在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法
【专利摘要】本发明涉及一种在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法，方法包括：将永磁体置于连续下拉过程中连铸坯的表面，永磁体的磁化方向垂直于待测连铸坯的待测坯面；利用与待测连铸坯相同材料的无振痕连铸坯进行标定，使用测力传感器测定作用于磁体上静磁力F0的反作用力F0′；对有振痕的待测连铸坯进行测定，连铸坯通过永磁体下方，待测连铸坯表面的凸起或凹陷会使永磁体受到的静磁力的反作用力F0′发生变化，使用与永磁体端部连接的测力传感器进行测量作用在用永磁体上的反作用力F0′，从而得到待测连铸坯表面的振痕信息。本发明在线静磁力探测连铸坯振痕简单方便，结果准确，根据缺陷的信号分析，可以对振痕变化进行监控。
【专利说明】
在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法
技术领域
[0001]本发明涉及冶金检测技术领域，尤其是一种在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法。
【背景技术】
[0002]连铸是使钢水不断的通过水冷结晶器，凝固成壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺。为防止铸坯在凝固过程中与结晶器壁粘结，在连铸过程中通常采用结晶器振动技术，并使用保护渣润滑，使连铸过程顺利进行。结晶器振动有利于连铸坯的脱模，但振动也使铸坯表面产生振痕。振痕是影响铸坯表面质量的重要因素，可使铸坯表面质量恶化，并易在振痕产生的位置内部生成裂纹，从而成为铸坯表面横裂及其它表面缺陷的根源。此外，振痕在后续的工艺中必须去除，这也会减少材料的利用率。虽然通过电磁软接触的方法能有效的减少振痕的形成，但是在实际连铸过程中仍然迫切的需要一种能够在线实时监测振痕的方法。
[0003]目前连铸坯表面缺陷的在线无损检测技术主要有光学射线，超声，涡流等。光学检测通过检测透射射线的强度，就可判断物体内部的缺陷和分布，具有非接触、无污染、快速全场、直观的特点，但射线设备复杂且较昂贵且对缺陷的量化评估困难，且由于铸坯表面在强水冷条件下会形成一层氧化皮，进一步影响了光学方法测量的准确性。涡流检测技术最大的优点在于可以实现表面及近表面缺陷的检测，但是由于趋肤效应和提离效应的不利影响，且激励线圈和检测线圈很难做得很小，不适合连铸坯振痕的检测。超声检测受限于超声波的频率，方法准确度差，受氧化皮的影响大且无法实现表面及近表面的缺陷形态检测，并且超声检测常需要耦合介质，这也限制了它在连铸坯表面振痕监测方面的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有连铸坯无损检测技术的不足，以静磁力无损检测原理为基础，提供一种简单快捷高效的连铸坯振痕在线实时的在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法，并通过缺陷信号分析实现对整体表面质量的量化评估，通过滤波消除电磁噪声干扰，得到振痕深度、形状、数量、间距等重要信息。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法，所述方法包括:
[0006]步骤1，将永磁体置于待测连铸坯的表面，所述永磁体的磁化方向垂直于所述待测连铸坯的待测坯面；
[0007]步骤2，利用与所述待测连铸坯相同材料的无振痕连铸坯进行标定，使用与永磁体端部连接的测力传感器测定作用于所述磁体上静磁力F。的反作用力F。'；
[0008]步骤3，对有振痕的所述待测连铸坯进行测定，永磁体位于连铸工艺中连铸坯的侧方，所述待测连铸坯表面的凸起或凹陷会使所述永磁体受到的静磁力的反作用力F。'发生变化，使用所述测力传感器进行测量作用在所述用永磁体上的反作用力F。'，从而得到所述待测连铸坯表面的振痕信息。
[0009]进一步的，所述步骤I之前还包括:利用热电偶测量所述待测连铸坯的温度。
[0010]进一步的，所述步骤I之前还包括:通过测距传感器测量所述测力传感器与所述待测连铸坯的距离和反馈，使所述永磁体与待测连铸坯表面的基准之间的距离保持不变。
[0011]进一步的，所述永磁体和测力传感器为阵列式排布。
[0012]进一步的，所述使用测力传感器进行测量作用在所述用永磁体上的反作用力F。'，从而得到所述待测连铸坯表面的振痕信息具体包括:
[0013]当所述反作用力F。'变大，则所述待测连铸坯表面的振痕为凸起，当所述反作用力F。'变小，则所述待测连铸坯表面的振痕为凹陷；
[0014]所述反作用力F。'的变化的次数为振痕数；
[0015]根据所述反作用力F。'的变化量Λ F。'进行定性分析，得到振痕形状与深度信息;
[0016]根据所述变化量示Λ F。'的变化时间Λ t计算得到振痕的宽度与间距信息。
[0017]本发明在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法，其优点如下:
[0018]1、检测设备简单、成本低，本发明所用的装置主要由永磁体，测力、测温和测距传感器以及驱动设备构成。
[0019]2、测量过程简单，只需测量静磁力或其转换形式的相应变化，即可得到连铸坯振痕的深度、宽度、间距、数量等信息。
[0020]3、永磁体产生的静磁场稳定，与激励线圈相比，磁场强度足够强。
[0021 ] 4、检测速度快，可对连铸坯振痕进行在线、快速、实时的检测，适用于板坯、方坯、连铸坯等各类钢种连铸坯表面的无损检测。
【附图说明】
[0022]图1为本发明在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法所用的系统示意图；
[0023]图2为本发明在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法的流程图；图3为本发明静磁力阵列探头检测连铸坯振痕示意图；
[0024]图4为本发明检测信号采集与信号处理流程图；
[0025]图5为测量信号与实际振痕的对比图；
[0026]图6为连铸坯振痕的激光扫描与静磁力测量的对比结果图。
【具体实施方式】
[0027]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
[0028]图1为本发明在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法所用的系统示意图，如图所示，包括经过水冷后下拉的的待测连铸坯I。置于待测连铸坯I表面的永磁体2，以及与所述永磁体连接的测力传感器3和，连接在测力传感器3上的示波器5，以及测量铸坯表面温度的热电偶6和测定永磁体与铸坯表面距离的测距传感器7。
[0029]图2为本发明在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法的流程图，如图所示，具体包括如下步骤:
[0030]步骤101，将永磁体置于连续下拉过程中连铸坯的表面，永磁体的磁化方向垂直于待测连铸坯的待测坯面；
[0031]另外，在实际工况条件下加入热电偶进行测试前的温度测量，利用热电偶测量待测连铸坯的温度。测温的原因在于，因为测量磁体的居里温度较低，如果连铸坯的热量使磁体的温度高过其居里温度，磁体退磁，则无法工作了。
[0032]再有，通过测距传感器测量测力传感器与连铸坯的距离和反馈，使永磁体与连铸坯表面的基准之间的距离保持不变。因为永磁体的磁场随距离呈指数衰减，如果距离不确定，导致测力偏差太大，此外，距离太近，则会导致永磁体吸附到连铸坯表面，造成损坏，也无法工作。
[0033]步骤102，利用与待测连铸坯相同材料的无振痕连铸坯进行标定，使用与永磁体端部连接的测力传感器测定作用于磁体上静磁力F。的反作用力F。'；
[0034]即进行基准位置的标定。
[0035]步骤103，对有振痕的待测连铸坯进行测定，永磁体位于连铸工艺中连铸坯的侧方，待测连铸坯表面的凸起或凹陷会使永磁体受到的静磁力的反作用力F。'发生变化，使用测力传感器进行测量作用在用永磁体上的反作用力F。'，从而得到待测连铸坯表面的振痕信息。
[0036]测力传感器在连铸的过程中，即铸坯是在连续下拉的过程中起到监控的作用，因此需要在线监测。
[0037]同时为提高在实际生产过程中的检测效率，将永磁体与传感器布置成阵列形式，采用两行或多行阵列排布，区域分散检测的同时产生的静磁场又不相互干扰。例如如图3所示每个测量单元永磁体长度为d，相邻测量单元间距为D，每一行的距离为L，此设计可避免单一点探头只能局部检测的弊端，达到全面检测的目的。
[0038]每一个永磁体与测力传感器连接，测力传感器可以采用压电式、应力应变式、光学位移式等多种工作方式，通过把力信号转化为电压信号输出，各通道在数据图像处理之后，经过特征提取与真实信号反馈，显示连铸坯振痕的全面信息，信号采集与信号处理流程图如图4所示。
[0039]例如再如图1所示，将加工的Q235连铸坯放置在步进电机上，连铸坯截面为长50mm，宽20mm，还面加工出不同形状的凹凸缺陷模拟振痕，步进电机以20mm/s速度勾速前进，运动平稳。
[0040]将边长为Imm正方体永磁体置于连铸坯表面，永磁体的磁化方向垂直于待测坯面，磁场强度H = 0.6T永磁体与铸还表面间距D=L 5mm，永磁体上端连接测力传感器，传感器与永磁体固定不动，通过传感器力的信号经过差值与滤波等处理消除噪音与毛刺，处理系统提取信号特征进行识别，在显示器上反馈振痕真实的信息，测量信号与实际振痕的对比如图5所示。
[0041]通过驱动设备将待测连铸坯匀速通过永磁体下方，连铸坯表面的凸起或凹陷会使永磁体受到的静磁力的反作用力发生变化，使用测力传感器进行测量。具体的:
[0042]当所述反作用力F。'变大，则所述待测连铸坯表面的振痕为凸起，当所述反作用力F。'变小，则所述待测连铸坯表面的振痕为凹陷；
[0043]所述反作用力F。'的变化的次数为振痕数；
[0044]根据所述反作用力F。'的变化量Λ F。'进行定性分析，得到振痕形状与深度信息;
[0045]同时由于连铸坯匀速通过永磁体下方，可根据所述变化量示Λ F1/的变化时间Δ t计算得到振痕的宽度与间距信息S = V* Λ t。
[0046]图6所示为连铸坯振痕的激光扫描与静磁力测量的对比结果图，图中连续曲线为静磁力测量曲线，分段曲线为激光扫描曲线。结果充分说明与激光的扫描结果对比，静磁力探测连铸坯振痕简单方便，结果准确，根据缺陷的信号分析，可以对振痕变化进行监控。
[0047]本发明的设计原理是永磁体产生的静磁场能在连铸坯振痕区域充分磁化形成高密度磁路，只有在此区域内，振痕经过永磁体下方时，永磁体才能感应到相应力的变化。
[0048]本发明采用了微小尺寸的永磁体提供静磁场，为了使测量信号更加精确的反映振痕尺寸与形貌等信息，从应用方面考虑，永磁体的最大尺寸小于典型振痕尺寸的一半，典型连铸坯振痕宽度在2_到4_的范围内，振痕的深度与宽度相当，同时本发明可在线监测萌生的100 μm以上裂纹；从测量方面考虑，当产生的静磁力与永磁体质量之比大于0.01时，传感器才能检测出力的变化，同时，永磁体体积过大会导致磁敏感区域内存在多条振痕，从信号中无法明显区分；综上所述，永磁体几何尺寸可选择的范围为0.5-1.0mm。
[0049]本发明的检测范围、精度与所使用的测力传感器有关，实验中使用的1.25微米分辨率的测力传感器可检测100 μ m以上的振痕，300 μ m以上的振痕检测效果最佳，测量精度为10 μ m ;由于静磁力检测原理是通过对铁磁材料表面进行积分求力，同时受空间磁场分布不均的影响，本发明的检测准确率为95%。
[0050]本发明在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法，其优点如下:
[0051]1、检测设备简单、成本低，本发明所用的装置主要由永磁体，测力、测温和测距传感器以及驱动设备构成。
[0052]2、测量过程简单，只需测量静磁力或其转换形式的相应变化，即可得到连铸坯振痕的深度、宽度、间距、数量等信息。
[0053]3、永磁体产生的静磁场稳定，与激励线圈相比，磁场强度足够强。
[0054]4、检测速度快，可对连铸坯振痕进行在线、快速、实时的检测，适用于板坯、方坯、连铸坯等各类钢种连铸坯表面的无损检测。
[0055]以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种在线监测导磁连铸坯振痕的静磁力方法，其特征在于，所述方法包括: 步骤1，将永磁体置于待测连铸坯的表面，所述永磁体的磁化方向垂直于所述待测连铸坯的待测坯面； 步骤2，利用与所述待测连铸坯相同材料的无振痕连铸坯进行标定，使用与所述永磁体端部连接的测力传感器测定作用于所述磁体上静磁力F。的反作用力F。'； 步骤3，对有振痕的所述待测连铸坯进行测定，永磁体位于连铸工艺中连铸坯的侧方，所述待测连铸坯表面的凸起或凹陷会使所述永磁体受到的静磁力的反作用力F。'发生变化，使用所述测力传感器进行测量作用在所述用永磁体上的反作用力F。'，从而得到所述待测连铸坯表面的振痕信息。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I之前还包括:利用热电偶测量所述待测连铸坯的温度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I之前还包括:通过测距传感器测量所述测力传感器与所述待测连铸坯的距离和反馈，使所述永磁体与待测连铸坯表面的基准之间的距离保持不变。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述永磁体和测力传感器为阵列式排布。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用测力传感器进行测量作用在所述用永磁体上的反作用力F。'，从而得到所述待测连铸坯表面的振痕信息具体包括: 当所述反作用力F。'变大，则所述待测连铸坯表面的振痕为凸起，当所述反作用力For变小，则所述待测连铸坯表面的振痕为凹陷； 所述反作用力F。'的变化的次数为振痕数； 根据所述反作用力F。'的变化量△ F。'进行定性分析，得到振痕形状与深度信息； 根据所述变化量示A F。'的变化时间At计算得到振痕的宽度与间距信息。
【文档编号】B22D11/115GK105983664SQ201510090603
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月28日
【发明人】陈新悦, 王晓东, 任忠鸣
【申请人】中国科学院大学, 上海大学