一種鋼包下渣檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及鋼鐵冶金自動化控制領域，旨在提供一種鋼包下渣檢測裝置。該種鋼包下渣檢測裝置用于轉爐中進行鋼包下渣檢測，包括系統(tǒng)控制單元、系統(tǒng)輔助控制單元、振動傳感器及前級調理放大模塊、攝像機；所述系統(tǒng)控制單元包括工業(yè)級液晶顯示器、工控機、工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元；所述系統(tǒng)輔助控制單元包括下渣報警喇叭和報警燈、投入檢測開關、現(xiàn)場工業(yè)顯示器。本實用新型通過對振動信號和圖像信號進行實時的信號處理，即可準確監(jiān)測下渣，而無需其他輔助裝置，設備造價低，安裝方便，易于拆裝，適合鋼鐵企業(yè)的基本情況，便于推廣，且由于振動傳感器及前級調理放大模塊、攝像機的安裝位置遠離鋼水，所以傳感器和攝像機可以有較長的使用壽命。
【專利說明】一種鋼包下渲檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型是關于鋼鐵冶金自動化控制領域，特別涉及一種鋼包下渣檢測裝置?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著市場競爭的加劇，各大鋼鐵公司已經(jīng)把目光集中在高端產(chǎn)品的研發(fā)上，對于優(yōu)質品種鋼的生產(chǎn)，鋼包下渣檢測是一個非常關鍵的環(huán)節(jié)。許多公司為解決鋼包下渣預報問題，研究開發(fā)了多種鋼包下渣檢測技術。
[0003]基于紅外技術的鋼渣檢測系統(tǒng)能夠保證從出鋼過程開始實現(xiàn)精確、可靠的鋼渣檢測。目前只這一類系統(tǒng)經(jīng)常用在轉爐出鋼口的下渣檢測，在連鑄全保護澆注條件下，還不能應用于鋼包到中間包的下渣檢測。其缺點是在檢測中鋼流不能被遮擋，如果用于鋼包到中間包的下渣檢測，則必須除去長水口，而這樣就會引起鋼水的二次氧化，所以目前一般不用于鋼包的下渣檢測，主要應用于轉爐出鋼口到鋼包的下渣檢測。
[0004]電磁感應式下渣檢測系統(tǒng)被認為是目前世界上比較先進的下渣檢測系統(tǒng)，國外已有多家煉鋼廠采用該系統(tǒng)，并獲得較好冶金效果和經(jīng)濟效益。由于這類系統(tǒng)要對鋼包進行改造，在鋼包底部埋入線圈，改造費用昂貴，而且由于工作環(huán)境溫度較高，線圈很容易損壞，平均每兩個月就要對所用鋼包底部的線圈、傳感器進行更換，因此使用成本較高。
[0005]此外，利用超聲波進行鋼水下渣檢測也是一種常用的方法。超聲波檢測法的原理是利用鋼包注流中有鋼渣和無鋼渣時超聲波發(fā)射、反射信號之間的差別來實現(xiàn)對鋼渣的檢測。雖然這種方法對澆注過程沒有影響，但是由于超聲波探頭的工作環(huán)境溫度高達1500°C左右，工作環(huán)境比較惡劣，制造和使用的費用較高，離工業(yè)應用還有較長的一段距離。
[0006]通過感受機械操作臂的振動來檢測連鑄過程中的下渣，是一種間接監(jiān)測下渣的方法，十多年前就開始在實際澆注過程中被部分工人所采用。在鋼水澆注過程中，鋼水流經(jīng)長水口注入中間包時，鋼水沖擊長水口壁必定弓I起用來支撐長水口的機械操作臂振動。由于鋼渣比重只有鋼水比重的一半，浮在鋼水表面，在一包鋼水即將澆注完畢時，鋼渣才出現(xiàn)，此時由于鋼渣輕，粘度大，流動性也差，它對長水口壁的沖擊作用力減少，導致與之相連的機械操作臂的振動也減小。因而在澆注末期，工人可以用手感觸機械操作臂的振動，來判斷是否下渣，并決定是否關閉滑動水口。
[0007]但由于在鋼水澆注過程中，存在大量影響澆注結構振動的因數(shù)，使得上述人工監(jiān)測方法有時難以奏效。主要原因是:
[0008]1、在鋼水澆注過程中，有時鋼水并不一定與長水口壁接觸而直接進入中間包，導致機械操作臂的振動很小，使得人工很難分辨下渣時刻；
[0009]2、在一包鋼水澆注末期，有時會出現(xiàn)鋼水旋流而下的現(xiàn)象，此時鋼渣也會被卷入，帶有鋼渣的鋼流旋轉著與長水口壁不斷發(fā)生沖擊作用，從而導致機械操作臂的振動并不一定減小，人工根本無法分辨下洛。
[0010]這些方法在監(jiān)測機械操作臂振動的過程中，主要考察振動幅值的大小，而振動幅值的大小與滑動水口開度有直接關系。因此，這些方法在使用過程中，必須使水口開度大小保持不變。而在實際澆注時，在一包鋼水的澆注后期，要不斷的調節(jié)滑動水口開度，以保持中間包液面的穩(wěn)定。因此這樣的振動信號處理方法具有較大的局限性，難以滿足實際需要。
實用新型內容
[0011]本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種能夠在監(jiān)測分析水口操作臂振動信號同時，監(jiān)測中間包水口附近鋼水表面翻渣現(xiàn)象的下渣檢測裝置。為解決上述技術問題，本實用新型的解決方案是:
[0012]提供一種鋼包下渣檢測裝置，用于轉爐中進行鋼包下渣檢測，所述鋼包下渣檢測裝置包括系統(tǒng)控制單元、系統(tǒng)輔助控制單元、振動傳感器及前級調理放大模塊、攝像機；
[0013]所述系統(tǒng)控制單元包括工業(yè)級液晶顯示器、工控機、工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元，工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元通過電纜與系統(tǒng)輔助控制單元連接；所述工控機用于通過綜合處理分析振動傳感器及前級調理放大模塊和攝像機獲得的信息進行下渣判斷，并將下渣報警信號通過系統(tǒng)輔助控制單元進行報警和顯示；所述工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元用于采集振動傳感器及前級調理放大模塊的振動信號、攝像機的視頻信號，進行投入檢測開關信號輸入和下渣報警信號的輸出處理；
[0014]所述系統(tǒng)輔助控制單元包括下渣報警喇叭和報警燈、投入檢測開關、現(xiàn)場工業(yè)顯示器，下渣報警喇叭和報警燈用于進行報警和顯示，投入檢測開關用于獲取是否進行下渣檢測的信號(由現(xiàn)場操作工控制)，現(xiàn)場工業(yè)顯示器是鋼包下渣檢測裝置的系統(tǒng)顯示主界面，用于顯示振動傳感器及前級調理放大模塊的振動信號、攝像機的視頻信號的變化情況；
[0015]所述振動傳感器及前級調理放大模塊安裝在轉爐的水口操作臂上遠離長水口的一端，通過電纜依次與工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元和工控機相連接，振動傳感器及前級調理放大模塊用于采集水口操作臂的振動信號，并經(jīng)過放大、濾波后形成有效的下渣振動信號；
[0016]所述攝像機通過電纜依次與工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元和工控機相連接，用于監(jiān)控轉爐的中間包水口的翻渣情況。
[0017]作為進一步的改進，所述工控機中內置了振動信號處理算法模塊，振動信號處理算法模塊通過高通濾波、低通濾波獲得下渣振動有效信號，然后將下渣振動有效信號進行振動強度分析、頻譜分析后，與下渣信號特征值進行比較，從而判斷是否下渣；所述下渣信號特征值是指由多次現(xiàn)場反復試驗獲得的標準值，用于進行對比判斷是否下渣。
[0018]作為進一步的改進，所述工控機中內置了圖像信號處理算法模塊，圖像信號處理算法模塊通過處理算法(降噪、二值化等)將圖像信號轉換為翻渣圖像有效信號，然后通過翻渣圖像有效信號進行數(shù)值統(tǒng)計分析，得出是否下渣的判斷。
[0019]作為進一步的改進，所述工控機中內置了開關量信號輸入和輸出模塊，開關量信號輸入和輸出模塊一方面通過工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元獲取外部投入檢測開關的輸入信號，用于啟動下渣處理判斷；另一方面，綜合振動信號處理算法模塊和圖像信號處理算法模塊的結果，產(chǎn)生下渣報警信號，控制工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元進行輸出到系統(tǒng)輔助控制單元。
[0020]作為進一步的改進，所述振動傳感器及前級調理放大模塊，采用內部集成有放大電路的壓電式加速度傳感器。
[0021]作為進一步的改進，所述攝像機采用CMOS攝像頭，并在攝像機的前端加裝有濾光裝置，濾光裝置用于衰減干擾波段可見光的強度。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的有益效果是:
[0023]1、本實用新型只需在水口操作臂上安裝振動傳感器及前級調理放大模塊，以及在中間包水口可視范圍內安裝攝像機，通過對振動信號和圖像信號進行實時的信號處理，即可準確監(jiān)測下渣，而無需其他輔助裝置；
[0024]2、設備造價低，安裝方便，易于拆裝，適合鋼鐵企業(yè)的基本情況，便于推廣；
[0025]3、由于振動傳感器及前級調理放大模塊、攝像機的安裝位置遠離鋼水，所以傳感器和攝像機可以有較長的使用壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型的系統(tǒng)功能構架示意圖。
[0027]圖中的附圖標記為:1鋼包；2中間包；3長水口 ；4水口操作臂；5振動傳感器及前級調理放大t吳塊；6攝像機；7系統(tǒng)輔助控制單兀；8系統(tǒng)控制單兀。
【具體實施方式】
[0028]首先需要說明的是，本實用新型涉及數(shù)據(jù)庫技術，是計算機技術在鋼鐵冶金自動化控制領域的一種應用。在本實用新型的實現(xiàn)過程中，會涉及到多個軟件功能模塊的應用。 申請人:認為，如在仔細閱讀申請文件、準確理解本實用新型的實現(xiàn)原理和實用新型目的以后，在結合現(xiàn)有公知技術的情況下，本領域技術人員完全可以運用其掌握的軟件編程技能實現(xiàn)本實用新型。前述軟件功能模塊包括但不限于:振動信號處理算法模塊、圖像信號處理算法模塊、開關量信號輸入和輸出模塊等，凡本實用新型申請文件提及的均屬此范疇， 申請人:不再一一列舉。
[0029]下面結合附圖與【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細描述:
[0030]圖1中的鋼包下渣檢測裝置包括系統(tǒng)控制單元8、系統(tǒng)輔助控制單元7、振動傳感器及前級調理放大模塊5、攝像機6、附屬設備，用于轉爐中進行鋼包下渣檢測。
[0031]系統(tǒng)控制單元8是一臺室內控制柜，包括工業(yè)級液晶顯示器、工控機、工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元，工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元通過電纜與系統(tǒng)輔助控制單元7連接。所述工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元用于采集振動傳感器及前級調理放大模塊5的振動信號、攝像機6的視頻信號，進行投入檢測開關信號輸入和下渣報警信號的輸出處理。所述工控機用于通過綜合處理分析振動傳感器及前級調理放大模塊5和攝像機6獲得的信息進行下渣判斷，并將下渣報警信號通過系統(tǒng)輔助控制單元7進行報警和顯示。
[0032]工控機中內置了振動信號處理算法模塊，振動信號處理算法模塊通過高通濾波、低通濾波獲得下渣振動有效信號，然后將下渣振動有效信號進行振動強度分析、頻譜分析后，與已有的下渣信號特征值進行比較，從而判斷是否下渣，該下渣特征值由多次現(xiàn)場反復試驗獲得。工控機中內置了圖像信號處理算法模塊，圖像信號處理算法模塊通過處理算法(降噪、二值化等)將圖像信號轉換為翻渣圖像有效信號，然后通過翻渣圖像有效信號進行數(shù)值統(tǒng)計分析，得出是否下渣的判斷。工控機中內置了開關量信號輸入和輸出模塊，開關量信號輸入和輸出模塊一方面通過工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元獲取外部投入檢測開關的輸入信號，用于啟動下渣處理判斷；另一方面，綜合振動信號處理算法模塊和圖像信號處理算法模塊的結果，產(chǎn)生下渣報警信號，控制工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元進行輸出到系統(tǒng)輔助控制單元7。
[0033]系統(tǒng)輔助控制單元7是鋼包下渣檢測裝置的前端顯示與控制構件，包括下渣報警喇叭和報警燈、投入檢測開關、現(xiàn)場工業(yè)顯示器，下渣報警喇叭和報警燈用于進行報警和顯示，投入檢測開關由現(xiàn)場操作工控制，用于獲取是否進行下渣檢測的信號，現(xiàn)場工業(yè)顯示器是鋼包下渣檢測裝置的系統(tǒng)顯示主界面，用于顯示振動信號和視頻信號的變化情況。
[0034]振動傳感器及前級調理放大模塊5是前端振動信號采集構件，采用內部集成有放大電路的壓電式加速度傳感器，安裝在轉爐的水口操作臂4上遠離長水口 3的一端，通過電纜依次與工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元和工控機相連接。振動傳感器及前級調理放大模塊5用于采集水口操作臂4的振動信號，并經(jīng)過放大、濾波后形成有效的下渣振動信號。
[0035]攝像機6是前端圖像信號采集構件，采用CMOS攝像頭，前端加裝了濾光裝置，該裝置能夠衰減干擾波段可見光的強度。攝像機6安裝在中間包2水口可視范圍內，并通過電纜依次與工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元和工控機相連接，用于監(jiān)控轉爐的中間包2水口的翻渣情況。
[0036]工作時，鋼水從鋼包I到中間包2的過程中，鋼水混著鋼渣通過長水口 3流到中間包2中，振動傳感器及前級調理放大模塊5可以監(jiān)測垂直于水口操作臂4平面內的兩個不同方向的振動加速度。在下渣后期，攝像機6能夠清晰地拍攝到中間包2水口位置的翻渣情況。系統(tǒng)控制單元8通過綜合處理和分析振動傳感器及前級調理放大模塊5和攝像機6獲得的信息進行下渣判斷，并將下渣報警通過系統(tǒng)輔助控制單元7進行報警和顯示。
[0037]最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的具體實施例。顯然，本實用新型不限于以上實施例，還可以有很多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容中直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種鋼包下渣檢測裝置，用于轉爐中進行鋼包下渣檢測，其特征在于，所述鋼包下渣檢測裝置包括系統(tǒng)控制單元、系統(tǒng)輔助控制單元、振動傳感器及前級調理放大模塊、攝像機； 所述系統(tǒng)控制單元包括工業(yè)級液晶顯示器、工控機、工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元，工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元通過電纜與系統(tǒng)輔助控制單元連接；所述工控機用于通過綜合處理分析振動傳感器及前級調理放大模塊和攝像機獲得的信息進行下渣判斷，并將下渣報警信號通過系統(tǒng)輔助控制單元進行報警和顯示；所述工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元用于采集振動傳感器及前級調理放大模塊的振動信號、攝像機的視頻信號，進行投入檢測開關信號輸入和下渣報警信號的輸出處理； 所述系統(tǒng)輔助控制單元包括下渣報警喇叭和報警燈、投入檢測開關、現(xiàn)場工業(yè)顯示器，下渣報警喇叭和報警燈用于進行報警和顯示，投入檢測開關用于獲取是否進行下渣檢測的信號，現(xiàn)場工業(yè)顯示器是鋼包下渣檢測裝置的系統(tǒng)顯示主界面，用于顯示振動傳感器及前級調理放大模塊的振動信號、攝像機的視頻信號的變化情況； 所述振動傳感器及前級調理放大模塊安裝在轉爐的水口操作臂上遠離長水口的一端，通過電纜依次與工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元和工控機相連接，振動傳感器及前級調理放大模塊用于采集水口操作臂的振動信號，并經(jīng)過放大、濾波后形成有效的下渣振動信號； 所述攝像機通過電纜依次與工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元和工控機相連接，用于監(jiān)控轉爐的中間包水口的翻渣情況。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鋼包下渣檢測裝置，其特征在于，所述工控機中內置了振動信號處理算法模塊，振動信號處理算法模塊通過高通濾波、低通濾波獲得下渣振動有效信號，然后將下渣振動有效信號進行振動強度分析、頻譜分析后，與下渣信號特征值進行比較，從而判斷是否下渣；所述下渣信號特征值是指由多次現(xiàn)場反復試驗獲得的標準值，用于進行對比判斷是否下渣。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種鋼包下渣檢測裝置，其特征在于，所述工控機中內置了圖像信號處理算法模塊，圖像信號處理算法模塊通過處理算法將圖像信號轉換為翻渣圖像有效信號，然后通過翻渣圖像有效信號進行數(shù)值統(tǒng)計分析，得出是否下渣的判斷。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種鋼包下渣檢測裝置，其特征在于，所述工控機中內置了開關量信號輸入和輸出模塊，開關量信號輸入和輸出模塊一方面通過工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元獲取外部投入檢測開關的輸入信號，用于啟動下渣處理判斷；另一方面，綜合振動信號處理算法模塊和圖像信號處理算法模塊的結果，產(chǎn)生下渣報警信號，控制工業(yè)現(xiàn)場處理控制單元進行輸出到系統(tǒng)輔助控制單元。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種鋼包下渣檢測裝置，其特征在于，所述振動傳感器及前級調理放大模塊,采用內部集成有放大電路的壓電式加速度傳感器。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種鋼包下渣檢測裝置，其特征在于，所述攝像機采用CMOS攝像頭，并在攝像機的前端加裝有濾光裝置，濾光裝置用于衰減干擾波段可見光的強度。
【文檔編號】B22D11/18GK203725730SQ201420022246
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權日:2014年1月14日
【發(fā)明者】李培玉, 王國春, 呂攀, 沈國振 申請人:杭州譜誠泰迪實業(yè)有限公司