CN105264368B - 具有用于探测在冶金铸造产品中的表面缺陷的探测装置的连续铸造装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产和/或检查冶金铸造产品(3)的连续铸造装置(1)以及连续铸造方法，其中，连续铸造装置(1)包括：用于制造冶金铸造产品(3)的冷铸模(2)；包括至少一个实施成组合放射器的EMAT传感器(50)的表面缺陷探测装置(5)，以探测在生产线中的冶金铸造产品(3)中的表面缺陷和/或近表面缺陷；用于评估借助于所述EMAT传感器(50)接收的超声波信号的评估单元(8)；以及控制单元(9)用于根据由所述评估单元(8)获取的数据来控制所述连续铸造装置(1)，以便通过这种方式克服表面缺陷或近表面缺陷。

Description

具有用于探测在冶金铸造产品中的表面缺陷的探测装置的连 续铸造装置和方法
技术领域
本发明涉及用于生产和/或检查冶金铸造产品的连续铸造装置以及连续铸造方法，其中，连续铸造装置包括用于制造冶金铸造产品的冷铸模。
背景技术
连续铸造是既用于非连续又用于连续制造铸造产品(例如尤其由铁合金或非铁合金制造的板、块、棒)的方法。借助于连续铸造生产的冶金铸造产品的质量尤其还与其表面特性相关。表面特性可通过例如铸造速度或冷却的工艺参数进行调节。因此，从生产技术的角度看所期望的是，近似实时地使工艺参数匹配于当前的生产条件。在生产线中的工艺参数的调节以冶金铸造产品的实时检测为前提。
这种实时检测例如借助于CCD摄像头进行以用于光学检测冶金产品的表面质量。作为这种光学方法的缺点需提及的是其较低的侧向分辨率。
US 4 853 634说明了用于检测冶金铸造产品的表面质量的另一方法。在此，换能器在热的连续铸造板坯上方运动，以探测在铸造产品的表面中的裂纹。在此，换能器基于涡流方法并且获取干扰性的磁区域(例如由冷氧化皮构成的区域)的影响。这种方法的缺点在于，用于检测铸造产品的表面特性的检测装置必须在铸造产品上方移动通过。
此外，在US 2003/0150587 A1中描述了一种用于制造轧材的连续铸造装置，其配备有用于测量组织结构和晶粒结构的探测装置，借助于该探测装置可在轧材内部测量组织结构和晶粒结构，以由此探测轧材中的内部缺陷。
在WO 02/40986A1中描述了一种用于无破坏地检测金属结构的设备，其可包括用于探测缺陷位置的EMAT传感器，其中设有标记装置，以便标记所探测的缺陷位置。
此外，在WO 01/96040A1中描述了一种用于在离开精轧设备之后标记在棒形轧材中或棒形轧材上的材料缺陷的方法，在其中，借助于超声波检测和/或感应检测探测材料缺陷。
此外，公开文献STACHURSKI M:“Modern ultrasonic transducers and methodsfor ultrasonic testing of materials(新型的用于材料超声波检测的超声换能器和方法)”，WELDING INTERNATIONAL(国际焊接)，英国阿宾顿TAYLOR & FRANCIS,2008年4月1日第22卷第4期第218至224页，XP001549817，ISSN：0950-7116，001：10.1080/09507110802121794。
在EP2 196 800 A2中描述了一种用于通过EMAT传感器检测导电体的方法和装置，该传感器描述为运行时间被控制的组合放射器和/或接收器，其中，不仅可探测内部缺陷而且可探测表面缺陷。
发明内容
相应地，本发明的目的是，提出用于生产和/或检查冶金铸造产品的连续铸造装置和连续铸造方法，其中，冶金铸造产品的生产可废品较少地且因而更有效地进行。
该目的借助于具有权利要求1所述特征的装置实现。有利的设计方案由从属权利要求得到。
相应地，用于生产和/或检查冶金铸造产品的连续铸造装置包括用于探测在生产线中的冶金铸造产品中的表面缺陷和/或近表面缺陷的探测装置。根据本发明，探测装置为至少一个实施成组合放射器的EMAT(electromagnetic acoustic transducer电磁声换能器)传感器。
此外，连续铸造装置包括用于评估借助于EMAT传感器接收的超声波信号的评估单元。
此外，连续铸造装置还包括控制单元用于根据通过评估单元获取的数据控制连续铸造装置，以便通过这种方式克服表面缺陷和/或近表面缺陷。
通过在评估单元中评估所接收的超声波信号，可以易管理的数据的形式表示在冶金铸造产品的表面和/或近表面区域上的状态。因此，可借助于相应的评估软件表明表面缺陷的和/或近表面缺陷的特性，例如形状、大小和/或深度。然后，可以评估的形式在相应的显示装置上将数据例如显示给连续铸造装置的操作者，从而操作者可根据所显示的数据干预连续铸造过程。
通过将评估单元的数据传送到用于控制连续铸造装置的控制单元，可考虑在冶金铸造产品上或在冶金铸造产品中探测的表面缺陷和/或近表面缺陷以用于控制或调节连续铸造装置的参数。因此，例如也可影响冶金产品的铸造速度和/或冶金铸造产品的冷却，以用这种方式克服表面缺陷和/或近表面缺陷。因此，工艺参数还可在生产线中与借助于EMAT传感器结合评估单元所获取的数据相匹配。
EMAT传感器由磁体和一个或多个线圈组成。磁体可为永磁体或产生静态磁场或准静态磁场的电磁体。线圈加载有交流电，使得除了磁体之外线圈也产生磁场。在此，在EMAT传感器下方出现两个磁场的叠加。如果现在在检测工序中磁体连同线圈布置在检测体上方，则通过磁体的磁场与线圈的磁场的相互作用在检测体中产生超声波。
组合放射器由多个既可发送又可接收超声波的单放射器或换能器组成。
借助于EMAT传感器的检测相应地在不接触检测体的情况下进行。所以，为了检测也不需要附加剂、例如联结剂。因此，EMAT传感器的使用范围既不受限于冰点也不受限于沸点。此外，也得到对检测体的表面特性的较低的要求。因为没有涂覆联结剂，所以不需要光滑的表面。只须去除松动的氧化皮残留物。
在本发明的意义中的铸造产品为尤其由铁合金或非铁合金制造的产品，例如板、块或棒。
在另一有利的实施方式中，EMAT传感器实施为连续铸造装置的不可运动的或静止的部分。
由此，检测装置不具有在机械上可运动的、特别是可摆动的部件，这有利于检测装置的由此降低的复杂性并且由此还可降低易出误差性。
在一种优选的实施方式中，EMAT传感器构造为用于发射超声波波阵面。
由此借助于超声波可流过检测体或冶金铸造产品。相应地，表面缺陷和/或近表面缺陷与超声波或超声波波阵面相互作用。
在另一优选的实施方式中，可由EMAT传感器产生的超声波波阵面的方向和焦深可电子调节。
在此，焦深指在其中超声波波阵面的对焦最大的深度范围。通过调节焦深的可能性，可从冶金铸造产品的表面开始直到一定的深度检测冶金铸造产品的缺陷。因此，例如可行的是，将冶金产品的检测集中在优选预期有缺陷的临界深度上。
通过超声波波阵面的方向的可调节性，可结合超声波波阵面的焦深的可调节性三维地探测冶金铸造产品。以这种方式可在冶金铸造产品中探测仅可通过在一定角度下放射超声波而获取的缺陷。由此，总而言之，对用于探测表面缺陷和/或近表面缺陷的装置的机械可摆动性的要求不用再考虑。
在一种优选的实施方式中，EMAT传感器构造为用于接收超声波信号，该超声波信号由超声波波阵面在冶金铸造产品处的反射产生。
EMAT传感器既可发送又可接收超声波，由此不需要附加的接收换能器。这对用于探测表面缺陷和/或近表面缺陷的装置的复杂性或结构尺寸产生积极的影响。
在另一优选的实施方式中，连续铸造装置包括用于清洁冶金铸造产品的表面的装置。
由此，可清除在冶金铸造产品的表面上的与生产相关的残留物，例如松动的氧化皮，使得不会由于这种残留物而影响或阻碍对表面缺陷和/或近表面缺陷的探测。此外，可在冶金铸造产品上以微小的间距布置EMAT传感器，而不会由于与生产相关的残留物污染EMAT传感器。此外，该清洁还用于为连续铸造装置的其他后续工艺步骤做准备。
在另一实施方式中，连续铸造装置包括标记装置以用于在冶金铸造产品上标记表面缺陷和/或近表面缺陷。
由此可在视觉上标明表面缺陷和/或近表面缺陷。之后，冶金铸造产品的相应标注的区域可在后续中进行附加的处理。
在另一优选的实施方式中，连续铸造装置包括用于切割冶金铸造产品的切割装置。
由此可将冶金铸造产品切成期望的长度。此外，冶金材料的之前借助于EMAT传感器探测到临界数量或临界尺寸的表面缺陷和/或近表面缺陷的部分借助于切割装置以废品的形式切掉。
在一种优选的实施方式中，连续铸造装置包括用于评估借助于EMAT传感器接收的超声波信号的评估单元。累积地，连续铸造装置可包括用于根据通过评估单元获取的数据来控制标记装置和/或切割装置的控制单元。
根据由评估单元获取的数据控制标记装置可实现精确地标记在冶金铸造产品的表面上的表面缺陷和/或近表面缺陷。
冶金产品的一部分由于超过临界数量的表面缺陷和/或近表面缺陷而应该切离，对于这种情况，切割装置可直接由与评估单元连接的控制单元控制。作为替代，还可根据通过标记装置在冶金铸造产品的表面上产生的标记控制切割装置。
在另一优选的实施方式中，超声波波阵面的方向和焦深的电子调节与冶金铸造产品的温度有关。在此，用于探测表面缺陷和/或近表面缺陷的装置包括温度传感器以用于测量冶金铸造产品的温度。
由此，可考虑温度对借助于EMAT传感器获取的数据/结果的影响。由此，与冶金铸造产品的温度无关地保证了保持不变的检测质量。
此外，本发明的目的还在于，提出一种用于生产冶金铸造产品的连续铸造方法，其中，所述连续铸造方法包括用于在生产线中在生产冶金铸造产品时探测表面缺陷和/或近表面缺陷的方法，优选地借助于根据权利要求1至10中任一项所述的连续铸造装置。该目的通过具有权利要求11所述特征的方法实现。该方法的有利的设计方案由从属权利要求得到。
借助于该方法实现上文所述优点。
附图说明
通过以下对附图的说明详细阐述本发明的其他的有利实施方式和方面。其中：
图1示意性地示出了用于生产和/或检查冶金铸造产品的连续铸造装置的视图，
图2示意性地示出了用于生产和/或检查冶金铸造产品的连续铸造装置的方框图。
具体实施方式
下面借助于附图说明优选的实施例。在此，相同的、相似的或效果相同的元件以相同的附图标记表示，并且在以下说明中部分地省去对这些元件的重复性说明，以避免冗余。
图1示出了用于生产冶金铸造产品3(以下也称为冶金材料)的连续铸造装置1。在此，冶金材料3垂直向下地离开冷铸模2并且通过至少部分被驱动的滚轮20沿铸造方向R转向到水平方向。在成功地转向之后，冶金材料3经过用于探测表面缺陷和/或近表面缺陷的探测装置5。探测装置5为实施成组合放射器的EMAT传感器50，该传感器直接地、然而无接触地布置在冶金材料3的上方。在此，EMAT传感器50能够借助于超声波探测在冶金铸造产品3中的表面缺陷和/或近表面缺陷。
此外，图1示出了清洁装置4，其位于连续铸造装置的水平区域中。清洁装置4清洁冶金铸造产品3的上表面30并且由此使冶金铸造产品的上表面为后续的方法步骤做准备。在此，清洁装置4例如借助于高的水压去除在冶金材料3的表面上的呈氧化铁形式的污染物，由此清洁装置4例如以氧化皮洗涤器的形式起作用。此外，清洁装置4在冶金铸造产品3的宽度方向上具有许多喷嘴，这些喷嘴对准冶金铸造产品3的表面。作为替代，冶金铸造产品3的表面可利用压缩空气或者通过刷净来清洁。在此，探测装置5连接在清洁装置4的后面，使得当冶金铸造产品3到达探测装置5时，冶金铸造产品3已经经过了清洁装置4。
探测装置5对准冶金铸造产品3的上表面30，使得冶金铸造产品3的上表面30的整个宽度可被探测装置5探测到。作为替代，探测装置5可对准铸造产品的下表面32或用于检查冶金铸造产品3的所有面。
探测装置5在其核心中由EMAT传感器50形成。
由磁体和线圈组成的单元称为单放射器。通过单放射器在冶金铸造产品3中引起的超声波具有沿冶金铸造产品3的厚度方向延伸的主传播方向。然而，在图1中所示的EMAT传感器50为组合放射器或者说相控阵(phased array)，其具有至少两个、优选16个、特别优选32个或极其特别优选64个单放射器。借助于这种组合放射器可产生完整的超声束。在此，可通过单射线彼此的超声波输出的时间偏差来改变超声束的放射方向。相应地，图1中的EMAT传感器50的组合放射器的超声波束的放射方向可通过对单放射器的电子操控进行摆动。
根据一原理通过单放射器的磁体的磁场和线圈的磁场的相互作用在冶金材料中产生超声波，该原理与冶金铸造产品本身的特性有关。如果冶金铸造产品为有传导能力的材料，则在冶金铸造产品中基于洛伦兹力的原理产生超声波。如果冶金铸造产品为铁磁性材料，则在冶金铸造产品中超声波的形成可基于磁致伸缩的原理。
用于在图1中的EMAT传感器50的线圈由钨制成，以承受冶金铸造产品3的高温。作为替代，线圈也可由钼、铂等制成。在EMAT传感器50中所使用的磁体具有尽可能高的居里温度，以在冶金铸造产品3的高温下也可使用。
通过实施为组合放射器的EMAT传感器50在冶金铸造产品3中产生的超声波被表面缺陷和/或近表面缺陷反射。通过所说明的呈超声波束形式的超声波的电子可摆动性结合调节超声波的焦深的可能性，可借助于EMAT传感器50以超声波信号的形式探测表面缺陷和/或近表面缺陷的三维图像。
此外，图1示出了连续铸造装置1在探测装置5之后紧接着具有标记装置6。
借助于标记装置6标记出之前通过探测装置获取的在冶金铸造产品3的上表面30上的表面缺陷和/或近表面缺陷。此外，借助于标记装置还可标记切割棱边，在切割棱边处应在后续的方法步骤中分割冶金铸造产品3。
清洁装置4、探测装置5以及标记装置6在高度上可调节地布置。以这种方式可根据待制造的冶金铸造产品3的厚度在高度上调节这些装置。
此外，图1示出了切割装置7，其连接在标记装置6的后面并且用于优化地切分铸造产品。
图2示意性地示出了图1中的连续铸造装置1的方框图。EMAT传感器50将探测到的超声波信号转变为可由在评估单元8上的评估软件处理的数据。
探测装置5除了EMAT传感器50之外具有温度传感器52，该温度传感器测量冶金铸造产品3的温度。温度传感器52的测量数据传输给评估单元8并且在此由评估软件处理。在需要时评估单元8将其基于温度传感器52的测量数据的结果传送给控制单元9。然后，控制单元9影响检测参数(例如频率)，EMAT传感器50借助于该检测参数在冶金铸造产品3中产生超声波。由此可使超声波的检测参数匹配于冶金铸造产品3的温度，使得能够最佳地探测表面缺陷和/或近表面缺陷。
在评估单元8处理了EMAT传感器50的数据之后，在需要时评估单元8向控制单元9发送指令，以控制工艺参数。例如，可调节铸造产品的冷却或铸造速度，以影响冶金铸造产品3的表面特性并且由此对借助于EMAT传感器50探测的表面缺陷和/或近表面缺陷做出响应。
此外，控制单元9与标记装置6连接。根据评估单元8的数据，控制单元9促使标记装置6在冶金铸造产品的下表面32或上表面30上在EMAT传感器50之前探测到表面缺陷和/或近表面缺陷的部位处对冶金铸造产品3做出标记。
此外，可借助于标记装置6在冶金铸造产品3的上表面30上压出分割线，接下来切割装置7借助于该分割线定向。
根据评估单元8的数据，控制单元9可促使切割装置7将冶金铸造产品3的如下部分切掉，在该部分中EMAT传感器50探测到超过临界缺陷数量的量的表面缺陷和/或近表面缺陷。在此，临界缺陷数量存储在评估单元8的评估软件中。
作为替代，切割装置7也可具有光学传感器以用于获取借助于标记装置6产生的在冶金铸造产品3的上表面30上的分割线。如果切割装置7的光学传感器识别出在冶金铸造产品3的上表面30上的分割线，则该光学传感器触发切割装置7沿分割线的切割工序。
只要适用，在各个实施例中阐述的所有单独的特征均可彼此组合和/或替换，而不会脱离本发明的范围。
附图标记列表
1 连续铸造装置
2 冷铸模
20 滚轮
3 (冶金)铸造产品
30 上表面
32 下表面
4 清洁装置
5 探测装置
50 EMAT传感器(组合放射器)
52 温度传感器
6 标记装置
7 切割装置
8 评估单元
9 控制单元

Claims (17)

1.一种用于生产和/或检查冶金铸造产品(3)的连续铸造装置(1)，具有用于制造冶金铸造产品(3)的冷铸模(2)，
其特征在于，设有包括至少一个实施成组合放射器的EMAT传感器(50)的表面缺陷探测装置(5)，以探测在生产线中的冶金铸造产品(3)中的表面缺陷和/或近表面缺陷，以及其特征在于，
设有用于评估借助于所述EMAT传感器(50)接收的超声波信号的评估单元(8)，以及其特征在于，
设有控制单元(9)用于根据由所述评估单元(8)获取的数据来控制所述连续铸造装置(1)，以便通过这种方式克服表面缺陷和/或近表面缺陷。
2.根据权利要求1所述的连续铸造装置(1)，其特征在于，所述EMAT传感器(50)实施为所述连续铸造装置(1)的不能运动的部分。
3.根据权利要求1或2所述的连续铸造装置(1)，其特征在于，由所述EMAT传感器(50)产生的超声波波阵面的方向和焦深能够电子调节。
4.根据权利要求1所述的连续铸造装置(1)，其特征在于，所述EMAT传感器(50)能够接收超声波信号，该超声波信号由超声波波阵面在冶金铸造产品(3)处的反射产生。
5.根据权利要求1所述的连续铸造装置(1)，其特征在于，所述连续铸造装置(1)包括用于清洁冶金铸造产品(3)的表面的清洁装置(4)。
6.根据权利要求1所述的连续铸造装置(1)，其特征在于，所述连续铸造装置(1)包括用于标记在冶金铸造产品(3)上的表面缺陷和/或近表面缺陷的标记装置(6)。
7.根据权利要求1所述的连续铸造装置(1)，其特征在于，所述连续铸造装置(1)包括用于切割冶金铸造产品(3)的切割装置(7)。
8.根据权利要求1所述的连续铸造装置(1)，其特征在于，所述连续铸造装置包括控制单元(9)以用于根据由所述评估单元(8)获取的数据来控制标记装置(6)和/或切割装置(7)。
9.根据权利要求1所述的连续铸造装置(1)，其特征在于，用于探测表面缺陷和/或近表面缺陷的所述探测装置(5)包括用于测量冶金铸造产品(3)的温度的温度传感器(52)。
10.一种用于生产冶金铸造产品(3)的连续铸造方法，在其中所述冶金铸造产品(3)离开连续铸造装置(1)的冷铸模(2)，其中，所述连续铸造方法包括用于借助于根据权利要求1至9中任一项所述的连续铸造装置(1)在生产线中在生产冶金铸造产品(3)时探测表面缺陷和/或近表面缺陷的方法，其包括以下步骤：
借助于不能运动的EMAT传感器(50)发射出超声波波阵面，其中，所述超声波波阵面的方向和焦深能够电子调节，
接收超声波信号，该超声波信号通过所述超声波波阵面在待检测的冶金铸造产品(3)处的反射产生，
关于表面缺陷和/或近表面缺陷评估所接收的超声波信号，其中，
根据所述评估影响所述连续铸造装置(1)的工艺参数，以便通过这种方式克服表面缺陷和/或近表面缺陷。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，根据所述评估由标记装置(6)在冶金铸造产品(3)上标记表面缺陷和/或近表面缺陷，和/或
由切割单元(7)切割冶金铸造产品(3)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在通过所述EMAT传感器(50)进行的超声波检测之前借助于用于清洁表面的清洁装置(4)清洁冶金铸造产品(3)的表面。
13.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，考虑温度对超声波结果的影响。
14.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，检测铸造产品的至少一部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，检测铸造产品的一个或多个面。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，检测铸造产品的所有表面。
17.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，铸造产品的质量评价借助于检查结果自动进行。
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