CN114112736B - 确定低碳钢冷轧薄板断裂延伸率的在线测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种确定低碳钢冷轧薄板断裂延伸率的在线测量装置及方法，包括检测传感单元、及通过数据通讯接口与检测传感单元连接的计算和控制单元。检测传感单元包括电磁检测单元和测距仪，对带钢的电磁参数、电磁检测单元与带钢下表面之间的间距进行检测并将检测的电磁参数和间距数据发送至计算和控制单元，计算和控制单元包括计算模块，计算模块根据电磁参数数据和间距数据计算带钢的断后伸长率。本发明实现了对冷轧带钢断后伸长率等指标的实时在线检测，实现钢板生产质量的连续检测、分类和记录，对于提高生产效率、产品质量以及产品竟争力将起到非常积极的作用。

Description

确定低碳钢冷轧薄板断裂延伸率的在线测量装置及方法

技术领域

本发明涉及带钢力学性能无损检测领域，更具体地，涉及一种确定低碳钢冷轧薄板断裂延伸率的在线测量装置及方法。

背景技术

冷轧带钢生产中，低碳钢因为其易加工性，是钢厂的下游用户，如汽车，家电行业的重要原材料。下游用户对带钢的基材性能各项指标要求严格。其中，冷轧薄板的力学性能指标，(包括强度和塑性)的大小和稳定性是衡量产品质量好坏的重要标准，是产品设计和选材时的主要依据。向用户提供具有准确的、合格的力学性能指标的带钢是钢厂提高其市场竞争力的前提条件之一。

断裂延伸率是材料塑性的主要表征参数，其是在拉断后的试样上测取得。目前离线拉伸测试中，为了测定断裂延伸率，应将试样断裂的部分仔细地配接在一起使其轴线处于同一直线上，并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距。计算方法如下：

式中：L₀—试样原始标距，mm；

L_u—断后试样拼接后的标距，mm。

对于冷轧低碳钢薄板而言，断裂延伸率的范围为20-60％；

当前国内钢铁企业对冷轧薄带钢断裂延伸率的检测主要是离线拉伸法。离线拉伸法：这是目前广泛采用的方法。即在一卷带钢的某个部位，如头、尾切样，然后送到拉伸测试机上进行拉伸测试，获取试样的断裂延伸率值，由此来推断一卷带钢的断裂延伸率值。这种方法的优点是简单，结果直接，且精度高。但这种方法存在如下弊端：其一，数据时滞大，对生产过程的帮助有限，在线控制更无从谈起。其二，数据不完整，仅能反应一卷带钢头、尾的值。其三，剪切浪费。机组在生产时，由于某种原因停机或者低速生产，为了维持“头、尾合格，则中间也合格”的经验判断，此时通常要切除一段“疑似不合格”的带钢。切多少没有判断标准，只能尽量多切，显然造成了浪费。其四，需要全天候有人在机旁作业，劳动强度高，人工成本高。

发明内容

本发明旨在开发一种用来在线测量低碳钢冷轧薄板断裂延伸率的方法。该方法通过对运行的带钢施加综合的电磁检测，实时获取多个电磁信号，所开发的方法不依赖机组的工艺实时参数，实现在线精确测量冷轧薄板断裂延伸率的目的。

本发明的用来在线测量低碳钢冷轧薄板断裂延伸率的装置和方法是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，提供一种确定低碳钢冷轧薄板断裂延伸率的在线测量装置，包括检测传感单元、及计算和控制单元，所述检测传感单元通过数据通讯接口与所述计算和控制单元连接，

所述检测传感单元包括电磁检测单元和测距仪，电磁检测单元进行电磁检测并将检测的电磁参数数据传送至所述计算和控制单元；所述测距仪进行电磁检测单元与带钢下表面之间的间距检测并将检测的间距数据发送至所述计算和控制单元，

所述计算和控制单元包括计算模块，所述计算模块根据所述电磁参数数据和所述间距数据计算所述带钢的断裂延伸率EL。

所述电磁检测单元包括切线磁场谐波检测模块、多频涡流检测模块、巴克豪森噪声检测模块、增量导磁率检测模块、电磁超声检测检测模块。

所述切线磁场谐波模块检测的电磁参数包括EM1-EM11，其分别对应于3次谐波、5次谐波、7次谐波的幅值和相位、3、5、7、9次谐波幅值之和、变形系数、矫顽磁场、磁滞回线零点处的谐波幅值、电磁线圈稳态电压；

所述增量导磁率模块检测的电磁参数包括EM19-EM25，其分别对应于最大幅值、一个励磁周期内幅值的均值、剩磁点幅值、矫顽磁场M＝M_MAX时、M_MAX的25％时导磁率曲线宽度、M_MAX的50％时导磁率曲线宽度、M_MAX的75％时导磁率曲线宽度；

所述多频涡流模块检测的电磁参数包括EM26-EM41，其中EM26-EM29分别为1,2,3,4频率时线圈感抗信号实部、EM30-EM33分别为1,2,3,4频率时线圈感抗信号虚部、EM34-EM37分别为1,2,3,4频率时线圈感抗信号幅值、EM38-EM41分别为1,2,3,4频率时线圈感抗信号相位。

本发明的在线测量装置中，所述计算模块按照下式计算所述带钢的断裂延伸率EL：

满足条件：2≤G_real≤6

其中，X_i和G_real为变量，X_i表示用于计算EL的电磁参数值，G_real电磁检测单元与带钢下表面之间的间距实际间距值；

Ael、Bel、Ci为系数，Ael表示电磁参数回归方程中的常数项，Bel表示测量间距的权重系数，Ci表示与电磁参数Xi相对应的回归系数。

较佳地，Ael＝1140.03，Bel＝12.1，

Xi包括X1～X13，分别对应于EM1、EM19、EM20、EM21、EM23、EM24、EM25、EM26、EM29、EM31、EM33、EM35、EM40。

所述计算和控制单元还包括用于控制所述电磁检测单元的检测传感单元控制器、和用于控制所述电磁检测单元升降和横移的探头升降和横移控制装置。

所述测距仪检测电磁检测单元与带钢下表面之间的间距为2-6mm；

所述在线测量装置还包括机械限位装置，保障电磁检测单元与带钢之间的安全距离。

根据本发明的另一方面，提供一种低碳钢冷轧薄板断裂延伸率在线测量方法，该方法包括以下步骤：

从所述电磁检测单元获取电磁参数数据；

从所述测距仪获取电磁检测单元与带钢下表面之间的间距数据；

根据设定的断裂延伸率指标，选择与断裂延伸率相对应的电磁参数，即确定检测模型，进而选择相应的计算模型；

根据所述电磁参数、间距、按照计算模型计算带钢的断裂延伸率EL。

其中，所述电磁参数分别对应于EM1、EM19、EM20、EM21、EM23、EM24、EM25、EM26、EM29、EM31、EM33、EM35、EM40。

上述装置和方法用于某生产线100卷SEDDQ带钢的断裂延伸率值的在线测量，并头尾各取样一样，采用离线拉伸测试的方法获得数值，各自共2000组，所得到的结果和在线测量的对应的位置的断裂延伸率值比较。在10％的相对误差精度范围内，样本合格率为90％以上。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是带钢断后伸长率EL的示意图；

图2是根据本发明的用于确定低碳钢冷轧薄板钢断后伸长率EL的在线测量装置的系统构成；

图3是设置在检测现场的电磁检测单元，其中图3(a)对应于在线工作位置，图3(b)对应于下降位置

图4是根据本发明的EL计算流程图；

图5是一卷带钢的EL测量结果的示例。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案进行具体说明。

以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

系统配置

图2是根据本发明的用于确定低碳钢冷轧薄板屈服强度和抗拉强度的在线测量装置的系统构成。完整的检测系统包括在线的检测硬件系统，配套的软件系统，数学模型，以及相应的数据接口和计算机网络等。

如图2所示：一种用于确定低碳钢冷轧薄板屈服强度和抗拉强度的在线测量装置，包括检测传感单元、及计算和控制单元，所述检测传感单元通过数据通讯接口与所述计算和控制单元连接，

所述检测传感单元包括电磁检测单元和测距仪，电磁检测单元对带钢的电磁参数进行检测并将检测的电磁参数数据传送至所述计算和控制单元；所述测距仪对电磁检测单元与带钢下表面之间的间距进行检测并将检测的间距数据发送至所述计算和控制单元，

所述计算和控制单元包括计算模块，所述计算模块根据所述电磁参数数据和所述间距数据计算所述带钢的屈服强度Rp和抗拉强度Rm。

所述在线测量装置中，所述计算和控制单元还包括用于控制所述电磁检测单元的检测传感单元控制器、和用于控制所述电磁检测单元升降和横移的探头升降和横移控制装置。

检测硬件

图3示出布置在检测现场的电磁检测单元，其中图3(a)对应于在线工作位置，图3(b)对应于下降位置。

带钢1通常以0-300m/min的速度运行，带钢经由两根前后布置的托辊2，实现带钢的运行轨迹线稳定。托辊2之间布置有可以升降和宽向横移的电磁检测单元3。电磁检测单元3置于运行带钢下方，由控制系统实现其升降和横移。硬件检测系统中还包括测距仪表4，作用是实时测量电磁检测单元3与带钢1下表面的间距并发送到控制计算机中。探头升降装置5实现电磁检测单元3的上下动作，机械限位装置6保障电磁检测单元3与带钢1之间的安全距离。

特别地，带钢的下表面和探头表面之间的距离7是关键参数，由于带钢运行时有抖动，以及薄带钢固有的板性的波动等外部因素影响，带钢的间距是微幅波动的，通过测距仪表4进行实时测量，其目标值为4mm，允许误差为±2mm，该参数称为Gap，作为检测数学模型的一个输入。特别要说明的是，测量间距G，当2mm≤G≤6mm时，测量有效，可以对检测结果进行修正，当G＞6mm或者G＜2mm时，系统处于异常状态，检测条件不满足，检测无效。图3，图4分别为电磁检测单元在线和下降位置。

工作原理

电磁检测硬件单元，是检测的物理基础。其集成现有成熟技术。本技术方案中检测系统综合应用了切线磁场谐波分析、增量磁导率、多频涡流等三种电磁检测方法。上述三种检测装置是成熟产品，可以市购后二次开发。由于每个电磁方法输出为一个曲线信号。为了便于应用，上述三个电磁检测的结果曲线，通过定义转化为若干量化参数来表征。具体如表1所示。这是检测仪表自身技术，不是本专利需要重点展开的内容。

表1电磁参数一览表

综上，集成的检测系统中最多输出34个电磁参数，而在实际使用中，这些参数可以同时获取。根据不同的被测对象，不同的电磁参数有不同的特性，通过数据试验的方法来确定强关联的电磁参数，并采用一定的规则来实现电磁参数个数的取舍。

“EL”代表断裂延伸率，EL的的计算流程、在线检测方法和数学模型分别阐述如下。

EL计算流程图

图4示出根据本发明的EL计算流程图。

EL计算流程如下：

从所述电磁检测单元获取电磁参数数据；

从所述测距仪获取电磁检测单元与带钢下表面之间的间距数据；

根据指定的屈服强度指标指标，选择与屈服强度指标相对应的检测参数，即确定相应的检测模型；

确定与屈服强度指标相对应的计算模型，即计算EL的数学模型；

根据所述检测参数计算得到带钢的断裂延伸率EL。

适用EL计算的电磁参数组

经由数据试验和分析，从34个电磁参数中，得到以下13项电磁参数，可以用于计算带钢的EL值：

计算EL的数学模型

在实际使用中，X和G是电磁参数变量和间距变量，通过在线测量获知。

通过一定规模的数据试验，得到Ael(电磁参数回归方程中的常数项)，Ci(与电磁参数集Xi相对应的回归系数)，Bel(测量间距的权重系数)分别如下：

Ael＝1140.03，Bel＝12.1。

Ci系数详见下表

X	EM设备编号	EM参数	对应系数	系数值
					X1	EM1	EM_Vmag	C1	2.41
X2	EM19	EM_umax	C2	-1627.65
					X3	EM20	EM_umean	C3	532.70
X4	EM21	EM_ur	C4	1560.54
					X5	EM23	EM_DH25u	C5	0.49
X6	EM24	EM_DH50u	C6	-0.93
					X7	EM25	EM_DH75u	C7	0.59
X8	EM26	EM_Re1	C8	-3367.89
					X9	EM29	EM_Ph1	C9	717.30
X10	EM31	EM_Im2	C10	-860.80
					X11	EM33	EM_Ph2	C11	228.99
X12	EM35	EM_Im3	C12	151.03
					X13	EM40	EM_Mag4	C13	-238.58

发明效果

上述方法用于生产线100卷SEDDQ带钢的断裂延伸率值的在线测量，并头尾各取样一样，采用离线拉伸测试的方法获得数值，各自共2000组，所得到的结果和在线测量的对应的位置的断裂延伸率值比较。在10％的相对误差精度范围内，合同的样本合格率为90％以上。

实施例

在一条生产线上应用了本专利技术，应用到一卷带钢的在线检测，技术方案详见前文，该卷带钢的钢种为SEDDQ，为典型低碳钢。厚度为0.7mm，宽度为1600mm，带钢全长为2208m；在线检测系统有1025个输出，也即平均2.26米一个测量结果。

EL数学模型

其中：带入Ael，C系数，Bel值，以及实时检测得到的输入参数X和G，得到EL的计算结果，见下表2。

表2EL电磁参数实际值，间距值，和计算值

图5是一卷带钢的EL测量结果的示例

上述方法用于某生产线100卷SEDDQ带钢的断裂延伸率在线测量，并头尾各取样一样，采用离线拉伸测试的方法获得断裂延伸率，共2000组，所得到的结果和在线测量的对应的位置值比较，可信度为92％。

该发明应用在冷轧带钢机械性能质量在线检测系统中，对冷轧带钢抗拉强度和屈服强度等指标进行实时在线检测，实现钢板生产质量的连续检测、分类和记录，对于提高生产效率、产品质量以及产品竟争力将起到非常积极的作用。

最后，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，在不脱离本发明构思的前提下还可以作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种确定低碳钢冷轧薄板断裂延伸率的在线测量装置，其特征在于，包括检测传感单元、计算和控制单元，所述检测传感单元通过数据通讯接口与所述计算和控制单元连接，

所述检测传感单元包括电磁检测单元和测距仪，电磁检测单元对带钢的电磁响应参数进行检测并将检测的电磁参数数据传送至所述计算和控制单元；所述测距仪对电磁检测单元与带钢下表面之间的间距进行检测并将检测的间距数据发送至所述计算和控制单元，

所述计算和控制单元包括计算模块，所述计算模块根据所述电磁参数数据和所述间距数据计算所述带钢的断裂延伸率EL，

所述电磁检测单元包括切线磁场谐波检测模块、增量导磁率检测模块和多频涡流检测模块，

所述切线磁场谐波检测模块检测的电磁参数包括分别对应于3次谐波、5次谐波、7次谐波的幅值EM1-EM3和相位EM4-EM6；3、5、7、9次谐波幅值之和EM7；变形系数EM8；矫顽磁场EM9；磁滞回线零点处的谐波幅值EM10；电磁线圈稳态电压EM11；

所述增量导磁率检测模块检测的电磁参数包括分别对应于最大幅值EM19、一个励磁周期内幅值的均值EM20、剩磁点幅值EM21、矫顽磁场M＝M_MAX时导磁率曲线宽度EM22、M_MAX的25％时导磁率曲线宽度EM23、M_MAX的50％时导磁率曲线宽度EM24、M_MAX的75％时导磁率曲线宽度EM25；

所述多频涡流检测模块检测的电磁参数包括分别为1,2,3,4频率时线圈感抗信号实部EM26-EM29；分别为1,2,3,4频率时线圈感抗信号虚部EM30-EM33；分别为1,2,3,4频率时线圈感抗信号幅值EM34-EM37；分别为1,2,3,4频率时线圈感抗信号相位EM38-EM41，

所述计算模块按照下式计算所述带钢的断裂延伸率EL：

满足条件：2≤G_real≤6

其中，X_i和G_real为变量，X_i表示用于计算EL的电磁参数值，X_i包括X₁～X₁₃，分别对应于EM1、EM19、EM20、EM21、EM23、EM24、EM25、EM26、EM29、EM31、EM33、EM35、EM40，G_real为电磁检测单元与带钢下表面之间的间距实际间距值；

A_el、B_el、C_i为系数，A_el表示电磁参数回归方程中的常数项，B_el表示测量间距的权重系数，C_i表示与电磁参数X_i相对应的回归系数。

2.如权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，

A_el＝1140.03，B_el＝12.1。

3.如权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，

所述计算和控制单元还包括用于控制所述电磁检测单元的检测传感单元控制器、用于控制所述电磁检测单元升降和横移的探头升降和横移控制装置。

4.如权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，

所述测距仪检测电磁检测单元与带钢下表面之间的间距为2-6mm；

所述在线测量装置还包括机械限位装置，保障电磁检测单元与带钢之间的安全距离。

5.一种用于如权利要求1-4之一所述的在线测量装置的断裂延伸率在线测量方法，其特征在于，

从所述电磁检测单元获取电磁参数数据；

从所述测距仪获取电磁检测单元与带钢下表面之间的间距数据；

根据设定的断裂延伸率指标，选择与断裂延伸率相对应的电磁参数；

根据所述电磁参数计算带钢的断裂延伸率，

所述的与断裂延伸率相对应的电磁参数分别对应于EM1、EM19、EM20、EM21、EM23、EM24、EM25、EM26、EM29、EM31、EM33、EM35、EM40，

所述计算模块按照下式计算所述带钢的断裂延伸率EL：

满足条件：2≤G_real≤6

其中，X_i和G_real为变量，X_i表示用于计算EL的电磁参数值，G_real为电磁检测单元与带钢下表面之间的间距实际间距值；

A_el、B_el、C_i为系数，A_el表示电磁参数回归方程中的常数项，B_el表示测量间距的权重系数，C_i表示与电磁参数X_i相对应的回归系数。