[发明专利]在线检测连铸坯固相内边界及凝固末端位置的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及炼钢连铸领域，特别涉及一种在线检测连铸坯固相内边界及凝固末端位置的系统和方法。

背景技术

在连铸生产过程中，为了减轻连铸坯中心偏析，消除中心疏松和裂纹等缺陷，通常采用轻压下技术，即在辊缝收缩的基础上对凝固末期的连铸坯进行轻微压下，阻止连铸坯内部收缩空隙的形成，补偿最后凝固阶段的收缩，改善铸坯内部质量，如提高钢材的延展性能、焊接性能、抗裂纹能力等。

准确检测出连铸坯固相内边界和凝固末端位置是实施轻压下的前提，否则就不能准确地确定轻压下的压下量和压下区间，若压下量小，对于中心偏析和中心疏松改善不明显；若压下量大则会使连铸坯内裂的倾向加剧，甚至可能出现压下辊损坏的情况。

此外压下区间不准也会出现类似情况，若压下区间确定在凝固末端位置后面，连铸坯在使用轻压下前中心偏析等缺陷已经形成，由于连铸坯中不再存在液态金属，此时实施轻压下只会使金属产生塑性变形产生裂纹而不能改善连铸坯中已经形成的中心偏析；相反，若压下区间确定在凝固末端位置前面，连铸坯还是会形成中心偏析和中心疏松等缺陷。因此，准确检测出连铸坯固相内边界和凝固末端位置具有十分重要的作用。

通常人们用连铸坯凝固传热模型来检测连铸坯的凝固末端，并通过一系列的实验方法来修正模型，传统的实验方法有漏钢法、同位素法和射钉法。

漏钢法是根据漏钢连铸坯壳厚度来确定凝固系数，其缺点是坯壳厚度受钢水冲刷不准确而且漏钢危险性大；同位素法是从结晶器加入相关放射性同位素，然后解剖连铸坯测量同位素的分布来确定凝固系数，其缺点是浪费钢坯严重，工作量大并存在放射性辐射；射钉法是用含有FeS的钢钉射入铸坯，根据钢钉熔化情况及S的分布来确定凝固系数，其缺点是浪费钢坯严重，工作量大。

由于漏钢法、同位素法和射钉法都不能连续在线检测再加上每一次实验成本大、周期长、工作量大原因不可能做所有的钢种在不同工艺条件下的实验，所以现有的凝固传热模型和液芯控制模型(Liquid Pool Control，简称LPC)、铸坯锥度自动控制模型(Automatic Strand Taper/Thickness Control，简称ASTC)仍受拉速、钢种和温度等因素变化使得计算的连铸坯的凝固末端与实际的有较大的差入，对连铸坯的质量改善有限，满足不了高效连铸的要求而被电磁超声技术所取代。

所谓电磁超声技术是利用电磁超声波传感器(Electromagnetic Acoustic Transducer，简称EMAT)发射电磁超声波并使其透过连铸坯，信号处理单元再根据电磁超声波的传播时间和衰减幅度来判定连铸坯的凝固状态。目前有很多利用电磁超声技术来检测连铸坯凝固末端的技术方案。

日本专利JP52-130422利用电磁超声横波传感器对连铸坯投射电磁超声横波，并利用电磁超声横波不能透过液相的原理来判断连铸坯的完全凝固状态。然而，透过连铸坯的电磁超声波横波的信号发生了减弱或消失并不能就唯一判定铸件中存在残留熔融金属，因为还存在其它的导致信号发生减弱或消失的因素。

日本专利JP62-148850使用能同时产生电磁超声纵波和电磁超声横波的电磁超声波传感器，根据接收器接收到的透过连铸坯的电磁超声波信号波形，计算电磁超声横波透过波的振幅(Al)与电磁超声纵波透过波的振幅(At)的比At/Al来判定铸件中存在残留熔融金属以及连铸坯升离的变动和传感器异常，该方案中的铁芯为“E”型，体积庞大，在有限的扇形段辊子之间的狭小间隙里很难适应。

日本专利JP10-197502测定铸件中的超声横波的共振频率，根据该共振频率求得铸件固相内率。

日本专利JP2000-266730公开了一种通过相关运算提高S/N(信噪比)的方法：使用从规定脉宽内的频率、振幅、相位中选择至少一个进行调制后的脉冲串状发送信号，并使用和该发送信号相同或类似波形的参照信号，对接收信号进行相关运算。该方法中，接收信号和发送信号的相关高，噪声和发送信号的相关低。

美国专利US2007102134A1公开了电磁超声波传感器在连铸坯宽度方向具有3个以上的磁极，具有卷绕在内侧磁极周围配置的纵波用线圈和与磁极面重叠配置的横波用线圈，该方案不能有效利用朝向铸造方向的水平磁场，使灵敏度下降，虽采用适当措施来防止灵敏度下降，但效果有限。