專利名稱：一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及鋼鐵冶金過程檢測與控制領域，尤其是涉及一種面向鋼包下渣檢測的 水模型實驗平臺。
背景技術(shù)：
鋼包下渣檢測技術(shù)對于連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)具有重要意義。振動式鋼包下渣檢測技術(shù)作 為一種新興的下渣檢測方法，由于其在檢測成功率、制造成本以及使用壽命等方面的優(yōu)勢 而獲得較快發(fā)展。但振動式鋼包下渣檢測方法的技術(shù)要求較高，尤其是在鋼包內(nèi)部流場運 動規(guī)律、鋼流沖擊振動采集與分離、鋼包澆注狀態(tài)動態(tài)識別等方面。由于連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場高 溫、高濕的惡劣工作環(huán)境以及連鑄生產(chǎn)的不可間斷性，這給上述問題的研究帶來了很大困 難。因此，搭建面向振動式鋼包下渣檢測技術(shù)的實驗平臺，在實驗室條件下模擬鋼包澆注的 物理過程，并在此基礎上完成相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究是非常有必要的。鋼包內(nèi)部流場的變化能夠直接反應鋼流的速度、質(zhì)量以及其它特征信息。對鋼流 的流動、傳熱等物理過程的研究，有助于提高鋼流特征檢測的準確程度，同時也可以在一定 程度上通過相應的控制措施提高鋼水的質(zhì)量。因此，通過某種方法得到鋼包內(nèi)部流場、速度 場以及溫度場的基本規(guī)律，是鋼包下渣物理過程分析的必要環(huán)節(jié)，對于整個系統(tǒng)的研制與 開發(fā)具有非常重要的意義。描述流體流動行為的基本參數(shù)是速度、運行軌跡和紊亂程度。因為連鑄生產(chǎn)的特 殊性，冶煉容器(鋼包、中間包、結(jié)晶器)內(nèi)部的鋼流狀態(tài)是不可見的，所以在生產(chǎn)過程中直 接觀察、測量這些參數(shù)是很困難的，必須通過間接方式進行研究。研究流場的常用方法主要 有物理模擬研究與數(shù)值模擬研究兩種。物理模擬設計簡單、易實現(xiàn)，比較直觀、有效，缺點是 投資較大且優(yōu)化設計困難；數(shù)學模擬投資小、易計算，可以對物理模擬無法實現(xiàn)的特殊條件 或復雜狀態(tài)進行模擬及相關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換處理，但必須根據(jù)實際研究對象特征進行修正才能使 其有效性得到保證。連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場高溫、高濕，條件非常惡劣，如果在技術(shù)還不成熟的情況下就進行現(xiàn) 場實驗，不僅要冒較大的風險，且會造成一定的經(jīng)濟損失。因此，關(guān)于冶金容器內(nèi)部流場方 面的研究廣泛采用水模型實驗來模擬鋼流在耐火容器中的流動狀態(tài)。這是因為水透明無 毒，易于控制、觀察和測量，實驗費用低，而且20°C水和160(TC鋼水的運動粘度相近，確保 了水模型實驗的科學合理性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服連鑄工業(yè)現(xiàn)場的特殊環(huán)境給振動式鋼包下渣檢測方法研究帶來的技術(shù) 問題，本發(fā)明提供一種可以模擬連鑄生產(chǎn)中鋼水澆注時的真實場景的振動式的鋼包下渣檢 測水模型實驗平臺。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于包括模擬鋼包容器、模擬中間包容
3器、循環(huán)注水裝置、操作臂、支撐桿、振動傳感器、模擬鋼渣顆粒與控制執(zhí)行系統(tǒng)；
所述模擬鋼包容器設置在模擬中間包容器的上方，包括鋼包容器本體，所述鋼包容器 本體內(nèi)放置有模擬鋼渣顆粒，所述鋼包容器本體的底部出口處設有水口流量控制閥并連接 有水口保護套管；
所述模擬中間包容器包括中間包容器本體，所述中間包容器本體的側(cè)壁上安裝有用于 調(diào)控容器內(nèi)部流體的縱向流動的堰板，其底面上安裝有用于調(diào)控容器內(nèi)部流體的橫向流動 的壩板；
所述循環(huán)注水裝置包括安裝在中間包容器本體底面上的微型潛水泵，所述微型潛水泵 通過軟管與設立在角鋼臺架上的導流管連接，所述導流管的注水口設置在鋼包容器本體的 上方，其上安裝有導流閥；
所述水口保護套管上連接有傳遞其產(chǎn)生的振動信號的操作臂，所述操作臂通過支撐桿 支撐和固定，其末端安裝有振動傳感器，所述振動傳感器與控制執(zhí)行系統(tǒng)連接；
所述控制執(zhí)行系統(tǒng)，包括嵌入式計算機，所述嵌入式計算機上連接有電機驅(qū)動器和信 號采集器，其接收所述信號采集器上傳的數(shù)字振動信號，識別當前的模擬鋼包容器澆注狀 態(tài)，并向所述電機驅(qū)動器發(fā)出相應的控制指令；所述信號采集器與振動傳感器連接，其接收 所述振動傳感器采集的水流沖擊振動信號，進行預處理操作后上傳至嵌入式計算機；所述 電機驅(qū)動器連接有步進電機，其接收嵌入式計算機發(fā)出的控制指令，產(chǎn)生對應的強電信號 驅(qū)動步進電機；所述步進電機通過齒形帶與水口流量控制閥相連，根據(jù)嵌入式計算機發(fā)出 的指令，控制調(diào)節(jié)水口流量控制閥的閥門開度。進一步，所述鋼包容器本體是帶有縱向刻度的透明的倒錐形結(jié)構(gòu)，其材料采用聚 甲基丙烯酸甲酯，其上端口設有溢流管。進一步，所述中間包容器本體采用不透明的聚氯乙烯材料制成。進一步，所述導流管的注水口設有垂直和平行于鋼包容器本體底面的兩種注水方 式。進一步，所述水口流量控制閥是帶有角度刻度的旋轉(zhuǎn)閥。進一步，所述模擬鋼渣顆粒是發(fā)泡聚丙烯顆粒材料。進一步，所述操作臂是中空的輕質(zhì)鋁合金管材，其位置可調(diào)的通過其端部焊接的 環(huán)形套筒套在水口保護套管上，并通過螺栓固定。進一步，所述支撐桿位置可調(diào)的通過其上端部焊接的環(huán)形套筒套在操作臂上，并 通過螺栓固定。進一步，所述振動傳感器是內(nèi)置微型集成電路的壓電加速度傳感器。本發(fā)明基于流體流動相似第二定理，以武漢鋼鐵集團第二煉鋼廠的2號連鑄機鋼 包為原型，采用近似模化法，選取模型與原型的比例為1 :6，結(jié)合佛勞德定律得到模型在流 體排空時的流量，以保證模型與原型的動力學相似性，最終實現(xiàn)對連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)中的鋼包 澆注過程的物理模擬。所述的近似?；?，只考察鋼包原型與水模型的決定性流動相似因素，即模型和 原型中各對應點處所受的力性質(zhì)相同，幾何尺寸大小成比例，且比例常數(shù)對兩個流場中的 任意對應點都不變。所述的佛勞德定律，可考察重力、慣性力對流動過程的影響，其涉及的流體流動相似準數(shù)的計算方法為
權(quán)利要求
一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于包括模擬鋼包容器、模擬中間包容器、循環(huán)注水裝置、操作臂、支撐桿、振動傳感器、模擬鋼渣顆粒與控制執(zhí)行系統(tǒng)；所述模擬鋼包容器設置在模擬中間包容器的上方，包括鋼包容器本體，所述鋼包容器本體內(nèi)放置有模擬鋼渣顆粒，所述鋼包容器本體的底部出口處設有水口流量控制閥并連接有水口保護套管；所述模擬中間包容器包括中間包容器本體，所述中間包容器本體的側(cè)壁上安裝有用于調(diào)控容器內(nèi)部流體的縱向流動的堰板，其底面上安裝有用于調(diào)控容器內(nèi)部流體的橫向流動的壩板；所述循環(huán)注水裝置包括安裝在中間包容器本體底面上的微型潛水泵，所述微型潛水泵通過軟管與設立在角鋼臺架上的導流管連接，所述導流管的注水口設置在鋼包容器本體的上方，其上安裝有導流閥；所述水口保護套管上連接有傳遞其產(chǎn)生的振動信號的操作臂，所述操作臂通過支撐桿支撐和固定，其末端安裝有振動傳感器，所述振動傳感器與控制執(zhí)行系統(tǒng)連接；所述控制執(zhí)行系統(tǒng)，包括嵌入式計算機，所述嵌入式計算機上連接有電機驅(qū)動器和信號采集器，其接收所述信號采集器上傳的數(shù)字振動信號，識別當前的模擬鋼包容器澆注狀態(tài)，并向所述電機驅(qū)動器發(fā)出相應的控制指令；所述信號采集器與振動傳感器連接，其接收所述振動傳感器采集的水流沖擊振動信號，進行預處理操作后上傳至嵌入式計算機；所述電機驅(qū)動器連接有步進電機，其接收嵌入式計算機發(fā)出的控制指令，產(chǎn)生對應的強電信號驅(qū)動步進電機；所述步進電機通過齒形帶與水口流量控制閥相連，根據(jù)嵌入式計算機發(fā)出的指令，控制調(diào)節(jié)水口流量控制閥的閥門開度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述鋼包 容器本體是帶有縱向刻度的透明的倒錐形結(jié)構(gòu)，其材料采用聚甲基丙烯酸甲酯，其上端口 設有溢流管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述 中間包容器本體采用不透明的聚氯乙烯材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述導流 管的注水口設有垂直和平行于鋼包容器本體底面的兩種注水方式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述水口 流量控制閥是帶有角度刻度的旋轉(zhuǎn)閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述模擬 鋼渣顆粒是發(fā)泡聚丙烯顆粒材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述操作 臂是中空的輕質(zhì)鋁合金管材，其位置可調(diào)的通過其端部焊接的環(huán)形套筒套在水口保護套管 上，并通過螺栓固定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述支撐 桿位置可調(diào)的通過其上端部焊接的環(huán)形套筒套在操作臂上，并通過螺栓固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，其特征在于所述振動 傳感器是內(nèi)置微型集成電路的壓電加速度傳感器。全文摘要
一種鋼包下渣檢測水模型實驗平臺，包括模擬鋼包容器，所述模擬鋼包容器設置在模擬中間包容器的上方，其內(nèi)放置有模擬鋼渣顆粒；所述模擬中間包容器的中間包容器本體底面上安裝有所述循環(huán)注水裝置的微型潛水泵，所述微型潛水泵與導流管連接，所述導流管的注水口設置在模擬鋼包容器的上方；所述模擬中間包容器的水口保護套管上連接有傳遞其產(chǎn)生的振動信號的操作臂，其末端安裝有振動傳感器，所述振動傳感器與控制執(zhí)行系統(tǒng)連接；所述控制執(zhí)行系統(tǒng)包括嵌入式計算機、連接在嵌入式計算機上的電機驅(qū)動器和信號采集器以及與電機驅(qū)動器連接的步進電機，所述信號采集器與振動傳感器連接，所述步進電機與模擬鋼包容器的水口流量控制閥相連。
文檔編號G01M10/00GK101949767SQ201010279649
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者李志鑫, 計時鳴, 譚大鵬 申請人:浙江工業(yè)大學