CN102463328B - 结晶辊状态监控装置 - Google Patents

Abstract

一种结晶辊状态监控装置，包括：两个辊面温度扫描仪，安装在两根结晶辊外侧，扫描结晶辊的辊面温度；通讯模块，连接在辊面温度扫描仪与薄带连铸控制系统之间，建立二者间的通讯；结晶辊状态监控模块，判断结晶辊状态；辊面温度扫描仪在收到开浇信号后开始扫描，并将此时结晶辊位置作为原点O，在每次扫描时计算当前扫描位置相对于O点的距离，当此距离大于等于结晶辊周长时，取其余数；对读入的各点温度Ti与温度阈值Ttv进行比较，当连续n个点均满足Ti大于Ttv时，判断此处的结晶辊辊面为可疑缺陷点，根据结晶辊的转速判断结晶辊的旋转周期，当可疑缺陷点在下m个周期均重复出现，则判断该可疑缺陷点为由结晶辊本身的故障造成的缺陷点。

Description

结晶辊状态监控装置

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种结晶辊状态监控方法及监控装置。

背景技术

薄带连铸是一种短流程的钢铁冶炼技术，在生产过程中钢水在结晶辊处经历快速冷却，轻微轧制而形成薄带。整个生产过程减少很多工艺流程，减少设备投资，有利于节能环保。在薄带连铸生产中保证生产过程顺利进行的核心设备之一就是结晶辊，它是一种结构复杂，材质复杂，通有冷却水的中空辊。由于结晶辊与钢水直接接触，并且承担着冷却钢水，轻微轧制的功能，因此需要对结晶辊的工作状态加以监控。

结晶辊除其本体外还需在其表面做进一步电镀以及对镀层的加工，因此其制造修复都是非常困难的事情。在电镀过程中，稍有不慎，可能出现镀层空洞、瘤状物、镀层减薄、结晶辊本体与镀层连接不良等缺陷。而其中的某些问题不属于表面质量的问题，因此不容易被发现。但出现这些问题后，都可能会导致结晶辊本身在浇铸过程中出现问题。并且，在整个与钢水的接触过程中，结晶辊受热应力以及内应力的影响，对于其表面镀层是非常严峻的考验，可能出现裂纹甚至会出现镀层撕裂的严重后果。这对生产过程，以及设备、人身安全都是极大的隐患，因此在线监控结晶辊的工作状态显得尤为必要。

目前在冶金领域中应用到的工作状态监控技术包括如下的几种：

申请号为200480037715.9，题为“检测连续铸造下的金属产品上的表面缺陷的方法和系统”的专利申请揭示了一种检测连续铸造粗金属产品例如钢锭上的表面缺陷的方法。利用传感器通过涡流电流检测表面缺陷，传感器包括一个由至少两个各带有至少三个相邻的可由多路转换控制单元控制的测量单元的行构成的矩阵。另外，每个单元可在锭的表面上产生涡流电流并且可轮换地检测所述表面中的涡流电流。该发明方法包括控制来自同一行的但彼此由至少一个非现用单元隔开的第一发射单元和第二接收单元的步骤。此装置需在被测物体的两面分别安装发射和接收装置，但对于结晶辊这种圆柱型结构的设备，一方面没有安装位置，另一方面也同时会使两个被测面置于检测位置，因此无法采用这种方法加以检测。

申请号为200710019422.3，题为“轧辊表面探伤检测方法”揭示了一种轧辊表面探伤检测方法，具有以下步骤：对轧辊表面进行快速大面积的涡流探伤检测，从而检测出具有缺陷信号的区域；对前述步骤中具有缺陷信号的区域进行二次探伤检测，从而检测出具体缺陷。二次探伤检测是指对具有缺陷信号的区域进行表面超声波探伤检测，对缺陷信号进行甄别，并对缺陷位置进行精确定位；再对具有真缺陷信号的区域进行磁粉和/或渗透探伤检测，检测出具体缺陷。该方法将涡流、超声波、磁粉以及渗透探伤多种方法结合起来对轧辊表面进行探伤。但是由于采用了多种方式的结合，所需检测设备结构复杂，实现困难，无法在线应用。

申请号为200910092408.5，题为“一种连铸板坯表面裂纹在线检测方法”揭示了一种连铸板坯表面裂纹在线检测方法，可以实现对高温铸坯的在线列为检测，而且可同时检测铸坯整个宽度方向上的列为以及两个角部与侧面的裂纹。本方面采用绿色激光线光源为照明装置，通过线阵CCD摄像机采集高温铸坯表面图像，利用激光发出的绿光与高温铸坯表面背景光在波长上存在的不同，通过在线阵CCD前加装窄带滤色镜滤除高温铸坯表面的背景光，从而得到反映高温铸坯表面状况的灰度图像，并采用图像处理算法得到铸坯表面的裂纹情况。该方法实施简单，可以不受高温金属的影响，具有较高的抗干扰能力。该方法采用CCD图像检测的方法检测铸坯表面质量，由于CCD方法只能检测金属表面的缺陷，而结晶辊出现的缺陷有可能是在加工过程中出现的深层缺陷，若采用此方法，可能出现误判和漏判。

申请号为200610030317.5，题为“薄带连铸裂纹和凝固组织在线预报及控制方法”的专利申请揭示了薄带连铸裂纹和凝固组织在线预报及控制方法。该方法通过直接检测结晶辊的表面温度，将检测到的实施温度信号传输到热流密度计算模块内，根据热流密度模型直接计算出实时的热流密度；将计算出的热流密度输入到裂纹判断模块，来判断是否发生裂纹，如果发生裂纹就发出报警信号，实现的结晶辊表面状态的在线监控。同时将检测到的实时温度传输到等轴晶计算模块中，根据等轴晶计算模型计算等轴晶；当凝固组织中等轴晶比例在目标范围内时，即：|ER_i-ER_i-1|≤ε，则维持生产工艺参数不变；若等轴晶区比例超过允许范围，即：|ER_i-ER_i-1|＞ε，则需要对生产工艺参数即拉速、厚度和液位高度进行调整，实现对铸带凝固组织的在线控制。该方法主要是通过检测到的辊面温度计算出热流密度，此后通过热流密度判断铸带的裂纹，根据铸带裂纹发生情况反推出结晶辊的状况，这是一种间接的判断方法。热流密度值与选择的计算方法有很大关系，从专利中选择的热流密度计算公式可以看出，其主要与结晶辊表面温度的平均值相关，这个值过于宏观，无法精确的反应出结晶辊辊面上局部的细节状态。因此，若采用此方法由于热流密度计算的精度无法保证，很容易影响判断结果。

发明内容

针对结晶辊状态监控的特点，本发明提出一种结晶辊状态的监控技术。

根据本发明，提出一种结晶辊状态的监控方法，包括：

在两根结晶辊的外侧分别安装辊面温度扫描仪，辊面温度扫描仪周期性地扫描结晶辊的辊面温度，每一次扫描获得多个点的温度值；

辊面温度扫描仪将所获得的多个点的温度值与设定的温度阈值进行比较，当连续n个点的温度值均大于温度阈值时，判断该n个点所在位置为可疑缺陷点，辊面温度扫描仪向薄带连铸控制系统发出报警信号；

辊面温度扫描仪根据结晶辊的转速计算结晶辊的旋转周期，当可疑缺陷点在连续的m个周期中重复出现时，判断该可疑缺陷点为缺陷点。

辊面温度扫描仪检测结晶辊的整个辊面长度方向上的温度，扫描线的长度为辊面长度的1.1～1.3倍；扫描线与结晶辊的平行度为0.1，辊面温度扫描仪与扫描线组成的平面与结晶辊辊面切线的垂直度为0.1～0.15。

辊面温度扫描仪扫描结晶辊的辊面温度的周期小于结晶辊的旋转周期的10％。

根据本发明，还提出一种结晶辊状态监控装置，包括：

两个辊面温度扫描仪，分别安装在两根结晶辊的外侧，辊面温度扫描仪扫描结晶辊的辊面温度；

通讯模块，连接在辊面温度扫描仪与薄带连铸控制系统之间，建立辊面温度扫描仪与薄带连铸控制系统之间的通讯；

结晶辊状态监控模块，判断结晶辊状态；

其中辊面温度扫描仪在收到开浇信号后开始扫描，并将此时结晶辊的位置作为原点O，并在每次扫描时都计算出当前的扫描位置相对于O点的距离，当此距离大于等于结晶辊周长时，取其余数；

对读入的各点温度Ti与温度阈值Ttv进行比较，当连续n个点均满足实测温度Ti大于阈值Ttv时，判断此处的结晶辊辊面为可疑缺陷点，此时根据结晶辊的转速判断结晶辊的旋转周期，当可疑缺陷点在下m个周期均重复出现，则判断该可疑缺陷点为由结晶辊本身的故障造成的缺陷点。

辊面温度扫描仪检测结晶辊的整个辊面长度方向上的温度，扫描线的长度为辊面长度的1.1～1.3倍；扫描线与结晶辊的平行度为0.1，辊面温度扫描仪与扫描线组成的平面与结晶辊辊面切线的垂直度为0.1～0.15，辊面温度扫描仪同时获得结晶辊辊面上多个点的温度。

辊面温度扫描仪扫描结晶辊的辊面温度的周期小于结晶辊的旋转周期的10％。

温度阈值为结晶辊表面最高耐受温度的70～85％。

当可疑缺陷点连续3～10个周期持续出现时，可确认其为缺陷点。

本发明利用辊面温度扫描仪对结晶辊表面温度进行监视，发现并跟踪其中的温度异常高点，当这些温度异常高点具有聚集性，周期性特点时，可以判断为结晶辊表面的缺陷点，给出报警信号，从而避免事故的发生。

附图说明

图1是根据本发明的结晶辊状态的监控方法的一个实施例的流程图。

图2是根据本发明的结晶辊状态的监控方法的一个具体实现的控制逻辑。

图3是根据本发明的结晶辊状态的监控装置的一个实施例的结构图。

具体实施方式

首先，本发明提出一种结晶辊状态监控方法，包括：

在两根结晶辊的外侧分别安装辊面温度扫描仪，辊面温度扫描仪周期性地扫描结晶辊的辊面温度，每一次扫描获得多个点的温度值；

辊面温度扫描仪将所获得的多个点的温度值与设定的温度阈值进行比较，当连续n个点的温度值均大于温度阈值时，判断该n个点所在位置为可疑缺陷点，辊面温度扫描仪向薄带连铸控制系统发出报警信号；

辊面温度扫描仪根据结晶辊的转速计算结晶辊的旋转周期，当所述可疑缺陷点在连续的m个周期中重复出现时，判断该可疑缺陷点为缺陷点，辊面温度扫描仪向薄带连铸控制系统发出停浇信号。

参考图1所示，揭示了根据本发明的一个实施例的结晶辊状态监控方法，该方法包括如下的具体步骤：

S101.在两根结晶辊的外侧分别安装辊面温度扫描仪，辊面温度扫描仪扫描结晶辊的辊面温度。在一个实施例中，辊面温度扫描仪检测结晶辊的整个辊面长度方向上的温度，扫描线的长度为辊面长度的1.1～1.3倍；扫描线与结晶辊的平行度为0.1，辊面温度扫描仪与扫描线组成的平面与结晶辊辊面切线的垂直度为0.1～0.15，辊面温度扫描仪同时获得结晶辊辊面上多个点的温度。

S102.建立辊面温度扫描仪与薄带连铸控制系统之间的通讯，薄带连铸控制系统向辊面温度扫描仪传送结晶辊的转速。辊面温度扫描仪与薄带连铸机控制系统之间的数据通讯连接可以采用诸如模拟量数据通讯、串行通讯、或OPC通讯等手段，辊面温度扫描仪与薄带连铸控制系统互相交换获得生产状态信号以及结晶辊异常报警信号。为保证获取信号的完整性，无论采用何种通讯方式，应保证信号采样周期小于结晶辊最快转动周期的10％。

S103.薄带连铸控制系统向辊面温度扫描仪发出开浇信号，辊面温度扫描仪周期性地扫描结晶辊的辊面温度，每一次扫描获得多个点的温度值。辊面温度扫描仪收到开浇信号时将此时结晶辊的位置作为原点O，在每次扫描时根据结晶辊的转速计算当前的扫描位置相对于O点的距离，如果距离大于等于结晶辊周长时，则取其余数作为相对于O点的距离。

S104.辊面温度扫描仪将所获得的多个点的温度值与设定的温度阈值进行比较，当连续n个点的温度值均大于温度阈值时，判断该n个点所在位置为可疑缺陷点，辊面温度扫描仪向薄带连铸控制系统发出报警信号。在一个实施例中，温度阈值设定为结晶辊表面最高耐受温度的70～85％。

S105.辊面温度扫描仪根据结晶辊的转速计算结晶辊的旋转周期，当所述可疑缺陷点在连续的m个周期中重复出现时，判断该可疑缺陷点为缺陷点，辊面温度扫描仪向薄带连铸控制系统发出停浇信号。

综合而言，本发明通过对采集的温度数据进行分析，对温度异常点的分析以及跟踪，判断出结晶辊辊面的状态，当出现的温度异常高点呈现出一定的区域性，且存在周期性特征时，既可以认定结晶辊辊面可能出现裂纹或撕裂等现象，给出报警信号或者停浇信号。

具体判断过程为：当收到开浇信号后，辊面温度扫描仪开始扫描，并将此时结晶辊的位置作为原点O，并在每次扫描时都计算出当前的扫描位置相对于O点的距离，当此距离大于等于结晶辊周长时，取其余数。

对读入的各点温度Ti与温度阈值Ttv进行比较，当连续n个点均满足Ti>Ttv时，尽可认为此时辊面温度超限具有一定的聚集性，此时认定这一处的结晶辊辊面为可疑缺陷点。此时根据结晶辊的转速判断结晶辊的旋转周期，当可疑缺陷点在下1……m个周期均重复出现，则可以认定此处的温度异常不是由偶然因素导致的，而是由结晶辊本身的故障造成。

可疑缺陷点连续出现时间与结晶辊异常监控系统的采样周期有关，计算方法如下：

$n=\mathrm{int}\left(\frac{5\%C_{\mathrm{roll}}/v_{\max }}{T_w}\right)$

其中，C_roll为结晶辊周长，v_max为结晶辊最大转速，T_w为结晶辊异常监控系统的采样周期，int()为取整函数。

重复出现的周期m可以根据经验取3～10。

图2揭示了根据本发明的结晶辊状态的监控方法的一个具体实现的控制逻辑。图2所示的控制逻辑符合上面所描述的过程。

本发明还揭示了一种结晶辊状态监控装置，包括两个辊面温度扫描仪、通讯模块和结晶辊状态监控模块，工作原理如下：

两个辊面温度扫描仪分别安装在两根结晶辊的外侧，辊面温度扫描仪扫描结晶辊的辊面温度。

通讯模块连接在辊面温度扫描仪与薄带连铸控制系统之间，建立辊面温度扫描仪与薄带连铸控制系统之间的通讯。

结晶辊状态监控模块判断结晶辊状态。

其中辊面温度扫描仪在收到开浇信号后开始扫描，并将此时结晶辊的位置作为原点O，并在每次扫描时都计算出当前的扫描位置相对于O点的距离，当此距离大于等于结晶辊周长时，取其余数；对读入的各点温度Ti与温度阈值Ttv进行比较，当连续n个点均满足实测温度Ti大于阈值Ttv时，判断此处的结晶辊辊面为可疑缺陷点，此时根据结晶辊的转速判断结晶辊的旋转周期，当可疑缺陷点在下m个周期均重复出现，则判断该可疑缺陷点为由结晶辊本身的故障造成的缺陷点。

参考图3所示，揭示了根据本发明的一实施例的一种结晶辊状态监控装置，具体实现中包括如下的部件：

两个辊面温度扫描仪101和105，分别安装在两根结晶辊104和106的外侧，辊面温度扫描仪101和105扫描结晶辊的辊面温度。在一个实施例中，辊面温度扫描仪101和105检测结晶辊104和106的整个辊面长度方向上的温度，扫描线的长度为辊面长度的1.1～1.3倍；扫描线与结晶辊的平行度为0.1，辊面温度扫描仪与扫描线组成的平面与结晶辊辊面切线的垂直度为0.1～0.15，辊面温度扫描仪同时获得结晶辊辊面上多个点的温度。

通讯模块108，连接在辊面温度扫描仪101、105与薄带连铸控制系统200之间，建立辊面温度扫描仪101、105与薄带连铸控制系统200之间的通讯。辊面温度扫描仪101、105与薄带连铸机控制系统200之间的数据通讯连接可以采用诸如模拟量数据通讯、串行通讯、或OPC通讯等手段，辊面温度扫描仪101、105与薄带连铸控制系统200互相交换获得生产状态信号以及结晶辊异常报警信号。为保证获取信号的完整性，无论采用何种通讯方式，应保证信号采样周期小于结晶辊最快转动周期的10％。

薄带连铸控制系统200通过通讯模块108向辊面温度扫描仪101、105传送结晶辊的转速和开浇信号，辊面温度扫描仪101、105在收到开浇信号后周期性地扫描结晶辊104、106的辊面温度，每一次扫描获得多个点的温度值。辊面温度扫描仪101、105将所获得的多个点的温度值与设定的温度阈值进行比较，当连续n个点的温度值均大于温度阈值时，判断该n个点所在位置为可疑缺陷点。辊面温度扫描仪101、105通过通讯模块108向薄带连铸控制系统200发出报警信号。在一个实施例中，温度阈值为结晶辊表面最高耐受温度的70～85％。辊面温度扫描仪101、105根据结晶辊的转速计算结晶辊的旋转周期，当可疑缺陷点在连续的m个周期中重复出现时，判断该可疑缺陷点为缺陷点，辊面温度扫描仪通过通讯模块向薄带连铸控制系统发出停浇信号。

在一个具体实现中，该结晶辊状态监控装置的工作过程如下：

浇铸过程中钢水103注入带有水冷的右侧结晶辊104和左侧结晶辊106所围成的熔池区，经过结晶辊104和106的冷却与铸轧形成很薄的铸带107。为监视结晶辊104和106的表面温度，在左侧结晶辊106处增加辊面温度扫描仪101，在右侧结晶辊104处增加辊面温度扫描仪105。辊面温度扫描仪101和105可以扫描一定角度的区域，此区域必须大于结晶辊辊面长度，扫描区间对应为结晶辊表面上的一条固定的直线102(右侧结晶辊上的扫描线在图中不可见)，辊面温度扫描装置将实时检测出102上各点的温度。

为保证检测范围，辊面温度检测系统需检测整个辊面长度方向上的温度，为保证精度，扫描仪的安装后扫描线应保证与结晶辊轴向平行，同时应尽可能实现多点温度检测。

对辊面温度扫描仪101和105检测到的温度值进行分析跟踪，并作出判断，判别过程可以参考上面的描述，例如图2所示的控制逻辑。

首先要确认辊面温度扫描仪已上电并与薄带连铸控制系统间通讯正常，需通讯数据如下表。

信号名称	信号起点	信号终点	信号格式
				开浇信号	薄带连铸控制系统	辊面温度扫描仪	状态信号
浇铸结束信号	薄带连铸控制系统	辊面温度扫描仪	状态信号
				结晶辊转速	薄带连铸控制系统	辊面温度扫描仪	模拟量信号
辊面状态报警信号	辊面温度扫描仪	薄带连铸控制系统	状态信号

当收到开浇信号后，辊面温度扫描仪101、105开始扫描，并将此时结晶辊104、106的位置作为原点O，并在每次扫描时都计算出当前的扫描位置相对于O点的距离pos，

$\mathrm{pos}=\mathrm{mod}(\∫\mathrm{vdt},C_{\mathrm{roll}})$

其中，v为结晶辊转速，C_roll为结晶辊周长，mod()为余数函数。

对读入的辊面温度值进行判断，当某一处的辊面温度大于阈值温度，阈值温度通常为结晶辊表面最高耐受温度的70～85％，并具有一定长度宽度，且呈现周期性特性出现时，即可判断此处结晶辊表面出现异常，给出报警，当此异常点足够大，并持续的周期数量足够多时，可以发出停浇信号。

其中的n，m可根据辊面温度扫描仪的扫描点间距以及扫描频率，结合实际情况加以确定，例如，n，m的取值都可以在3～10之间。

将本发明的结晶辊状态监控方法和监控装置应用到薄带连铸生产线上，正常情况下，监视结晶辊表面温度，同时运行结晶辊状态监控程序。假设结晶辊的周长为3m，转速为3m/s，正常的辊面温度为200℃。当检测到的结晶辊辊面温度连续3个点的温度均超过400℃，并且此异常情况每1s中出现一次。当此异常连续出现3次时，即可发出作为提示的报警信号。

本发明利用辊面温度扫描仪对结晶辊表面温度进行监视，发现并跟踪其中的温度异常高点，当这些温度异常高点具有聚集性，周期性特点时，可以判断为结晶辊表面的缺陷点，给出报警信号，从而避免事故的发生。

Claims (5)

1.一种结晶辊状态监控装置，其特征在于，包括：

两个辊面温度扫描仪，分别安装在两根结晶辊的外侧，辊面温度扫描仪扫描结晶辊的辊面温度；

通讯模块，连接在辊面温度扫描仪与薄带连铸控制系统之间，建立辊面温度扫描仪与薄带连铸控制系统之间的通讯；

结晶辊状态监控模块，判断结晶辊状态；

其中辊面温度扫描仪在收到开浇信号后开始扫描，并将此时结晶辊的位置作为原点O，并在每次扫描时都计算出当前的扫描位置相对于O点的距离，当此距离大于等于结晶辊周长时，取其余数；

对读入的各点温度Ti与温度阈值Ttv进行比较，当连续n个点均满足实测温度Ti大于阈值Ttv时，判断此处的结晶辊辊面为可疑缺陷点，此时根据结晶辊的转速判断结晶辊的旋转周期，当可疑缺陷点在下m个周期均重复出现，则判断该可疑缺陷点为由结晶辊本身的故障造成的缺陷点。

2.如权利要求1所述的结晶辊状态监控装置，其特征在于，

辊面温度扫描仪检测结晶辊的整个辊面长度方向上的温度，扫描线的长度为辊面长度的1.1～1.3倍；扫描线与结晶辊的平行度为0.1，辊面温度扫描仪与扫描线组成的平面与结晶辊辊面切线的垂直度为0.1～0.15，辊面温度扫描仪同时获得结晶辊辊面上多个点的温度。

3.如权利要求1所述的结晶辊状态监控装置，其特征在于，

辊面温度扫描仪扫描结晶辊的辊面温度的周期小于结晶辊的旋转周期的10％。

4.如权利要求1所述的结晶辊状态监控装置，其特征在于

所述温度阈值为结晶辊表面最高耐受温度的70～85％。

5.如权利要求1所述的结晶辊状态监控装置，其特征在于，

判断可疑缺陷点为缺陷点，m为3～10。