東北大學(xué)冶金工程控制7.2

7.2液位、料位測量7.2.1連鑄結(jié)晶器液面測量7.2.2高爐料線檢測冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用7.2.1連鑄結(jié)晶器液面測量

在冶金過程中，了解和控制容器內(nèi)的液位高低，對于冶金過程的控制和生產(chǎn)具有重要的意義。如：高爐爐缸內(nèi)鐵水的液面高度，

煉鋼爐內(nèi)的液面高度，

澆鑄過程中鋼包，中間包的液面高度

結(jié)晶器的液面高度，在生產(chǎn)中都需要加以了解和控制，以確定相應(yīng)的操作工藝參數(shù)。2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用一、連鑄結(jié)晶器液面測量的重要性

2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用二、傳統(tǒng)的結(jié)晶器對鋼水液位自動控制有3種方法流量法

控制進(jìn)去結(jié)晶器的鋼水流量，以保證液位穩(wěn)定。通過改變中間包塞棒或滑動水口的位置，或者控制塞棒和滑動水口二者的位置，來控制進(jìn)去結(jié)晶器的鋼水流量，以達(dá)到結(jié)晶器液位穩(wěn)定的目的。速度法

根據(jù)進(jìn)入結(jié)晶器的鋼水量控制拉坯速度以保持結(jié)晶器液位穩(wěn)定。這種方法主要用于小方坯連鑄。混合法

一般控制拉坯速度來保持液位穩(wěn)定，但是當(dāng)拉速超過一定數(shù)值仍不能保持給定的結(jié)晶器液位時(shí)，則在通過控制中間包塞棒或滑動水口的開口度，或者兩者均控制，以控制結(jié)晶器液位。2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用3.結(jié)晶器鋼水液位檢測的方法放射法∕射線法浮子法熱電偶法電磁法激光法紅外法電視法電渦流法2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用1.射線法

2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用1.1結(jié)晶器射線法的工作原理工作原理：

根據(jù)射線吸收原理，裝在結(jié)晶器一側(cè)的放射源輻射射出的γ射線經(jīng)過結(jié)晶器，未被鋼水吸收的射線信號由探測器接收轉(zhuǎn)化為電信號。

單位時(shí)間輸出的電脈沖數(shù)量與入射的γ射線量成正比，與結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面高度成反比。

把從探測器輸出的電脈沖信號通過光電耦合輸入到一次測量儀表，經(jīng)過主機(jī)處理轉(zhuǎn)換成與鋼水液面高度成正比的0～10V或0～20mA電模擬量信號，然后輸入拉矯機(jī)控制系統(tǒng)，調(diào)控拉坯速度，以控制定徑水口澆鑄的結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面的高度，測量原理如圖7-8所示。2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用放射源探測器信號處理拉矯機(jī)控制系統(tǒng)

γ射線一部分射線被鋼液吸收，吸收量與鋼液高度成正比電脈沖信號

1.2射線法在小方坯連鑄機(jī)中的應(yīng)用

2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用

1.2射線法在連鑄機(jī)中的應(yīng)用

2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用2.電渦流法2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用

電渦流位移傳感器是利用通電線圈與金屬導(dǎo)體之間的渦流互感效應(yīng)，將結(jié)晶器鋼水液面高度位移變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，來檢測結(jié)晶器鋼水液位，如圖7-9所示。互感電動勢不僅與另一線圈中電流改變的快慢有關(guān)，而且也與兩個(gè)線圈的結(jié)構(gòu)以及相對位置有關(guān)2.1電渦流法2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用

簡化成電路圖2.1電渦流法-渦流式位移傳感器2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用線圈受鋼液產(chǎn)生的磁場影響后的等效阻抗為：

簡化成電路圖2.2電渦流法-過程控制2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用圖7-11為采用電渦流傳感器檢測結(jié)晶器液位的結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)，

渦流傳感器的有效信號經(jīng)過放大，線性化處理，(1-2)

將結(jié)晶器鋼水液面變化轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏鳂?biāo)準(zhǔn)信號，(2-3)

通過操作顯示控制實(shí)現(xiàn)手動或自動控制連鑄中間包水口開度實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器鋼水液面控制。(3-5)3.電磁法電磁法結(jié)晶器液位計(jì)原理示意圖如圖7-12所示。在結(jié)晶器上口安裝可以生產(chǎn)磁場的發(fā)射線圈1和可以接受磁場的接收線圈2在發(fā)送線圈1通過1kHz的穩(wěn)定電流，產(chǎn)生一次磁場，該磁場在結(jié)晶器銅壁和鋼水表面產(chǎn)生渦流，渦流又產(chǎn)生二次磁場渦流產(chǎn)生的二次磁場被接收線圈接收并感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓與結(jié)晶器內(nèi)的鋼液面變化有關(guān)。通過測定接收線圈的感應(yīng)電壓，可以測定結(jié)晶器內(nèi)的鋼水液位。2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用7.2.2高爐料線檢測

機(jī)械探尺微波探尺激光探尺2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用1.機(jī)械探尺

高爐爐料線機(jī)械探尺示意圖如圖7-13所示。

一般高爐爐頂裝有2～5根機(jī)械探尺，檢測時(shí)通過滑輪機(jī)機(jī)構(gòu)將探尺放下，根據(jù)探尺的位移可以確定該位置的料線。優(yōu)點(diǎn)：一種結(jié)構(gòu)簡單的料線測量設(shè)備缺點(diǎn)：經(jīng)長時(shí)間使用后容易損壞，測量精度不高。2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用2.微波探尺電磁波波長在1mm到1m的波段稱為微波。

微波與無線電波比較，前者具有良好的定向輻射性和傳輸特性，在傳輸過程中受火焰，灰塵，煙霧及光強(qiáng)的影響極小。

基于上述特點(diǎn)，便可用微波法對物位進(jìn)行測量。

雷達(dá)式物位計(jì)就是一種采用微波技術(shù)的物位測量儀表。特點(diǎn):

不接觸介質(zhì)

沒有測量盲區(qū)

可進(jìn)行連續(xù)測量

測量精度幾乎不受被介質(zhì)溫度，壓力，相對介質(zhì)常數(shù)及易燃易爆等惡劣工況的限制。2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用2.微波探尺-工作原理

2023/2/5冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用3.激光探尺激光探尺，工作原理示意圖如圖7-15所示。該探尺有一個(gè)激光光源，發(fā)出的短促激光脈沖在照射到目標(biāo)物體后，被反射到聚光鏡上，然后被接收器測