CN102581244A - 一种连铸铸坯表面质量的在线控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连铸铸坯表面质量的在线控制系统及控制方法，包括：铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器、高温铸坯表面缺陷在线检测系统服务器和铸坯表面质量控制系统工艺站服务器。通过铸坯表面质量缺陷在线检测系统来提供的铸坯的表面质量情况反馈给铸坯表面质量在线控制系统工艺站服务器，工艺站服务器再结合铸坯质量跟踪与判定系统判定出的工艺参数的异常情况，对存在的引起质量缺陷的问题进行准确的判断，及时调整工艺及设备参数，避免对下一道轧制工序产生造成更多的废品，降低生产成本和能耗、生产效率提升，提高成材率和产品质量。

Description

一种连铸铸坯表面质量的在线控制系统及控制方法

 

技术领域

本发明涉及一种连铸铸坯表面质量的在线控制系统及控制方法，包括铸坯质量跟踪与判定系统以及铸坯表面质量缺陷在线检测装置系统，属于钢铁冶金中连铸坯质量检测与控制的领域。

 

背景技术

高温铸坯热送热装及直接轧制（CC-DR）技术是近些年发展起来的一项新的工艺，这一工艺直接影响到炼钢－连铸－热轧流程的一体化程度，其经济效益直接体现在节省能源、降低生产成本、缩短生产周期以及提高产品质量上。实现高温铸坯热送热装及直接轧制的支撑技术包括许多方面，在连铸方面最主要的是实现两个个技术，第一，高温铸坯表面质量缺陷在线检测技术，第二是铸坯质量在线跟踪与判定系统。目前国内外对这两方面的技术分别做了大量的研究工作。高温铸坯表面质量缺陷在线检测技术的应用例如法国洛林连轧公司的在线无损检测热连铸板坯表面质量涡流探测装置Edisol、挪威Elkem公司的Therm-O-Matic连铸坯自动检测装置，以及美国Honey-well公司的连铸板坯表面缺陷在线检测装置，铸坯质量在线跟踪与判定技术包括奥钢联的计算机辅助质量控制系统（CAQC），曼内斯曼.德马格公司的质量评估专家系统（XQE）和英国钢铁公司的结晶器热监控系统（MTM），以及中冶连铸自主开发的铸坯质量跟踪及产品质量诊断系统（QES）。

CN101871895A公开了一种连铸热坯表面缺陷激光扫描成像无损检测方法，1）激光发射器对铸坯横向照射，得到一条激光线束；2）由面阵CCD图像传感器扫描光线束；3）提取激光线束上所代表的缺陷深度信息，从而得到铸坯该横向位置缺陷深度组合成的一维距离点阵；4）一维距离点阵映射为不同灰度级的灰度图像；5）拼接热坯不同灰度级的灰度图像，从而得到整体灰度图像；6）识别铸坯表面缺陷并重构铸坯表面三维形貌图。

CN102019393A公开了一种用于连铸机的铸体质量判定方法和装置。其包括：基于连铸过程的过程数以及预先存储的触发公式计算质量事件触发状态；基于所计算出的各个质量事件的触发状态，确定质量事件当前列表；针对任意铸体段，从质量事件当前列表中确定所有对该铸体段产生影响的质量事件；基于所有对该铸体段产生影响的质量事件，将该铸体段划分成多个受不同质量事件集合影响且彼此没有交集的区段；对所划分出的各个区段，获取与其对应的质量事件集合，并且通过查找规则库获得与其对应的缺陷发生率；以及基于所获得的与各区段对应的缺陷发生率，确定所述铸体段的质量判定结果。该方法能够快速准确地对尚处于铸流状态中的铸体的质量进行预判断以实时指导连铸生产工艺。

以上两者都有比较成熟的工业应用，但在连铸生产过程中是单独应用，没有将两者结合起来在工业中进行使用。其存在的缺点包括以下几点：

由于连铸连轧技术的特点，无法检查冷态铸坯缺陷、及时清除缺陷，后铸坯缺陷通过热轧遗传到轧材成品上，造成板材废品，浪费大量的人力和物力。并且由于铸坯缺陷影响因素众多（包括设备因素、操作因素和工艺因素等），如出现质量问题难以短时解决。

（1）目前的铸坯质量跟踪与判定系统多采用人工智能的判断方法（主要指铸坯质量判定神经网络和专家系统），通过对连铸设备参数的监测、工艺参数的处理和连铸冶金知识的推理，可以及时的在线预测未来连铸坯的包括表面裂纹、内部裂纹、夹杂以及铸坯变形等诸多质量问题在内的质量情况，但存在的问题是由于目前国内外冶金界对单一及多工艺及设备参数对铸坯质量的影响程度没有一个准确的定性，所以导致对铸坯质量判定的结果有很大的不准确性，从而可能导致误判，导致本来可能不存在质量问题的铸坯下线进行处理以及本来存在质量问题的铸坯送到下一道轧制工序，两者都会造成生产成本增加，降低生产效率。

（2）高温铸坯表面质量缺陷在线检测技术可对在线对铸坯表面缺陷的形态和深度进行检测并进行分类量化评估，但存在的问题是当检测到铸坯存在表面缺陷时，只是单纯地将出现问题的不满足质量要求的铸坯进行下线处理，但不能对引起质量问题的原因进行及时准确的分析和解决，会导致后续生产的铸坯继续存在质量问题，增加废品率，导致不必要的经济损失，生产成本增加，降低生产效率。

有鉴于此，有必要提供一种连铸铸坯表面质量的在线控制系统及控制方法，将铸坯质量跟踪与判定系统以及铸坯表面质量缺陷在线检测装置系统两者结合起来，以克服上述缺陷。

 

发明内容

本发明的目的是：提供一种连铸铸坯表面质量在线控制系统及控制方法，包括铸坯质量跟踪与判定系统以及铸坯表面质量缺陷在线检测系统，本发明将两者结合起来，对存在的引起质量缺陷的问题进行准确的判断，及时的调整工艺及设备参数，提高生产效率提升及成材率和产品质量。

本发明的技术方案是：一种连铸铸坯表面质量的在线控制系统，包括：铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器、高温铸坯表面缺陷在线检测系统服务器和铸坯表面质量控制系统工艺站服务器，其特征在于：

所述铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器将连铸工艺参数数据传送至铸坯表面质量控制系统工艺站服务器；

所述高温铸坯表面质量缺陷在线检测系统服务器将铸坯表面质量缺陷评估结果传送至所述铸坯表面质量控制系统工艺站服务器；

所述铸坯表面质量控制系统工艺站服务器结合所述铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器传送的连铸工艺参数数据与工艺站服务器内的专家数据库所设置的工艺过程参数进行对比，对存在的引起质量缺陷的问题进行判断并及时调整工艺及设备参数。

如上所述的连铸铸坯表面质量的在线控制系统，其特征在于，所述铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器将系统记录的每个炉次的钢种，断面和定尺，以及铸坯质量相关的工艺过程参数数据经过千兆以太网传给到铸坯表面质量控制系统工艺站服务器，与此同时，高温铸坯表面缺陷在线检测系统服务器将采集到的该炉次的铸坯表面图像以及对表面缺陷的统计结果通过千兆以太网传送给铸坯表面质量控制系统工艺站服务器；铸坯表面质量控制系统工艺站服务器将该炉次的工艺过程参数数据与工艺站服务器内的专家数据库所设置的工艺过程参数进行对比，若不在符合要求的范围内且检测到表面缺陷存在，铸坯表面质量控制系统工艺站服务器做出指令将专家数据库设定的工艺参数通过千兆以太网传输给二级过程控制系统和一级控制系统，二级过程控制系统和一级控制系统接收到数据后会强行替换原来系统设定的数据并通过PLC来进行实施。

如上所述的连铸铸坯表面质量的在线控制系统，其特征在于，所述二级过程控制系统包括二冷动态配水系统、动态轻压下系统、结晶器振动系统及结晶器液面控制系统。

本发明还提供一种连铸铸坯表面质量的在线控制方法，采用如上所述的控制系统，其特征在于，包括如下步骤：

1）铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器将每炉次的钢种，断面及重点关注的连铸工艺参数数据经过千兆以太网传送给铸坯表面质量控制系统工艺站服务器；

2）高温铸坯表面缺陷在线检测系统服务器将采集到的铸坯表面图像及铸坯表面缺陷评级结果通过千兆以太网传送给铸坯表面质量控制系统工艺站服务器；

3）铸坯表面质量控制系统工艺站服务器将每炉次的连铸工艺参数数据与工艺站服务器内的专家数据库所设置的工艺参数进行对比，若铸坯表面存在缺陷且重点关注的连铸工艺参数不在要求的范围之内，则铸坯表面质量控制系统工艺站服务器做出指令将专家数据库设定的工艺参数通过千兆以太网传输给二级过程控制系统和一级控制系统，二级过程控制系统和一级控制系统接收到数据后会强行替换原来系统设定的数据并通过PLC来进行实施，以控制下一炉次的连铸工艺。

本发明的有益效果是：本发明将铸坯质量跟踪与判定系统以及铸坯表面质量缺陷在线检测系统两者结合起来，通过铸坯表面质量缺陷在线检测系统来提供的铸坯的表面质量情况反馈给铸坯表面质量在线控制系统工艺站服务器，工艺站服务器再结合铸坯质量跟踪与判定系统判定出的工艺参数的异常情况，可对存在的引起质量缺陷的问题进行准确的判断，及时的调整工艺及设备参数，避免对下一道轧制工序产生造成更多的废品，降低生产成本和能耗、生产效率提升，提高成材率和产品质量。

 

附图说明

图1是本发明实施例的连铸铸坯表面质量的在线控制系统的系统结构图。

图2是本发明实施例的连铸铸坯表面质量的在线控制系统的原理示意图。

 

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

如图1所示，本发明实施例提供的连铸铸坯表面质量的在线控制系统主要包括三部分：铸坯质量判定与产品质量诊断系统（QES）服务器、高温铸坯表面缺陷在线检测系统服务器和铸坯表面质量控制系统工艺站服务器。

在此，先简单介绍一下铸坯质量判定与产品质量诊断系统和高温连铸坯表面缺陷在线检测系统。

铸坯质量判定与产品质量诊断系统（Quality Estimation System-QES）是以三级计划数据、精炼数据和连铸PLC数据为基础，以自动和手动质量事件为驱动，以判定切割铸坯的质量等级和轧材产品质量诊断为目标，进而研发的铸坯质量监控软件。QES系统记录了所有与铸坯质量相关的工艺过程参数数据，在线与冶金知识库所要求的工艺参数标准对比，进而判断切割铸坯的质量等级。

高温铸坯表面缺陷在线检测系统设计为：在火切机之前安装该装置，在该装置之前安装有高压氩气除去铸坯表面的氧化铁皮、保护渣和水膜的装置，此装置先对高温铸坯表面进行清除，可较大程度地去除铸坯表面的氧化铁皮、保护渣和水膜等，有效地改善了目前高温铸坯表面缺陷在线检测装置的精确度；对高温铸坯上下两个表面分别进行在线检测，上表面检测装置安装在辊道上方，下表面检测装置安装在辊道下方，检测装置包括多台面阵CCD摄像机（根据铸坯宽度确定）和多台结构光激光发射器，摄像机放置在高温铸坯的横向上，距离铸坯2米，面阵CCD摄像机和激光光源均安装在高温保护罩内，且采用氩气保护和水冷，在拉矫辊安装脉冲发生器，将其送给计算机精确控制面阵CCD摄像机的扫描频率。 

如图2所示，铸坯表面质量控制系统工艺站服务器与连铸一级控制系统（PLC）（控制结晶器水流量，结晶器进出水温差等）连接，同时也与二级过程控制系统相连接（动态配水系统，轻压下系统，结晶器振动系统，结晶器液面控制系统等），铸坯质量判定与产品质量诊断系统将系统记录的每个炉次的钢种，断面和定尺，以及所有与铸坯质量相关的工艺过程参数数据（连铸过程工艺参数）经过千兆以太网传给到质量控制系统工艺站服务器，高温铸坯表面缺陷在线检测系统将采集到的该炉次的铸坯表面图像以及对表面缺陷的统计结果通过千兆以太网传送给质量控制系统工艺站服务器，质量控制系统工艺站服务器将该炉次的工艺过程参数数据（针对不同的缺陷重点考虑不同的工艺参数）与专家数据库设置的工艺过程参数进行对比，如若不在其要求的范围内且检测到表面缺陷存在，质量控制系统工艺站服务器会将专家库设定的工艺参数通过千兆以太网传输给二级过程控制系统和一级控制系统，二级过程控制系统和一级控制系统接收到数据后会强行替换原来系统设定的数据并通过PLC来进行实施。

本发明的实施过程如下：对于铸坯质量跟踪与判定系统，以大包重量为驱动，当重量大于或小于设定驱动值（可配置）且保持设定驱动时间（可配置）时，以判断大包的到台、上台和离台。大包产生后生成本地炉次号，并以该炉次号为唯一标示与其他对象关联处理。大包上台后，客户端自动弹出对话框由操作工进行三级计划信息确认，获得计划钢种、断面和定尺。当计划钢种为QES系统已配置的钢种时立即更新质量事件定义属性和专家库规则，以正常模式跟踪和判定；否则按照Default钢种处理，进行最小模式跟踪和判定；以火切信号为驱动，当火切信号产生并保持设定驱动时间时产生新铸坯。铸坯在产生后会自动查找当前有效的炉次并与之关联，以炉次号+流号+流水号作为铸坯号记录到数据库中；周期遍历已启用的质量事件列表，依据当前的系统数据值、当前钢种和断面属性、质量事件触发参数和质量事件定位参数来管理质量事件出生、成长和死亡过程；周期获取未判定的铸坯列表和质量事件列表，找到铸坯与质量事件之间的内在联系，通过铸坯所属炉化学成分、质量事件的定性参数（内部、表面和夹杂发生率）和专家库规则对铸坯质量进行一个综合评判。

对于高温铸坯表面缺陷在线检测系统，当铸坯经过检测装置时，采集图像，图像模式识别与处理系统进行处理，通过千兆以太网传给数据库服务器，在服务器中进行合并和保存，可通过海量存储器来保存大量的缺陷信息历史数据，工艺站与数据库服务器之间通过千兆以太网连接，通过工艺站可以实时显示缺陷的检测结果， 工艺站存有定尺铸坯的所有可采集跟踪到的相关工艺和设备参数。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种连铸铸坯表面质量的在线控制系统，包括：铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器、高温铸坯表面缺陷在线检测系统服务器和铸坯表面质量控制系统工艺站服务器，其特征在于：

所述铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器将连铸工艺参数数据传送至铸坯表面质量控制系统工艺站服务器；

所述高温铸坯表面质量缺陷在线检测系统服务器将铸坯表面质量缺陷评估结果传送至所述铸坯表面质量控制系统工艺站服务器；

所述铸坯表面质量控制系统工艺站服务器结合所述铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器传送的连铸工艺参数数据与工艺站服务器内的专家数据库所设置的工艺过程参数进行对比，对存在的引起质量缺陷的问题进行判断并及时调整工艺及设备参数。

2.根据权利要求1所述的连铸铸坯表面质量的在线控制系统，其特征在于，所述铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器将系统记录的每个炉次的钢种，断面和定尺，以及铸坯质量相关的工艺过程参数数据经过千兆以太网传给到铸坯表面质量控制系统工艺站服务器，与此同时，高温铸坯表面缺陷在线检测系统服务器将采集到的该炉次的铸坯表面图像以及对表面缺陷的统计结果通过千兆以太网传送给铸坯表面质量控制系统工艺站服务器；铸坯表面质量控制系统工艺站服务器将该炉次的工艺过程参数数据与工艺站服务器内的专家数据库所设置的工艺过程参数进行对比，若不在符合要求的范围内且检测到表面缺陷存在，铸坯表面质量控制系统工艺站服务器做出指令将专家数据库设定的工艺参数通过千兆以太网传输给二级过程控制系统和一级控制系统，二级过程控制系统和一级控制系统接收到数据后会强行替换原来系统设定的数据并通过PLC来进行实施。

3.根据权利要求2所述的连铸铸坯表面质量的在线控制系统，其特征在于，所述二级过程控制系统包括二冷动态配水系统、动态轻压下系统、结晶器振动系统及结晶器液面控制系统。

4.一种连铸铸坯表面质量的在线控制方法，采用权利要求1所述的控制系统，其特征在于，包括如下步骤：

1）铸坯质量判定与产品质量诊断系统服务器将每炉次的钢种，断面及重点关注的连铸工艺参数数据经过千兆以太网传送给铸坯表面质量控制系统工艺站服务器；

2）高温铸坯表面缺陷在线检测系统服务器将采集到的铸坯表面图像及铸坯表面缺陷评级结果通过千兆以太网传送给铸坯表面质量控制系统工艺站服务器；

3）铸坯表面质量控制系统工艺站服务器将每炉次的连铸工艺参数数据与工艺站服务器内的专家数据库所设置的工艺参数进行对比，若铸坯表面存在缺陷且重点关注的连铸工艺参数不在要求的范围之内，则铸坯表面质量控制系统工艺站服务器做出指令将专家数据库设定的工艺参数通过千兆以太网传输给二级过程控制系统和一级控制系统，二级过程控制系统和一级控制系统接收到数据后会强行替换原来系统设定的数据并通过PLC来进行实施，以控制下一炉次的连铸工艺。

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