薄带连铸布流包液位检测方法和装置

摘要

本发明公开了一种薄带连铸布流包液位检测方法、装置、存储介质及计算机设备。其中方法包括：获取布流包的总重量、布流包的内部尺寸结构以及布流包内的钢液温度，并对布流包的总重量进行去皮称重操作，得到布流包内的钢液净重；根据布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数和布流包液位关于布流包体积的一次分段函数；根据布流包内的钢液温度和布流包内的钢液净重，得到布流包内的钢液体积，并将布流包内的钢液体积输入到布流包液位关于布流包体积的一次分段函数中，得到布流包内的近似钢液液位；将布流包内的近似钢液液位输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中进行逐级收敛逼近计算，得到布流包内的钢液液位。

权利要求

1.一种薄带连铸布流包液位检测方法，其特征在于，所述方法包括：获取布流包的总重量、布流包的内部尺寸结构以及布流包内的钢液温度，并对所述布流包的总重量进行去皮称重操作，得到布流包内的钢液净重；

根据所述布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数和布流包液位关于布流包体积的一次分段函数；

根据所述布流包内的钢液温度和所述布流包内的钢液净重，得到布流包内的钢液体积，并将所述布流包内的钢液体积输入到所述布流包液位关于布流包体积的一次分段函数中，得到布流包内的近似钢液液位；

将所述布流包内的近似钢液液位输入到所述布流包体积关于布流包液位的分段函数中进行逐级收敛逼近计算，得到布流包内的钢液液位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对布流包的总重量进行去皮称重操作，得到布流包内的钢液净重，包括：

获取布流包的净重量、中包浇灌影响量和中包浇铸冲击干扰量；

根据所述布流包的净重量、中包浇灌影响量和中包浇铸冲击干扰量，得到布流包的净重总量；

当布流包处于浇铸位且稳定时，在大包开浇之前，且未检测到称重异常信号时，读取所述布流包的总重量；

根据所述布流包的总重量和所述布流包的净重总量的差值，得到布流包内的钢液净重。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述布流包在去皮称重操作的过程中的单个采样周期内的重量变化值超过预定范围，且所述重量变化值在预定时间段内未恢复，则发出称重异常信号；和/或若所述布流包在去皮称重操作的过程中的重量值出现线性增大或减小，或以正弦规律震荡，则发出称重异常信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：若在去皮称重操作的过程中检测到称重异常信号，则取消去皮称重操作，并发出报警信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数和布流包液位关于布流包体积的一次分段函数，包括：根据所述布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数；

在所述布流包体积关于布流包液位的分段函数中选取多个采样点，并对每对相邻的采样点使用插值法进行一次拟合，得到布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数；

求取所述布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数的反函数，得到布流包液位关于布流包体积的一次分段函数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数，包括：将所述布流包的内部结构分解为若干个棱台结构的组合，并根据所述布流包的内部尺寸得到每个棱台结构的体积；

对所述每个棱台结构的体积进行组合，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在布流包体积关于布流包液位的分段函数中选取多个采样点，包括：

在所述布流包体积关于布流包液位的分段函数中均匀的选取10～30个采样点，其中，所述选取的采样点包括由布流包的内部结构分解为的每个棱台结构的相交点。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对每对相邻的采样点使用插值法进行一次拟合，得到布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数，包括：将所述选取的采样点输入到所述布流包体积关于布流包液位的分段函数中，得到每个采样点液位高度对应的钢液重量；

对每个采样点液位高度对应的钢液重量使用插值法，得到布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据布流包内的钢液温度和所述布流包内的钢液净重，得到布流包内的钢液体积，包括：根据所述布流包的钢液温度对布流包内的钢液密度进行补偿，得到补偿后的钢液密度；

根据所述布流包内的钢液净重和所述补偿后的钢液密度，得到布流包内的钢液体积。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将布流包内的近似钢液液位输入到所述布流包体积关于布流包液位的分段函数中进行逐级收敛逼近计算，得到布流包内钢液液位，包括：

以所述布流包的近似钢液液位值作为基点，在所述布流包的近似钢液液位值的左右各选取一个相同步长的液位值，得到三个近似钢液液位值；

将所述三个近似钢液液位值分别输入到所述布流包体积关于布流包液位的分段函数中，得到三个近似钢液液位值对应的布流包内的钢液体积；

分别计算三个近似钢液液位值对应的布流包内的钢液体积与所述布流包体积的误差绝对值，并判断三个误差绝对值中的最小值是否在预设误差范围内；

若所述三个误差绝对值中的最小值在预设误差范围内，则输出所述三个误差绝对值中的最小值对应的近似钢液液位值作为布流包内的钢液液位；

若所述三个误差绝对值中的最小值不在预设误差范围内，则将所述三个误差绝对值中的最小值对应的近似钢液液位值作为基点，缩短液位值的选取步长，并重复上述四个步骤的操作，直至选取的近似钢液液位值对应的误差绝对值在预设误差范围内。

11.一种薄带连铸布流包液位检测装置，其特征在于，所述装置包括：数据获取模块，用于获取布流包的总重量、布流包的内部尺寸结构以及布流包内的钢液温度，并对所述布流包的总重量进行去皮称重操作，得到布流包内的钢液净重；

数据处理模块，用于根据所述布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数和布流包液位关于布流包体积的一次分段函数；

所述数据处理模块，还用于根据所述布流包内的钢液温度和所述布流包内的钢液净重，得到布流包内的钢液体积，并将所述布流包内的钢液体积输入到所述布流包液位关于布流包体积的一次分段函数，得到布流包内的近似钢液液位；

数据输出模块，用于将所述布流包内的近似钢液液位输入到所述布流包体积关于布流包液位的分段函数中进行逐级收敛逼近计算，得到布流包内的钢液液位。

12.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10中任一项所述的方法的步骤。

13.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至10中任一项所述的方法的步骤。

说明书

薄带连铸布流包液位检测方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及冶金技术领域，尤其是涉及一种薄带连铸布流包液位检测方法、装置、存储介质及计算机设备。

背景技术

[0002] 与常规连铸相比，薄带连铸省去了铸锭加热、开坯以及多道次轧制等多道工序，节省了大量人力成本以及能源成本，节省了铸锭铣面的流程，减少了热轧后切头切尾的工序，
提高了成材率，并且薄带连铸设备占地面积小，简单集中，前期投资较小，此外，薄带连铸还
具有独特的亚快速凝固特性，微观组织特殊，性能优越，得到的铸带厚度接近最终产品厚
度，对于某些低塑性材料、难加工材料及功能材料的制取存在明显的优势。

[0003] 在薄带连铸的生产过程中，为了保证开浇后铸机能够快速进入稳定状态，同时保证稳定后熔池液位、拉速等参数的波动量在工艺允许的范围内，需要精确控制从布流包流
至铸辊熔池内的钢液流量。如果通过直接调整布流包内钢液净重来控制钢液流量，会因为
布流包内复杂的形状而导致不同液位下布流包钢液流量对于钢液净重变化的响应特性有
所不同，导致铸机参数波动量增大，影响产品质量。而通过调整布流包内钢液液位来控制流
量，可使得布流包钢液流量调整更加均匀，有利于铸机其他控制环节的稳定，也有利于现场
人员及时掌握布流包内情况，控制生产节奏。

[0004] 为了精确控制控制布流包内的钢液流量，需要得到高精度、高分辨率的布流包内钢液液位。在现有技术中，通常采用传感器直接测量布流包内的钢液液位，或通过简化模
型，使用插值法计算布流包内的钢液液位，但是，前一种方式成本高，难度大；而后一种方式
则误差过大，无法满足薄带连铸中布流包的控制需求。因此，现在亟需一种工业应用稳定、
成本小且测量精度高的薄带连铸布流包液位检测方法。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本申请提供了一种薄带连铸布流包液位检测方法、装置、存储介质及计算机设备，主要目的在于解决薄带连铸布流包液位检测工业应用不够稳定、成本高且测量
精度低的技术问题。

[0006] 根据本发明的第一个方面，提供了一种薄带连铸布流包液位检测方法，该方法包括：

[0007] 获取布流包的总重量、布流包的内部尺寸结构以及布流包内的钢液温度，并对所述布流包的总重量进行去皮称重操作，得到布流包内的钢液净重；

[0008] 根据所述布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数和布流包液位关于布流包体积的一次分段函数；

[0009] 根据所述布流包内的钢液温度和所述布流包内的钢液净重，得到布流包内的钢液体积，并将所述布流包内的钢液体积输入到所述布流包液位关于布流包体积的一次分段函
数中，得到布流包内的近似钢液液位；

[0010] 将所述布流包内的近似钢液液位输入到所述布流包体积关于布流包液位的分段函数中进行逐级收敛逼近计算，得到布流包内的钢液液位。

[0011] 根据本发明的第二个方面，提供了一种薄带连铸布流包液位检测装置，该装置包括：

[0012] 数据获取模块，用于获取布流包的总重量、布流包的内部尺寸结构以及布流包内的钢液温度，并对所述布流包的总重量进行去皮称重操作，得到布流包内的钢液净重；

[0013] 数据处理模块，用于根据所述布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数和布流包液位关于布流包体积的一次分段函数；

[0014] 所述数据处理模块，还用于根据所述布流包内的钢液温度和所述布流包内的钢液净重，得到布流包内的钢液体积，并将所述布流包内的钢液体积输入到所述布流包液位关
于布流包体积的一次分段函数，得到布流包内的近似钢液液位；

[0015] 数据输出模块，用于将所述布流包内的近似钢液液位输入到所述布流包体积关于布流包液位的分段函数中进行逐级收敛逼近计算，得到布流包内的钢液液位。

[0016] 根据本发明的第三个方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述薄带连铸布流包液位检测方法。

[0017] 根据本发明的第四个方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述薄带连
铸布流包液位检测方法。

[0018] 本发明提供的一种薄带连铸布流包液位检测方法、装置、存储介质及计算机设备，首先通过布流包内的内部尺寸结构，得到布流包液位和布流包体积的关系函数模型，然后
通过布流包内的钢液温度和钢液净重，得到布流包内的钢液体积，最后通过布流包内的钢
液体积和布流包液位和布流包体积的关系函数模型，得到高精度、高分辨率的布流包内的
钢液液位。上述方法无需借助液位传感器或其他液位测量设备，降低了液位测量的难度和
成本，且能够有效的提高薄带连铸布流包液位的测量精度，此外，上述方法只需占用较少的
控制器内存，降低了控制器的数据处理负担。上述方法能够有效增进布流包钢液流量控制
稳定性，从源头上稳定铸机生产节奏，控制产品质量。

[0019] 上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够
更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

[0020] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0021] 图1示出了本发明实施例提供的一种薄带连铸布流包液位检测方法的流程示意图；

[0022] 图2示出了本发明实施例提供的另一种薄带连铸布流包液位检测方法的流程示意图；

[0023] 图3示出了本发明实施例提供的一种人员踩踏情况导致布流包称重受到干扰的特征曲线示意图；

[0024] 图4示出了本发明实施例提供的一种设备剐蹭情况导致布流包称重受到干扰的干扰特征曲线示意图；

[0025] 图5示出了本发明实施例提供的一种布流包体积关于布流包液位的分段函数的曲线示意图；

[0026] 图6示出了本发明实施例提供的一种布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数的曲线示意图；

[0027] 图7示出了本发明实施例提供的一种布流包液位关于布流包体积的一次分段函数的曲线示意图；

[0028] 图8示出了本发明实施例提供的薄带连铸布流包的近似钢液液位的收敛逼近示意图；

[0029] 图9示出了本发明实施例提供的一种薄带连铸布流包的内部尺寸结构示意图；

[0030] 图10示出了本发明实施例提供的一种薄带连铸布流包的内部尺寸结构示意图；

[0031] 图11示出了本发明实施例提供的一种薄带连铸布流包的内部尺寸结构示意图；

[0032] 图12示出了本发明实施例提供的一种薄带连铸布流包液位检测装置的结构示意图。

具体实施方式

[0033] 下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0034] 在一个实施例中，如图1所示，提供了一种薄带连铸布流包液位检测方法，以该方法应用于PLC控制器等计算机设备为例进行说明，包括以下步骤：

[0035] 101、获取布流包的总重量、布流包的内部尺寸结构以及布流包内的钢液温度，并对布流包的总重量进行去皮称重操作，得到布流包内的钢液净重。

[0036] 具体的，计算机设备可以利用轨道衡传感器和连续测温装置等检测元件，获取布流包的总重量和布流包内的钢液温度，并将获取到的上述数据传入到自动化系统中的PLC
控制器等数据处理模块中进行计算。在本实施例中，自动化系统可以包含PLC控制器、人机
交互界面(HMI)，轨道衡称重传感器以及布流包连续测温装置等多种外部仪表和检测元件。
其中，PLC控制器负责进行数据采集与逻辑运算，人机交互界面负责显示数据和输入去皮称
重等命令，外部仪表与检测元件负责采集布流包的总重量和布流包内的钢液温度等各项参
数。

[0037] 进一步的，在获取到布流包的总重量之后，还需要对布流包的总重量进行去皮称重操作，以得到布流包内的钢液净重。具体的，对布流包的总重量进行去皮称重操作的时机
非常重要，在本实施例中，可以选择在布流包处于浇铸位且稳定时，大包开浇之前，且无干
扰称重因素存在时，对布流包的总重量进行去皮称重操作。在进行去皮称重操作时，可以利
用轨道衡传感器测得的总重量减去布流包自身重量，再减去中包浇灌影响量和中包浇铸冲
击干扰量，得到布流包内的钢液净重。在本实施例中，去皮称重的命令可以通过计算机设备
的输入设备输入，也可以通过设定的程序自动输入。

[0038] 102、根据布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数和布流包液位关于布流包体积的一次分段函数。

[0039] 具体的，计算机设备可以根据布流包的内部尺寸结构，计算出布流包体积关于布流包液位的分段函数，其中，布流包的内部结构较为复杂，因此，在计算布流包体积关于布
流包液位的分段函数时，可以首先将布流包的内部结构分解为若干个棱台结构的组合，以
在最大程度上减少计算误差，以及降低计算难度，然后对每个棱台结构分别计算体积，最后
将每个棱台结构的体积组合成布流包体积关于布流包液位的分段函数。

[0040] 进一步的，在得到布流包体积关于布流包液位的分段函数之后，可以在布流包体积关于布流包液位的分段函数中选取多个采样点，并对每对相邻的采样点使用插值法进行
一次拟合，得到布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数。其中，插值法采样点的选
择可以遵循以下原则：首先，采样点需包含各个棱台结构的相交点，以避免在之后步骤的计
算中出现局部误差过大的问题，其次，采样点数量不应过少或过多，采样点过少，一次近似
拟合函数的误差过大；采样点过多，会占用计算机设备中过多的内存，影响数据处理速度，
因此采样点数量应在10～30个之间为宜，最后，采样点选择应尽量均匀，以保证每一段函数
的曲线误差可控，不会出现突变。采样点选取完毕之后，可以将选取的采样点输入到布流包
体积关于布流包液位的分段函数中，得到每个采样点液位高度对应的钢液重量，然后使用
插值法得到布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数，最后，对布流包体积关于布
流包液位的一次近似拟合函数求取反函数，即可得到布流包液位关于布流包体积的一次分
段函数。

[0041] 在本实施例中，计算机设备也可以通过其他方式求取出布流包体积关于布流包液位的分段函数和布流包液位关于布流包体积的一次分段函数，本实施例在此不做具体限
定。

[0042] 103、根据布流包内的钢液温度和布流包内的钢液净重，得到布流包内的钢液体积，并将布流包内的钢液体积输入到布流包液位关于布流包体积的一次分段函数中，得到
布流包内的近似钢液液位。

[0043] 具体的，计算机设备可以根据采集到的钢液温度与钢液净重，计算出当前布流包内钢液的实际体积，并将求取出的布流包内的钢液体积输入到布流包液位关于布流包体积
的一次分段函数中，得到当前布流包内的近似液位高度。其中，在将钢液净重转化为钢液体
积时，所用到的钢液密度需要根据布流包连续测温所检测到的钢液温度进行补偿，并得到
补偿后的钢液密度，然后再根据布流包内的钢液净重和补偿后的钢液密度，得到布流包内
的钢液体积。

[0044] 104、将布流包内的近似钢液液位输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中进行逐级收敛逼近计算，得到布流包内的钢液液位。

[0045] 具体的，计算机设备可以将布流包内的近似钢液液位输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中，并进行逐级收敛逼近，得到满足误差要求的布流包内的钢液液位高
度。在这个过程中，可以首先以布流包的近似钢液液位值作为基点，在布流包的近似钢液液
位值的左右各选取一个相同步长的液位值，得到三个近似钢液液位值，然后将三个近似钢
液液位值分别输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中，得到三个近似钢液液位值
对应的布流包内的钢液体积，继而分别计算三个近似钢液液位值对应的布流包内的钢液体
积与布流包体积的误差绝对值，并分别判断三个误差绝对值是否在预设误差范围内，若误
差绝对值在预设误差范围内，则输出在预设误差范围内的近似钢液液位值作为布流包内的
钢液液位，若误差绝对值不在预设误差范围内，则将绝对误差最小的近似钢液液位值作为
基点，并缩短液位值的选取步长，重复上述四个步骤的操作，直至选取的近似钢液液位值对
应的误差绝对值在预设范围内，则输出满足误差要求的布流包内的钢液液位高度。在本实
施例中，也可以将得到的布流包内的钢液液位用于人机交互界面的显示或系统中其他控制
逻辑的控制参数。

[0046] 本实施例提供的薄带连铸布流包液位检测方法，首先通过布流包内的内部尺寸结构，得到布流包液位和布流包体积的关系函数模型，然后通过布流包内的钢液温度和钢液
净重，得到布流包内的钢液体积，最后通过布流包内的钢液体积和布流包液位和布流包体
积的关系函数模型，得到高精度、高分辨率的布流包内的钢液液位。上述方法无需借助液位
传感器或其他液位测量设备，降低了液位测量的难度和成本，且能够有效的提高薄带连铸
布流包液位的测量精度，此外，上述方法只需占用较少的控制器内存，降低了控制器的数据
处理负担。上述方法能够有效增进布流包钢液流量控制稳定性，从源头上稳定铸机生产节
奏，控制产品质量。

[0047] 进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例的实施过程，提供了薄带连铸布流包液位检测方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

[0048] 201、获取布流包的总重量、布流包的内部尺寸结构以及布流包内的钢液温度，并对所述布流包的总重量进行去皮称重操作，得到布流包内的钢液净重。

[0049] 具体的，计算机设备可以利用轨道衡传感器和连续测温装置等检测元件，获取布流包的总重量和布流包内的钢液温度，并将获取到的上述数据传入到自动化系统中的PLC
控制器等数据处理模块中进行计算。在本实施例中，自动化系统可以包含PLC控制器、人机
交互界面(HMI)，轨道衡称重传感器以及布流包连续测温装置等多种外部仪表和检测元件。
其中，PLC控制器负责进行数据采集与逻辑运算，人机交互界面负责显示数据和输入去皮称
重等命令，外部仪表与检测元件负责采集布流包的总重量和布流包内的钢液温度等各项参
数。

[0050] 进一步的，在获取到布流包的总重量之后，还需要对布流包的总重量进行去皮称重操作，以得到布流包内的钢液净重。具体的，对布流包的总重量进行去皮称重操作的时机
非常重要，在本实施例中，可以选择在布流包处于浇铸位且稳定时，大包开浇之前，且无干
扰称重因素存在时，对布流包的总重量进行去皮称重操作。在进行去皮称重操作时，可以利
用轨道衡传感器测得的总重量减去布流包自身重量，再减去中包浇灌影响量和中包浇铸冲
击干扰量，得到布流包内的钢液净重。在本实施例中，去皮称重的命令可以通过计算机设备
的输入设备输入，也可以通过设定的程序自动输入。

[0051] 在本实施例中，在有外力因素如布流包剐蹭设备等情况导致布流包称重受到干扰时，布流包的总重量的去皮称重操作无效，同时可以通过人机交互界面发出报警信号，提示
操作人员做出相应的处理，干扰特征主要包括如下两种情形：其一是如果布流包称重在单
个采样周期内变化量过大，且变化持续一段时间不恢复，则判定为外力暂时性影响，需技术
人员对外力进行清理；其二是如果布流包称重以一定速率线性增大或减小，或以正弦规律
震荡，则可判定为剐蹭设备，需操作人员微调布流包位置。其中，两种干扰方式的特性曲线
如图3和图4所示。

[0052] 在本实施例中，也可以通过简化模型得到布流包内的钢液净重，简化模型的建立方法如下：

[0053] 中包每秒向布流包浇灌流量为：

[0054] Q＝v·L·Th·ρh

[0055] 其中，Q为秒流量，单位Kg/s(如无特殊说明，下文所有参数均采用国际单位制，单位不再单独标出)，v为铸辊线速度，L为实际钢带宽度，Th为实际钢带厚度，ρh为多功能仪检
测钢带厚度位置的实际钢带密度；

[0056] 视钢液从中包至布流包时，中包水口中是充满钢液的，则钢液流向布流包时的速度为：

[0057]

[0058] 其中，vh为钢液流动速度，Sh为中包水口的最小通钢面积，其计算方式为；

[0059]

[0060] 其中，Rh为中包水口最小内径。

[0061] 视每秒钟自中包流下的总质量为Q的钢液，在1s内垂直向下的速度由vh均匀减少到0，则可求得钢液受到的作用力为：

[0062] F＝Q·vh

[0063] 根据牛顿第三定律，布流包受到钢液的冲击力与钢液受到的减速的力相等，也为F，因此中包浇灌对于布流包称重的影响量为F/g，g为重力加速度，因此，在计算布流包净重
时，将去皮后净重M减去F/g，即可得到更加精确的布流包净重m，整体关系如下：

[0064]

[0065] 202、根据布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数。

[0066] 具体的，计算机设备可以根据布流包的内部尺寸结构，计算出布流包体积关于布流包液位的分段函数，其中，布流包的内部结构较为复杂，因此，在计算布流包体积关于布
流包液位的分段函数时，可以首先将布流包的内部结构分解为若干个棱台结构的组合，以
在最大程度上减少计算误差，以及降低计算难度，然后对每个棱台结构分别计算体积，最后
将每个棱台结构的体积组合成布流包体积关于布流包液位的分段函数。

[0067] 在本实施例中，布流包体积关于布流包液位的分段函数可以通过如下方式进行表示.。

[0068]

[0069] 其中，V为布流包内钢液的体积；V0为稳流器以及缓冲区的容纳钢水体积，钢液填充此区域时，水口上方无钢液，布流包液位视为0；将布流包内部其余空间分解为若干个棱
台结构上下叠加，由下向上计数，S0为第一个棱台结构的下底面积，S1为第一个棱台结构的
上底面积与第二个棱台结构的下表面积，以此类推，Sn‑1为第n‑1个棱台结构的上表面积以
及第n个棱台结构的下表面积；Sh为液位高度为h时，布流包内钢液的上表面积； 计
算的是前n‑1个棱台结构以及缓冲区的总体积；h为布流包内液位高度，即当前钢液表面距
离布流包上水口的距离；h1、h2…hn分别为每个棱台结构上表面距离布流包上水口的距离。

[0070] 根据现场测绘或CAD图纸线性标注的信息可以获得的各棱台结构的外部尺寸，由此可以计算出V0、S1、S2…Sn‑1、Sn的值，其中，Sh可以使用以下公式计算：

[0071]

[0072] 其中，an‑1、bn‑1为第n个棱台结构下表面的两个边长，an、bn为第n个棱台结构上表面的两个边长，an‑1与bn‑1相对应，an与bn相对应，布流包体积关于布流包液位的分段函数的曲
线示意如图5所示。

[0073] 203、在布流包体积关于布流包液位的分段函数中选取多个采样点，并对每对相邻的采样点使用插值法进行一次拟合，得到布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函
数。

[0074] 具体的，在得到布流包体积关于布流包液位的分段函数之后，计算机设备可以在布流包体积关于布流包液位的分段函数中选取多个采样点，并对每对相邻的采样点使用插
值法进行一次拟合，得到布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数。其中，插值法采
样点的选择可以遵循以下原则：首先，采样点需包含各个棱台结构的相交点，以避免在之后
步骤的计算中出现局部误差过大的问题，其次，采样点数量不应过少或过多，采样点过少，
一次近似拟合函数的误差过大；采样点过多，会占用计算机设备中过多的内存，影响数据处
理速度，因此采样点数量应在10～30个之间为宜，最后，采样点选择应尽量均匀，以保证每
一段函数的曲线误差可控，不会出现突变。采样点选取完毕之后，可以将选取的采样点输入
到布流包体积关于布流包液位的分段函数中，得到每个采样点液位高度对应的钢液重量，
然后使用插值法得到布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数。

[0075] 在本实施例中，布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数可以通过如下方式进行表示：

[0076]

[0077] 其中，c1、c2…cn为采样点的液位高度，d1、d2…dn为每个采样点的钢液体积，Vappr为计算出的钢液近似体积，布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数的曲线示意如图
6所示。

[0078] 204、求取布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数的反函数，得到布流包液位关于布流包体积的一次分段函数。

[0079] 具体的，计算机设备可以对上一步骤中得到的布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数求取反函数，得到布流包液位关于布流包体积的一次分段函数。

[0080] 在本实施例中，布流包液位关于布流包体积的一次分段函数可以通过如下方式进行表示：

[0081]

[0082] 其中，布流包液位关于布流包体积的一次分段函数的曲线示意如图7所示。

[0083] 205、根据布流包内的钢液温度和所述布流包内的钢液净重，得到布流包内的钢液体积。

[0084] 具体的，计算机设备可以根据采集到的钢液温度与钢液净重，计算出当前布流包内钢液的实际体积。其中，在将钢液净重转化为钢液体积时，所用到的钢液密度需要根据布
流包连续测温所检测到的钢液温度进行补偿，并得到补偿后的钢液密度，然后再根据布流
包内的钢液净重和补偿后的钢液密度，得到布流包内的钢液体积。

[0085] 在本实施例中，钢液密度的补偿算法为：

[0086]

[0087] 其中，ρ为所使用的钢液密度，T为布流包连续测温所检测到的钢液温度，k为针对不同钢种的调整系数，对于Q235钢种，k值为1。

[0088] 进一步的，通过体积公式Vact＝m/ρ，即可得到布流包内的钢液体积，其中，Vact为布流包内实际钢液体积，m为布流包内的钢液净重，ρ为补偿后的钢液密度。

[0089] 206、将布流包内的钢液体积输入到布流包液位关于布流包体积的一次分段函数中，得到布流包内的近似钢液液位。

[0090] 具体的，在得到布流包内的钢液体积之后，计算机设备可以将布流包内的钢液体积输入到布流包液位关于布流包体积的一次分段函数中，得到布流包内的近似钢液液位。

[0091] 207、将布流包内的近似钢液液位输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中进行逐级收敛逼近计算，得到布流包内的钢液液位。

[0092] 具体的，计算机设备可以将布流包内的近似钢液液位输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中，并进行逐级收敛逼近，得到满足误差要求的布流包内的钢液液位高
度。在这个过程中，可以首先以布流包的近似钢液液位值作为基点，在布流包的近似钢液液
位值的左右各选取一个相同步长的液位值，得到三个近似钢液液位值，然后将三个近似钢
液液位值分别输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中，得到三个近似钢液液位值
对应的布流包内的钢液体积，继而分别计算三个近似钢液液位值对应的布流包内的钢液体
积与布流包体积的误差绝对值，并分别判断三个误差绝对值是否在预设误差范围内，若误
差绝对值在预设误差范围内，则输出在预设误差范围内的近似钢液液位值作为布流包内的
钢液液位，若误差绝对值不在预设误差范围内，则将绝对误差最小的近似钢液液位值作为
基点，并缩短液位值的选取步长，重复上述四个步骤的操作，直至选取的近似钢液液位值对
应的误差绝对值在预设范围内，则输出满足误差要求的布流包内的钢液液位高度。在本实
施例中，也可以将得到的布流包内的钢液液位用于人机交互界面的显示或系统中其他控制
逻辑的控制参数。

[0093] 在本实施例中，对布流包内的近似钢液液位进行逐级收敛逼近计算的具体方法为：

[0094] (1)在布流包内的近似钢液液位值f3(Vact)的附近取两个数据点f3(Vact)‑e1和f3(Vact)+e1，其中，e为第一步逼近的步长；

[0095] (2)将这三个数据点分别输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中，得到三个液位高度下对应的布流包内的钢液体积。

[0096] f1(f3(Vact)‑e1)

[0097] f1(f3(Vact))

[0098] f1(f3(Vact)+e1)；

[0099] (3)计算三个值对应的布流包内的钢液体积与实际体积Vact之间的误差绝对值：

[0100] |Vact‑f1(f3(Vact)‑e1)|

[0101] |Vact‑f1(f3(Vact))|

[0102] |Vact‑f1(f3(Vact)+e1)|；

[0103] (4)寻找到三个误差值中的最小值：

[0104] min{|Vact‑f1(f3(Vact)‑e1)|，|Vact‑f1(f3(Vact))|，|Vact‑f1(f3(Vact)+e1)|}；

[0105] (5)由于f1(h)为单调递增函数，因此上一步中误差最小值所对应的点即为更接近真实液位的点。设此点为P1，此时判断P1点的体积误差是否满足体积误差要求，如满足，则直
接将P1数据点作为布流包内的钢液液位值输出；

[0106] (6)若误差不满足要求，则以P1点为基点，再取两个数据点P1‑e2、P1+e2，其中e2为第二步逼近的步长，e2＜e1，并返回第(2)步进行计算，以此类推，在每一轮的计算中，步长en都
进行收敛，直至在第(5)步计算中求出符合体积误差要求的液位高度点Pn，并将Pn作为布流
包内的钢液液位值输出，或用于人机交互界面的显示以及铸机系统其他控制逻辑使用。

[0107] 其中，布流包内的近似钢液液位的收敛逼近示意如图8所示。

[0108] 本实施例提供的薄带连铸布流包液位检测方法，首先通过布流包内的内部尺寸结构，得到布流包液位和布流包体积的关系函数模型，然后通过布流包内的钢液温度和钢液
净重，得到布流包内的钢液体积，最后通过布流包内的钢液体积和布流包液位和布流包体
积的关系函数模型，得到高精度、高分辨率的布流包内的钢液液位。上述方法无需借助液位
传感器或其他液位测量设备，降低了液位测量的难度和成本，且能够有效的提高薄带连铸
布流包液位的测量精度，此外，上述方法只需占用较少的控制器内存，降低了控制器的数据
处理负担。上述方法能够有效增进布流包钢液流量控制稳定性，从源头上稳定铸机生产节
奏，控制产品质量。

[0109] 进一步的，作为上述两个实施例的具体描述，下面将结合具体数据对薄带连铸布流包液位检测方法进行详细说明。

[0110] 本实施例所提及的布流包的内部尺寸结构如图9至图11所示。其中，布流包内的涉及的各项参数如下：a0＝0.11m、a1＝0.19m、a2＝0.56m、a3＝1.4m；b0＝0.72m、b1＝0.8m、b2＝
3
0.92m、b3＝1m；h1＝0.2m、h2＝0.5m、h3＝0.7m；缓冲区体积为V0＝0.1512m ；布流包内的钢液
净重为1200kG；当前铸辊拉速为1m/s，实际带厚为0.0016m，带钢宽度为1.5m；多功能仪检测
3
带钢厚度位置带钢密度为7550kG/m ；中包水口最小内径为0.04m；钢种为Q235B，布流包内
3
钢液温度为1550℃；最大允许计算体积误差为0.00004m。根据以上条件，得到布流包内实
际液位高度的具体方法如下：

[0111] 首先，对布流包的总重量进行去皮称重操作，得到布流包内的钢液净重：

[0112]

[0113] 然后，根据布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数：

[0114] S0＝0.0792m2；S1＝0.152m2；S2＝0.5152m2；S3＝1.4m2；

[0115]

[0116]

[0117] 在布流包体积关于布流包液位的分段函数中均匀的选取14个采样点，其中，选取的采样点包括由布流包的内部结构分解为的每个棱台结构的相交点：

[0118]

[0119]

[0120] 对每对相邻的采样点使用插值法进行一次拟合，得到布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数：

[0121]

[0122] 求取布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数的反函数，得到布流包液位关于布流包体积的一次分段函数：

[0123]

[0124] 根据布流包的钢液温度对布流包内的钢液密度进行补偿，得到补偿后的钢液密度：

[0125]

[0126] 根据布流包内的钢液净重和补偿后的钢液密度，得到布流包内的钢液体积，并将得到的布流包内的钢液体积输入到布流包液位关于布流包体积的一次分段函数中，得到布
3
流包内的近似钢液液位，其中，布流包内的钢液体积为1196.47/7108＝0.16833m ，布流包
内的近似钢液液位为0.16m。

[0127] 将布流包内的近似钢液液位0.16输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中进行逐级收敛逼近计算，得到布流包内的钢液液位，其中，第一轮步长为0.002m，得到三
个近似钢液液位值对应的布流包内的钢液体积以及三个近似钢液液位值对应的布流包内
的钢液体积与布流包体积的误差绝对值分别为：

[0128] f1(0.158)＝0.16797m3

[0129] f1(0.16)＝0.16824m3

[0130] f1(0.162)＝0.16797m3

[0131] |Vact‑f1(0.158)|＝|0.16833‑0.16797|＝0.00036m3

[0132] |Vact‑f1(0.16)|＝|0.16833‑0.16824|＝0.00009m3

[0133] |Vact‑f1(0.162)|＝|0.16833‑0.16851|＝0.00018m3

[0134] min{|Vact‑f1(0.158)|，|Vact‑f1(0.16)|，|Vact‑f1(0.162)|}＞0.00004

[0135] 第一轮收敛逼近未能得到符合预设误差范围内的结果，进入第二轮收敛逼近，第二轮依然以0.16为基点，步长为0.001m：

[0136] f1(0.159)＝0.16811m3

[0137] f1(0.16)＝0.16824m3

[0138] f1(0.161)＝0.16838m3

[0139] |Vact‑f1(0.159)|＝|0.16833‑0.16811|＝0.00022m3

[0140] |Vact‑f1(0.16)|＝|0.16833‑0.16824|＝0.00009m3

[0141] |Vact‑f1(0.161)|＝|0.16833‑0.16838|＝0.00005m3

[0142] min{|Vact‑f1(0.159)|，|Vact‑f1(0.16)|，|Vact‑f1(0.161)|}＞0.00004

[0143] 第二轮收敛逼近未能得到符合预设误差范围内的结果，进入第三轮收敛逼近，第三轮以0.161为基点，步长为0.0005m：

[0144] f1(0.1605)＝0.16831m3

[0145] f1(0.161)＝0.16838m3

[0146] f1(0.1615)＝0.16845m3

[0147] |Vact‑f1(0.1605)|＝|0.16833‑0.16831|＝0.00002m3

[0148] |Vact‑f1(0.161)|＝|0.16833‑0.16838|＝0.00005m3

[0149] |Vact‑f1(0.1615)|＝|0.16833‑0.16845|＝0.00012m3

[0150] min{|Vact‑f1(0.1605)|，|Vact‑f1(0.161)|，|Vact‑f1(0.1615)1}＜0.00004

[0151] 第三轮逼近收敛得出的结果满足误差要求，最终得到布流包内的钢液液位为0.1605m。

[0152] 在本实施例中，也可以继续对此结果继续进行收敛逼近，最终结果会接近于0.16062m，0.1605m的计算结果与此数值误差为0.00012m，即0.12mm，此误差完全可以满足
布流包流量高精度控制的需求。

[0153] 进一步的，作为图1、图2所示方法的具体实现，本实施例提供了一种薄带连铸布流包液位检测装置，如图12所示，该装置包括：数据获取模块31、数据处理模块32、数据输出模
块33。

[0154] 数据获取模块31，可用于获取布流包的总重量、布流包的内部尺寸结构以及布流包内的钢液温度，并对布流包的总重量进行去皮称重操作，得到布流包内的钢液净重；

[0155] 数据处理模块32，可用于根据布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数和布流包液位关于布流包体积的一次分段函数；

[0156] 所述数据处理模块32，还可用于根据布流包内的钢液温度和布流包内的钢液净重，得到布流包内的钢液体积，并将布流包内的钢液体积输入到布流包液位关于布流包体
积的一次分段函数，得到布流包内的近似钢液液位；

[0157] 数据输出模块33，可用于将布流包内的近似钢液液位输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中进行逐级收敛逼近计算，得到布流包内的钢液液位。

[0158] 在具体的应用场景中，数据获取模块31，具体可用于获取布流包的净重量、中包浇灌影响量和中包浇铸冲击干扰量；根据布流包的净重量、中包浇灌影响量和中包浇铸冲击
干扰量，得到布流包的净重总量；当布流包处于浇铸位且稳定时，在大包开浇之前，且未检
测到称重异常信号时，读取布流包的总重量；根据布流包的总重量和布流包的净重总量的
差值，得到布流包内的钢液净重。

[0159] 在具体的应用场景中，数据获取模块31，具体还可用于若布流包在去皮称重操作的过程中的单个采样周期内的重量变化值超过预定范围，且重量变化值在预定时间段内未
恢复，则发出称重异常信号；和/或若布流包在去皮称重操作的过程中的重量值出现线性增
大或减小，或以正弦规律震荡，则发出称重异常信号。

[0160] 在具体的应用场景中，数据获取模块31，具体还可用于若在去皮称重操作的过程中检测到称重异常信号，则取消去皮称重操作，并发出报警信号。

[0161] 在具体的应用场景中，数据处理模块32，具体可用于根据布流包的内部尺寸结构，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数；在布流包体积关于布流包液位的分段函数中
选取多个采样点，并对每对相邻的采样点使用插值法进行一次拟合，得到布流包体积关于
布流包液位的一次近似拟合函数；求取布流包体积关于布流包液位的一次近似拟合函数的
反函数，得到布流包液位关于布流包体积的一次分段函数。

[0162] 在具体的应用场景中，数据处理模块32，具体还可用于将布流包的内部结构分解为若干个棱台结构的组合，并根据布流包的内部尺寸得到每个棱台结构的体积；对每个棱
台结构的体积进行组合，得到布流包体积关于布流包液位的分段函数。

[0163] 在具体的应用场景中，数据处理模块32，具体还可用于在布流包体积关于布流包液位的分段函数中均匀的选取10～30个采样点，其中，选取的采样点包括由布流包的内部
结构分解为的每个棱台结构的相交点。

[0164] 在具体的应用场景中，数据处理模块32，具体还可用于将选取的采样点输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数中，得到每个采样点液位高度对应的钢液重量；对每
个采样点液位高度对应的钢液重量使用插值法，得到布流包体积关于布流包液位的一次近
似拟合函数。

[0165] 在具体的应用场景中，数据处理模块32，具体还可用于根据布流包的钢液温度对布流包内的钢液密度进行补偿，得到补偿后的钢液密度；根据布流包内的钢液净重和补偿
后的钢液密度，得到布流包内的钢液体积。

[0166] 在具体的应用场景中，数据输出模块33，具体可用于以布流包的近似钢液液位值作为基点，在布流包的近似钢液液位值的左右各选取一个相同步长的液位值，得到三个近
似钢液液位值；将三个近似钢液液位值分别输入到布流包体积关于布流包液位的分段函数
中，得到三个近似钢液液位值对应的布流包内的钢液体积；分别计算三个近似钢液液位值
对应的布流包内的钢液体积与布流包体积的误差绝对值，并分别判断三个误差绝对值是否
在预设误差范围内；若误差绝对值在预设误差范围内，则输出在预设误差范围内的近似钢
液液位值作为布流包内的钢液液位；若误差绝对值不在预设误差范围内，则将绝对误差最
小的近似钢液液位值作为基点，缩短液位值的选取步长，并重复上述四个步骤的操作，直至
选取的近似钢液液位值对应的误差绝对值在预设范围内。

[0167] 需要说明的是，本实施例提供的一种薄带连铸布流包液位检测装置所涉及各功能单元的其它相应描述，可以参考图1、图2中的对应描述，在此不再赘述。

[0168] 基于上述如图1、图2所示方法，相应的，本实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述如图1、图2所示的薄带连铸布流包液位
检测方法。

[0169] 基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该待识别软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD‑ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若
干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申
请各个实施场景所述的方法。

[0170] 基于上述如图1、图2所示的方法，以及图12所示的薄带连铸布流包液位检测装置实施例，为了实现上述目的，本实施例还提供了一种薄带连铸布流包液位检测的实体设备，
具体可以为个人计算机、服务器、智能手机、平板电脑、智能手表、或者其它网络设备等，该
实体设备包括存储介质和处理器；存储介质，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算
机程序以实现上述如图1、图2所示的方法。

[0171] 可选的，该实体设备还可以包括用户接口、网络接口、摄像头、射频(Radio Frequency，RF)电路，传感器、音频电路、WI‑FI模块等等。用户接口可以包括显示屏
(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)等，可选用户接口还可以包括USB接口、读卡器接
口等。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI‑FI接口)等。

[0172] 本领域技术人员可以理解，本实施例提供的一种薄带连铸布流包液位检测的实体设备结构并不构成对该实体设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，
或者不同的部件布置。

[0173] 存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是管理上述实体设备硬件和待识别软件资源的程序，支持信息处理程序以及其它待识别软件和/或程序的运行。
网络通信模块用于实现存储介质内部各组件之间的通信，以及与信息处理实体设备中其它
硬件和软件之间通信。

[0174] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技
术方案，首先通过布流包内的内部尺寸结构，得到布流包液位和布流包体积的关系函数模
型，然后通过布流包内的钢液温度和钢液净重，得到布流包内的钢液体积，最后通过布流包
内的钢液体积和布流包液位和布流包体积的关系函数模型，得到高精度、高分辨率的布流
包内的钢液液位。与现有技术相比，上述方法无需借助液位传感器或其他液位测量设备，降
低了液位测量的难度和成本，且能够有效的提高薄带连铸布流包液位的测量精度，此外，上
述方法只需占用较少的控制器内存，降低了控制器的数据处理负担。上述方法能够有效增
进布流包钢液流量控制稳定性，从源头上稳定铸机生产节奏，控制产品质量。

[0175] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模
块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于
本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一
步拆分成多个子模块。

[0176] 上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都
应落入本申请的保护范围。