一种钢包下渣检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及钢铁冶金自动化控制领域，旨在提供一种钢包下渣检测装置。该种钢包下渣检测装置用于转炉中进行钢包下渣检测，包括系统控制单元、系统辅助控制单元、振动传感器及前级调理放大模块、摄像机；所述系统控制单元包括工业级液晶显示器、工控机、工业现场处理控制单元；所述系统辅助控制单元包括下渣报警喇叭和报警灯、投入检测开关、现场工业显示器。本实用新型通过对振动信号和图像信号进行实时的信号处理，即可准确监测下渣，而无需其他辅助装置，设备造价低，安装方便，易于拆装，适合钢铁企业的基本情况，便于推广，且由于振动传感器及前级调理放大模块、摄像机的安装位置远离钢水，所以传感器和摄像机可以有较长的使用寿命。
【专利说明】一种钢包下渲检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型是关于钢铁冶金自动化控制领域，特别涉及一种钢包下渣检测装置。【背景技术】
[0002]随着市场竞争的加剧，各大钢铁公司已经把目光集中在高端产品的研发上，对于优质品种钢的生产，钢包下渣检测是一个非常关键的环节。许多公司为解决钢包下渣预报问题，研究开发了多种钢包下渣检测技术。
[0003]基于红外技术的钢渣检测系统能够保证从出钢过程开始实现精确、可靠的钢渣检测。目前只这一类系统经常用在转炉出钢口的下渣检测，在连铸全保护浇注条件下，还不能应用于钢包到中间包的下渣检测。其缺点是在检测中钢流不能被遮挡，如果用于钢包到中间包的下渣检测，则必须除去长水口，而这样就会引起钢水的二次氧化，所以目前一般不用于钢包的下渣检测，主要应用于转炉出钢口到钢包的下渣检测。
[0004]电磁感应式下渣检测系统被认为是目前世界上比较先进的下渣检测系统，国外已有多家炼钢厂采用该系统，并获得较好冶金效果和经济效益。由于这类系统要对钢包进行改造，在钢包底部埋入线圈，改造费用昂贵，而且由于工作环境温度较高，线圈很容易损坏，平均每两个月就要对所用钢包底部的线圈、传感器进行更换，因此使用成本较高。
[0005]此外，利用超声波进行钢水下渣检测也是一种常用的方法。超声波检测法的原理是利用钢包注流中有钢渣和无钢渣时超声波发射、反射信号之间的差别来实现对钢渣的检测。虽然这种方法对浇注过程没有影响，但是由于超声波探头的工作环境温度高达1500°C左右，工作环境比较恶劣，制造和使用的费用较高，离工业应用还有较长的一段距离。
[0006]通过感受机械操作臂的振动来检测连铸过程中的下渣，是一种间接监测下渣的方法，十多年前就开始在实际浇注过程中被部分工人所采用。在钢水浇注过程中，钢水流经长水口注入中间包时，钢水冲击长水口壁必定弓I起用来支撑长水口的机械操作臂振动。由于钢渣比重只有钢水比重的一半，浮在钢水表面，在一包钢水即将浇注完毕时，钢渣才出现，此时由于钢渣轻，粘度大，流动性也差，它对长水口壁的冲击作用力减少，导致与之相连的机械操作臂的振动也减小。因而在浇注末期，工人可以用手感触机械操作臂的振动，来判断是否下渣，并决定是否关闭滑动水口。
[0007]但由于在钢水浇注过程中，存在大量影响浇注结构振动的因数，使得上述人工监测方法有时难以奏效。主要原因是:
[0008]1、在钢水浇注过程中，有时钢水并不一定与长水口壁接触而直接进入中间包，导致机械操作臂的振动很小，使得人工很难分辨下渣时刻；
[0009]2、在一包钢水浇注末期，有时会出现钢水旋流而下的现象，此时钢渣也会被卷入，带有钢渣的钢流旋转着与长水口壁不断发生冲击作用，从而导致机械操作臂的振动并不一定减小，人工根本无法分辨下洛。
[0010]这些方法在监测机械操作臂振动的过程中，主要考察振动幅值的大小，而振动幅值的大小与滑动水口开度有直接关系。因此，这些方法在使用过程中，必须使水口开度大小保持不变。而在实际浇注时，在一包钢水的浇注后期，要不断的调节滑动水口开度，以保持中间包液面的稳定。因此这样的振动信号处理方法具有较大的局限性，难以满足实际需要。
实用新型内容
[0011]本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够在监测分析水口操作臂振动信号同时，监测中间包水口附近钢水表面翻渣现象的下渣检测装置。为解决上述技术问题，本实用新型的解决方案是:
[0012]提供一种钢包下渣检测装置，用于转炉中进行钢包下渣检测，所述钢包下渣检测装置包括系统控制单元、系统辅助控制单元、振动传感器及前级调理放大模块、摄像机；
[0013]所述系统控制单元包括工业级液晶显示器、工控机、工业现场处理控制单元，工业现场处理控制单元通过电缆与系统辅助控制单元连接；所述工控机用于通过综合处理分析振动传感器及前级调理放大模块和摄像机获得的信息进行下渣判断，并将下渣报警信号通过系统辅助控制单元进行报警和显示；所述工业现场处理控制单元用于采集振动传感器及前级调理放大模块的振动信号、摄像机的视频信号，进行投入检测开关信号输入和下渣报警信号的输出处理；
[0014]所述系统辅助控制单元包括下渣报警喇叭和报警灯、投入检测开关、现场工业显示器，下渣报警喇叭和报警灯用于进行报警和显示，投入检测开关用于获取是否进行下渣检测的信号(由现场操作工控制)，现场工业显示器是钢包下渣检测装置的系统显示主界面，用于显示振动传感器及前级调理放大模块的振动信号、摄像机的视频信号的变化情况；
[0015]所述振动传感器及前级调理放大模块安装在转炉的水口操作臂上远离长水口的一端，通过电缆依次与工业现场处理控制单元和工控机相连接，振动传感器及前级调理放大模块用于采集水口操作臂的振动信号，并经过放大、滤波后形成有效的下渣振动信号；
[0016]所述摄像机通过电缆依次与工业现场处理控制单元和工控机相连接，用于监控转炉的中间包水口的翻渣情况。
[0017]作为进一步的改进，所述工控机中内置了振动信号处理算法模块，振动信号处理算法模块通过高通滤波、低通滤波获得下渣振动有效信号，然后将下渣振动有效信号进行振动强度分析、频谱分析后，与下渣信号特征值进行比较，从而判断是否下渣；所述下渣信号特征值是指由多次现场反复试验获得的标准值，用于进行对比判断是否下渣。
[0018]作为进一步的改进，所述工控机中内置了图像信号处理算法模块，图像信号处理算法模块通过处理算法(降噪、二值化等)将图像信号转换为翻渣图像有效信号，然后通过翻渣图像有效信号进行数值统计分析，得出是否下渣的判断。
[0019]作为进一步的改进，所述工控机中内置了开关量信号输入和输出模块，开关量信号输入和输出模块一方面通过工业现场处理控制单元获取外部投入检测开关的输入信号，用于启动下渣处理判断；另一方面，综合振动信号处理算法模块和图像信号处理算法模块的结果，产生下渣报警信号，控制工业现场处理控制单元进行输出到系统辅助控制单元。
[0020]作为进一步的改进，所述振动传感器及前级调理放大模块，采用内部集成有放大电路的压电式加速度传感器。
[0021]作为进一步的改进，所述摄像机采用CMOS摄像头，并在摄像机的前端加装有滤光装置，滤光装置用于衰减干扰波段可见光的强度。
[0022]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0023]1、本实用新型只需在水口操作臂上安装振动传感器及前级调理放大模块，以及在中间包水口可视范围内安装摄像机，通过对振动信号和图像信号进行实时的信号处理，即可准确监测下渣，而无需其他辅助装置；
[0024]2、设备造价低，安装方便，易于拆装，适合钢铁企业的基本情况，便于推广；
[0025]3、由于振动传感器及前级调理放大模块、摄像机的安装位置远离钢水，所以传感器和摄像机可以有较长的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型的系统功能构架示意图。
[0027]图中的附图标记为:1钢包；2中间包；3长水口 ；4水口操作臂；5振动传感器及前级调理放大t吴块；6摄像机；7系统辅助控制单兀；8系统控制单兀。
【具体实施方式】
[0028]首先需要说明的是，本实用新型涉及数据库技术，是计算机技术在钢铁冶金自动化控制领域的一种应用。在本实用新型的实现过程中，会涉及到多个软件功能模块的应用。 申请人:认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本实用新型的实现原理和实用新型目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本实用新型。前述软件功能模块包括但不限于:振动信号处理算法模块、图像信号处理算法模块、开关量信号输入和输出模块等，凡本实用新型申请文件提及的均属此范畴， 申请人:不再一一列举。
[0029]下面结合附图与【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细描述:
[0030]图1中的钢包下渣检测装置包括系统控制单元8、系统辅助控制单元7、振动传感器及前级调理放大模块5、摄像机6、附属设备，用于转炉中进行钢包下渣检测。
[0031]系统控制单元8是一台室内控制柜，包括工业级液晶显示器、工控机、工业现场处理控制单元，工业现场处理控制单元通过电缆与系统辅助控制单元7连接。所述工业现场处理控制单元用于采集振动传感器及前级调理放大模块5的振动信号、摄像机6的视频信号，进行投入检测开关信号输入和下渣报警信号的输出处理。所述工控机用于通过综合处理分析振动传感器及前级调理放大模块5和摄像机6获得的信息进行下渣判断，并将下渣报警信号通过系统辅助控制单元7进行报警和显示。
[0032]工控机中内置了振动信号处理算法模块，振动信号处理算法模块通过高通滤波、低通滤波获得下渣振动有效信号，然后将下渣振动有效信号进行振动强度分析、频谱分析后，与已有的下渣信号特征值进行比较，从而判断是否下渣，该下渣特征值由多次现场反复试验获得。工控机中内置了图像信号处理算法模块，图像信号处理算法模块通过处理算法(降噪、二值化等)将图像信号转换为翻渣图像有效信号，然后通过翻渣图像有效信号进行数值统计分析，得出是否下渣的判断。工控机中内置了开关量信号输入和输出模块，开关量信号输入和输出模块一方面通过工业现场处理控制单元获取外部投入检测开关的输入信号，用于启动下渣处理判断；另一方面，综合振动信号处理算法模块和图像信号处理算法模块的结果，产生下渣报警信号，控制工业现场处理控制单元进行输出到系统辅助控制单元7。
[0033]系统辅助控制单元7是钢包下渣检测装置的前端显示与控制构件，包括下渣报警喇叭和报警灯、投入检测开关、现场工业显示器，下渣报警喇叭和报警灯用于进行报警和显示，投入检测开关由现场操作工控制，用于获取是否进行下渣检测的信号，现场工业显示器是钢包下渣检测装置的系统显示主界面，用于显示振动信号和视频信号的变化情况。
[0034]振动传感器及前级调理放大模块5是前端振动信号采集构件，采用内部集成有放大电路的压电式加速度传感器，安装在转炉的水口操作臂4上远离长水口 3的一端，通过电缆依次与工业现场处理控制单元和工控机相连接。振动传感器及前级调理放大模块5用于采集水口操作臂4的振动信号，并经过放大、滤波后形成有效的下渣振动信号。
[0035]摄像机6是前端图像信号采集构件，采用CMOS摄像头，前端加装了滤光装置，该装置能够衰减干扰波段可见光的强度。摄像机6安装在中间包2水口可视范围内，并通过电缆依次与工业现场处理控制单元和工控机相连接，用于监控转炉的中间包2水口的翻渣情况。
[0036]工作时，钢水从钢包I到中间包2的过程中，钢水混着钢渣通过长水口 3流到中间包2中，振动传感器及前级调理放大模块5可以监测垂直于水口操作臂4平面内的两个不同方向的振动加速度。在下渣后期，摄像机6能够清晰地拍摄到中间包2水口位置的翻渣情况。系统控制单元8通过综合处理和分析振动传感器及前级调理放大模块5和摄像机6获得的信息进行下渣判断，并将下渣报警通过系统辅助控制单元7进行报警和显示。
[0037]最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种钢包下渣检测装置，用于转炉中进行钢包下渣检测，其特征在于，所述钢包下渣检测装置包括系统控制单元、系统辅助控制单元、振动传感器及前级调理放大模块、摄像机； 所述系统控制单元包括工业级液晶显示器、工控机、工业现场处理控制单元，工业现场处理控制单元通过电缆与系统辅助控制单元连接；所述工控机用于通过综合处理分析振动传感器及前级调理放大模块和摄像机获得的信息进行下渣判断，并将下渣报警信号通过系统辅助控制单元进行报警和显示；所述工业现场处理控制单元用于采集振动传感器及前级调理放大模块的振动信号、摄像机的视频信号，进行投入检测开关信号输入和下渣报警信号的输出处理； 所述系统辅助控制单元包括下渣报警喇叭和报警灯、投入检测开关、现场工业显示器，下渣报警喇叭和报警灯用于进行报警和显示，投入检测开关用于获取是否进行下渣检测的信号，现场工业显示器是钢包下渣检测装置的系统显示主界面，用于显示振动传感器及前级调理放大模块的振动信号、摄像机的视频信号的变化情况； 所述振动传感器及前级调理放大模块安装在转炉的水口操作臂上远离长水口的一端，通过电缆依次与工业现场处理控制单元和工控机相连接，振动传感器及前级调理放大模块用于采集水口操作臂的振动信号，并经过放大、滤波后形成有效的下渣振动信号； 所述摄像机通过电缆依次与工业现场处理控制单元和工控机相连接，用于监控转炉的中间包水口的翻渣情况。
2.根据权利要求1所述的一种钢包下渣检测装置，其特征在于，所述工控机中内置了振动信号处理算法模块，振动信号处理算法模块通过高通滤波、低通滤波获得下渣振动有效信号，然后将下渣振动有效信号进行振动强度分析、频谱分析后，与下渣信号特征值进行比较，从而判断是否下渣；所述下渣信号特征值是指由多次现场反复试验获得的标准值，用于进行对比判断是否下渣。
3.根据权利要求2所述的一种钢包下渣检测装置，其特征在于，所述工控机中内置了图像信号处理算法模块，图像信号处理算法模块通过处理算法将图像信号转换为翻渣图像有效信号，然后通过翻渣图像有效信号进行数值统计分析，得出是否下渣的判断。
4.根据权利要求3所述的一种钢包下渣检测装置，其特征在于，所述工控机中内置了开关量信号输入和输出模块，开关量信号输入和输出模块一方面通过工业现场处理控制单元获取外部投入检测开关的输入信号，用于启动下渣处理判断；另一方面，综合振动信号处理算法模块和图像信号处理算法模块的结果，产生下渣报警信号，控制工业现场处理控制单元进行输出到系统辅助控制单元。
5.根据权利要求1所述的一种钢包下渣检测装置，其特征在于，所述振动传感器及前级调理放大模块,采用内部集成有放大电路的压电式加速度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种钢包下渣检测装置，其特征在于，所述摄像机采用CMOS摄像头，并在摄像机的前端加装有滤光装置，滤光装置用于衰减干扰波段可见光的强度。
【文档编号】B22D11/18GK203725730SQ201420022246
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】李培玉, 王国春, 吕攀, 沈国振 申请人:杭州谱诚泰迪实业有限公司