大板坯火焰噴槍切割高度控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型提供一種大板坯火焰噴槍切割高度控制系統，屬于連鑄生產控制設備
技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前，火焰切割方式是連鑄生產過程中切割厚度為60mm以上大板坯的唯一經濟、 有效方式。有效實施火焰切割技術的關鍵是確保鑄坯切縫附近的金屬能夠迅速被加熱到鋼 鐵的燃點，而這與氣體火焰的溫度分布是息息相關的。火焰分為外焰、內焰、焰心三個部分， 受燃質能否被充分氧化的影響，導致外焰的溫度〉內焰的溫度〉焰心的溫度，因此，在火焰切 割的過程中，如果能夠充分利用外焰的高溫區域對板坯金屬進行加熱，就能夠使板坯金屬 被迅速加熱到鋼鐵的燃點，從而使板坯切割迅速、順利完成;反之，若是利用火焰的內焰或 焰心對板坯金屬進行加熱，則板坯金屬將不能夠被迅速加熱到鋼鐵的燃點，這樣，一方面會 阻礙火焰切割過程的順利進行，使板坯不能夠在有限的時間內被切割下來，進而打亂了整 個連鑄生產的節奏，另一方面會使大板坯切縫附近的金屬表面不夠光滑，進而影響到終乳 產品的表面質量;此外，還會降低燃氣的利用率，增加燃氣的消耗，進而增加連鑄工序的成 本。
[0003] 火焰噴槍噴口到板坯表面的垂直距離，也稱為火焰噴槍切割高度。綜合上述分析 可知，若想效率最大化地利用火焰外焰對板坯金屬進行加熱，需要精確調整火焰噴槍切割 高度，使該高度的大小正好是當前時刻噴槍噴口與火焰外焰高溫區域之間的距離。為滿足 上述條件，目前現場的傳統做法是人工調整火焰噴槍的切割高度，即：在連鑄生產前，現場 工作人員首先通過肉眼離線觀察火焰的長度，并結合之前火焰切割的實際效果，手動調節 切割小車上噴槍噴口到鑄坯傳動輥的垂直距離，從而確保火焰噴槍切割高度與噴槍噴口與 火焰外焰高溫區域之間距離相等。但這種方法存在著以下的缺點：（1 )、利用手動方式調節 得到的火焰噴槍的切割高度只能粗略達到利用氣體火焰外焰對板坯金屬進行加熱的目的， 而無法精確實現；（2)、受氣體燃料的供應壓力和純度等外部因素的影響，生產過程中的氣 體火焰外焰長度會經常發生改變，而傳統的手動調節方式無法根據火焰外焰長度的變化及 時調整火焰噴槍的切割高度，從而影響到板坯的實際切割效果；（3)、傳統方式下，現場工作 人員需要在每個澆次生產之前依據上一澆次的火焰切割效果，對火焰噴槍的切割高度進行 調整，因此勞動強度較大。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種大板坯火焰噴槍切割高度控制系統， 可實時、自動、精確調整火焰噴槍切割高度，實現充分利用火焰外焰對板坯金屬進行加熱的 目的，解決【背景技術】缺陷。
[0005] 解決上述技術問題的技術方案是：
[0006] 大板坯火焰噴槍切割高度控制系統，包括切割機軌道、火焰切割機、設置于火焰切 割機上的火焰切割小車和噴槍，其改進之處為:它還包括安裝于火焰切割小車上的氣壓缸、 用于拍攝噴槍及噴槍火焰的相機和過程控制系統；
[0007] 所述噴槍為活塞式火焰噴槍;活塞式火焰噴槍裝配于氣壓缸中將氣壓缸分為上腔 和下腔，上腔分別與上腔進氣管和上腔出氣管連通，上腔進氣管和上腔出氣管上分別安裝 上腔電磁調節閥和上腔電磁開關閥；下腔分別與下腔進氣管和下腔出氣管連通，下腔進氣 管和下腔出氣管上分別安裝下腔電磁調節閥和下腔電磁開關閥;上腔和下腔上分別安裝有 上腔壓力傳感器和下腔壓力傳感器;上腔還安裝有位移傳感器；
[0008]所述過程控制系統包括計算機、分別與計算機連接進行數據通訊的相機數據采集 卡、上腔電磁調節閥PLC、下腔電磁調節閥PLC、上腔電磁開關閥PLC、下腔電磁開關閥PLC、氣 壓缸信息反饋PLC、火焰切割機起點位置開關和火焰切割小車起點位置開關;上、下腔電磁 調節閥PLC分別與上、下腔電磁調節閥相連接;上、下腔電磁開關閥PLC分別與上、下腔電磁 開關閥相連接;所述火焰切割機起點位置開關安裝在切割機軌道上，位于火焰切割機切割 板坯時的起始位置;所述火焰切割小車起點位置開關安裝在切割機上，位于火焰切割小車 切割板坯時的起始位置;氣壓缸信息反饋PLC同時與氣壓缸上腔壓力傳感器、下腔壓力傳感 器和位移傳感器、火焰切割機起點位置開關、火焰切割小車起點位置開關相連接。
[0009]上述的大板坯火焰噴槍切割高度控制系統，所述氣壓缸的上腔和下腔上還安裝有 上腔溢流閥和下腔溢流閥;所述相機為CCD彩色相機，通過支架固定在以火焰切割機起點位 置開關為圓心，半徑為l〇m~20m處，確保CCD彩色相機能夠完整拍攝火焰噴槍和噴出的火焰 高度;所述上腔出氣管和下腔出氣管遠離與氣壓缸連接的一端安裝有過濾網。
[0010] 本實用新型的的使用方法包含以下步驟：
[0011] 步驟1:手動關閉上腔電磁調節閥、下腔電磁調節閥、上腔電磁開關閥和下腔電磁 開關閥，并控制火焰切割機和火焰切割小車分別運行到切割板坯時的起始位置；
[0012]步驟2:手動將計算機的工作模式調整為"開澆前控制"模式，然后執行以下操作：[0013] (1)、通過手動控制計算機的方式，操作相機對火焰噴槍進行拍攝;相機完成拍攝 后，自動將相關圖像通過相機數據采集卡傳送到計算機，手動測量出該圖像上火焰噴槍的 長度]4?;
[0014] (2 )、手動測量出初始時刻火焰噴槍噴口到輸送輥上表面頂點的垂直距離L%始和火 焰噴槍的實際長度Ufe;
[0015]步驟3:將測量得到的火焰噴槍在圖像上的長度Uffl、火焰噴槍的實際長度L%始信息 輸入計算機，計算機會根據相似性原理，通過內置程序，自動計算出長度比例系數B，即：
[0017]式中：L!錮為圖像上火焰噴槍的長度，單位:mm;
[0018]Ufe為火焰噴槍的實際長度，單位:mm;
[0019]將初始時刻火焰噴槍噴口到輸送輥上表面頂點的垂直距離Ls始和鑄坯厚度H信息 輸入到計算機中，計算機會通過內置程序自動計算出當前時刻火焰噴槍噴口到鑄坯厚度方 向上中點位置的垂直距離4，即：
[0021 ]式中：i；為當前時刻火焰噴槍噴口到鑄坯厚度方向上中點位置的垂直距離，單位： mm；
[0022] Lae為初始時刻火焰噴槍噴口到輸送輥上表面頂點的垂直距離，單位:mm;
[0023] H為鑄還厚度，單位:mm;
[0024]然后，計算機自動將當前時刻火焰噴槍噴口到鑄坯厚度方向上中點位置的垂直距 離4定義為零點距離；
[0025]步驟4:正式澆鋼后，手動將計算機的工作模式調整為"開澆后控制"模式；當火焰 切割機和火焰切割小車分別觸發火焰切割機起點位置開關和火焰切割小車起點位置開關 后，火焰切割機起點位置開關和火焰切割小車起點位置開關通過氣壓缸信息反饋PLC分別 向計算機發出反饋信號，計算機自動啟動相機，并控制相機對火焰噴槍所噴射出的火焰進 行拍攝，并將圖像通過相機數據采集卡傳送回計算機；
[0026] 步驟5:計算機自動對所拍攝的圖像進行分析后，得出火焰溫度最高點到火焰噴槍 噴口的垂直距離，具體方法是：
[0027] (1)、計算機通過內置程序自動對圖像各像素點的亮度進行分析，并在得出各像素 點的亮度后，對整個圖像上各像素點的亮度做歸一化處理，將歸一化后亮度為0.99~1.0的 像素點作為起始點，再自動垂直向上搜索到亮度為〇~〇.〇1的像素點作為終止點，然后自動 測量出兩點之間的垂直距離L#倒;測量方法是:利用計算機的內置程序，首先累積出兩個像 素點之間垂直方向上所有像素點數量n，然后根據相鄰兩個像素點之間的固有垂直距離A L，計算出歸一化亮度為0.99~1.0的像素點和歸一化亮度為0~0.01的像素點之間的垂直 距離，即：
[0028] A L ? (n_l)
[0029]式中：L姻s為歸一化亮度為0.99~1.0的像素點和歸一化亮度為0~0.01的像素點 之間的垂直距離，單位:mm;
[0030] aL為相鄰兩個像素點之間的固有距離，單位:mm;
[0031] n為歸一化亮度為0.99~1.0的像素點和歸一化亮度為0~0.01的像素點之間垂直 方向上所有像素點數量；
[0032] (2)、計算機再結合步驟3中得到的長度比例系數B，根據相似性原理，計算出火焰 溫度最高點到火焰噴槍噴口的實際垂直距離Lwg，即：
[0033] Lm=Ukm* B
[0034]式中山崩為火焰溫度最高點到火焰噴槍噴口的實際垂直距離，單位:mm;
[0035] L姻a為歸一化后亮度分別為0.99~1.0和0~0.01的兩像素點之間的距離，單位： mm；
[0036] B為長度比例系數；
[0037]步驟6:計算機對火焰溫度最高點到火焰噴槍噴口的垂直距離1姻和當前時刻火焰 噴槍噴口到鑄坯厚度方向上中點位置的垂直距離r0:進行比較，計算出二者的差值l，即： [0038]L- ~L0
[0039]式中山崩為火焰溫度最高點到火焰噴槍噴口的垂直距離，單位:mm;
[0040] I；:為當前時刻火焰噴槍噴口到鑄坯厚度方