一种渣层厚度自动测量装置及方法与流程

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种渣层厚度自动测量装置及方法。

背景技术：

火法冶金中，铁矿物在高温下融化成铁水的同时矿石中的一些杂质形成不融化的废渣，在钢铁生产中称为铁渣，铁渣漂浮在铁水上方。铁水含渣量大，不利于转炉冶炼，在转炉冶炼过程中容易出现溢渣、喷溅等问题，不利于指标控制及安全生产，从安全生产及经济生产角度考虑，需控制铁水含渣量。因此，需要对铁水的含渣量进行检测。

随着现代工业生产规模的扩大，对钢铁品种和质量的要求也在不断提高。为了严格控制产品质量，冶金过程中的质量控制显得尤为重要。在转炉倒钢过程中，下渣量的多少影响了后续造渣和精炼过程。因此，需要对下渣量有一个量化的数值以指导后续生产。因此，需要对钢水的含渣量进行检测。

现有技术中，无论是对铁水中的含渣量还是对钢水中的含渣量进行测量，通常是依靠人工完成。由于工人的操作经验的差异，在对含渣量测量过程中操作的规范性将直接影响着测量的准确性和工人的人身安全，而且人工测量都是测量一个点，测量准确性较低；同时人工在测量过程中的准备、测量等工序均需要与高温的钢包接触，工作环境差，劳动强度大、安全性差。

综上可知，现有技术中的渣层厚度测量装置和方法，测量精准度需要进一步提高，劳动力有待进一步解放。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种渣层厚度自动测量装置及方法，用以解决现有技术中渣层厚度测量准确性低、安全性差和劳动强度大的问题。

一方面，本发明提供了一种渣层厚度自动测量装置，包括测试组件、探测器、控制器和主控计算机；测试组件用于形成待测容器内的温度分布痕迹，探测器用于摄取测试组件的温度分布痕迹形成温度分布图像并传递给主控计算机，控制器用于控制测试组件执行测试过程中的运动，主控计算机用于图像处理及控制命令的输入。

进一步，渣层厚度自动测量装置还包括悬臂、旋转臂和基柱，旋转臂的上端与悬臂连接，下端与基柱连接。

进一步，所述旋转臂能够以基柱为转轴发生0～180°的转动。

进一步，所述悬臂包括导轨部、旋转轨和固定器，导轨部一端与旋转臂连接，另一端为自由端，旋转轨设在导轨部的自由端上，固定器设在旋转轨上。

进一步，所述测试组件包括测试杆和测试元件，所述测试元件和固定器分别设于测试杆的两端。

进一步，所述旋转轨能够在导轨部的圆环部上做360°旋转；所述固定器能够沿旋转轨做直线运动。

进一步，所述圆环部的内径等于待测容器的开口直径。

进一步，所述测试元件能够留下供探测器摄取的钢、渣的不同温度痕迹。

进一步，所述探测器为红外热像仪。

另一方面，本发明提供了一种渣层厚度自动测量方法，使用上述的渣层厚度自动测量装置，步骤包括：

步骤1：准备测试组件；

步骤2：调节测试组件的位置，使测试组件移动到待测位置上方；

步骤3：测试元件测量渣层获得渣层厚度。

进一步，所述步骤2中，通过控制器控制旋转臂转动、旋转轨沿圆环部转动、固定器沿旋转轨运动，使测试组件移动到待测位置上方。

进一步，所述步骤3包括步骤3.1：固定器的纵向移动组件控制测试元件插入待测容器内的钢液，静置1～5min，将测试元件移出待测容器；

探测器采集测试元件上的温度信息并传递给主控计算机，主控计算机对温度信息处理，获得渣层厚度。

进一步，所述步骤3中还包括步骤3.2：旋转臂转动将悬臂移离待测容器上方，渣层厚度自动测量装置复位，取下测试元件，完成渣层厚度测量。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

(1)通过控制器对测试组件的位置进行控制获取待测容器内的温度分布痕迹，探测器摄取测试组件的温度分布痕迹并传递给主控计算机，主控计算机进行温度图像处理即可得到渣层厚度，无需工人过多参加，解放了劳动力，同时避免了车间环境对工人造成的伤害；

(2)通过计算机获取渣层厚度，减少了人为误差，提高了测量准确度，传统工艺中渣层厚度测量需要10min，而采用本实施例的渣层厚度自动测量装置仅需1min即可获得渣层厚度，大大提高了作业效率；

(3)旋转臂能够以基柱为轴旋转0～180°，旋转轨设有滚动组件在控制器的控制下使旋转轨能够沿圆环部做360°的转动，固定器包括纵向移动组件和横向移动组件，纵向移动组件用于测试杆的升降，横向移动组件用于驱动固定器沿旋转轨移动，能够将处于任意位置的测试杆移动到待测位置，无需工人手动操作，自动化程度高，减少了人为误差，降低了工人的劳动强度，提高了作业效率的同时，保证了工人的作业安全性。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的渣层厚度自动测量装置的整体结构示意图；

图2为本发明的渣层厚度自动测量装置的悬臂结构俯视示意图；

图3为本发明的渣层厚度自动测量装置的悬臂结构剖切示意图。

附图标记：

1-测试组件；2-悬臂；21-导轨部；211-圆环部；212-支撑部；22-旋转轨；221-滚动组件；23-固定器；3-旋转臂；4-基柱；5-探测器；6-控制器；7-主控计算机。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

实施例1

本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种渣层厚度自动测量装置，适用于任何液态金属上方覆盖有渣层的冶金炉渣层厚度测量，渣层厚度自动测量装置包括测试组件1、探测器5、控制器6和主控计算机7；测试组件1用于形成待测容器内的温度分布痕迹，探测器5用于摄取测试组件1的温度分布痕迹形成温度分布图像并传递给主控计算机7，控制器6用于控制测试组件1运动至待测试容器上方及伸入、移出待测容器，主控计算机7用于图像处理及控制命令的输入。

与现有技术相比，本实施例的渣层厚度自动控制装置，通过控制器6对测试组件1的位置进行控制获取待测容器内的温度分布痕迹，探测器5摄取测试组件1的温度分布痕迹并传递给主控计算机7，主控计算机7进行温度图像处理即可得到渣层厚度，无需工人过多参加，解放了劳动力，同时避免了车间内恶劣环境对工人造成的伤害；通过计算机获取渣层厚度，减少了人为误差，提高了测量准确度，传统工艺中渣层厚度测量需要10min，而采用本实施例的渣层厚度自动测量装置仅需1min即可获得渣层厚度，大大提高了作业效率。

待测容器内自上而下为空气、渣层和钢液，其中车间空气温度为20～40℃，渣层温度为1000～1500℃，钢液的温度大于1550℃，当测试物(本实施例的测试组件1的测试探头)插入容器内会自上而下接触空气、渣层、钢液，便会在测试探头上留下不同的温度分布痕迹，利用探测器5摄取测试探头上的温度分布痕迹形成温度分布图像，主控计算机7对温度分布图像进行处理，区分出渣层，测算出高度，即可获得渣层厚度。

测试组件1包括测试杆和测试元件，测试元件设在测试杆的一端，测试杆的另一端与固定器23连接，即测试组件1的一端为与固定器23连接的测试杆，另一端为用于形成温度分别痕迹的测试元件。

具体而言，测试杆为包括铸铁、碳钢、不锈钢、高温合金、铝、铜、刚玉质及陶瓷质耐火材料加工而成的杆，测试杆与固定器23可拆卸连接，以便后期对测试杆进行维护，本实施例中，测试杆与固定器23螺纹连接或插接。

进一步地，测试元件与测试杆可拆卸连接，本实施例中，测试元件与测试杆通过螺纹连接或插接，测试元件设在测试杆的下端。

本实施例中，测试元件为含有纸质外壳的测试探头，纸质外壳设在测试探头的外部，纸质外壳卷成结构致密的圆圈，测量过程中，铁水能够在纸质外壳上留下稳定的温度分别痕迹，以便探测器5摄取。

可想到的是，任何能够留下温度痕迹的媒介均可以作为测试元件。

为了能够将任意位置的测试组件1移动到待测位置，渣层厚度自动测量装置还包括悬臂2、旋转臂3和基柱4，旋转臂3的上端与悬臂2连接，旋转臂3的下端与基柱4连接，旋转臂3能够以基柱4为转轴发生0～180°的转动。

具体而言，基柱4驱动旋转臂3转动的方式由以下两种：

(ⅰ)基柱4通过第一电机直接驱动旋转臂3转动，基柱4的下端设有安装座，安装座通过地脚螺栓与地面固定连接，基柱4的上端设有第一凹槽，第一凹槽设在基柱4的顶面中间，第一凹槽的上端设有轴承，第一电机设在第一凹槽内，旋转臂3的下端穿过轴承与第一电机通过联轴器连接，第一电机转动可直接驱动旋转臂3转动。需要说明的是，第一凹槽的上端设有密封盖，密封盖盖设在轴承的上端，避免车间内的杂质落入轴承内或通过轴承的间隙落入第一电机内，妨碍第一电机的动力传动。

采用方式(ⅰ)的结构方式，由于第一电机设在第一凹槽内，第一凹槽的上方设在密封盖，利用基柱4自身设置的第一凹槽能够为第一电机提供相对密闭的工作环境，且第一电机的转动直接传递给旋转臂3，不需要经过其他部件，结构简单。

(ⅱ)基柱4通过第一电机和齿轮驱动旋转臂3转动，基柱4的下端设有安装座，安装座通过地脚螺栓与地面固定连接，基柱4的上端设有第一凹槽，第一凹槽设在基柱4的顶面中间，第一凹槽的上端设有轴承，旋转臂3的下端穿过轴承，在旋转臂3上、位于轴承的上面设有第一锥齿轮，第一电机设在基柱4的上端，第一电机的输出轴上设有第二锥齿轮，第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，第一电机的转动通过一对相互啮合的锥齿轮传递给旋转臂3，进而带动旋转臂3转动，可直接驱动旋转臂3转动。需要说明的是，基座4上还设有防护罩，防护罩将第一电机、第一锥齿轮和第二锥齿轮罩设在内，保证干净、安全的运行环境。

采用方式(ⅱ)的结构方式，第一电机的运动通过一对啮合的锥齿轮间接传递给旋转臂3，第一电机设在基柱4的上端，相对于方式(ⅰ)的将第一电机设在第一凹槽内，此结构在后期维护时无需将旋转臂3移走即可对第一电机进行维护，方便快捷。

值得注意的是，第一电机由控制器6控制启动和停止，示例性地，控制器6控制第一电机正转带动旋转臂3转动将悬臂2移动至待测容器的上方，控制器6控制第一电机反转带动旋转臂3转动将悬臂2从待测容器的上方移开。

如图2-图3所示，悬臂2包括导轨部21、旋转轨22和固定器23，导轨部21一端与旋转臂3连接，另一端为自由端，旋转轨22设在导轨部21的自由端上，固定器23与旋转轨22连接，测试组件1的上端连接在固定器23上。

具体而言，导轨部21包括圆环部211和支撑部212，圆环部211为盘状圆环结构，圆环部211的顶面设有导轨，导轨沿圆环部211的周向设置，即导轨为一个圆环；支撑部212呈y形结构，y形结构的上端与导轨部21连接，y形结构的下端与旋转臂3的上端连接。本实施例中，支撑部212与圆环部211焊接或一体成型，支撑部212与旋转臂3上端焊接或螺栓固定连接，即圆环部211设在y形结构的开口端形成的空间内，y形结构的支腿端与旋转臂3连接。

支撑部212呈y形结构的设置，既能够保证足够的强度来支撑圆环部211，又避免了采用与圆环部211等宽的构件来连接圆环部211和旋转臂3而导致的旋转臂3需要支撑较多的重量。

值得注意的是，圆环部211顶面设置的导轨为凸出顶面布设的轨道或在圆环部211顶面上设置的第二凹槽。当导轨为凸出圆环部211而设置的轨道时，旋转轨22的第一滚轮设有第三凹槽，第三凹槽与轨道配合，即第一滚轮通过第三凹槽与轨道的配合沿导轨滚动；当导轨为第二凹槽时，第一滚轮部分设在第二凹槽内，沿第二凹槽滚动。

旋转轨22设在圆环部211上，且旋转轨22能够沿圆环部211做360°的转动。具体而言，旋转轨22为矩形条状结构，旋转轨22的两端设有滚动组件221，滚动组件221包括第一滚轮、连接部和第二电机，第一滚轮通过安装座与连接部转动连接，即安装座的一端通过轴承与连接部连接，安装座的另一端开设有槽口，第一滚轮设在槽口内，并通过轴、轴承与槽口配合，第一滚轮与轴过盈配合，第二电机的输出轴与轴连接，使得第二电机的转动带动第一滚轮转动。需要说明的是，安装座设有两个、第二电机设有一个，即连接部的一端的第一滚轮连接第二电机，另一端的第一滚轮不设置电机，一端第一滚轮为主动运动(由第二电机带动)，另一端的第一滚轮被动运动，此设置便于控制器6对第二电机的控制，同时减少设备投入，节省成本。

考虑到第二电机直接驱动第一滚轮需要将第二电机设在第一滚轮的一侧(安装座槽口的侧面上)，将会增加第一滚轮轴向方向的宽度，不便于导轨为第二凹槽情况下的使用，因此，第二电机设在连接部上，通过带传动、链传动或齿轮传动的方式将运动传递给第一滚轮，以避免第一滚轮轴向宽度过大及第一滚轮轴向单侧设置第二电机引起的结构不稳问题。

值得注意的是，滚动组件221还包括制动模块，当旋转轨22运行到既定位置时，通过控制器6控制第二电机停转、制动模块对第一滚轮进行制动，具体地，制动模块设有一个，制动模块为电磁铁，电磁铁设在安装座上，通过控制电磁铁的失得电产生对第一滚轮的吸附力，进而产生刹车动作。

本实施例中，通过第二电机带动第一滚轮沿导轨滚动，带动旋转轨22在圆环部211上做360°旋转，能够覆盖待测容器的任一位置。

固定器23为测试组件1的固定装置，固定器23能够沿旋转轨22做直线运动，且固定器23能够使测试组件1沿竖直方向运动，具体地，固定器23包括纵向移动组件、横向移动组件和固定器本体，横向移动组件设在固定器本体的两端，横向移动组件能够沿旋转轨22移动，纵向移动组件设在固定器本体的顶部，纵向移动组件与测试组件1连接，并能够带动测试组件1沿竖直方向上下运动。

具体而言，横向移动组件包括第二滚轮、第三电机和安装架，第二滚轮通过轴和轴承设在安装架上，安装架与固定器本体连接，安装架设有四个，四个安装架分别位于固定器两端的两侧，即四个安装架位于固定器本体的四角，第三电机设在其中一个安装架上，且第三电机的输出轴与第二滚轮的安装轴连接，使用控制器6控制第三电机的启动和停止。

同样地，横向移动组件还包括制动模块，制动模块的作用及连接方式与滚动组件221中的类似，在不再一一赘述。

值得注意的是，旋转轨22中间开设有槽孔，槽孔的长度等于待测容器的之间，旋转轨22的顶面设有第三凹槽，第三凹槽位于槽孔的两侧，第三凹槽的长度大于槽孔的长度且小于旋转轨22的长度。

固定器本体顶面中间开设有第四凹槽，第四凹槽的底面中间开设通孔，纵向移动组件设在第四凹槽内，纵向移动组件包括第四电机和螺母，螺母的一端通过轴承设在通孔内，测试组件1的测试杆为螺纹杆，并与螺母配合连接，螺母的另一端的外周设有齿，第四电机的输出轴与齿轮连接，齿轮与螺母外周的齿啮合，使得第四电机的转动传递给螺母，螺母转动进而带动测试杆上升或下降。需要说明的是，第四电机由控制器6控制，螺母与测试杆形成滚柱丝杠的结构。

本实施例中，测试杆能够在横向移动组件的作用下沿旋转轨22移动，即测试杆能够沿圆环部211的直径方向移动，同时旋转轨22又能够在圆环部211上实现360°的转动，使得测试杆能够到达待测容器内溶液的任意位置，此外测试杆又能够在纵向移动组件的作用下沿竖直方向升降，测试杆能够测试待测容器内任意位置的渣层厚度。

为了保证测试杆能够测得待测容器内任一点的渣层厚度，圆环部211的内径等于待测容器的开口直径，为了测试杆能够在圆环部211的最大范围内移动，旋转轨22的长度大于圆环部211的内径，旋转轨22的直径等于圆环部211顶面设置的导轨的直径，使得旋转轨22始终通过圆环部211的直径。

本实施例中，通过控制器6对悬臂2和旋转臂3的控制，能够将处于任意位置的测试杆移动到待测位置，无需工人手动操作，自动化程度高，减少了人为误差，降低了工人的劳动强度，提高了作业效率的同时，保证了工人的作业安全性。

需要说明的是，旋转轨22沿圆环部211的转动、固定器23沿旋转轨22的横向运动、测试组件1的纵向运动以及旋转臂3的摆动均由控制器6控制，并连接至主控计算机7，能够实现程序一键式操作，减少了人工劳动强度，降低了恶劣环境对人身安全的潜在伤害。

探测器5为连接至主控计算机7的红外热像仪，探测器5与悬臂2的支撑部212固定连接。

本实施例的渣层厚度自动测量装置，适用于任何液态金属上方覆盖有渣层的冶金炉/包渣层厚度测量，通过控制器对测试杆的位置进行控制，探测器摄取测试元件的温度分布痕迹，主控计算机进行温度图像处理即可获得渣层厚度，减少了人为的误差，提高了测量准确度，较需要10min的传统渣层厚度测量工艺而言，采用本实施例的渣层厚度自动测量装置仅需1min即可获得渣层厚度，大大提高了作业效率。

实施例2

本发明的另一个具体实施例，公开了一种渣层厚度自动测量方法，使用实施1的渣层厚度自动测量装置，钢水与容器中上方渣层存在50～200℃的温差，测试元件探入钢水会被钢水、渣层分别加热，在测试杆元件上留下钢水与渣层、渣层与空气的温度分界痕迹，本方法通过控制器6控制旋转臂3与悬臂2完成测试元件的测试动作，利用探测器5摄取测试元件的温度分布痕迹，通过主控计算7进行温度图像处理并得到渣层厚度，步骤包括：

步骤1：准备测试组件1。

将测试元件安装在测试杆上，测试元件为含有纸质外壳的测试探头。

步骤2：调节测试组件1的位置。

控制器6控制第一电机运动，带动旋转臂3转动，将悬臂2移动至待测容器上方；控制器6控制旋转轨22的第二电机运动，第一滚轮沿圆环部211转动，并控制横向移动组件的第三电机运动，第二滚轮沿旋转轨22运动，带动测试组件1移动至待测位置的上方。

需要说明的是，控制器6对旋转臂3、旋转轨22和固定器23的运动控制能够同时进行，使测试组件1能够快速运行到待测位置，提高测试效率。

步骤3：测试元件测量渣层。

控制器6控制纵向移动组件的第四电机运行，使测试元件下降，测试元件伸入待测容器内，测试探头穿过渣层插入钢液，等待1～5min，纵向移动组件带动测试探头上升，将测试元件提升至渣层上方。

步骤4：温度信息获取。

探测器5对测试元件的温度分布痕迹采集，并将温度分布信息传递给主控计算机7。

需要说明的是，测试元件从待测容器中升起时，需要使测试元件正对探测器5的位置，以便探测器5摄取温度分布痕迹(温度信息)。

步骤5：获取渣层厚度。

主控计算机7根据不同温度在测试元件上留下不同颜色痕迹区分出渣层，测算出高度，即可获得渣层厚度。

第一电机运行带动旋转臂3转动，将悬臂2移离容器上方，取下探测元件，渣层厚度测量完成。

需要说明的是，为了得到更佳准确的渣层厚度数据，在步骤4后、步骤5前还有步骤：控制器6控制第二电机、第三电机运行，将测组件1移动至其他位置进行测试，重复步骤3～4，获取3～5组数据后执行步骤5，本实施例中，获取3组数据，主控计算机7对获得的3组数据进行求取平均值，得到渣层厚度。

本实施例中，通过控制器6控制测试元件的位置，探测器5读取测试元件的温度信息，再由主控计算机7获得渣层厚度，减少了人为操作带来的误差，提高了测量精度，同时测量过程快接方便，较传统测量方式，测量时间由原来的10min降至1min，效率提高了9倍。

本发明通过控制器对测试杆的位置进行控制，探测器摄取测试元件的温度分布痕迹，主控计算机进行温度图像处理即可获得渣层厚度，能够实现远程控制测量，结构简单，自动化程度高，精度高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。