專利名稱：連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置的制作方法
連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于金屬鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè) 方法及檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
在板坯連鑄技術(shù)領(lǐng)域中，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和鋼鐵行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇， 鑄坯質(zhì)量問題已逐漸上升為連鑄生產(chǎn)的關(guān)鍵性限制因素，越發(fā)受到用戶和廠家的重視，特 別是在生產(chǎn)高品質(zhì)鋼和特殊用途鋼時(shí)，對(duì)連鑄坯質(zhì)量提出了更高的要求。
在連鑄技術(shù)中，鋼液在結(jié)晶器內(nèi)部受到冷卻并形成一定厚度的凝固坯殼，出了結(jié) 晶器后，鑄坯內(nèi)部還處于液態(tài)，形成一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的液芯。在二冷階段鑄坯受到二次冷卻，凝固 坯殼逐漸變厚，直到鑄坯芯部完全凝固。連鑄過程也就是鑄坯液芯逐步凝固的過程，因此連 鑄坯固相率和凝固末端位置不僅是連鑄設(shè)備設(shè)計(jì)與連鑄工藝參數(shù)確定等前期設(shè)計(jì)計(jì)算階 段最主要的依據(jù)之一，同時(shí)也是實(shí)際生產(chǎn)過程中，作為連鑄控制、設(shè)備能力考核、鑄坯內(nèi)部 組織結(jié)構(gòu)和質(zhì)量控制、乃至澆鑄新鋼種工藝規(guī)范的合理制度等方面主要參數(shù)之一。
長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外的主要鋼鐵企業(yè)，相關(guān)研究院所和高校等科技工作者對(duì)如何在 理論上和實(shí)際中準(zhǔn)確確定連鑄坯固相率及凝固末端位置都進(jìn)行了大量的研究與探索，開發(fā) 了各種理論計(jì)算模型或?qū)嶋H測(cè)量方法，常用的方法有傳熱模型法、射釘法、鋼水靜壓力法 和電磁超聲波法。
公開號(hào)為CN101187812A的中國(guó)專利開了一種連鑄坯二次冷卻動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，該 發(fā)明采用傳熱模型法，根據(jù)不同鋼種的特性、溫度、配水以及鑄機(jī)參數(shù)，理論模擬凝固過程， 確定液芯凝固末端位置，并在此基礎(chǔ)上動(dòng)態(tài)跟蹤和顯示二冷區(qū)鑄坯的溫度場(chǎng)和凝固末端的 位置。由于數(shù)學(xué)模型都是在針對(duì)實(shí)際情況作出大量簡(jiǎn)化假設(shè)的前提下進(jìn)行推導(dǎo)的，特別是 針對(duì)板坯連鑄這一極其復(fù)雜的冶金過程。傳熱模型法是理想化的推導(dǎo)，無(wú)法全面考慮整個(gè) 過程中所有的影響因素，如a)堵塞或缺少噴嘴；b)不帶測(cè)量誤差和測(cè)量公差的實(shí)際過熱溫 度；c)輥?zhàn)右驅(qū)α髟斐傻睦鋮s效果；c)實(shí)際澆鑄鋼種的熱性能，因此傳熱模型中不可能全 面地考慮到影響連鑄過程的眾多影響因素，特別是對(duì)于可能出現(xiàn)的異常情況，數(shù)學(xué)模型的 仿真精度則會(huì)大打折扣。
文獻(xiàn)《基于射釘法的連鑄板坯液芯測(cè)量》(鐳目公司北京研究所田陸、詹志偉、江 兵、楊建桃、陳陶祖)中公開了一種射釘檢測(cè)鑄坯液芯的方法，用含有S的鋼釘射入鋼坯，根 據(jù)鋼釘熔化情況以及S的分布來(lái)確定液芯凝固末端位置。射釘法是一種離線測(cè)量方法，其 檢測(cè)周期長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)時(shí)反饋測(cè)量結(jié)果，且為破壞式檢測(cè)，造成鋼坯浪費(fèi)，因而不可能檢測(cè)不 同鋼種在不同工藝條件下的鑄坯液芯。
公開號(hào)為CN101920323A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種基于壓力反饋檢測(cè)鑄坯凝固 液芯末端的動(dòng)態(tài)輕壓下方法，該專利申請(qǐng)通過扇形段輥縫收縮時(shí)油缸壓力變化檢測(cè)連鑄坯 凝固末端；公開號(hào)為CN101890488A的中國(guó)專利申請(qǐng)中公開了一種連鑄坯液芯凝固末端位 置的確定方法，該發(fā)明在連鑄機(jī)扇形段框架和夾緊油缸的連接處設(shè)置測(cè)力傳感器，通過拉速變化時(shí)扇形段入口與出口壓力的突變比較確定連鑄坯凝固末端。此類方法由于鑄坯壓力需要平均分配到每根鑄輥上，雖然能夠大致判斷出鑄坯凝固末端所在位置，但是無(wú)法檢測(cè)連鑄坯的固相率。
公開號(hào)為CN102500747A的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種利用電磁超聲技術(shù)來(lái)檢測(cè)連鑄坯凝固末端的技術(shù)方案，由于S/N低、精度差和損壞鋼坯質(zhì)量，以及不能擴(kuò)大電磁超聲波傳感器與連鑄坯的升離范圍且不能穩(wěn)定地長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量等諸多問題，利用電磁超聲波技術(shù)來(lái)檢測(cè)連鑄坯凝固末端的技術(shù)沒有一例成功應(yīng)用于實(shí)踐的報(bào)道。
有鑒于此，本發(fā)明旨在探索一種連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置，該連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法能夠?qū)B鑄坯進(jìn)行無(wú)損在線測(cè)量，并可提高連鑄坯固相率的檢測(cè)精度和凝固末端位置的定位精度。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法及檢測(cè)裝置，該連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法能夠?qū)B鑄坯進(jìn)行無(wú)損在線測(cè)量，并可提高連鑄坯固相率的檢測(cè)精度和凝固末端位置的定位精度。
要實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明首先提出了一種連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，包括如下步驟1)向連鑄坯施加振蕩激勵(lì)，連鑄坯在振蕩激勵(lì)的作用下發(fā)生彈性變形；2)當(dāng)連鑄坯與振蕩激勵(lì)產(chǎn)生諧振后，測(cè)量連鑄坯彈性變形的應(yīng)變、振蕩激勵(lì)施加在連鑄坯上的應(yīng)力載荷和連鑄坯隨著振蕩激勵(lì)彈性變形的應(yīng)力/應(yīng)變相位差；3)計(jì)算連鑄坯的動(dòng)態(tài)模量；4)結(jié)合連鑄坯的固相率-動(dòng)態(tài)模量特性曲線，得到連鑄坯的固相率和凝固末端位置。
進(jìn)一步,所述振湯激勵(lì)的振湯中心定位在連鑄還的表面上。
進(jìn)一步，所述振蕩激勵(lì)包括三種振蕩模式1)動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描模式振蕩激勵(lì)的振幅和頻率均恒定不變；2)動(dòng)態(tài)應(yīng)力/應(yīng)變掃描模式振蕩激勵(lì)的頻率恒定，振幅按照設(shè)定變化規(guī)律變化；3)動(dòng)態(tài)頻率掃描模式振蕩激勵(lì)的振幅恒定，頻率按照設(shè)定變化規(guī)律變化。
進(jìn)一步，所述振蕩激勵(lì)的頻率為O. f 10Hz，振幅為O. f 1mm，且在測(cè)量過程中，振蕩激勵(lì)的頻率和振幅隨著設(shè)定的振蕩模式在線調(diào)整。
進(jìn)一步，所述動(dòng)態(tài)模量包括復(fù)合模量E*，儲(chǔ)能模量Γ、損耗模量E〃和損失因子Tg， 且E*=FT/XA, = E*cos δ , E"= E*sin δ , Tg=tanδ ；式中，F(xiàn)為振湯激勵(lì)施加在連鑄還上的應(yīng)力載荷；Χ為連鑄還與振湯激勵(lì)廣生諧振后的彈性變形的最大應(yīng)變；Τ為連鑄坯的厚度；Α為連鑄坯的檢測(cè)斷面面積；δ為連鑄坯彈性隨著振蕩激勵(lì)彈性變形的應(yīng)力/應(yīng)變相位差。
本發(fā)明還提出了一種適用于如上所述連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置，包括用于輸出振蕩激勵(lì)控制信號(hào)的振蕩控制器、安裝在連鑄裝置扇形段的上框架上的振蕩油缸、與振蕩油缸相連的振蕩框架和固定安裝在振蕩框架上 并與連鑄裝置扇形段的鑄輥并列設(shè)置的測(cè)量輥，所述振蕩控制器與振蕩油缸之間設(shè)有伺服閥，所述振蕩油缸上設(shè)有用于測(cè)量其振蕩幅度和輸出壓力的傳感器組，所述傳感器組與振蕩控制器之間設(shè)有用于向振蕩控制器反饋傳感器組測(cè)量數(shù)據(jù)的檢測(cè)模塊。
進(jìn)一步，所述振蕩油缸為兩個(gè)并分別固定安裝在連鑄裝置扇形段的上框架兩側(cè)， 所述振蕩框架的兩端分別與振蕩油缸相連。
進(jìn)一步，所述傳感器組包括用于測(cè)量所述振蕩油缸振蕩幅度的位置傳感器和用于 測(cè)量所述振蕩油缸輸出壓力的壓力傳感器，所述檢測(cè)模塊包括與所述位置傳感器一一對(duì)應(yīng) 設(shè)置的位置檢測(cè)模塊和與所述壓力傳感器一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的壓力檢測(cè)模塊。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，通過采用直接向連鑄坯施加振蕩激 勵(lì)，使連鑄坯發(fā)生彈性變形，進(jìn)而測(cè)量連鑄坯與振蕩激勵(lì)諧振后的最大應(yīng)變、施加在連鑄坯 上的應(yīng)力和應(yīng)力/應(yīng)變相位差，即可根據(jù)連鑄坯的固相率-動(dòng)態(tài)模量特性曲線得到連鑄坯 的固相率和凝固末端位置，因而本發(fā)明的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法是一種直接 采用測(cè)量的方式來(lái)測(cè)量連鑄坯的狀態(tài)，可以不受如傳熱模型法中的各個(gè)因素的影響，從而 顯著提高連鑄坯固相率及凝固末端檢測(cè)精度；本發(fā)明的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法通過采用低幅低頻的振蕩激勵(lì)來(lái)檢測(cè) 鑄坯的粘彈特性從而確定鑄坯的凝固狀態(tài)，理論與實(shí)踐證明，低幅低頻的振蕩激勵(lì)對(duì)鑄坯 質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生不良影響，故本發(fā)明的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法可以方便快捷地 進(jìn)行重復(fù)在線檢測(cè)，可以方便快捷地、多次重復(fù)地檢測(cè)不同鋼種在不同工藝條件下的凝固 狀態(tài)。
本發(fā)明的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法采用多種模式下的振蕩激勵(lì)，從而 確定鑄坯在不同檢測(cè)條件下的粘彈特性，確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性，檢測(cè)信號(hào)為連 鑄坯在不同固相率下的能量頻譜，包括動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描產(chǎn)生的固相率-時(shí)間譜(振幅、頻率恒 定)，動(dòng)態(tài)應(yīng)力/應(yīng)變掃描產(chǎn)生的固相率-幅值諳(頻率恒定，幅值變化)，動(dòng)態(tài)頻率掃描產(chǎn) 生的固相率-頻率譜(振幅恒定，頻率變化)，通過特征參數(shù)的綜合比對(duì)分析，最終確定連鑄 坯的固相率及凝固末端；其中，動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描用于研究連鑄坯凝固狀態(tài)的固化研究與降解; 動(dòng)態(tài)應(yīng)力/應(yīng)變掃描用于確定連鑄坯的線性粘彈區(qū)及恢復(fù)性能；動(dòng)態(tài)頻率掃描用于確定連 鑄坯在高速率和低速率(短時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間)的模量特性。
本發(fā)明的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置，通過設(shè)置振蕩控制器控制振蕩油 缸驅(qū)動(dòng)測(cè)量輥振蕩，測(cè)量輥能夠向連鑄坯施加振蕩激勵(lì)，連鑄坯在振蕩激勵(lì)的作用下與測(cè) 量輥之間產(chǎn)生諧振，另外，通過設(shè)置傳感器組，通過測(cè)量振蕩油缸的振蕩幅度能夠測(cè)得連鑄 坯與測(cè)量輥諧振后的應(yīng)變，通過測(cè)量振蕩油缸的輸出壓力，能夠測(cè)得振蕩激勵(lì)施加在連鑄 坯上的應(yīng)力載荷，通過對(duì)應(yīng)變規(guī)律和應(yīng)力載荷規(guī)律的分析，能夠得到連鑄坯隨著振蕩激勵(lì) 彈性變形的應(yīng)力/應(yīng)變相位差，即能夠滿足連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)要求；通過將振蕩油缸安裝在連鑄裝置扇形段的上框架上，并將測(cè)量輥與連鑄裝置扇形段的 鑄輥并列設(shè)置，在測(cè)量輥不輸出振蕩激勵(lì)時(shí)，可以將測(cè)量輥用作鑄輥或驅(qū)動(dòng)輥對(duì)連鑄坯導(dǎo) 向，即本發(fā)明的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置既可以成為一個(gè)獨(dú)立的振蕩系統(tǒng)，以 一根測(cè)量輥與連鑄坯的線接觸向連鑄坯施加振蕩激勵(lì)，避免將振蕩激勵(lì)的應(yīng)力載荷分配到 其他鑄輥上，能夠提高測(cè)量精度；本發(fā)明的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置也可以作 為連鑄裝置扇形段的一部分，僅需對(duì)現(xiàn)有連鑄裝置進(jìn)行適當(dāng)改裝即可實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì) 增加連鑄裝置扇形段的體積和原有布置。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明圖1為連鑄坯的固相率-動(dòng)態(tài)模量特性曲線示意圖；圖2為連鑄坯固相率為100%時(shí)的應(yīng)力/應(yīng)變曲線示意圖；圖3為連鑄坯固相率為0%時(shí)的應(yīng)力/應(yīng)變曲線示意圖；圖4為連鑄坯固相率為(Γ100%時(shí)的應(yīng)力/應(yīng)變曲線示意圖；圖5為動(dòng)態(tài)模量矢量關(guān)系示意圖；圖6為振蕩激勵(lì)在動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描模式下的曲線示意圖；圖7為振蕩激勵(lì)在動(dòng)態(tài)應(yīng)力/應(yīng)變掃描模式下的曲線示意圖；圖8為振蕩激勵(lì)在動(dòng)態(tài)頻率掃描模式下的曲線示意圖；圖9為本發(fā)明連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為圖9的A-A剖視圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
首先對(duì)本發(fā)明連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。
本實(shí)施例的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，包括如下步驟1)向連鑄坯I施加振蕩激勵(lì)，連鑄坯I在振蕩激勵(lì)的作用下發(fā)生彈性變形；2)當(dāng)連鑄坯I與振蕩激勵(lì)產(chǎn)生諧振后，測(cè)量連鑄坯I彈性變形的應(yīng)變、振蕩激勵(lì)施加在連鑄坯I上的應(yīng)力載荷和連鑄坯I隨著振蕩激勵(lì)彈性變形的應(yīng)力/應(yīng)變相位差；3)計(jì)算連鑄坯I的動(dòng)態(tài)模量；4)結(jié)合連鑄坯的固相率-動(dòng)態(tài)模量特性曲線，得到連鑄坯I的固相率和凝固末端位置。
如圖1所示,為連鑄還的固相率-動(dòng)態(tài)模量特性曲線示意圖,動(dòng)態(tài)模量包括復(fù)合模量Ε*，儲(chǔ)能模量Ε\損耗模量E〃和損失因子Tg，且E*=FT/XA，E'= E*cosS，E"= E*sin δ， Tg=tan δ ,其矢量關(guān)系圖如圖5所示,式中，F(xiàn)為振蕩激勵(lì)施加在連鑄還上的應(yīng)力載荷；Χ為連鑄坯與振蕩激勵(lì)產(chǎn)生諧振后的彈性變形的最大應(yīng)變；Τ為連鑄坯的厚度；Α為連鑄坯的檢測(cè)斷面面積；S為連鑄坯彈性隨著振蕩激勵(lì)彈性變形的應(yīng)力/應(yīng)變相位差。
由連鑄坯的固相率-動(dòng)態(tài)模量特性曲線可知，當(dāng)連鑄坯I為完全凝固狀態(tài)(固相率為100%)時(shí)，此時(shí)損耗模量Γ最小，儲(chǔ)能模量Ε"最大；隨著溫度 逐漸升高，連鑄坯I為固液混合狀態(tài)，損耗模量E'隨之快速增大，而儲(chǔ)能模量Ε"快速降低，且隨著振蕩激勵(lì)的檢測(cè)頻率的升高，固相率-損耗模量曲線和固相率-儲(chǔ)能模量曲線均朝著固相率降低的方向偏移。
如圖1-圖5所示，復(fù)合模量Ε*，儲(chǔ)能模量E'、損耗模量Ε"及損失因子LF構(gòu)成動(dòng)態(tài)模量矢量的不同因子，當(dāng)連鑄坯I為完全理想的凝固狀態(tài)時(shí)，其彈性形變可用虎克定律來(lái)描述，此時(shí)儲(chǔ)能模量E'極大，損耗模量Ε"極小，損失因子LF趨于零，即應(yīng)力應(yīng)變基本同步，應(yīng)力/應(yīng)變相位差δ趨于0，表明此時(shí)連鑄坯儲(chǔ)存形變并回復(fù)原狀的能力強(qiáng)；當(dāng)連鑄坯為完全理想的液態(tài)時(shí)，其流動(dòng)形變可由牛頓流體定律來(lái)描述，此時(shí)儲(chǔ)能模量E'極小，損耗模量E〃極大，損失因子LF趨于無(wú)窮大，即應(yīng)變滯后于應(yīng)力，應(yīng)力/應(yīng)變相位差δ趨于90°， 表明此時(shí)連鑄坯抵抗外力流動(dòng)的能力強(qiáng)；當(dāng)鑄坯為固液混合狀態(tài)時(shí)，此時(shí)各動(dòng)態(tài)模量適中， 即應(yīng)變滯后于應(yīng)力，應(yīng)力/應(yīng)變相位差δ介于0° 90°之間。
進(jìn)一步，振湯激勵(lì)的振湯中心定位在連鑄還I的表面上，能夠保證向連鑄還I施加振蕩激勵(lì)的同時(shí)，不影響連鑄坯I的質(zhì)量。
進(jìn)一步，振蕩激勵(lì)包括三種振蕩模式1)動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描模式振蕩激勵(lì)的振幅和頻率均恒定不變，如圖6所示；2)動(dòng)態(tài)應(yīng)力/應(yīng)變掃描模式振蕩激勵(lì)的頻率恒定，振幅按照設(shè)定變化規(guī)律變化，如圖 7所示；3)動(dòng)態(tài)頻率掃描模式振蕩激勵(lì)的振幅恒定，頻率按照設(shè)定變化規(guī)律變化，如圖8所/Jn ο
本實(shí)施例的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法采用多種模式下的振蕩激勵(lì)，從而確定鑄坯在不同檢測(cè)條件下的粘彈特性，確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性與準(zhǔn)確性，檢測(cè)信號(hào)為連鑄坯在不同固相率下的能量頻譜,包括動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描產(chǎn)生的固相率-時(shí)間譜(振幅、頻率恒定)，動(dòng)態(tài)應(yīng)力/應(yīng)變掃描產(chǎn)生的固相率-幅值諳(頻率恒定，幅值變化)，動(dòng)態(tài)頻率掃描產(chǎn)生的固相率-頻率譜(振幅恒定，頻率變化)，通過特征參數(shù)的綜合比對(duì)分析，最終確定連鑄坯的固相率及凝固末端；其中，動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描用于研究連鑄坯凝固狀態(tài)的固化研究與降解; 動(dòng)態(tài)應(yīng)力/應(yīng)變掃描用于確定連鑄坯的線性粘彈區(qū)及恢復(fù)性能；動(dòng)態(tài)頻率掃描用于確定連鑄坯在高速率和低速率(短時(shí)間和長(zhǎng)時(shí)間)的模量特性。
進(jìn)一步，振湯激勵(lì)的頻率為O.1 10Hz，振幅為O.1 1mm，且在測(cè)量過程中，振湯激勵(lì)的頻率和振幅隨著設(shè)定的振蕩模式在線調(diào)整，采用該低幅低頻的振蕩頻率，在滿足測(cè)量需求的同時(shí)，不會(huì)影響鑄坯質(zhì)量，且振蕩激勵(lì)的頻率和振幅隨著設(shè)定的振蕩模式在線調(diào)整， 能夠連續(xù)在線對(duì)連鑄坯進(jìn)行多種模式下的測(cè)量，保證測(cè)量精度和提高測(cè)量效率。
本實(shí)施例的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，通過采用直接向連鑄坯施加振蕩激勵(lì)，使連鑄坯發(fā)生彈性變形，進(jìn)而測(cè)量連鑄坯與振蕩激勵(lì)諧振后的應(yīng)變、施加在連鑄坯上的應(yīng)力和應(yīng)力/應(yīng)變相位差，即可根據(jù)連鑄坯的固相率-動(dòng)態(tài)模量特性曲線得到連鑄坯的固相率和凝固末端位置，因而本實(shí)施例的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法是一種直接采用測(cè)量的方式來(lái)測(cè)量連鑄坯的狀態(tài)，可以不受如傳熱模型法中的各個(gè)因素的影響，從而顯著提高連鑄坯固相率及凝固末端檢測(cè)精度。
本實(shí)施例的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法通過采用低幅低頻的振蕩激勵(lì)來(lái)檢測(cè)鑄坯的粘彈特性從而確定鑄坯的凝固狀態(tài)，理論與實(shí)踐證明，低幅低頻的振蕩激勵(lì)對(duì)鑄坯質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生不良影響，故本實(shí)施例的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法可以方便快捷地進(jìn)行重復(fù)在線檢測(cè)，可以方便快捷地、多次重復(fù)地檢測(cè)不同鋼種在不同工藝條件下的凝固狀態(tài)。
下面對(duì)本發(fā) 明的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置的具體實(shí)施方式
作詳細(xì)說明。
如圖9所示，為本發(fā)明連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為圖9的A-A剖視圖。
本實(shí)施例的連鑄坯 固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置，包括用于輸出振蕩激勵(lì)控制信號(hào)的振蕩控制器2、安裝在連鑄裝置扇形段的上框架3上的振蕩油缸4、與振蕩油缸4相連 的振蕩框架5和固定安裝在振蕩框架5上并與連鑄裝置扇形段的鑄輥6并列設(shè)置的測(cè)量輥 7，振蕩控制器2與振蕩油缸4之間設(shè)有伺服閥8，振蕩油缸4上設(shè)有用于測(cè)量其振蕩幅度和 輸出壓力的傳感器組，傳感器組與振蕩控制器2之間設(shè)有用于向振蕩控制器2反饋傳感器 組測(cè)量數(shù)據(jù)的檢測(cè)模塊。
進(jìn)一步，振蕩油缸4為兩個(gè)并分別固定安裝在連鑄裝置扇形段的上框架3兩側(cè)，振 蕩框架5的兩端分別與振蕩油缸4相連。通過采用兩個(gè)振蕩油缸4，能夠同步向測(cè)量輥7輸 出振蕩激勵(lì)，是測(cè)量輥7向連鑄坯I施加均勻的振蕩激勵(lì)應(yīng)力載荷。
進(jìn)一步，傳感器組包括用于測(cè)量振蕩油缸4振蕩幅度的位置傳感器10和用于測(cè)量 振蕩油缸4輸出壓力的壓力傳感器11，檢測(cè)模塊包括與位置傳感器10—一對(duì)應(yīng)設(shè)置的位置 檢測(cè)模塊9和與壓力傳感器11 一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的壓力檢測(cè)模塊。本實(shí)施例的位置傳感器10 和壓力傳感器11分別與振蕩油缸4 一一對(duì)應(yīng)設(shè)置為兩組，壓力傳感器11用于測(cè)量振蕩油 缸4的無(wú)桿腔和活塞桿腔的壓差。位置傳感器10與位置檢測(cè)模塊9相連，壓力傳感器10 與壓力檢測(cè)模塊相連，用于分別檢測(cè)兩個(gè)振蕩油缸的振蕩幅度和輸出壓力。
本實(shí)施例的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置，通過設(shè)置振蕩控制器2控制振 湯油缸4驅(qū)動(dòng)測(cè)量棍7振湯，測(cè)量棍7能夠向連鑄還I施加振湯激勵(lì)，連鑄還I在振湯激勵(lì) 的作用下與測(cè)量輥7之間產(chǎn)生諧振，另外，通過設(shè)置傳感器組，通過測(cè)量振蕩油缸4的振蕩 幅度能夠測(cè)得連鑄坯I與測(cè)量輥7諧振后的應(yīng)變，通過測(cè)量振蕩油缸4的輸出壓力，能夠測(cè) 得振蕩激勵(lì)施加在連鑄坯I上的應(yīng)力載荷，通過對(duì)應(yīng)變規(guī)律和應(yīng)力載荷規(guī)律的分析，能夠 得到連鑄坯I隨著振蕩激勵(lì)彈性變形的應(yīng)力/應(yīng)變相位差，即能夠滿足連鑄坯固相率和凝 固末端的檢測(cè)要求。
通過將振蕩油缸4安裝在連鑄裝置扇形段的上框架3上，并將測(cè)量輥7與連鑄裝 置扇形段的鑄輥6并列設(shè)置，在測(cè)量輥7不輸出振蕩激勵(lì)時(shí)，可以將測(cè)量輥7用作鑄輥或驅(qū) 動(dòng)輥對(duì)連鑄坯I進(jìn)行導(dǎo)向，即本實(shí)施例的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置既可以成為 一個(gè)獨(dú)立的振蕩系統(tǒng)，以一根測(cè)量輥7與連鑄坯I的線接觸向連鑄坯I施加振蕩激勵(lì)，避免 將振蕩激勵(lì)的應(yīng)力載荷分配到其他鑄輥上，能夠提高測(cè)量精度；本實(shí)施例的連鑄坯固相率 和凝固末端的檢測(cè)裝置也可以作為連鑄裝置扇形段的一部分，僅需對(duì)現(xiàn)有連鑄裝置進(jìn)行適 當(dāng)改裝即可實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì)增加連鑄裝置扇形段的體積和原有布置。
下面對(duì)運(yùn)用本實(shí)施例連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置測(cè)量連鑄坯固相率和 凝固末端的檢測(cè)方法進(jìn)行說明。
該連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，包括如下步驟1)調(diào)整連鑄裝置扇形段的輥縫和調(diào)節(jié)測(cè)量輥7的初始位置，使測(cè)量輥7與連鑄坯I表 面接觸配合，利用振蕩控制器2輸出振蕩激勵(lì)控制信號(hào)，在伺服閥8的作用下，振蕩油缸4 驅(qū)動(dòng)振蕩框架5產(chǎn)生振蕩，振蕩框架5驅(qū)動(dòng)測(cè)量輥7產(chǎn)生與振蕩控制器2輸出的振蕩激勵(lì) 控制信號(hào)相同的振蕩激勵(lì)，并將振蕩激勵(lì)施加在連鑄坯I上，連鑄坯I和測(cè)量輥7之間進(jìn)行 能量交換，且連鑄坯I在振蕩激勵(lì)的作用下發(fā)生彈性變形；2)當(dāng)連鑄坯I與振蕩激勵(lì)產(chǎn)生諧振后，利用位置傳感器10測(cè)量連鑄坯I彈性變形的應(yīng) 變、利用壓力傳感器11測(cè)量振蕩激勵(lì)施加在連鑄坯I上的應(yīng)力載荷和通過對(duì)應(yīng)力載荷規(guī)律 和應(yīng)變載荷規(guī)律的分析測(cè)得連鑄坯I隨著振蕩激勵(lì)彈性變形的應(yīng)力/應(yīng)變相位差；3)計(jì)算連鑄坯I的動(dòng)態(tài)模量； 4)結(jié)合連鑄坯的固相率-動(dòng)態(tài)模量特性曲線，得到連鑄坯I的固相率和凝固末端位置。
最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟1)向連鑄坯施加振蕩激勵(lì)，連鑄坯在振蕩激勵(lì)的作用下發(fā)生彈性變形；2)當(dāng)連鑄坯與振蕩激勵(lì)產(chǎn)生諧振后，測(cè)量連鑄坯彈性變形的應(yīng)變、振蕩激勵(lì)施加在連鑄坯上的應(yīng)力載荷和連鑄坯隨著振蕩激勵(lì)彈性變形的應(yīng)力/應(yīng)變相位差；3)計(jì)算連鑄坯的動(dòng)態(tài)模量；4)結(jié)合連鑄坯的固相率-動(dòng)態(tài)模量特性曲線，得到連鑄坯的固相率和凝固末端位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，其特征在于所述振湯激勵(lì)的振湯中心定位在連鑄還的表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，其特征在于所述振蕩激勵(lì)包括三種振蕩模式1)動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描模式振蕩激勵(lì)的振幅和頻率均恒定不變；2)動(dòng)態(tài)應(yīng)力/應(yīng)變掃描模式振蕩激勵(lì)的頻率恒定，振幅按照設(shè)定變化規(guī)律變化；3)動(dòng)態(tài)頻率掃描模式振蕩激勵(lì)的振幅恒定，頻率按照設(shè)定的變化規(guī)律變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，其特征在于所述振湯激勵(lì)的頻率為O.1 10Hz，振幅為O.1 1mm，且在測(cè)量過程中，振湯激勵(lì)的頻率和振幅隨著設(shè)定的振蕩模式在線調(diào)整。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，其特征在于所述動(dòng)態(tài)模量包括復(fù)合模量E*,儲(chǔ)能模量、損耗模量E"和損失因子Tg,且E*=FT/XA, = E氺cos δ , E〃= E氺sin δ , Tg=tanδ ；式中，F(xiàn)為振湯激勵(lì)施加在連鑄還上的應(yīng)力載荷；X為連鑄坯與振蕩激勵(lì)產(chǎn)生諧振后的彈性變形的最大應(yīng)變；T為連鑄坯的厚度；A為連鑄坯的檢測(cè)斷面面積；δ為連鑄坯隨著振蕩激勵(lì)彈性變形的應(yīng)力/應(yīng)變相位差。
6.一種適用于如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置，其特征在于包括用于輸出振蕩激勵(lì)控制信號(hào)的振蕩控制器、安裝在連鑄裝置扇形段的上框架上的振蕩油缸、與振蕩油缸相連的振蕩框架和固定安裝在振蕩框架上并與連鑄裝置扇形段的鑄輥并列設(shè)置的測(cè)量輥，所述振蕩控制器與振蕩油缸之間設(shè)有伺服閥，所述振蕩油缸上設(shè)有用于測(cè)量其振蕩幅度和輸出壓力的傳感器組，所述傳感器組與振蕩控制器之間設(shè)有用于向振蕩控制器反饋傳感器組測(cè)量數(shù)據(jù)的檢測(cè)模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置，其特征在于所述振蕩油缸為兩個(gè)并分別固定安裝在連鑄裝置扇形段的上框架兩側(cè)，所述振蕩框架的兩端分別與振蕩油缸相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置，其特征在于所述傳感器組包括用于測(cè)量所述振蕩油缸振蕩幅度的位置傳感器和用于測(cè)量所述振蕩油缸輸出壓力的壓力傳感器，所述檢測(cè)模塊包括與所述位置傳感器一一對(duì)應(yīng)設(shè)置的位置檢測(cè)模塊和與所述壓力傳感器對(duì)應(yīng)設(shè)置的壓力檢測(cè)模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法，包括如下步驟1)向連鑄坯施加振蕩激勵(lì)，連鑄坯在振蕩激勵(lì)的作用下發(fā)生彈性變形；2)當(dāng)連鑄坯與振蕩激勵(lì)產(chǎn)生諧振后，測(cè)量連鑄坯彈性變形的應(yīng)變、振蕩激勵(lì)施加在連鑄坯上的應(yīng)力載荷和連鑄坯隨著振蕩激勵(lì)彈性變形的應(yīng)力/應(yīng)變相位差；3)計(jì)算連鑄坯的動(dòng)態(tài)模量；4)結(jié)合連鑄坯的固相率-動(dòng)態(tài)模量特性曲線，得到連鑄坯的固相率和凝固末端位置。本發(fā)明還公開了一種連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)裝置，本發(fā)明的連鑄坯固相率和凝固末端的檢測(cè)方法和裝置能夠?qū)B鑄坯進(jìn)行無(wú)損在線測(cè)量，并可提高連鑄坯固相率的檢測(cè)精度和凝固末端位置的定位精度。
文檔編號(hào)G01N11/00GK103048242SQ20131002113
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者何新軍, 龍灝, 陳將, 彭曉華, 曾珊, 林曉澤 申請(qǐng)人:中冶賽迪電氣技術(shù)有限公司