则L变小，得出h变小；反之亦成立。
根据连铸工艺要求将结晶器内基准钢水液位高度设为h0，对应的感应线圈电感和电源谐振频率分别设为L0，f0，并将该预设值f0存储于数据处理系统5内，根据(1)式可得，
若f＞f0，则L＜L0，得出h＜h0，即液位低于基准值，可适当增加液位；反之，若f＜f0，则L＞L0，得出h＞h0，即液位高于基准值，可适当减少液位，其中L0h0对应的感应线圈电感f0h0对应的电源谐振频率，作为数据处理系统预设值L感应线圈电感h实测的钢水液位高度f实测的电源谐振频率C电容数据采集系统4主要由输入电路、控制电路、频率检测仪、结果显示电路、输出电路组成，通过输入电路接受被测信号，控制电路对它进行放大和整形，再由频率检测仪进行检测，将结果传送给显示电路和输出电路；数据处理系统5是一个逻辑比较和求差电路，其接收数据采集系统4输出的信号f0，并与其内设的预设值f0，通过比较和求差得出一比较结果，并将结果传送给控制系统6；控制系统6发出对应的执行指令给执行机构7，完成操作。
当数据采集系统4采集到结晶器内钢水10的液位高度为h时的电源谐振频率f，显示并传送给数据处理系统5后，由数据处理系统5进行数据处理。在这里数据处理系统5将从数据采集系统4传来的f跟f0进行(预设值)比较，得到h＞h0或h＜h0，把f跟f0的差值(f-f0)输入控制系统6，控制系统6对从数据处理系统5来的信号进行相应的控制操作，并指示执行机构7进行水口9的滑板开度调整工作，完成结晶器3内钢水10液位高度h的调整。即如f＞f0时，h＜h0，可增加滑板开度，以此使液位增加；如f＜f0时，h＞h0，可减小滑板开度，使液位下降；调整后的液位高度h又通过数据采集系统4显示出来，再由此数据处理系统5、控制系统6、执行机构7进行一系列操作，如此周而复始形成一个闭环，不断调整，将液位高度h保持在最佳状态。其控制精度和响应速度主要取决于频率检测仪、逻辑比较和求差电路及控制系统6的性能。
权利要求1.一种结晶器液位检测装置，包括在结晶器周围设置的一组线圈，该线圈和一交流电源相接；结晶器上方为中间包的出水口，出水口上设一滑板；其特征在于，还有顺次以电路连接的数据采集系统，数据处理系统，控制系统和执行机构，所述的数据采集系统和所述的线圈相接，所述的滑板机-电连接所述的执行机构。
2.如权利要求1所述的结晶器液位检测装置，其特征在于，所述的数据采集系统包含依次成电路连接的信号输入电路、对信号放大和整形的控制电路、频率检测仪、显示输出信号的结果显示电路、输出电路。
3.如权利要求1所述的结晶器液位检测装置，其特征在于，所述的数据处理系统是一逻辑比较和求差电路。
专利摘要本实用新型涉及一种结晶器液位检测装置，在结晶器周围设置一组线圈，该线圈和一交流电源相接，特点是，还包含一顺次电路连接的数据采集系统，数据处理系统，控制系统和执行机构，所述的数据采集系统和所述的线圈相接，所述的执行机构—机—电连接于所述的结晶器上方的水口处的滑板。能实现软接触电磁连铸生产过程中结晶器液位的正确检测和自动控制，从而稳定软接触电磁连铸生产工艺，达到较高的检测精度。
文档编号G01F23/26GK2581953SQ0226658
公开日2003年10月22日 申请日期2002年8月26日 优先权日2002年8月26日
发明者马新建, 周月明 申请人:宝山钢铁股份有限公司