专利名称：连铸二冷喷嘴喷雾特性测试方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及连续铸钢二冷喷嘴性能检测方法及检测装置，适用于连铸二冷水喷嘴气水喷嘴喷雾的水流密度分布、冲击压力分布特性的检测。
背景技术：
连续铸钢过程是钢水的冷却凝固过程，它是将液态钢的过热量、凝固潜热和余热用某种适合的方式带走而使钢水凝固成固态钢的传热过程；在生产工艺上采取的主要措施是通过外部用水冷却将上述三种热量带走。在连铸坯的冷却凝固过程中，二冷区的冷却凝固是铸坯凝固的中心环节。二冷区内各种传热方式中，通过喷嘴喷雾水与铸坯表面的传热是主要的，也是可控的，决定铸机的产量和铸坯质量。在连铸机设备和工艺一定的条件下，二冷区喷嘴的特性是影响铸坯热量传递的主要因素，也是设计合理二冷制度的基本参数。连铸二次冷却对铸坯质量的显著的影响。在连铸二冷区内，通过喷嘴冷却，加速铸坯的凝固，并且可以控制铸坯表面温度分布合乎工艺的要求，防止铸坯产生表面裂纹和内部裂纹。因此，对喷嘴喷雾特性参数，主要包括水流密度分布和冲击压力分布进行准确的测试，保证实际征生产中所使用喷嘴的性能达到设计要求，对连铸生产和保证铸坯质量有重要的意义。
目前国内外对连铸二冷喷嘴水流密度分布定量检测大体有三种方法。一是采用水平喷射，喷嘴前方布置密排的集水口，采用软管将水流导引至集水瓶中，然后采用量杯逐个量取集水瓶中的水量，计算出各点的水流密度，得到水流密度分布，该方法需要时间长，人工工作量大，而且经过几个环节，数据测量精度低；二是测量装置采用大量的传感器，每个测试点配备一个传感器，通过计算机实现自动检测，该方法的优点是增加了系统的自动化程度，减少了工作量，但缺点是设备投资大大提高，维护工作及维护费用大大增加，同时由于集水器和传感器本身之间的误差使得数据精度和可比性受到影响；三是仍然采用试管水量收集的方法，通过接收管下部连接的电磁阀的开关实现接收管的集水、排水、测试初始位置的调节等功能，与电磁阀相连接的开关和传感器来进行集水管中的液位测量，并将信号输入计算机自动进行处理，获得喷嘴的水流密度分布，该方法的优点是整个系统仅用两个传感器便可对上百个集水管中的水量进行测量，极大地减少了传感器数量，节省了部分设备投资，消除了不同传感器之间的测量误差，但仍然存在集水系统复杂、电磁阀门多、维护工作量大和整个过程测试时间长等不足。
喷嘴冲击压力分布测试是采用多个压力传感器，计算机自动采集数据，得到冲击压力分布曲线。该测试方法缺点是传感器数量多，投资大，维护工作及维护费用高，同样也存在由于传感器本身之间的误差使得数据精度和可比性受到影响的问题。
此外，现有的喷嘴水流密度分布和冲击压力分布测试均在两套不同的装置上进行，能否在同一装置上完成两检测参数的测定，同时又能克服现有检测方法的不足是本发明专利要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出了一种同时自动完成喷嘴水流密度分布和冲击压力分布的检测、采用移动式喷嘴、定测试点方法的连铸二冷喷嘴喷雾特性检测装置。为实现上述发明目的，本发明的技术方案为连铸二冷喷嘴喷雾特性测试方法，其步骤为(1)、采用移动喷嘴，在移动中向设置在该喷嘴正下方的采集点上的喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器喷水；(2)、喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器将采集到的每一单位时间段的喷水量及其增量和喷水冲击压力值，实时传输到计算机；(3)、计算机根据设定的参数和程序，计算出采集点的水流密度值和冲击压力值，得到喷嘴水流密度分布和冲击压力分布图。
一种实现权利要求上述的连铸二冷喷嘴喷雾特性测试方法的装置，包括装置本体、设置在装置本体上的喷嘴2、设置在测试点上的喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器、含有测试软件的计算机以及喷水管路和气体管路；其特征在于所述的喷嘴是可移动式，由动力装置带动；所述的喷嘴设置在喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器的上部，正对喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器的连线；喷水质量传感器、喷水冲击压力传感器的数据输出线与计算机的输入端相连；所述的喷水质量传感器由集水槽、盛水槽以及电子天平组成，集水槽在上，下面是盛水槽，盛水槽设置在电子天平的托盘上，电子天平的数据输出线与计算机的输入端相连；所述的喷水冲击压力传感器由压力传递杆、挡水栏和电子天平组成，挡水栏套在压力传递杆的上端，压力传递杆的下端与电子天平的托盘相接触，电子天平的数据输出线与计算机的输入端相连。
本发明采用移动喷嘴、定测试点的方法来测试喷嘴不同喷射位置的水流密度和冲击压力。本系统采用机电一体化的设计，在装置中沿水流喷射的方向在两端分别各设置两个电子天平，步进电机驱动喷嘴在这两点间移动。移动的同时，计算机在定时间步长采集喷射水量的增量和冲击压力，根据水流质量的增加量可以计算出喷射范围内各采集点的水流密度。整个测试过程都可以由计算机控制进行，控制测试仪驱动喷嘴自动回到测试点，自动进入测试状态，自动采集资料进行计算，大大提高了操作的自动化程度，一个人就可以完成测试。测试结果直接以报告的形式打印出来，同时测试结束后可得到喷嘴的水流密度分布和冲击压力的分布图，并把实验资料和分布图形保存到数据库。可在数据库中查看不同喷嘴和不同条件下的水流密度分布，进行比较，从而得到适合于生产实际的喷嘴和工作条件。
下面结合附图对本发明作进一步的说明图1是本发明装置结构示意2是本发明方法所用下位机的控制程序流程3是本发明方法所用上位机的控制程序流程4是本发明水流密度分布和冲击压力的分布图
具体实施例方式
本发明的测试方法，其步骤为1、采用移动喷嘴，在移动中向设置在该喷嘴下方的采集点上的喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器喷水；2、喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器将采集到的每一单位时间段的喷水量及其增量和喷水冲击压力值，实时传输到计算机；3、计算机根据设定的参数和程序，计算出采集点的水流密度值和冲击压力值，得到喷嘴水流密度分布和冲击压力分布图。
如图1所示，1—装置本体，2—喷嘴，3—喷水质量传感器，4—喷水冲击压力传感器，5—集水槽，6—盛水槽，7—水管，8—电子天平，9—压力传递杆，10—挡水栏，11—电子天平，12—计算机本发明的测试装置，包括装置本体1、设置在装置本体1上的可移动喷嘴2、含有测试软件的计算机12等；在装置本体1内选取两个测试点A和B，假定测试点B作为水流密度值采集点，设置喷水质量传感器3，测试点A则作为喷水冲击压力值采集点，设置喷水冲击压力传感器4；喷水质量传感器3与喷水冲击压力传感器4的数据输出线与计算机12的输入端相连。所述的测试点可以为是四个、六个等，只要保证四个或六个测试点都在一条直线上，喷嘴2的移动路线与该直线平行或对中即可；相应的在每一个测试点上设置喷水质量传感器3或喷水冲击压力传感器4。
喷嘴2是可移动式，其由一动力装置带动，以链条式或丝杆传动的方式移动，在设定的包括速度、水压、气压等参数条件下移动，最佳的移动方式是匀速移动。喷嘴2与喷水管路相连，由喷水管向喷嘴2中提供所用的水源；喷嘴2设置在测试点A和B的上部，正对A点和B点的连线，其移动的轨道与A点和B点连线平行；喷嘴2的下平面到压力传感器上平面间的距离就是安装高度，实际制作、运用时，喷嘴2的安装高度是可调整的，采用手柄或旋钮等调整。带动喷嘴2移动的动力装置可以是现有技术中的步进电机等装置。
本发明的喷水质量传感器3，除了可以利用现有技术中的传感器外，还可以采用如图所示的由集水槽5、盛水槽6以及电子天平8组成的喷水质量传感器3，集水槽5在上面，下面是盛水槽6，盛水槽6设置在电子天平8的托盘上，集水槽5的出水管7位于盛水槽6的上方；集水槽5是一个圆形或方形的容器，在采集口径范围内接收喷嘴2喷射的水，再流到盛水槽6中，由电子天平8称量水的质量，计算每一单位时间段的喷水量及其增量。
本发明的喷水冲击压力传感器4，除了可以利用现有技术中的传感器外，还可以采用如图所示的由压力传递杆9，挡水栏10和电子天平11组成的传感器，挡水栏11套在压力传递杆9的上端，压力传递杆9的下端与电子天平11的托盘相接触；压力传递杆9受到喷射喷射水流的冲击时，将其受别的冲击压力作用在电子天平11上，电子天平11计算每一单位时间段的喷水的冲击压力。电子天平8和电子天平11都可以采用现有技术中的产品，能计算喷水量的增量和喷水冲击压力即可。
本发明的计算机12，采用现有技术中的产品，具有基本配置和数据处理能力，如CPU、打印机、绘图仪、测试软件等，能将电子天平8和电子天平11输入的数据进行采集、处理、计算等。作为现有技术，在此不再详述。
本发明的水或气体等，由喷水管路和气体管路提供，其水压和气压是可调的，能够调整到本发明所需要的测试参数范围即可。作为现有技术，在此不再详述。
如图2、3所示，为本发明所用的LZPZ Software V1.5测试软件的流程图。本发明中将测试软件的流程分为上位机程序流程和下位机程序流程两种，下位机能将采集到的有关喷嘴位置等数据发送到上位机进行处理；上位机将下位机发送的数据、有关喷嘴移动方向的数据、有关天平数据等进行汇总、处理，最后绘制出水流密度分布和冲击压力的分布图。本技术领域的技术人员能够根据本流程图以及本发明所披露的技术内容，编制出测试软件，且本测试软件及其流程图不作为本发明的保护要点，在此不再详述。
图4所示，为本发明测试得到的一种水流密度分布和冲击压力的分布图。
实施例一下面以具体的仪器、测试方法等详细说明(参见图1)本发明的基本配置选取如下测试仪平台1台；精密电子天平2台压力传递杆1个；计算机 1台打印机1台；LZPZ Software V1.5本发明主要技术指标测试对象连铸二冷水喷嘴和气水喷嘴数据采集间隔时间0.5-5s； 喷嘴移动速度1-10mm/s水流密度最大集水量1100ml； 冲击压力范围0-10Ma移动方式步进电机驱动，可由计算机或仪器的控制面板进行控制测试误差±3％将本发明的硬件部分如下组装1.将压力传递杆安装在测试箱的A孔处，集水槽安装在B孔处。
2.将量程为1.0Kg的电子天平安装在A孔处，使压力传递杆的下圆盘与天平的托盘相接触。
3.调整压力传递杆的位置，使它处于A孔中心处，然后把挡水栏套在压力传递杆的外面。
4.将量程为1.5Kg的电子天平安装在B孔处，盛水槽放在天平托盘上面，并使集水槽的出水管位于盛水槽的上方。
5.连接好电子天平的数据线和电源线。
6.将仪器的输出数据线和计算机相连。
本发明的软件部分测试仪器的软件LZPZ Software V1.5可在win98/win2000/winXP下运行，建议使用winXP系统。安装时，执行安装光盘中Setup.exe应用程序，使用默认提示，按步骤进行安装。
启动LZPZ测试程序后，主界面分为菜单栏、工具按钮栏、喷嘴移动监视区、数据显示栏、通讯状态指示栏以及状态栏。数据显示栏中，左侧显示的是冲击压力值，右侧显示的是水流密度值。通讯状态指示栏为界面中下部椭圆图形处，它显示的是传感器数据采集通讯端工作状态。当显示为红色时，表示通讯中止不能正常工作；当显示为浅绿色时，表示工作正常。底部的状态栏中包含试验数据保存文件名，测试状态及测试时间等信息。
实验参数设置在工具菜单栏中点击“参数设置”按钮，进行参数设置。
需设置的参数包括所测试喷嘴的型号、来源、测试条件、测试参数及测试结果保存的文件名，文件名只能用数字、字母及水平线来命名。输入完毕后，点击确定按钮，将所有参数保存到数据库；如放弃本次参数设置，点击取消按钮，返回主界面。
测试条件中输入的内容有喷嘴的安装高度，以及工作状态下的水压、气压、水流量和气流量。
测试参数中采集口径为集水槽沿喷射方向的长度；喷射宽度为喷嘴喷出水带的宽度；采集时间为采集测试数据的时间步长，可在0.5-5s的范围内设置；移动速度为喷嘴移动机构的速度，可在5-10mm/s的范围内设置。
测试的启动、停止参数设置完成后，方可启动测试。启动后，若喷嘴不在测试的初始位置，动力移动机构自动驱使喷嘴回到起始位置，再开始测试；喷嘴从测试的起点位置向终点位置移动，移动的过程中计算机采集冲击压力和水流密度值，并以指定的文件名保存。保存的默认路径为“程序安装路径/data”。
如测试过程中，需要喷嘴停止移动，则点击停止按钮，喷嘴不再移动，测试过程结束。
现场画面及实时曲线启动测试后，默认显示为程序主界面。该界面的喷嘴移动监视区即时反映喷嘴实际的移动情况，即现场画面。在此界面可以观察到测试的全过程。
测试过程中点击实时曲线按钮，显示水流密度和冲击压力在喷嘴移动方向上的分布图，水流密度和冲击压力的变化值在界面下部的数据框里可以实时显示。
点击数据管理按钮，数据区显示数据库中所有测试实验的参数。选中某次实验记录，被选中的记录呈蓝色，然后可对此次记录进行以下操作。
1.计算点击计算按钮，可计算喷嘴在测试条件下的喷射角和气水比。
2.删除数据删除选中实验数据记录。
3.保存数据备注的内容可修改，修改后需点击保存数据按钮保存。
4.查看曲线点击此按钮后，弹出历史曲线对话框，显示所选实验水流密度及冲击压力的分布曲线，如图7所示。
5.报表预览、报表打印在报表中显示出所测试喷嘴的水流密度和冲击压力值及其分布曲线。
6.退出返回至主界面。
本发明装置的测试方法(一)准备工作开启仪器总电源、步进电机电源和计算机，运行测试软件，检查供水管路和供气管路的工作状况。
(二)测试步骤1.安装喷嘴把喷嘴安装到喷嘴连接管上，并将连接管固定。
2.调安装高度调节垂直方向的旋柄，使喷嘴下平面到压力传感器上平面间的距离等于安装高度。
3.打开水路和气路开关，调节水压，气压及其流量至实验条件。
4.喷嘴对中调节水平方向的旋柄和喷嘴的旋转方向，使落在测试箱底板上的喷射水处于两传感器之间的直线上，保证喷嘴对中。
5.预测试为了消除水的润湿和粘附对传感器的影响，初次实验要使喷嘴先在喷水状态下运行一次。首先点击参数设置按钮，喷嘴移动速度选为10mm/s其他参数任意设置将名称命名为Protest。然后点击启动按钮，喷嘴往复运行一次返回到初始点后，点击停止按钮。用防水罩罩在压力传递杆上，然后把压力传感器的显示值清零。预测试完成。
6.正式测试设置试验参数，建议采集时间为1s，喷嘴移动速度为5mm/s。点击启动按钮使喷嘴从压力传感器处开始运行并采集数据；当喷嘴移动到水流密度传感器所在位置处后，喷嘴单侧的水流密度及冲击压力数据采集完毕；喷嘴继续移动回复到测试初始位置压力传感器处。喷嘴到达水流密度传感器位置后，把防水罩再罩回到集水槽上，清空盛水槽中的水。喷嘴回复到初始位置，弹出“下一步实验步骤”对话框。
7.旋转方向关闭水路和气路开关，将喷嘴旋转180度。重复3，4步的操作。
8.反向测试(喷嘴对称性测试)点击对话框中的确定按钮，点击的同时，拿开防水罩。喷嘴开始从起始位置移动，计算机采集数据。当喷嘴移动到水流密度传感器所在位置处后，喷嘴另一侧的水流密度和冲击压力数据采集完毕。喷嘴继续移动回复到测试初始位置。到此为止，一次完整的喷嘴水流密度和冲击压力的分布情况测试完毕。
(三)测试结果测试结果的查看喷嘴水流密度和冲击压力测试得到的分布曲线和参数情况可以在数据管理界面中查看，并可以通过报表打印测试结果。
水流密度和冲击压力测试得到的数据值以文本格式保存在软件安装所在目录的Data文件夹中，可以用记事本打开查看原保存的水流密度的测试值和冲击压力的测试值。
权利要求
1.连铸二冷喷嘴喷雾特性测试方法，其步骤为(1)、采用移动喷嘴，在移动中向设置在该喷嘴下方的采集点上的喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器喷水；(2)、喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器将采集到的每一单位时间段的喷水量及其增量和喷水冲击压力值，实时传输到计算机；(3)、计算机根据设定的参数和程序，计算出采集点的水流密度值和冲击压力值，得到喷嘴水流密度分布和冲击压力分布图。
2.一种实现权利要求1所述的连铸二冷喷嘴喷雾特性测试方法的装置，包括装置本体(1)、设置在装置本体(1)上的喷嘴(2)、设置在测试点上的喷水质量传感器(3)和喷水冲击压力传感器(4)、含有测试软件的计算机(12)以及喷水管路和气体管路；其特征在于所述的喷嘴(2)是可移动式，由动力装置带动；所述的喷嘴(2)设置在喷水质量传感器(3)、喷水冲击压力传感器(4)上部，正对喷水质量传感器(3)、喷水冲击压力传感器(4)的连线；喷水质量传感器(3)、喷水冲击压力传感器(4)的数据输出线与计算机(12)的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述的喷水质量传感器(3)由集水槽(5)、盛水槽(6)以及电子天平(8)组成，集水槽(5)在上面，下面是盛水槽(6)，盛水槽(6)设置在电子天平(8)的托盘上，电子天平(8)的数据输出线与计算机(12)的输入端相连。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于所述的喷水冲击压力传感器(4)由压力传递杆(9)，挡水栏(10)和电子天平(11)组成，挡水栏(11)套在压力传递杆(9)的上端，压力传递杆(9)的下端与电子天平(11)的托盘相接触，电子天平(11)的数据输出线与计算机(12)的输入端相连。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述的动力装置是步进电机，以链条或丝杆传动的方式带动喷嘴(2)移动。
6.根据权利要求1所述的连铸二冷喷嘴喷雾特性测试方法，其特征在于所述喷嘴(2)的移动方式是匀速移动，速度范围是5-10mm/s。
全文摘要
本发明公开了一种连铸二冷喷嘴喷雾特性测试方法及其装置，其步骤为1.采用移动喷嘴，在移动中向下方采集点上的喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器喷水；2.喷水质量传感器和喷水冲击压力传感器将采集到的喷水量及其增量和喷水冲击压力值，实时传输到计算机；3.计算机根据设定的参数和程序，计算出采集点的水流密度值和冲击压力值，得到喷嘴水流密度分布和冲击压力分布图。本发明的整个测试过程都可以由计算机控制进行，控制测试仪驱动喷嘴自动回到测试点，自动进入测试状态，自动采集资料进行计算，大大提高了操作的自动化程度，一个人就可以完成测试。测试结果直接以报告的形式打印出来，同时测试结束后可得到喷嘴的水流密度分布和冲击压力的分布图。
文档编号G01M99/00GK1789951SQ20051005747
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者文光华, 施金良, 唐萍, 贾碧 申请人:重庆大学, 重庆科技学院