[发明专利]一种在线检测连铸二冷区铸坯固液相分数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线检测连铸二冷区铸坯固液相分数的方法，属于冶金连铸检测技术领域。

背景技术

随着现代工业技术的不断发展，对钢铁产品的质量要求日趋严格。连铸生产中，铸坯内部一般都会存在中心偏析、中心疏松及内裂等缺陷，给铸坯质量带来不利影响。目前，提高连铸板坯内部质量的常见手段是轻压下技术，该技术通过在铸坯凝固末端附近施加一定的压力，对铸坯实施合适的压下量以防止晶间富集溶质元素的钢液向铸坯中心横向流动，减轻中心偏析；同时抵消铸坯凝固末端的体积收缩量，避免中心缩孔和中心疏松的形成，进而达到改善铸坯中心偏析和组织疏松的目的。其中，轻压下的作用效果与合适的压下位置密切相关，而合适的压下位置则是由铸坯的固液相分数及凝固末端位置决定的，是充分发挥轻压下工艺效果的重要前提。

目前，连铸过程中二冷区铸坯固液相分数的确定大多是由数值模拟仿真计算得到的。在专利CN101187812A中公开了一种连铸坯二次冷却动态控制系统。该发明将现场的工艺参数，如钢种、过热度、拉坯速度和铸坯断面尺寸等参数，输入连铸坯凝固非稳态传热数值计算模型，利用模型计算出铸坯表面温度、液相穴深度及凝固末端位置等数据，在此基础上动态跟踪和显示二冷段铸坯的温度场和凝固末端的位置。但由于这种方法在建模时引入了许多简化和假设，导致计算结果与铸坯的凝固过程常出现较大偏差。

专利CN101890488A中公开了一种连铸坯液芯凝固末端位置的确定方法。该发明在连铸机扇形段框架和夹紧油缸的连接处设置测力传感器，测量并记录在连铸过程中各个扇形段框架的入口和出口的压力，根据拉速变化时各个扇形段框架入口和出口压力的突变情况比较得出液芯凝固末端所处的位置。此方法能够大致判断出铸坯凝固末端所在位置，但无法检测连铸坯的固相与液相分数，对轻压下工艺的指导作用有限。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的问题，提供一种在线检测连铸坯在二冷区内固液相分数的实用方法。为轻压下工艺的施加位置提供技术先导，以充分发挥轻压下效果和设备潜力，进一步减少铸坯的成分偏析和疏松等缺陷，提高连铸坯内部质量。

本发明采用的技术方案如下：一种在线检测连铸坯二冷区固液相分数方法采用下列步骤：

步骤一.连铸坯二冷区固液相分数检测装置的安装

根据生产车间的铸机结构和浇铸条件，确定检测装置在扇形段的安装位置，整套检测装置由振动激励系统、数据采集系统和计算机模型分析系统三个部分组成；其中，振动激励系统是在铸机原有扇形段驱动辊液压系统的基础上改造完成的，原扇形段中的驱动辊通过两个液压缸的同步动作对连铸坯实施压下；改造时，将控制液压缸工作的核心装置由开关阀改为振动伺服阀，以实现驱动辊的低频小幅振动，检测时铸坯即在此驱动辊作用下进行受迫振动；

步骤二.周期性受迫振动的施加

在不干扰正常生产过程和确保铸坯质量的前提下，通过改造后扇形段振动激励系统的驱动辊，对铸坯施加一定频率和幅度的周期性正弦振动；振频和振幅由连铸机主控室的计算机进行设定，驱动辊的振动状况则由振动系统的PLC进行反馈控制；

步骤三.振动信号的采集和传送

在对铸坯实施周期性正弦振动的过程中，通过液压缸内的压力传感器和安装在活塞杆上的位移传感器，实时检测液压缸内的压力和反馈的位移信号，经二次仪表放大，再通过多通道A/D转换器将模拟电压信号转换成数字信号，输入计算机模型分析系统进行铸坯固液相分数的实时计算；

步骤四.连铸坯固液相分数的计算

将检测信号传递给模型分析系统进行计算，得到铸坯在二冷区的固液相分数。

在二冷区原有扇形段的基础上进行改造，将控制驱动辊工作的开关阀替换为伺服阀，使改造后的驱动辊能够实现一定频率和幅度的周期性振动，以对连铸坯施加周期性振动激励，根据铸坯在不同液相与固相条件下对液压缸压力和振动位移信号响应的差异情况，在线计算并检测铸坯液相与固相分数。

所述铸坯在二冷区的固液相分数计算公式是f_s＝1-f_l；

式中：f_l为铸坯的液相分数，无量纲；

K为系统结构修正系数，无量纲；

θ为振动系统驱动辊的振动频率，赫兹；

A₀为连铸坯受迫振动的幅值，米；

P₀为液压缸振动输出力的幅值，牛顿；

为液压缸工作输出力和连铸坯振动位移两路检测信号的相位差，度；