具有覆盖层条件下中间包钢水液位测量方法的研究

【摘要】：随着对钢铁产品质量要求的提高,连铸生产过程中间包钢水液位测量显得日益重要。在连铸生产浇铸末期,如果不能及时、准确地判断钢水产生卷渣的最低液位,就必须在中间包内留出足够的钢水以防止产生卷渣。由于大包下渣量的不确定性导致覆盖层厚度的不确定性,加之高温的测量环境,使得钢水液位的及时准确测量成为国际难题。目前,普遍采用称重法判断钢水液位,但存在测量准确性较差的问题;而浦项制铁等国际著名的钢铁公司研究了涡流测量钢水液位的方法,但存在因高温导致的高成本、短寿命等问题难以被推广使用。为解决该问题,本文提出了一种通过测量覆盖层高度和厚度来实现测量钢水液位的方法。首先,采用激光三角测距实时测量覆盖层高度;其次,采用插拔测量棒方法测量覆盖层厚度;最后,通过所测得的覆盖层高度和厚度做差求得钢水液位。解决插拔测量棒测量覆盖层厚度的问题,主要包括三种情况:a)采用插拔测量棒获取钢水与覆盖层分界面处的温度梯度来测量覆盖层厚度;b)当拔出测量棒黏附有覆盖剂而温度梯度信息被掩盖时,根据钢水和覆盖层对应测量棒不同位置黏附覆盖剂的不同温降特征,测量覆盖层厚度;c)当黏附覆盖剂在测量棒拔出后流动时,温降特征被掩盖,根据钢水和覆盖层对应测量棒不同位置黏附覆盖剂的不同流动速度特征,测量覆盖层厚度。最后研制出钢水液位测量装置,并进行现场应用实验。论文的主要内容和创新工作如下:(1)基于激光三角测距的覆盖层高度的测量。为解决覆盖层高温强辐射背景条件下激光三角测距中激光目标的识别问题,提出了基于激光颜色特征的消除热辐射背景干扰的滤波方法。从CCD成像理论出发,分析激光与热辐射颜色差异,优化增强该颜色差异的光学系统参数,使少量非激光工作波长的干扰光进入测量系统,并通过颜色差异与形态学滤波结合滤除热辐射干扰光。通过该方法实现了覆盖层高度的准确测量,测量误差≤2mm。(2)基于温度梯度原理的覆盖层厚度测量的研究。通过采用插拔测量棒提取钢水和覆盖层分界面处温度梯度的方法测量覆盖层厚度。测量过程中存在测量棒拔出后在部分区域黏着覆盖剂遮挡温度信息的情况,导致该区域温度梯度无法准确获取的问题。为此,本文提出基于温度三段线性分布的模型匹配方法,获得测量棒遮挡区域的温度特征。进而实现了覆盖层厚度的准确测量,具有较好的鲁棒性,且测量误差≤3mm。(3)温度梯度信息掩盖条件下的覆盖层厚度测量的研究。当测量棒拔出后黏附有覆盖剂,其表面的温度梯度信息完全被掩盖时,导致基于温度梯度原理的覆盖层厚度测量方法失效。针对测量棒黏着覆盖剂流动情况,将覆盖层厚度测量分为两类:a)当黏着覆盖剂不流动时,由于钢水和覆盖层对测量棒的侵蚀机理不同,二者对应测量棒不同位置黏着覆盖剂的厚度不同,本文根据测量棒不同位置存在不同的温降特征测量覆盖层厚度;b)当黏着覆盖剂流动时,由于钢水和覆盖层对测量棒的侵蚀机理不同,二者对应测量棒不同位置黏着覆盖剂的流动速度不同,本文据此测量覆盖层厚度。结果表明,当测量棒表面的覆盖剂不流动和流动时,覆盖层厚度测量都具有较高的精度,测量误差分别在3mm以内和4mm以内。(4)液位测量装置的实验研究。所研制的液位测量装置实现了中间包钢水液位的连续测量,获得了较高的测量精度。该装置在三家钢铁企业2年多的多次现场试验表明,中间包钢水液位的测量误差不超过5mm。以杭钢电炉厂为例,每次浇注末期的钢水收得增加约3吨,即为防止卷渣中间包的剩钢量由以前约8吨降低到目前约5吨,据此推算,对于1000万吨的钢厂而言,钢水收得增加将达到约1万吨。