一种液位检测装置及液位检测方法与流程

本发明涉及金属坯料生产领域，具体而言，涉及一种液位检测装置及液位检测方法。

背景技术：

在连续铸造生产中，对处于高温状态的金属溶体的液位进行自动控制，可以使得结晶器内金属液位高度相对稳定，有效减少或消除粗晶层、偏析瘤等表面缺陷，使铸锭表面尽可能平整光滑，减少铸锭厚差、内部缩孔等缺陷，提高铸坯的质量。

要实现液位自动控制的前提是能够自动、连续、精确、可靠、经济的获得液位高度数据，通过液位自动控制系统对液位进行闭环控制。所以，在金属连续铸造的过程中，有效的液位检测方法和可靠的液位数据是实现液位自动控制的前提。

传统的金属液面高度检测方法分为：接触式测量和非接触式测量。

接触式测量方法一般采用液位计，具体有：浮球液位计、磁翻板液位计、超声波液位计、电容式液位计等。

非接触式测量方法一般采用：计算法、感应法、激光法。

计算法之一，是根据结晶器的注入流量和输出流量的差值，再换算为液位高度值；计算法之二，是用重量传感器检测结晶器整体的重量变化值，再换算为液位高度值。

感应法包括：射源型、红外型、涡流型、电磁型。射源型和红外型感应法通过射线对金属液面的反射来获得金属液面的高度信息，涡流型和电磁型感应法通过对电通量和磁通量的改变来获得金属液面的高度信息值。

激光法利用传感器捕捉金属液面与结晶器内壁交线的图像，记录不同图像的交线的位置，进而转化为金属液面高度值，从而检测和控制金属液位高度。

对于超长小截面金属管坯制品来说，其结晶腔室的容积小，储液容室内的金属液面高度的波动对其制品质量影响特别显著，以上传统测量液位方法均存在各自特有的缺点，具体如下。

现有技术的客观缺点：

(1)采用接触式测量方法，浮球液位计、磁翻板液位计、超声波液位计、电容式液位计等测量体与金属液接触，测量体因为高温炙热烘烤而变形、烘烤损伤、金属液粘结、异物侵入等因素，经常会出现失灵现象；

(2)铸造生产为了去除s、p等有害成分和防止金属氧化，需要连续对结晶器内加入保护渣，保持正确的保护渣的厚度和有序分布可有效提高铸坯质量，因保护渣重量变化的影响，而且对于高温金属溶体来说，长期、稳定、精确的测量其流量存在许多困难，以此对液位高度值采用计算法获取，在实际应用时存在严重弊端，其液位高度计算的误差大；尤其重要的是，这种以重量计算为基础的方法，是用于计算静止的容器内金属溶体液位高度的。对于连续振动的结晶装置来说，其使用条件发生了根本性的变化。连续振动的结晶装置在工作的过程中与连续铸坯之间一直在发生往复的相对运动，两只者之间既存在上升和下降的加速度力，更存在两者之间的摩擦力。这种摩擦力是不稳定的，其大小变化没有规律，这种情形势必导致重量计算法的失效。

(3)在连铸生产过程中，随着浇铸后期金属液面的下降，由于受地球偏向力(科氏力)的作用，会在金属液面产生汇流旋涡，汇流旋涡对于涡流型和电磁型感应法的测量结果产生严重的干扰，而高速汇流旋涡对周围电磁场产生极大的冲击，影响测量结果，严重时导致金属液体溢出或漏液等事故；

(4)使用射源型感应法测量液位高度，采用同位素射线源，利用闪烁晶体接收装置接收随金属液面高度变化的射线，从而检测出液面高度，但该方法致命缺点是有射线辐射，危害工人的身体健康，工作环境恶劣，不宜使用；

(5)红外型感应法适用于不加保护渣时的敞开浇注方式，且易受水汽、烟雾等影响，这种方式很少采用；

(6)采用激光法测量液位高度，由于连铸拉坯过程中向结晶器内加入润滑油等作为润滑剂，润滑油从结晶器侧面浸入金属液面，并在金属液面上燃烧，产生火焰和烟雾，火焰的亮度与金属液面亮度接近，使得金属液面与结晶器内壁的交线难以分辨；烟雾呈黑色而将部分或全部图像遮蔽，这将导致虚假的液面图像，使得金属液面高度的测量结果产生极大的波动，导致计算机不能提供正确的控制量，影响金属坯的浇铸质量和全自动连铸生产。

对连续振动的结晶器中的高温金属溶体液位进行自动、精确、可靠测量，为高温金属溶体液位控制系统提供准确数据，实现金属溶体液位的有效控制，是实现超长小截面金属管坯的连续化、自动化、智能化铸造生产的关键环节，是全自动立式连续铸造设备长期以来尚未彻底解决的难题之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种液位检测装置及液位检测方法，其能够较准确地获取结晶器内金属溶体液位高度数据，以实现对金属溶体液位的有效控制。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种液位检测装置，应用于连续铸造设备，所述液位检测装置包括探针、探针运动机构、探针位置检测装置、电信号导通检测装置和控制器，所述探针运动机构连接所述探针，所述电信号导通检测装置分别连接所述探针和所述连续铸造设备，所述控制器分别电连接所述探针位置检测装置和所述电信号导通检测装置；

其中，所述探针运动机构用于驱动所述探针相对所述连续铸造设备的储液容室内的金属液的液面往复移动，所述探针位置检测装置实时检测所述探针的位移信息并将所述探针的位移信息发送给所述控制器，当所述探针与所述储液容室内的金属液的液面接触的瞬间，所述电信号导通检测装置、所述探针和所述连续铸造设备将形成一回路，且所述电信号导通检测装置将检测到所述回路导通信息，并将所述回路导通信息发送给所述控制器，所述控制器根据所述回路导通信息以及所述探针的位移信息来判断所述连续铸造设备的储液容室内的金属液的液面高度。

可选地，所述探针运动为间歇式往复运动，探针头接触到金属液面导通电信号后离开液面，然后再次接触液面，电信号导通后再次离开液面，如此往复运动。

可选地，所述探针包括探针头和连杆，所述探针头由耐高温的导电材料制成；所述探针头与所述连杆绝缘连接且与所述电信号导通检测装置电连接，所述连杆分别与所述探针位置检测装置和所述探针运动机构连接。

可选地，所述探针头的位移包括角位移、直线位移以及与位移相关的电信号、磁通量信号、光信号、脉冲信号。

可选地，所述探针运动机构的驱动方式为机械传动、电机传动、液压传动、气动传动、电磁驱动中的一种。

可选地，所述探针运动机构连续驱动所述探针运动，所述探针向下运动与所述储液容室内的金属液面接触时电信号导通，所述电信号导通检测装置发讯给所述控制器。

可选地，所述探针向下运动与所述储液容室内的金属液面接触电信号导通时，所述探针位置检测装置检测到所述探针的位移值，并处理为金属液面高度值传给控制器。

可选地，所述控制器在固定的周期连续记录所述金属液面高度值，以对金属液面高度进行连续检测。

可选地，还包括固定于储液结晶器组件上的支架，所述探针运动机构设置于支架上，支架固定于储液容室。

本发明还提供了一种金属坯立式连续铸造设备，包括上述的液位检测装置。

本发明还提供了一种液位检测方法，采用上述的液位检测装置，所述液位检测方法包括如下步骤：通过所述探针运动机构驱动所述探针相对所述连续铸造设备的储液容室内的金属液的液面往复移动；通过所述探针位置检测装置实时检测所述探针的位移信息并将所述探针的位移信息发送给所述控制器；当所述探针与所述储液容室内的金属液的液面接触的瞬间，所述电信号导通检测装置、所述探针和所述连续铸造设备将形成一回路，且所述电信号导通检测装置将检测到所述回路导通信息，并将所述回路导通信息发送给所述控制器，所述控制器根据所述回路导通信息以及所述探针的位移信息来判断所述连续铸造设备的储液容室内的金属液的液面高度。

如上所述，本申请所提供的液位检测方法，通过探针位置检测装置向控制器反馈液面高度信息，以便控制器能够较准确地获取结晶器内金属溶体液位高度数据，以实现对金属溶体液位的有效控制，进而保证立式连续铸造设备能够铸造出较高质量的金属坯或金属管。

本发明实施例的有益效果包括：

(1)采用探针运动接触金属液面电信号导通方法，探针头与金属液面间断接触，探针运动可靠，不会出现卡阻失灵现象；

(2)探针向金属液面方向运动时，排除非金属保护渣的干扰，直接检测到金属液体表面，测量精确；

(3)探针连续机械运动，诸如静电、涡流、强磁等因素对于探针连续运动没有影响，抗干扰能力强；

(4)金属液面产生汇流旋涡时，探针接触到汇流旋涡中心部位的金属液面，不会检测到最低液位或者最高液位，不会导致金属液体溢出或漏液等事故；

(5)采用探针运动接触液面电信号导通方法，没有射线辐射等危害工人的身体健康的因素，工作环境安全、环保；

(6)采用探针运动接触液面电信号导通方法，不受水汽、火焰、烟雾等影响，金属液面高度的测量结果稳定，能够正确控制液面高度；

(7)检测装置固定在储液结晶组件上，探针与储液容室同时运动，不受金属液体运动因素而影响金属液面高度的测量；

(8)本测量装置远离高温环境，具有隔热、减震等作用，探针运动可靠，传送的电信号和探针位移值准确，金属溶体液位得以有效控制，实现超长小截面金属管坯的连续化、自动化、智能化铸造生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例液位控制装置的使用状态参考图；

图2为本发明一实施例液位控制装置的工作原理图；

图3为本发明一实施例液位控制装置的功能方块图。

图标：1-探针；2-电信号导通检测装置；3-探针位置检测装置；4-控制器；5-注液控制装置；6-探针运动机构；7-连续铸造设备；71-金属液的液面。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请结合参照图1至图3，本方案提供一种液位检测装置，应用于连续铸造设备7，该液位检测装置采用探针1往返运动使之与金属熔体液面反复接触和离开，实现电信号导通和断开，同时记录探针1导通时的位移，控制器4将探针1导通时的位移处理为金属液面高度值，从而连续准确的测量金属液面高度。

该液位检测装置包括探针1、探针运动机构6、探针位置检测装置3、电信号导通检测装置2和控制器4，探针运动机构6连接探针1，电信号导通检测装置2分别连接探针1和连续铸造设备7，控制器4分别电连接探针位置检测装置3和电信号导通检测装置2；其中，探针运动机构6用于驱动探针1相对连续铸造设备7的储液容室内的金属液的液面71往复移动，探针位置检测装置3实时检测探针1的位移信息并将探针1的位移信息发送给控制器4，当探针1与储液容室内的金属液的液面71接触的瞬间，电信号导通检测装置2、探针1和连续铸造设备7将形成一回路，且电信号导通检测装置2将检测到回路导通信息，并将回路导通信息发送给控制器4，控制器4根据回路导通信息以及探针1的位移信息来判断连续铸造设备7的储液容室内的金属液的液面71的高度。

本申请所提供的液位检测装置，通过探针位置检测装置3向控制器4反馈液面高度信息，以便控制器4对注液控制装置5能够较准确地获取结晶器内金属溶体液位高度数据，以实现对金属溶体液位的有效控制，进而保证立式连续铸造设备能够铸造出较高质量的金属坯或金属管。

本方案的布置方式如下：该液位检测装置由探针1、探针位置检测装置3、探针运动机构6、电信号导通检测装置2、控制器4、支架组成；探针1与电信号导通检测装置2电连接，探针运动机构6、电信号导通检测装置2和探针位置检测装置3分别与控制器4电连接；探针1、探针位置检测装置3、探针运动机构6设置于支架，支架固定于储液结晶器组件。

本方案的实施方式如下：所述探针运动机构6驱动所述探针1连续往返运动，所述探针1向下运动到探针头与被测量金属熔体液面位置接触，此时探针1、储液容室内的金属熔体、电信号导通检测装置2三者形成闭合回路，电信号导通检测装置2检测到这一回路闭合的电信号并传给控制器4；在电信号导通时，控制器4记录探针位移检测装置3检测到探针1的位移数据，并对这一位移数据进行分析和计算得到金属液面高度数据，从而对金属液面高度进行连续周期性检测。

所述探针1由探针头、连杆组成；所述探针头由耐高温的导电金属制成，与连杆绝缘连接，与电信号导通检测装置2电连接；所述连杆分别与探针位置检测装置3和探针运动机构6连接。

所述探针运动机构6连续驱动所述探针1运动，所述探针1向下运动与储液容室内的金属液面接触时，电信号导通，电信号导通检测装置2发讯给控制器4。

所述探针位置检测装置3连续检测所述探针1的位移并将位移值传给控制器4，当电信号导通时，控制器4记录此时的所述探针1的位移值，并处理为金属液面高度值，从而对金属液面高度进行连续周期性检测。

所述探针1、探针位置检测装置3、探针运动机构6设置于支架，支架固定于储液结晶器组件适当位置，支架具有隔热、减震等作用，保证所述探针1顺利运动，可靠探测液位高度，发出准确液位高度信号，自动实现立式连续铸造生产，保证金属坯的铸造质量。

本方案的实施过程如下：

液位高度设定步骤：根据储液容室内腔深度、探针1的探针头在初始位置时相对于储液容室内腔的距离、探针1的垂直位移，便可确定储液容室内金属熔体的液位高度。

运动频率设定步骤：根据所述控制器4的响应频率，结合金属液面高度误差精度要求，设定所述探针运动机构6的运动速度，确定探针1的运动频率。

液位检测导通步骤：所述探针运动机构6根据设定的频率连续驱动所述探针1运动，所述探针1向储液容室内的金属液面方向运动，接触到金属液面时导通电信号，所述控制器4能够接收到电信号导通信号。

液位位移标定步骤：所述控制器4接收到所述电信号导通检测装置2发出的电信号导通信号，同时获得所述探针位置检测装置3输出的探针1的位移值，通过计算获得金属液面高度值，并将此时金属液面高度值记录和输出。

探针1返回步骤：所述探针1接触到金属液面时导通电信号，然后即刻返回到起始位置。

连续检测步骤：所述探针1返回起始位置后，然后再向储液容室内的金属液面方向运动，执行“接触→导通→发讯→返回→接触”循环往复运动指令，形成对金属液面高度的连续检测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。