[发明专利]一种连铸结晶器渣层厚度的测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域的测量方法及装置，具体地，本发明涉及一种连铸结晶器渣层厚度的测量方法及装置。该方法及装置具有结构简单、响应快速、测量精度高的特性，可应用于冶金企业任何工况条件下对连铸结晶器保护渣渣层结构进行厚度测量。

背景技术

保护渣是连铸生产必须使用的关键辅料，结晶器保护渣在连铸生产中具有如下作用：

防止结晶器内钢液的二次氧化；

在结晶器内钢液表面形成一绝热层，防止结晶器内钢液表面的凝固；

吸收结晶器内钢液中上浮的夹杂物，提高结晶器内钢液的纯净度；

在结晶器壁和铸坯凝固壳的间隙形成均匀的润滑层，防止产生粘结性漏钢事故；

改善铸坯凝固壳与结晶器壁的传热；减少铸坯的表面缺陷，等等。由此，使得保护渣的适用程度很大程度上决定了连铸生产是否安全顺行以及连铸坯表面质量是否达到技术要求。

通常，连铸保护渣加入结晶器后，因为不同的温度而会在沿结晶器的垂直方向形成不同的结构。通常，保护渣在结晶器中的形态分为三层结构，见图1：

颗粒层，最上层原始状态的粉状保护渣，在结晶器中起绝热和防治二次氧化的作用。

烧结层，中间层为烧结状态的半熔融保护渣，起着不断向下提供液态渣的作用。

熔渣层，最下层和钢液接触的液态保护渣，它将随着结晶器的振动不断流入坯壳和结晶器铜板间的空隙，起着润滑和吸附夹杂的作用。

在连铸过程中，保护渣能否形成三层结构，以及上述三层结构的厚度分布是否合理是保护渣的作用能否最终发挥且连铸能否顺行生产的关键因素。

没有形成液渣层，或者液渣层厚度不足，将直接导致坯壳和结晶器铜板间润滑出现问题，粘结漏钢风险极大。烧结层厚度不足，对于消耗掉的液渣层进行补充的能力下降，液渣润滑和吸附夹杂的能力下降，同样对连铸生产带来不利影响。颗粒层厚度不足，保护渣绝热和防止二次氧化的能力下降，板坯内、外部质量随之下降。

为此，需要在连铸生产过程中对结晶器内保护渣的三层结构进行检测，以提高在线控制水平，降低生产过程中粘结漏钢、板坯表面质量下降等风险。

在此背景下，如何在连铸过程中定性了解保护渣在结晶器中的熔融状态，是研究连铸工艺过程不可缺少的一环，更是连铸操作过程中根据保护渣状态做出及时参数调整的关键技术。

申请号为“CN200610028520.9”的中国专利提出一种连铸结晶器内保护渣厚度测量方法，该方法利用保护渣三层结构具有不同温度范围的原理，以三种不同熔点的金属丝插入结晶器，然后测量不同金属丝熔化高度差的方法，获得保护渣三层结构的数据。

然而，在实施过程中，上述方法存在下述问题：

1.无法实现标准化作业。操作工手握探测装置插入结晶器的模式使得每一次的操作都无法保证以同样角度和深度插入，导致熔化的金属丝的高度差无法真实反应实际的渣层厚度。

2.测量精度差。测量金属丝长度差由操作工通过普通直尺目视完成，读数过程受到人为影响较大，无法保证精确的反应金属丝带长度差来的真实情况，实际测量误差在1~2mm，其原因为：由于金属丝插入结晶器后表面粘附有各类杂质(凝固冷钢、保护渣、冷钢混合物、凝固液渣)，凝固后杂质很难从铜丝头部完全清除干净，人工测量以目视观察直尺刻度方式进行，直尺最小刻度1mm，目视误差也在1`2mm之间。

3.持续测量能力不足。操作工在测量渣层厚度时需要俯卧在结晶器盖板上，头部和握有测量装置的手非常靠近高温钢液(1500℃左右)，操作环境恶劣且不安全，操作工无法在浇注过程中进行连续测量。

由于上述问题的存在，上述测量方法虽然简单，但存在操作过程无法标准化以及一般测量误差在±2mm，即测量精度较差得问题，而渣层厚度是毫米级的，少许的读取误差也是不能接受的。

申请号为“03150612.7”的中国专利提出了一种通过氧位传感器穿刺保护渣层，然后根据液态保护渣中氧位的变化来计算熔渣层层厚度的方法。该方法虽然避免了手工测量造成的精度误差，且可实现连续测量的目的，但仍存在如下问题：

1.只能测量结晶器内保护渣三层结构中的熔渣层厚度。由于保护渣的三层结构的变化对于连铸过程的稳定都有很大影响，因此，仅测量熔渣层的情况并不能真实反应保护渣在结晶器内的工作状态。