[發明專利]在線檢測連鑄坯固相內邊界及凝固末端位置的系統和方法

有效

• 申請號: 201110361942.9
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102500747A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 田志恒;田立;田陸
• 申請（專利權）人: 田志恒
• 主分類號: B22D11/16
• 分類號: B22D11/16
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;余剛

技術領域

本發明涉及煉鋼連鑄領域，特別涉及一種在線檢測連鑄坯固相內邊界及凝固末端位置的系統和方法。

背景技術

在連鑄生產過程中，為了減輕連鑄坯中心偏析，消除中心疏松和裂紋等缺陷，通常采用輕壓下技術，即在輥縫收縮的基礎上對凝固末期的連鑄坯進行輕微壓下，阻止連鑄坯內部收縮空隙的形成，補償最后凝固階段的收縮，改善鑄坯內部質量，如提高鋼材的延展性能、焊接性能、抗裂紋能力等。

準確檢測出連鑄坯固相內邊界和凝固末端位置是實施輕壓下的前提，否則就不能準確地確定輕壓下的壓下量和壓下區間，若壓下量小，對于中心偏析和中心疏松改善不明顯；若壓下量大則會使連鑄坯內裂的傾向加劇，甚至可能出現壓下輥損壞的情況。

此外壓下區間不準也會出現類似情況，若壓下區間確定在凝固末端位置后面，連鑄坯在使用輕壓下前中心偏析等缺陷已經形成，由于連鑄坯中不再存在液態金屬，此時實施輕壓下只會使金屬產生塑性變形產生裂紋而不能改善連鑄坯中已經形成的中心偏析；相反，若壓下區間確定在凝固末端位置前面，連鑄坯還是會形成中心偏析和中心疏松等缺陷。因此，準確檢測出連鑄坯固相內邊界和凝固末端位置具有十分重要的作用。

通常人們用連鑄坯凝固傳熱模型來檢測連鑄坯的凝固末端，并通過一系列的實驗方法來修正模型，傳統的實驗方法有漏鋼法、同位素法和射釘法。

漏鋼法是根據漏鋼連鑄坯殼厚度來確定凝固系數，其缺點是坯殼厚度受鋼水沖刷不準確而且漏鋼危險性大；同位素法是從結晶器加入相關放射性同位素，然后解剖連鑄坯測量同位素的分布來確定凝固系數，其缺點是浪費鋼坯嚴重，工作量大并存在放射性輻射；射釘法是用含有FeS的鋼釘射入鑄坯，根據鋼釘熔化情況及S的分布來確定凝固系數，其缺點是浪費鋼坯嚴重，工作量大。

由于漏鋼法、同位素法和射釘法都不能連續在線檢測再加上每一次實驗成本大、周期長、工作量大原因不可能做所有的鋼種在不同工藝條件下的實驗，所以現有的凝固傳熱模型和液芯控制模型(Liquid?Pool?Control，簡稱LPC)、鑄坯錐度自動控制模型(Automatic?Strand?Taper/Thickness?Control，簡稱ASTC)仍受拉速、鋼種和溫度等因素變化使得計算的連鑄坯的凝固末端與實際的有較大的差入，對連鑄坯的質量改善有限，滿足不了高效連鑄的要求而被電磁超聲技術所取代。

所謂電磁超聲技術是利用電磁超聲波傳感器(Electromagnetic?Acoustic?Transducer，簡稱EMAT)發射電磁超聲波并使其透過連鑄坯，信號處理單元再根據電磁超聲波的傳播時間和衰減幅度來判定連鑄坯的凝固狀態。目前有很多利用電磁超聲技術來檢測連鑄坯凝固末端的技術方案。

日本專利JP52-130422利用電磁超聲橫波傳感器對連鑄坯投射電磁超聲橫波，并利用電磁超聲橫波不能透過液相的原理來判斷連鑄坯的完全凝固狀態。然而，透過連鑄坯的電磁超聲波橫波的信號發生了減弱或消失并不能就唯一判定鑄件中存在殘留熔融金屬，因為還存在其它的導致信號發生減弱或消失的因素。

日本專利JP62-148850使用能同時產生電磁超聲縱波和電磁超聲橫波的電磁超聲波傳感器，根據接收器接收到的透過連鑄坯的電磁超聲波信號波形，計算電磁超聲橫波透過波的振幅(Al)與電磁超聲縱波透過波的振幅(At)的比At/Al來判定鑄件中存在殘留熔融金屬以及連鑄坯升離的變動和傳感器異常，該方案中的鐵芯為“E”型，體積龐大，在有限的扇形段輥子之間的狹小間隙里很難適應。

日本專利JP10-197502測定鑄件中的超聲橫波的共振頻率，根據該共振頻率求得鑄件固相內率。

日本專利JP2000-266730公開了一種通過相關運算提高S/N(信噪比)的方法：使用從規定脈寬內的頻率、振幅、相位中選擇至少一個進行調制后的脈沖串狀發送信號，并使用和該發送信號相同或類似波形的參照信號，對接收信號進行相關運算。該方法中，接收信號和發送信號的相關高，噪聲和發送信號的相關低。

美國專利US2007102134A1公開了電磁超聲波傳感器在連鑄坯寬度方向具有3個以上的磁極，具有卷繞在內側磁極周圍配置的縱波用線圈和與磁極面重疊配置的橫波用線圈，該方案不能有效利用朝向鑄造方向的水平磁場，使靈敏度下降，雖采用適當措施來防止靈敏度下降，但效果有限。