专利名称：中间包钢水液位控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在连铸过程中的中间包控制技术，更具体地说，涉及一种 中间包钢水液位控制方法及装置，该方法及装置能够自动控制中间包钢水 液位，提高控制精度。
背景技术：
在连铸生产过程中，钢水从钢包注入中间包，再由中间包流入结晶器， 然后在冷却水作用下凝固形成铸坯，并由拉坯机拉出结晶器。中间包是连 铸工艺中不可缺少的设备，首先，中间包具有缓冲钢水的作用，在更换钢 包时不会产生断浇，能保证连铸的顺利进行，同时中间包还具有均勾钢水 成分、温度，使夹杂物上浮，提高铸坯质量的作用。有研究资料显示，中
间包在流场分布合理的情况下，可以有效去除钢水中20% 30%的氧化夹 杂物。然而，保持中间包钢水液位的稳定是实现上述作用的基础。另外， 在浇注过程中，钢水液位的稳定可以保证中间包内的保护渣最大限度的浮 出钢水，从而可以减少保护渣卷入铸坯中，提高铸坯质量。由于在浇注过 程中，随着钢包钢水重量的下降，钢水流量会下降，从而引起中间包液位 下降，同时，铸坯拉速的变化也会引起中间包钢水液位的变化，所以为了 保证中间包钢水液位的稳定，必须要对中间包钢水液位进行控制。但是， 由于影响中间包液位控制的因素很多，其复杂性和难度都很大，所以在实 际生产中， 一般均釆用人工手动进行液位控制，该方法虽然简单，但控制 精度低，同时还加大了操作人员的劳动强度。
日本专利JP2002018563公开了 一种中间包钢水液位控制方法，该控 制方法采用在中间包底部埋设两个电磁线圏，利用电磁法来检测中间包液 位，然后通过控制中间包塞棒上下位置来调节中间包流出的钢水量，从而 控制中间包液位。但是，该方法在埋设线圈时需要对中间包进行改造，同 时线圈在高温环境下容易损坏，并且通过控制中间包钢水的流出量来实现
5中间包液位会对结晶器液位产生很大影响，对连铸生产不利。
另 一 曰本专利JP05099726A公开了 一种中间包液位测量方法，该测量方法将一个导气管埋入中间包底部，然后向中间包吹气，根据气压的大小来测量中间包液位高度。但是，该测量方法测量精度不高，而且也需要对中间包进行改造。
公告号为CN1115025的一种中间包液位测量方法，采用流柱落点法测控液态金属的液位，使用摄像器不断摄取从中间包流出的液态金属流柱落在结晶器内液态金属表面上，产生的弧线形落点的光学图像，并将此图像经计算机处理，确定弧线形落点的形状、位置，与计算机内储存的理论线比较，以求出其偏差量，计算出金属液面的液位高度。但是，该控制方法测量精度不高，而且需要在浇注现场留出足够的空间来安装摄像器。
综上所述，目前对中间包钢水液位控制存在着控制精度低、效果差，需要对中间包进行改造，劳动强度大，影响连铸生产的质量。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种中间包钢水液位控制方法及装置，该方法及装置能够自动控制中间包钢水液位，提高控制精度，保证连铸生产的质量。
为实现上述目的，本发明釆用如下技术方案
该中间包钢水液位控制方法的具体步骤如下
A. 设置一重量检测单元，对中间包的钢水重量进行检测，并将检测的电流信号输出；
B. 使用信号预处理单元接收步骤A中的电流信号，对电流信号进行预处理，并输出电压信号；
C. 采用计算控制单元对步骤B中的电压信号进行采集和处理，并通
过计算分析中间包的液位高度，产生和输出控制信号；
D. 通过信号隔离单元接收步骤C中的控制信号，将控制信号进行隔离并输出；
E. 使用滑动水口执行单元接收步骤D中隔离后的控制信号，对钢包
6的滑动水口的开关进行控制，用以调节钢水流量，控制中间包钢水液位。
所述的步骤C的具体步骤为
Cl.采用数据采集卡采集电压信号，并进行A/D转换为数字信号；
C2.使用工控机，通过数字信号计算出中间包钢水液位高度，并结合液位设定的目标值和控制精度进行计算分析，产生相应的控制信号；
C3.通过I/0卡将控制信号输出至信号隔离单元。
在步骤A中，所述的重量检测单元釆用一压力传感器，并设于中间包小车的行走轨道上，对中间包的钢水重量进行检测，并输出电流信号。
在步骤B中，所述的信号预处理单元为一模拟信号转换器，接收电流信号，并将电流信号转换为电压信号输出。
该控制方法还包括步骤
F. 设置一远程控制单元并连接至计算控制单元，用以人工远程控制；
G. 设置一报警单元并连接至计算控制单元，用以声音和灯光报警。该控制装置包括
重量检测单元，对中间包的钢水重量进行检测，并输出电流信号；
信号预处理单元，输入端与重量检测单元连接，接收电流信号并进行预A理，输出电压信号；
计算控制单元，输入端与信号预处理单元连接，采集和处理电压信号，并进行中间包的液位高度的计算和分析，输出控制信号；
信号隔离单元，输入端与中央控制单元连接，对控制信号进行隔离并
输出；
滑动水口执行单元，输入端与信号隔离单元连接，接收隔离后的控制信号，并对钢包的滑动水口的开关进行控制，用以调节钢水流量，控制中间包钢水液位。
所述的计算控制单元包括-.
数据采集卡，釆集电压信号并进行A/D转换为数字信号；工控机，通过数字信号计算出中间包钢水液位高度，并结合液位设定的目标值和控制精度进行计算分析，产生相应的控制信号；
1/0卡，分别与工控机、信号隔离单元连接，将控制信号输出至信号
7隔离单元。
所述的重量检测单元为一压力传感器，设于中间包小车的行走轨道上， 对中间包的钢水重量进行检测，并输出电流信号。
所述的信号预处理单元为一模拟信号转换器，接收电流信号，并将电 流信号转换为电压信号输出。
该控制装置还包括
远程控制单元，连接至计算控制单元，进行人工远程控制； 报警单元，也连接至计算控制单元，进行声音和灯光报警。 在上述技术方案中，本发明的中间包钢水液位控制方法为设置一重量 检测单元，对中间包的钢水重量进行检测，并输出电流信号；使用信号预 处理单元接收并预处理电流信号，输出电压信号；釆用计算控制单元对电 压信号进行釆集和处理，并通过计算分析中间包的液位高度，产生和输出 控制信号；通过信号隔离单元对控制信号进行隔离并输出；使用滑动水口 执行单元接收隔离后的控制信号，对滑动水口的开关进行控制，用以调节 流入中间包的钢水流量，控制中间包钢水液位。本发明的中间包钢水液位 控制装置包括童量检测单元、信号预处理单元、计算控制单元、信号隔离 单元和滑动水口执行单元。该控制方法和装置简单方便、稳定可靠，能够 自动、有效的控制中间包钢水的液位，并且控制的精度高，效果好，提高 了连铸质量；另外无需对中间包进行改造，不但减少了工作强度，而且还 改善了工作环境。
图l是本发明的中间包钢水液位控制方法的流程图； 图2是本发明的控制方法的自动控制的详细流程示意图； 图3是本发明的中间包钢水液位控制装置的结构原理示意图； 图4是本发明的控制装置的方框示意图5a、图5b分别是本发明的刚开浇以及浇注过程中的实际检测液位 高度与设定目标值的对比曲线图。
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具体实施例方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。 实施例1
请结合图l、图2所示，本发明的中间包钢水液位控制方法为先设 置一重量检测单元4，所述的重量检测单元4可采用一压力传感器，并设 于中间包3小车的行走轨道上，对中间包3的钢水重量进行检测，并输出 电流信号。然后使用信号预处理单元5接收重量检测单元4输出的电流信 号，对电流信号进行预处理，并输出电压信号，所述的信号预处理单元5 可采用一模拟信号转换器，输入为4 20mA的电流信号，转换为1 5V的 电压信号输出。再采用计算控制单元6的所述的电压信号进行采集和处理， 并通过计算分析中间包3的液位高度，产生和输出控制信号，其中，先采 用数据采集卡61采集信号预处理单元5输出的电压信号，并进行A/D转 换为数字信号；然后使用工控机62,通过数字信号计算出实际中间包3的 钢水液位高度TL，并结合液位设定的目标值SL和控制精度X进行计算分 析当计算出的实际中间包3的钢水液位高度TL大于设定的范围，即TL -SL〉X时，说明中间包3液位高度太高，立即.计算出调整参数，并产生相 应的用于关小滑动水口 2的控制信号，最后通过I/O卡63将该控制信号输 出至信号隔离单元7。然后再通过信号隔离单元7接收所述的控制信号， 将控制信号进行隔离并输出，该信号隔离单元7的隔离方式可采用继电器 隔离。最后，使用滑动水口执行单元8接收所述的隔离后的控制信号，对 钢包1的滑动水口 2的关小进行控制，用以减小流入中间包3的钢水流量， 从而控制中间包3钢水液位降低。当然，该控制方法还可通过设置一远程 控制单元，并连接至计算控制单元6，通过人机切换，可进行人工远程控 制，.不但在遇到紧急情况时，可实现自动检测、人工控制，而且还能够进 行实时在线修改设定的目标值和控制精度，从而满足不同钢种及工艺条件 对中间包3的钢水液位的不同控制要求，使液位控制更加方便和灵活；另 外，还可通过设置一报警单元并连接至计算控制单元6，并通过计算控制 单元6设定液位极限值，当检测计算得出的实际液位高度TL超过该极限值， 计算控制单元6便立即输出报警信号，并通过报警单元进行声音和灯光报-
9实施例2
请结合图l、图2所示，本发明的中间包钢水液位控制方法为先设 置一重量检测单元4，所述的重量检测单元4可采用一压力传感器，并设 于中间包3小车的行走轨道上，对中间包3的钢水重量进行检测，并输出 电流信号。然后使用信号预处理单元5接收重量检测单元4输出的电流信 号，对电流信号进行预处理，并输出电压信号，所述的信号预处理单元5 可采用一模拟信号转换器，输入为4 20mA的电流信号，转换为1 5V的 电压信号输出。再采用计算控制单元6的所述的电压信号进行采集和处理， 并通过计算分析中间包3的液位高度，产生和输出控制信号，其中，先采 用数据釆集卡61采集信号预处理单元5输出的电压信号，并进行A/D转 换为数字信号；然后使用工控机62，通过数字信号计算出实际中间包3的 钢水液位高度TL，并结合液位设定的目标值SL和控制精度X进行计算分 析当计算出的实际中间包3的钢水液位高度TL小于设定的范围，即TL -SL〈X时，说明中间包3液位高度太低，立即计算出调整参数，并产生相 应的用于开大滑动水口 2的控制信号，最后通过I/0卡63将该控制信号输 出至信号隔离单元7。然后再通过信号隔离单元7接收所述的控制信号， 将控制信号进行隔离并输出，该信号隔离单元7的隔离方式可采用继电器 隔离。最后，使用滑动水口执行单元8接收所述的隔离后的控制信号，对 钢包l的滑动水口 2的开大进行控制，用以增大流入中间包3的钢水流量， 从而控制中间包3钢水液位增高。当然，该控制方法还可通过设置一远程 控制单元，并连接至计算控制单元6，通过人机切换，可进行人工远程控 制，不但在遇到紧急情况时，可实现自动检测、人工控制，而且还能够进 行实时在线修改设定的目标值和控制精度，从而满足不同钢种及工艺条件 对中间包3的钢水液位的不同控制要求，使液位控制更加方便和灵活；另 外，还可通过设置一报警单元并连接至计算控制单元6，并通过计算控制 单元6设定液位极限值，当检测计算得出的实际液位高度TL超过该极限值， 计算控制单元6便立即输出报警信号，并通过报警单元进行声音和灯光报 警。
10实施例3
请结合图2、图3、图4所示，本发明的中间包钢水液位控制装置包括: 重量检测单元4、信号预处理单元5、计算控制单元6、信号隔离单元7和 滑动水口执行单元8，重量检测单元4为一压力传感器，并设于中间包3 小车的行走轨道上，对中间包3的钢水重量进行检测，并输出电流信号。 信号预处理单元5的输入端与重量检测单元4连接，接收重量检测单元4 输出的电流信号，对电流信号进行预处理，并输出电压信号，所述的信号 预处理单元5为一模拟信号转换器，输入为4 20mA的电流信号，并将电 流信号转换为1 5V的电压信号输出。计算控制单元6的输入端与信号预 处理单元5连接，采集和处理电压信号，并进行中间包3的液位高度的计 算和分析，输出控制信号，所述的信号预处理单元5包括数据采集卡6,1、 工控机62和I/O卡63，数据采集卡61釆集信号预处理单元5输出的电压 信号，并进行A/D转换为数字信号；工控机62接收数字信号，并通过数 字信号计算出中间包3钢水液位高度，并结合液位设定的目标值和控制精 度进行计算分析当计算出的^实际中间包3的钢水液位高度TL在设定的范 围内，即-X《TL-SL《X时，可根据钢水液位的变化趋势和流入钢水的速 率，产生一用于微调滑动水口 2的控制信号；1/0卡63分别与工控机62、 信号隔离单元7连接，将该控制信号输出至信号隔离单元7。信号隔离单 元7，输入端与中央控制单元连接，对I/0卡63输出的控制信号进行隔离 并输出，该信号隔离单元7采用继电器隔离的方式进行隔离控制信号。滑 动水口执行单元8的输入端与信号隔离单元7连接，接收隔离后的控制信 号，并对钢包l的滑动水口 2的开关进行微调控制，用以微调流入中间包 3的钢水流量，从而控制中间包3钢水液位稳定在该设定的范围内。当然， 该控制方法还可通过设置一远程控制单元，并连接至计算控制单元6，通 过人机切换，可进行人工远程控制，不但在遇到紧急情况时，可实现自动 检测、人工控制，而且还能够进行实时在线修改设定的目标值和控制精度， 从而满足不同钢种及工艺条件对中间包3的钢水液位的不同控制要求，使 液位控制更加方便和灵活；另外，还可通过设置一报警单元并连接至计算 控制单元6，并通过计算控制单元6设定液位极限值，当检测计算得出的
ii实际液位高度TL超过该极限值，计算控制单元6便立即输出报警信号，并
通过报警单元进行声音和灯光报警。
采用本发明的中间包钢水液位控制方法及装置，不但搡作简单方便、
稳定可靠，能够自动、有效的控制中间包3钢水的液位，并且控制的精度 高，效果好。采用本发明后，请参阅图5a、图5b所示，图5a、图5b中 的实线a为设定的目标值曲线，虛线b为实际液位高度曲线，在钢包l刚 开浇时，由于中间包3中的钢水液位比较低，虛线b低于实线a(见5 a)，在此之后，两线基本保持重合，即测得的实际液位高度与设定的目标 值基本保持一致，.从而保证了钢水液位的稳定，由于采用控制钢包1的流 出的钢水流量，不会影响到结晶器的液位，从而提高了连铸质量；另外， 由于无需对中间包3进行改造，从而减少了工作强度，而且通过自动控制 或远程手动控制改善了工作环境，效果显著。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说 明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围 内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
1权利要求
1. 一种中间包钢水液位控制方法，其特征在于，该控制方法的具体步骤如下A. 设置一重量检测单元，对中间包的钢水重量进行检测，并将检测的电流信号输出；B. 使用信号预处理单元接收步骤A中的电流信号，对电流信号进行预处理，并输出电压信号；C. 采用计算控制单元对步骤B中的电压信号进行采集和处理，并通过计算分析中间包的液位高度，产生和输出控制信号；D. 通过信号隔离单元接收步骤C中的控制信号，将控制信号进行隔离并输出；E. 使用滑动水口执行单元接收步骤D中隔离后的控制信号，对钢包的滑动水口的开关进行控制，用以调节钢水流量，控制中间包钢水液位。
2. 如权利要求l所述的中间包钢水液位控制方法，其特征在于 所述的步骤C的具体步骤为Cl.采用数据釆集卡采集电压信号，并进行A/D转换为数字信号；C2.使用工控机，通过数字信号计算出中间包钢水液位髙度，并结合 液位设定的目标值和控制精度进行计算分析，产生相应的控制信号；C3.通过I/0卡将控制信号输出至信号隔离单元。
3. 如权利要求l所述的中间包钢水液位控制方法，其特征在于 在步骤A中，所述的重量检测单元采用一压力传感器，并设于中间包小车的行走轨道上，对中间包的钢水重量进行检测，并输出电流信号。
4. 如权利要求1所述的中间包钢水液位控制方法，其特征在于 在步骤B中，所述的信号预处理单元为一模拟信号转换器，接收电流信号，并将电流信号转换为电压信号输出。
5. 如权利要求l所述的中间包钢水液位控制方法，其特征在于 该控制方法还包括步骤F. 设置一远程控制单元并连接至计算控制单元，用以人工远程控制；G. 设置一报警单元并连接至计算控制单元，用以声音和灯光报警。
6. —种中间包钢水液位控制装置，其特征在于， 该控制装置包括重量检测单元，对中间包的钢水重量进行检测，并输出电流信号；信号预处理单元，输入端与重量检测单元连接，接收电流信号并进行 预处理，输出电压信号；计算控制单元，输入端与信号预处理单元连接，釆集和处理电压信号， 并进行中间包的液位高度的计算和分析，输出控制信号；信号隔离单元，输入端与中央控制单元连接，对控制信号进行隔离并输出；滑动水口执行单元，输入端与信号隔离单元连接，接收隔离后的控制 信号，并对钢包的滑动水口的开关进行控制，用以调节钢水流量，控制中 间包钢水液位。
7. 如权利要求6所述的中间包钢水液位控制装置，其特征在于 所述的计算控制单元包括数据采集卡，采集电压信号并进行A/D转换为数字信号；工控机，通过数字信号计算出中间包钢水液位高度，并结合液位设定 的目标值和控制精度进行计算分析，产生相应的控制信号；1/0卡，分别与工控机、信号隔离单元连接，将控制信号输出至信号 隔离单元。
8. 如权利要求6所述的中间包钢水液位控制装置，其特征在于 所述的重量检测单元为一压力传感器，设于中间包小车的行走轨道上，对中间包的钢水重量进行检测，并输出电流信号。
9.如权利要求6所述的中间包钢水液位控制装置，其特征在于，所述的信号预处理单元为一模拟信号转换器，接收电流信号，并将电 流信号转换为电压信号输出。
10.如权利要求6所述的中间包钢水液位控制装置，其特征在于, 该控制装置还包括远程控制单元，连接至计算控制单元，进行人工远程控制； 报警单元，也连接至计算控制单元，进行声音和灯光报警。
全文摘要
本发明公开了一种中间包钢水液位控制方法，该控制方法为设置一重量检测单元检测中间包的钢水重量，输出电流信号；使用信号预处理单元接收并预处理电流信号，输出电压信号；采用计算控制单元对电压信号进行采集、处理并计算，产生和输出控制信号；通过信号隔离单元对控制信号进行隔离并输出；使用滑动水口执行单元接收隔离后的控制信号，对滑动水口的开关进行控制，用以调节流入中间包的钢水流量，控制中间包钢水液位。本发明还公开了一种中间包钢水液位控制装置。该控制方法和装置简单方便、稳定可靠，能够自动、有效的控制中间包钢水的液位，并且控制的精度高，效果好，提高了连铸质量。
文档编号B22D39/00GK101508019SQ20081003361
公开日2009年8月19日 申请日期2008年2月15日 优先权日2008年2月15日
发明者唐安祥, 申屠理锋 申请人:宝山钢铁股份有限公司