大板坯火焰喷枪切割高度控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型提供一种大板坯火焰喷枪切割高度控制系统，属于连铸生产控制设备
技术领域。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 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。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型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， 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。
[0005] 解决上述技术问题的技术方案是：
[0006] 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；
[0007] 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；
[0008]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。
[0009]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。
[0010] 本实用新型的的使用方法包含以下步骤：
[0011] 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；
[0012]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：[0013] (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]4?;
[0014] (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L%始和火 焰喷枪的实际长度Ufe;
[0015]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：
[0017]式中：L!锢为图像上火焰喷枪的长度，单位:mm;
[0018]Ufe为火焰喷枪的实际长度，单位:mm;
[0019]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Ls始和铸坯厚度H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：
[0021 ]式中：i；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；
[0022] Lae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;
[0023] H为铸还厚度，单位:mm;
[0024]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4定义为零点距离；
[0025]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；
[0026] 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：
[0027] (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〇~〇.〇1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#倒;测量方法是:利用计算机的内置程序，首先累积出两个像 素点之间垂直方向上所有像素点数量n，然后根据相邻两个像素点之间的固有垂直距离A L，计算出归一化亮度为0.99~1.0的像素点和归一化亮度为0~0.01的像素点之间的垂直 距离，即：
[0028] A L ? (n_l)
[0029]式中：L姻s为归一化亮度为0.99~1.0的像素点和归一化亮度为0~0.01的像素点 之间的垂直距离，单位:mm;
[0030] aL为相邻两个像素点之间的固有距离，单位:mm;
[0031] n为归一化亮度为0.99~1.0的像素点和归一化亮度为0~0.01的像素点之间垂直 方向上所有像素点数量；
[0032] (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Lwg，即：
[0033] Lm=Ukm* B
[0034]式中山崩为火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的实际垂直距离，单位:mm;
[0035] L姻a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；
[0036] B为长度比例系数；
[0037]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1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r0:进行比较，计算出二者的差值l，即： [0038]L- ~L0
[0039]式中山崩为火焰温度最高点到火焰喷枪喷口的垂直距离，单位:mm;
[0040] I；:为当前时刻火焰喷枪喷口到铸坯厚度方