專利名稱：液態金屬注流渣含量檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及液態金屬注流中渣含量的檢測技術，具體涉及連鑄過程中從金屬冶煉爐或大包流出的液態金屬注流中渣含量的檢測裝置。
在連鑄冶煉過程中，在液態金屬從冶煉爐或大包流出的末期將有熔渣隨液態金屬流出。為了保證液態金屬的純凈度，需要在冶煉爐或大包的液態金屬流出口安裝傳感器，對液態金屬注流中渣的含量進行檢測和控制。該傳感器是液態金屬注流中渣含量檢測裝置的關鍵組成部分。通常是圍繞液態金屬注流安裝一個環形的電磁傳感器。由于傳感器安裝部位溫度較高，線圈之間的絕緣是電磁傳感器制作的一個關鍵問題。AMEPA公司(DE 3722795)采用陶瓷材料填充劑來實現線圈之間的絕緣，其作法是用線圈、陶瓷材料和不銹鋼套管制作成鎧裝電纜。其優點是制作工藝簡單。其缺點首先是鎧裝電纜外徑較粗，在有限的傳感器內部空間可以繞制的線圈圈數有限(約10圈)，導致決定線圈電磁感應能力的線圈感抗較低(不到0.3歐姆)，限制了電磁傳感器的靈敏度；其次是鎧裝電纜內的空間狹窄，其中的芯線線徑較細，線圈的直流電阻(發射線圈約為50歐姆，接受線圈約為150歐姆)遠遠大于線圈的感抗，致使激勵電源的絕大部分能量消耗在發射線圈的發熱上，而用于電磁激勵的能量不足0.6％，進一步限制了傳感器的靈敏度。由于傳感器的靈敏度低，傳感器信號須大幅度放大，系統穩定性較差。浙江大學(ZL 01255085.X)為了解決高溫絕緣問題在線圈外套絕緣瓷管，周圍再填充絕熱材料，操作繁鎖，而且瓷管和絕熱材料占據較大空間，只能采用單線圈結構，傳感器靈敏度和穩定性受到更大的限制，至今尚未達到實用的水平。電磁傳感器另一個關鍵問題是如何降低背景干擾信號(包括發射線圈在接受線圈中產生的背景信號的變化以及冶煉設備基準板等結構材料溫度變化引起的信號漂移)。AMEPA公司(DE 3722795)采用局部附加電磁屏蔽和給發射線圈提供多種頻率電流的辦法來降低鋼包基準板溫度變化對傳感器的干擾。其作法是將發射線圈和接受線圈制作在傳感器盒的同一個小室內(事實上是將發射線圈和接受線圈并行地制作在同一根不銹鋼套管的鎧裝電纜之內)，而將參考線圈制作在傳感器盒的另一個隔離室，或放在傳感器盒外，或用電信號模擬參考線圈，以便在傳感器盒內的不同部位附加電磁屏蔽材料。這使得接受線圈離發射線圈很近，加大了發射線圈和接受線圈之間的互感系數以及該互感系數的溫度系數，從而加大了接受線圈的背景信號以及該背景信號隨溫度的變化量，傳感器自身溫度變化產生的信號漂移量大于基準板等結構材料溫度變化引起的信號漂移量，直接影響了傳感器的穩定性。而附加電磁屏蔽材料的作法，特別是將參考線圈移出傳感器盒的作法，使參考線圈和接受線圈處于不同的環境，靠參考線圈和附加頻率激勵電流來抵消接受線圈受到的環境干擾的目的就更加難以實現。
本發明的目的是提供一種靈敏、穩定、可靠而且制作工藝簡單的電磁型液態金屬注流渣含量檢測裝置。
本發明的目的是這樣實現的安裝在液態金屬注流周圍的傳感器以及信號傳輸電纜和信號處理機組成了液態金屬注流渣含量檢測裝置。傳感器有一個環形金屬外殼，傳感器內的各層線圈分別繞制在絕緣層上的螺旋狀溝槽內。
絕緣層由帶溝槽的絕緣片組成。帶溝槽的絕緣片在傳感器內環形布置時，逐片沿環形傳感器軸向移位，使布置滿一周時帶溝槽的絕緣片沿環形傳感器軸向移動一個圈距，這樣環形布置的絕緣片上的溝槽即構成了可繞制線圈的螺旋狀溝槽。
本發明的傳感器內從內環至外環依次布置有接受線圈、填充層、發射線圈和補償線圈，補償線圈與接受線圈的信號在信號處理機內反相相加。
本發明的填充層由帶溝槽的絕緣填充塊組成。
本發明的補償線圈的外側還有一層繞制在絕緣層上的螺旋形溝槽內的緊固線圈。
本發明的測渣傳感器中帶溝槽的絕緣片實現了傳感器各層線圈之間以及同一層線圈的各圈之間的絕緣，這就簡化了傳感器制作工藝，降低了材料成本，縮短了傳感器的制作周期。尤其重要的是沿溝槽繞制的線圈可以繞制較多的圈數并采用較粗的線徑，從而在加大發射線圈的感抗的同時降低了發射線圈的直流電阻，最終加大了激勵電流，尤其是加大了激勵電源電磁輻射的能量份額，提高了測渣傳感器的靈敏度。
本發明的測渣傳感器中填充層的引入導至了傳感器內線圈的非均勻分布，使發射線圈距接受線圈較遠，距補償線圈較近，因而降低了發射線圈在接受線圈中產生的背景信號，用圈數較小的補償線圈就可以抵消發射線圈在圈數較多的接受線圈中產生的背景信號。另外，填充層的引入加大了液態金屬注流至補償線圈的距離，使發射線圈在液態金屬注流中產生的渦電流在圈數較少又距離較遠的補償線圈中產生的電磁信號遠小于該渦電流在圈數較多又距離較近的接受線圈中產生的電磁信號。因而補償線圈在抵消發射線圈在接受線圈中產生的背景信號的同時，對液態金屬注流中的渦電流在接受線圈中產生的有用信號的減弱甚微。還有，基準板等電磁結構材料作為次級電磁波的輻射體距圈數較少的補償線圈較近，距圈數較多的接受線圈較遠，有利于抑止這些結構材料引起的傳感器信號的漂移。由此可知，填充層有效地提高了環形測渣傳感器的信噪比。
本發明的接受線圈和補償線圈的差分式結構，以及傳感器超常的信噪比及較大的激勵電流等，保證了本發明的液態金屬渣含量檢測裝置的高度的靈敏度、穩定性和可靠性。
本發明如
圖1及圖2A-圖2D所示。
圖1是測渣裝置系統2A是測渣傳感器的主視2B是測渣傳感器的俯視2C是圖1B的A-A剖面放大2D是圖1B的局部放大圖作為一個例子，圖1給出了從大包流出的液態金屬注流中渣含量檢測裝置的系統圖。圖中存放液態金屬(16)的大包(17)底部有上水口(18)，液態金屬注流(19)通過上水口(18)經滑板(20)的開孔流入中包(21)。電磁型測渣傳感器(22)安裝在液態金屬注流(19)及上水口(18)的周圍，其外環側與大包基準板(23)相鄰，其上有大包下座磚(24)，其下有上滑板安裝支架(25)。傳感器(22)的信號經電纜(26)傳送到信號處理機(27)。當液態金屬注流(19)中的渣含量超過預訂值時，信號處理機(27)報警并發出關閉滑板(20)的信號，防止含過量熔渣的液態金屬流入中包(21)。
圖2A-圖2D給出了測渣傳感器(22)的結構和原理。測渣傳感器(22)為環形，有一個金屬外殼(1)。金屬外殼(1)內腔從傳感器內環至外環依次布置有接受線圈(2)、發射線圈(3)和補償線圈(4)。圖中2層接受線圈繞制在2層帶溝槽的絕緣層(5)的螺旋形溝槽內。接受線圈(2)與發射線圈(3)之間有帶溝槽的絕緣填充層(6)。圖中4層發射線圈(3)分別繞制在絕緣填充層(6)和3層絕緣層(7)的螺旋形溝槽內。圖中1層補償線圈(4)繞制在一層絕緣層(8)的螺旋形溝槽內。圖中補償線圈(4)的外側還有一層線圈構成緊固層(9)，該層繞制在絕緣層(10)的螺旋形溝槽內，用來使傳感器(22)內的接受線圈(2)、發射線圈(3)、補償線圈(4)以及絕緣層(5)、填充層(6)、絕緣層(7)和絕緣層(8)的形狀和位置保持不變。絕緣層(5)、(7)、(8)和(10)由帶溝槽的絕緣塊(11)、(13)、(14)和(15)組成，絕緣填充層由帶溝槽的絕緣填充塊(12)組成。帶溝槽的絕緣片(11)、(13)、(14)和(15)以及帶溝槽的絕緣填充塊(12)在水平放置的傳感器(22)內豎直地逐層環形布置時，逐個沿環形傳感器軸向均勻移位，使布置滿一周而形成絕緣層(5)、(7)、(8)、(10)或填充層(6)時，絕緣片(11)、(13)(14)和(15)以及絕緣填充塊(12)沿環形傳感器(22)軸向累計移位一個圈距，這樣絕緣層(5)、(7)、(8)、(10)和填充層(6)上的溝槽即構成了可繞制線圈的螺旋狀溝槽。通常傳感器(22)內線圈的周長遠大于絕緣片(11)、(13)(14)、(15)和填充塊(12)的寬度，而且絕緣片(11)、(13)(14)、(15)和填充塊(12)上的溝槽的曲率半徑略大于其中繞制的金屬線的半徑，可以保證線圈在螺旋形溝槽內的繞制順利進行。絕緣片(11)、(13)、(14)、(15)和填充塊(12)均由耐高溫的陶瓷材料制成。
信號處理機(27)產生的交變電流經電纜(26)通入發射線圈(3)，在液態金屬注流(19)中產生渦電流，該渦電流在接受線圈(2)和補償線圈(4)中產生感應信號。這2路信號經電纜(26)送入信號處理機(27)進行反相相加，使發射線圈(3)在接受線圈(2)和補償線圈(4)中產生的背景信號相互抵消。填充層(6)的引入加大了接受線圈(2)與發射線圈(3)的距離，降低了發射線圈(3)在接受線圈(2)中產生的背景信號，因而用圈數較少的補償線圈(4)就可以抵消發射線圈(3)在圈數較多的接受線圈(2)中產生的背景信號。與補償線圈(4)比較，接受線圈(2)的圈數較多，距液態金屬注流(19)較近，發射線圈(3)在液態金屬注流(19)中產生的渦電流在接受線圈(2)中產生的感應信號遠大于該渦電流在圈數較少又距離較遠的補償線圈(4)中產生的感應信號。這樣，信號處理機(27)在對接受線圈(2)和補償線圈(4)的信號進入反相相加處理時，就將液態金屬注流(19)中的渦電流在接受線圈(2)中產生的信號的絕大部分保留了下來。除發射線圈(3)在接受線圈(2)中產生的背景信號之外，發射線圈(3)的電流在大包基準板(23)和上滑板安裝支架(25)等電磁介質中產生的渦電流是引起傳感器(22)的信號漂移的關鍵因素。圖1中的基準板(23)和上滑板安裝支架(25)等金屬材料距圈數較少的補償線圈(4)較近，距圈數較多的接受線圈(2)較遠，這種結構形式有利于降低傳感器(22)周圍電磁介質溫度變化對傳感器的干擾作用。
權利要求
1.一種檢測液態金屬注流中渣含量的裝置，它由安裝在液態金屬注流周圍的傳感器以及信號電纜和信號處理機組成，傳感器由金屬外殼和線圈組成，其特征在于，線圈繞制在絕緣層上的螺旋形溝槽內。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，承托線圈的絕緣層上的螺旋狀溝槽是由帶溝槽的絕緣片或絕緣塊沿傳感器軸向逐一移位而形成的。
3.一種檢測液態金屬注流中渣含量的裝置，它由安裝在液態金屬注流周圍的傳感器以及信號電纜和信號處理機組成，傳感器由金屬外殼以及接受線圈、發射線圈和補償線圈組成，其特征在于，傳感器內的接受線圈和發射線圈之間有填充層。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，傳感器的填充層由帶溝槽的絕緣填充塊組成為帶螺旋形溝槽的絕緣填充層。
5.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，在補償線圈的外側有一層緊固線圈，緊固線圈繞制在絕緣層上的螺旋形溝槽內。
全文摘要
一種檢測液態金屬注流中渣含量的裝置，它由傳感器、信號電纜和信號處理機組成。傳感器有一個金屬外殼，其內部依次設有接受線圈、填充層、發射線圈和補償線圈，這些線圈均繞制在絕緣層和填充層上的螺旋狀溝槽內，絕緣層和填充層上的螺旋狀溝槽是由帶溝槽的絕緣片和絕緣填充塊沿傳感器軸向逐一移位而形成的。
文檔編號B22D2/00GK1598559SQ03156980
公開日2005年3月23日 申請日期2003年9月17日 優先權日2003年9月17日
發明者姜虹 申請人:姜虹