大板坯火焰喷枪切割高度控制系统及其使用方法
【专利说明】大板坯火焰喷枪切割高度控制系统及其使用方法 技术领域 本发明提供一种大板坯火焰喷枪切割高度控制系统及其使用方法，属于连铸生产控制 技术领域。 【背景技术】 目前，火焰切割方式是连铸生产过程中切割厚度为60mm以上大板坯的唯一经济、有效 方式。有效实施火焰切割技术的关键是确保铸坯切缝附近的金属能够迅速被加热到钢铁的 燃点，而这与气体火焰的温度分布是息息相关的。火焰分为外焰、内焰、焰心三个部分，受燃 质能否被充分氧化的影响，导致外焰的温度〉内焰的温度〉焰心的温度，因此，在火焰切割的 过程中，如果能够充分利用外焰的高温区域对板坯金属进行加热，就能够使板坯金属被迅 速加热到钢铁的燃点，从而使板坯切割迅速、顺利完成;反之，若是利用火焰的内焰或焰心 对板坯金属进行加热，则板坯金属将不能够被迅速加热到钢铁的燃点，这样，一方面会阻碍 火焰切割过程的顺利进行，使板坯不能够在有限的时间内被切割下来，进而打乱了整个连 铸生产的节奏，另一方面会使大板坯切缝附近的金属表面不够光滑，进而影响到终乳产品 的表面质量;此外，还会降低燃气的利用率，增加燃气的消耗，进而增加连铸工序的成本。 火焰喷枪喷口到板坯表面的垂直距离，也称为火焰喷枪切割高度。综合上述分析可知， 若想效率最大化地利用火焰外焰对板坯金属进行加热，需要精确调整火焰喷枪切割高度， 使该高度的大小正好是当前时刻喷枪喷口与火焰外焰高温区域之间的距离。为满足上述条 件，目前现场的传统做法是人工调整火焰喷枪的切割高度，即：在连铸生产前，现场工作人 员首先通过肉眼离线观察火焰的长度，并结合之前火焰切割的实际效果，手动调节切割小 车上喷枪喷口到铸坯传动辊的垂直距离，从而确保火焰喷枪切割高度与喷枪喷口与火焰外 焰高温区域之间距离相等。但这种方法存在着以下的缺点：（1)、利用手动方式调节得到的 火焰喷枪的切割高度只能粗略达到利用气体火焰外焰对板坯金属进行加热的目的，而无法 精确实现；（2)、受气体燃料的供应压力和纯度等外部因素的影响，生产过程中的气体火焰 外焰长度会经常发生改变，而传统的手动调节方式无法根据火焰外焰长度的变化及时调整 火焰喷枪的切割高度，从而影响到板坯的实际切割效果；（3)、传统方式下，现场工作人员需 要在每个浇次生产之前依据上一浇次的火焰切割效果，对火焰喷枪的切割高度进行调整， 因此劳动强度较大。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种大板坯火焰喷枪切割高度控制系统及该系统 的使用方法，可实时、自动、精确调整火焰喷枪切割高度，实现充分利用火焰外焰对板坯金 属进行加热的目的，解决【背景技术】缺陷。 解决上述技术问题的技术方案是： 大板坯火焰喷枪切割高度控制系统，包括切割机轨道、火焰切割机、设置于火焰切割机 上的火焰切割小车和喷枪，其改进之处为:它还包括安装于火焰切割小车上的气压缸、用于 拍摄喷枪及喷枪火焰的相机和过程控制系统； 所述喷枪为活塞式火焰喷枪;活塞式火焰喷枪装配于气压缸中将气压缸分为上腔和下 腔，上腔分别与上腔进气管和上腔出气管连通，上腔进气管和上腔出气管上分别安装上腔 电磁调节阀和上腔电磁开关阀；下腔分别与下腔进气管和下腔出气管连通，下腔进气管和 下腔出气管上分别安装下腔电磁调节阀和下腔电磁开关阀；上腔和下腔上分别安装有上腔 压力传感器和下腔压力传感器;上腔还安装有位移传感器； 所述过程控制系统包括计算机、分别与计算机连接进行数据通讯的相机数据采集卡、 上腔电磁调节阀PLC、下腔电磁调节阀PLC、上腔电磁开关阀PLC、下腔电磁开关阀PLC、气压 缸信息反馈PLC、火焰切割机起点位置开关和火焰切割小车起点位置开关;上、下腔电磁调 节阀PLC分别与上、下腔电磁调节阀相连接;上、下腔电磁开关阀PLC分别与上、下腔电磁开 关阀相连接;所述火焰切割机起点位置开关安装在切割机轨道上，位于火焰切割机切割板 坯时的起始位置;所述火焰切割小车起点位置开关安装在切割机上，位于火焰切割小车切 割板坯时的起始位置;气压缸信息反馈PLC同时与气压缸上腔压力传感器、下腔压力传感器 和位移传感器、火焰切割机起点位置开关、火焰切割小车起点位置开关相连接。 上述的大板坯火焰喷枪切割高度控制系统，所述气压缸的上腔和下腔上还安装有上腔 溢流阀和下腔溢流阀;所述相机为CCD彩色相机，通过支架固定在以火焰切割机起点位置开 关为圆心，半径为l〇m~20m处，确保CCD彩色相机能够完整拍摄火焰喷枪和喷出的火焰高 度;所述上腔出气管和下腔出气管远离与气压缸连接的一端安装有过滤网。 大板坯火焰喷枪切割高度控制系统的使用方法，包含以下步骤： 步骤1:手动关闭上腔电磁调节阀、下腔电磁调节阀、上腔电磁开关阀和下腔电磁开关 阀，并控制火焰切割机和火焰切割小车分别运行到切割板坯时的起始位置； 步骤2:手动将计算机的工作模式调整为"开浇前控制"模式，然后执行以下操作： (1 )、通过手动控制计算机的方式，操作相机对火焰喷枪进行拍摄;相机完成拍摄后，自 动将相关图像通过相机数据采集卡传送到计算机，手动测量出该图像上火焰喷枪的长度 Lf?; (2)、手动测量出初始时刻火焰喷枪喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离始和火焰喷 枪的实际长度Lffe; 步骤3:将测量得到的火焰喷枪在图像上的长度Uffl、火焰喷枪的实际长度L?始信息输入 计算机，计算机会根据相似性原理，通过内置程序，自动计算出长度比例系数B，即： 1检图. 式中：U個为图像上火焰喷枪的长度，单位:mm; Life为火焰喷枪的实际长度，单位:mm; 将初始时刻火焰喷枪喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离14;始和铸坯厚度Η信息输入 到计算机中，计算机会通过内置程序自动计算出当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上 中点位置的垂直距离4，即： 式中：勾为当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离，单位:mm; La台为初始时刻火焰喷枪喷口到输送辊上表面顶点的垂直距离，单位:mm; Η为铸还厚度，单位:mm; 然后，计算机自动将当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离 珥定义为零点距离； 步骤4:正式浇钢后，手动将计算机的工作模式调整为"开浇后控制"模式；当火焰切割 机和火焰切割小车分别触发火焰切割机起点位置开关和火焰切割小车起点位置开关后，火 焰切割机起点位置开关和火焰切割小车起点位置开关通过气压缸信息反馈PLC分别向计算 机发出反馈信号，计算机自动启动相机，并控制相机对火焰喷枪所喷射出的火焰进行拍摄， 并将图像通过相机数据采集卡传送回计算机； 步骤5:计算机自动对所拍摄的图像进行分析后，得出火焰温度最高点到火焰喷枪喷口 的垂直距离，具体方法是： (1 )、计算机通过内置程序自动对图像各像素点的亮度进行分析，并在得出各像素点的 亮度后，对整个图像上各像素点的亮度做归一化处理，将归一化后亮度为0.99~1.0的像素 点作为起始点，再自动垂直向上搜索到亮度为〇~0.01的像素点作为终止点，然后自动测量 出两点之间的垂直距离L·火|額； (2)、计算机再结合步骤3中得到的长度比例系数B，根据相似性原理，计算出火焰温度 最高点到火焰喷枪喷口的实际垂直距离I^g，即： U^=U4m · B 式中：L姻为火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的实际垂直距离，单位 为归一化后亮度分别为0.99~1.0和0~0.01的两像素点之间的距离，单位:mm; B为长度比例系数； 步骤6:计算机对火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离L姻和当前时刻火焰喷枪 喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离4进行比较，计算出二者的差值L，即： L = 1小Λ5 -[0 式中：为火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离，单位:mm; 舄为当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离，单位:mm; !^为1^§与之间的差值，mm。 步骤7:根据步骤6的计算结果，计算机自动执行火焰喷枪的升降操作，具体方法是： (1 )、当L>0时，表明：火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离L姻大于当前时刻火 焰喷枪喷口到沿铸坯厚度方向上中点位置的垂直距离A，火焰喷枪需要向上移动;此时，计 算机分别向下腔电磁调节阀PLC和上腔电磁调节阀PLC发出指令，打开下腔电磁调节阀，关 闭上腔电磁调节阀；向上腔电磁开关阀PLC和下腔电磁开关阀PLC发出指令，打开上腔电磁 开关阀，关闭下腔电磁开关阀，此时，火焰喷枪将向上移动，然后计算机以l0ms~20ms为周 期监测位移传感器所反馈回来的数值，当