一种连铸钢包滑动水口开度在线测量装置及其测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钢包水口开度的测量技术，尤其是指一种连铸钢包滑动水口开度在线 测量装置及其测量方法。
【背景技术】
[0002] 连铸生产中，钢水首先由钢包流入中间包，再由中间包将钢水分配到各个结晶器， 然后经结晶器凝固结晶并拉铸成铸坯。其中，钢水从钢包流入中间包过程中，通过安装在钢 包出水口附近的滑动水口来控制钢水的流量，水口开度的大小决定了流入中间包钢水的多 少。为了精确控制流量的大小，需要测量滑动水口开度的大小。例如在连铸浇钢优化控制 系统中，为了实现对连铸浇注过程的优化控制，必需要知道精确的滑动水口开度大小，否则 系统无法正常工作。
[0003] 目前，在连铸生产线上，一般都是通过安装位移传感器测量驱动滑动水口的油缸 位置来测量水口的开度大小。这种方法的弊端是：在连铸生产现场，钢包附近的温度很高， 位移传感器极易损坏，通常处于无法使用的状态，形同虚设，严重影响连铸浇注过程的正常 进行。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种不采用位移传感器测量 水口开度大小的连铸钢包滑动水口开度在线测量装置，能够克服位移传感器因在钢包附近 的高温环境下工作易损坏而影响测量的弊端。
[0005] 本发明的另一目的是提供一种利用上述测量装置进行连铸钢包滑动水口开度在 线测量方法。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种连铸钢包滑动水口开度在线测量装置，其包含：
[0008] 压力传感器，其安装在钢包的回转台上，实时测量当前钢包包含钢水总重量的电 流信号，称其为钢包总重量的电流信号；
[0009] 信号处理单元，其是一种电流转换到电压的模拟量信号转换及处理装置，其输入 端与所述压力传感器输出端连接，接收压力传感器输出的当前钢包总重量的电流信号，并 将该电流信号转换为钢包总重量的电压信号，再将钢包总重量的电压信号处理为钢包总重 量值输出；
[0010] 工艺信号接口单元，其是一种信号转换及传输的装置，其输入端与置于现场的信 号器连接，所述信号器内存有当前浇注的钢种信号及当前浇注钢包的净重量信号，所述工 艺信号接口单元将当前浇注的钢种信号转换成钢种代码后将当前浇注的钢种代码及当前 浇注钢包的净重量信号进行输出；
[0011]计算控制器，采用具有数据采集、计算分析功能的计算机，其输入端分别与所述信 号处理单元的输出端及所述工艺信号接口单元的输出端连接，接收由信号处理单元输出的 当前钢包总重量值，及接收工艺信号接口单元输出的当前浇注的钢种代码及当前浇注钢包 的净重量信号，通过计算，输出滑动水口开度的大小。
[0012] 所述压力传感器有2个，分别安装在钢包2个支撑耳轴边，2个压力传感器测量到 的钢包总重量的电流信号分别输到信号处理单元，由信号处理单元将该2个钢包总重量的 电流信号处理成二者的平均值后再进行电压信号转换及总重量值转换。
[0013] 本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：
[0014] 一种采用所述的连铸钢包滑动水口开度在线测量装置进行连铸钢包滑动水口开 度在线测量方法，其包含以下步骤：
[0015] S1，连铸生产开始后由计算控制器通过工艺信号接口单元读取得到当前浇注的钢 种代码和钢包净重量G0,根据钢种代码就得知当前浇注钢水的粘度μ及钢水密度P ;
[0016] S2,钢包净重量GO测出后，计算控制器开始多周期进行钢包总重量及钢水重量的 测量，将每个测量周期流程中的第一次测量时刻作为第一时刻，此时测到的钢包总重量为 第一时刻钢包总重量G1，测到的钢水重量为第一时刻钢水重量Wl ;
[0017] S3,在进行步骤S2的同时，由计算控制器计算钢包内第一时刻钢水液位高度hi ;
[0018] S4,从第一时刻开始经过Λ T后的时刻作为第二时刻，按照上述步骤S2-S3同样的 过程，测量第二时刻钢包总重量值G2,第二时刻钢水重量W2,第二时刻钢水液位高度h2 ;
[0019] S5,根据第一、第二时刻钢水液位高度hi、h2,计算出钢水在滑动水口的第一、第二 时刻钢水静压力Pl，P2 ;
[0020] S6,根据上述步骤Sl-步骤S5得到的第一、第二时刻钢包总重量值Gl、G2,第一、 第二时刻钢水重量Wl、W2,第一、第二时刻钢水液位高度hi、h2及钢水在滑动水口的第一、 第二时刻静压力PI、P2,由计算控制器按照滑动水口开度计算公式计算出当前滑动水口开 度大小百分比；此时，第一个测量周期的流程结束；
[0021] S7,计算控制器判断是否结束滑动水口开度大小的测量周期；
[0022] 如果判定测量周期流程结束或接收到人工退出测量周期流程的信号，终止上述步 骤S1-S6的测量过程，测量结束；
[0023] S8,如果上述步骤S7中计算控制器判定结束滑动水口开度大小的测量周期流程 还没有结束，也没有接收到人工退出测量周期流程的信号，则需判断是否更换钢包，如果判 定无需更换钢包，测量流程回到所述步骤S2,进行下一个周期的测量流程；如果判定需要 更换钢包，此时测量流程回到所述步骤S1，进行下一个周期的测量流程，直到测量流程结 束。
[0024] 所述步骤S2中，第一时刻钢水重量Wl由以下方法得到：
[0025] 由安装在钢包回转台上的压力传感器实时测量当前第一时刻钢包总重量电流信 号，并通过信号处理单元将该电流信号转换成电压信号，再处理为钢包总重量值，该钢包总 重量值传输到计算控制器，由计算控制器读出钢包第一时刻总重量G1，该第一时刻钢包总 重量Gl是钢包净重量GO与第一时刻钢水重量Wl之和，因此，第一时刻钢水重量Wl=Gl-GO。
[0026] 所述步骤S3中，第一时刻钢水液位高度hi由以下方法得到：
[0027] 钢包的形状是一个倒置的圆锥体包，根据圆锥体的体积计算公式和钢包的尺寸数 据，由计算控制器计算出钢包内第一时刻钢水液位高度hl，其计算公式如下：
[0029] 其中：LI为圆锥钢包顶部内径，L2为圆锥钢包底部内径，Vl为第一时刻钢水体积， hi为钢包内第一时刻钢水液位高度；
[0030] 第一时刻钢水重量Wl和第一时刻钢水体积Vl满足如下关系：W1= P VI,
[0031] 因此，Vl=Wl/P，由于所述步骤S1-S2中已得到Wl及P的值，计算出第一时刻钢 水体积Vl，然后根据上述公式（1)计算出第一时刻钢水高度hi。
[0032] 所述步骤S5中，第一、第二时刻钢水静压力Pl，P2由以下方法得到：
[0033] 根据钢水液位高度及钢水液体静压力计算原理，可以得到钢水在滑动水口的静压 力，其计算原理如下：
[0034] 液体静压力计算公式：P= Pgh公式（2)
[0035] 式中，P为滑动水口附近静压力；P为钢包内钢水密度；g为重力加速度其是一个 常量，为9. 8N/Kg ;h为钢水液位高度；
[0036] 按公式（2)计算得到钢水在滑动水口的第一、第二时刻静压力Pl，P2 :
[0037] 钢水在滑动水口的第一时刻静压力Pl :P1= P ghl ;
[0038] 钢水在滑动水口的第二时刻静压力P2 :P2= P gh2。
[0039] 所述步骤S6中，滑动水口开度大小的计算方法如下：
[0040] 滑动水口开度大小与当前钢水粘度、钢水在滑动水口的静压力和钢水重量变化梯 度有关，其计算公式如下：
[0042] 式中：0为当前滑动水口开度大小百分比；
[0043] K为滑动水口开度计算修正系数，取（2. 3~8. 6) X IO6) AMPa · Pa· t);
[0044] μ为当前钢水粘度，其单位为MPa · s ;
[0045] Wl、W2分别为第一、第二时刻钢水重量，其单位为t ;
[0046] Λ T为第二时刻与第一时刻的时间间距，取4-6秒；
[0047] Pl，Ρ2分别为钢水在滑动水口的第一、第二时刻静压力值，其单位为Pa。
[0048] 本发明的有益效果：
[0049] 本发明的连铸钢包滑动水口开度在线测量装置及其测量方法，能够在线测量连铸 生产中钢包滑动水口的开度大小。本发明不采用位移传感器测量水口开度大小，而是采用 测量钢包内钢水重量变化趋势梯度和速率，结合出水口钢