一种圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统

摘要

本申请涉及钢铁铸造技术领域，特别涉及一种圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统，包括：拉矫机、热坯压力监测装置、辊缝监测装置、工控设备及工况数据监测装置。所述辊缝监测装置安装在所述拉矫机的油缸上。所述热坯压力监测装置安装在所述拉矫机的液压系统油路中。所述热坯压力监测装置及所述辊缝监测装置分别与所述工控设备连接。所述工控设备通过所述工况数据监测装置与圆铸坯浇铸作业线连接。本申请提供的圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统，能够在线监测圆铸坯表面压痕和不圆度程度，动态优化冷却制度和热坯压力等工艺参数，提高了圆铸坯质量合格率。

说明书

技术领域

本申请涉及钢铁铸造技术领域，特别涉及一种圆铸坯表面压痕及不圆 度监测系统。

背景技术

近年来，圆坯产品多样化和覆盖范围广的特点以及连铸机设备投资少 的差异性，使得圆坯连铸在当前提倡节能降耗的形势下，越来越受企业所 关注。尤其是大断面圆坯连铸已成为国内外连铸技术发展中的热点问题。 圆坯一般用来轧制无缝钢管，其表面压痕程度及不圆度直接影响到圆铸坯 成材率。由于圆坯连铸拉坯和矫直过程热坯压力设计缺乏科学的理论依据， 因其导致的圆坯压痕缺陷和不圆度缺陷至今仍是制约圆坯生产质量提升与 成材率提高的难题。目前，在圆坯连铸表面压痕的控制上，还停留在离线 检测圆铸坯的表面压痕程度，然后多次试验来优化工艺参数。然而，由于 连铸过程本身的复杂性和时变性，圆坯表面压痕和不圆度缺陷的产生并非 是规律性的，这也给通过离线优化工艺参数的效果带来一定的困难。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种能够在线监测圆铸坯表面压痕 和不圆度程度，从而动态优化冷却制度和热坯压力等工艺参数以提高圆铸 坯质量合格率的圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种圆铸坯表面压痕及不圆度监 测系统，包括：拉矫机、用于获取拉矫机的实时热坯压力的热坯压力监测 装置、用于获取拉矫机的实时辊缝值辊缝监测装置、用于采集实时铸机数 据的工况数据监测装置及用于分析计算并实现监测功能的工控设备。所述 辊缝监测装置安装在所述拉矫机的油缸上。所述热坯压力监测装置安装在 所述拉矫机的液压系统油路中。所述热坯压力监测装置及所述辊缝监测装 置分别与所述工控设备连接。所述工控设备通过所述工况数据监测装置与 圆铸坯浇铸作业线连接。

进一步地，所述工控设备包括：数据库，用于存储圆铸坯浇铸过程中 计算所需的铸机参数和计算结果。检测单元，用于从所述数据库及所述工 况数据监测装置中获取分析椭圆变形程度及表面压痕程度所需数据，监测 圆铸坯是否出现大尺或小尺缺陷，并判断椭圆变形程度及表面压痕程度是 否满足质量要求，若不满足要求则调整拉矫机热坯压力并优化冷却制度。 显示单元，用于从所述检测单元获取实时的椭圆变形程度及表面压痕程度 信息，并实时显示圆铸坯的压痕程度和椭圆变形程度。通讯单元，用于所 述检测单元与所述显示单元进行数据交互以及对铸机数据进行实时采集。

进一步地，所述检测单元包括：数据诊断与处理模块，对所述通讯单 元采集的实时数据进行诊断与处理，过滤异常数据。热跟踪模块，用于计 算圆铸坯当前热信息及温度场。热收缩计算模块，参照所述圆铸坯热跟踪 模块提供的当前热信息以及所述数据库中的热收缩数据模拟圆铸坯的表观 热收缩量，并实时监测圆铸坯是否出现大尺或小尺缺陷。机械变形计算模 块，用于采集拉矫机热坯压力和所述圆铸坯热跟踪模块提供的温度场，计 算圆铸坯的表面压痕变形量及椭圆变形量，在圆铸坯的表面压痕程度及椭 圆变程度不满足要求时调整拉矫机热坯压力值并优化冷却制度。

进一步地，所述辊缝监测装置及所述热坯压力监测装置通过以太网与 所述工控设备连接。

进一步地，所述热坯压力监测装置为压力传感器。

进一步地，所述辊缝监测装置为位移传感器。

进一步地，所述工控设备为计算机。

进一步地，所述工况数据监测装置为PLC。

本申请提供的圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统，采用了热坯压力监 测装置、辊缝监测装置、工控设备及工况数据监测装置，通过工控设备能 够在线监测圆铸坯表面压痕和不圆度程度，通过工控设备上（计算机）上 的检测单元动态优化冷却制度和热坯压力等工艺参数，提高了圆铸坯质量 合格率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统结构示 意图。

图2为本申请实施例提供的圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统工作原 理图。

图3为本申请实施例提供的网络结构示意图。

具体实施方式

参见图1-图3，本申请实施例提供的一种圆铸坯表面压痕及不圆度监 测系统，包括：拉矫机1、热坯压力监测装置、辊缝监测装置、工控设备 及工况数据监测装置。辊缝监测装置安装在拉矫机的油缸上。热坯压力监 测装置安装在拉矫机的液压系统油路中。热坯压力监测装置及辊缝监测装 置分别与工控设备连接。工控设备通过工况数据监测装置与圆铸坯浇铸作 业线连接。在本实施例中，热坯压力监测装置采用压力传感器2。辊缝监 测装置采用位移传感器3。工控设备采用计算机5。工况数据监测装置采用 PLC。下面进一步的对本申请实施例提供的圆铸坯表面压痕及不圆度监测 系统的结构进行说明：

位移传感器3安装在拉矫机1的油缸上，实际生产过程中获取拉矫机 1的实时辊缝值。压力传感器2安装在拉矫机1的液压系统油路中，实际 生产过程中获取拉矫机1的实时热坯压力。压力传感器2及位移传感器3 分别通过以太网4与计算机5连接。计算机5通过PLC与圆铸坯浇铸作业 线连接。计算机5上安装有：检测单元（用于从所述数据库及所述工况数 据监测装置中获取分析椭圆变形程度及表面压痕程度所需数据，监测圆铸 坯是否出现大尺或小尺缺陷，并判断椭圆变形程度及表面压痕程度是否满 足质量要求，若不满足要求则调整拉矫机热坯压力并优化冷却制度）、显 示单元（用于从所述检测单元获取实时的椭圆变形程度及表面压痕程度信 息，并实时显示圆铸坯的压痕程度和椭圆变形程度）、通讯单元（用于检 测单元与所述显示单元进行数据交互以及对实时铸机数据进行采集）。其 中，检测单元包括：数据诊断与处理模块（用于对通讯单元采集的实时铸 机数据进行诊断与处理，过滤异常的数据）、圆铸坯热跟踪模块（用于计 算圆铸坯当前热信息）、热收缩计算模块（用于参照圆铸坯热跟踪模块提 供的当前热信息以及数据库中的热收缩数据模拟圆铸坯的表观热收缩量， 并实时监测圆铸坯是否出现大尺或小尺缺陷）、机械变形计算模块（用于 采集拉矫机热坯压力和所述圆铸坯热跟踪模块提供的温度场，计算圆铸坯 的表面压痕变形量及椭圆变形量，在圆铸坯的表面压痕程度及椭圆变形程 度不满足要求时调整拉矫机热坯压力值并优化冷却制度）。以上拉矫机1、 位移传感器3、压力传感器2、PLC及计算机5均为硬件设备。数据库单 元、检测单元（包括数据诊断与处理模块、圆铸坯热跟踪模块、热收缩计 算模块及机械变形计算模块）、显示单元及通讯单元均为软件单元。其中， 大尺缺陷是指圆铸坯的尺寸超过预定的规格，小尺缺陷是指圆铸坯的尺寸 不满预定的规格。

本申请实施例提供的圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统的工作原理如 下：参见图2，圆铸坯浇铸开始后，计算机5上的通讯单元从PLC中对实 时铸机数据（包括位移传感器3采集的拉矫机1的实际辊缝值、压力传感 器2采集的拉矫机1的热坯压力值以及拉坯速度、中包温度、冷却水量等 数据）进行采集。数据采集后通过数据诊断与处理单元对数据进行诊断与 处理，过滤异常的数据。实时铸机数据经过检测单元的诊断与处理后得到 可靠的工艺工况数据（主要包括拉坯速度、中包温度、冷却水量、压力传 感器2采集的拉矫机热坯压力值及位移传感器3采集的拉矫机实际辊缝值 等）。圆铸坯热跟踪模块利用所采集的工艺工况数据（主要包括拉坯速度、 中包温度、冷却水量等）计算圆铸坯当前热信息，跟踪圆铸坯温度场。热 收缩计算模块参照圆铸坯热跟踪模块提供的当前热信息并从数据库中获取 热收缩数据，模拟出圆铸坯的表观热收缩量，并实时监测圆铸坯是否出现 大尺或小尺缺陷，若出现大尺或小尺缺陷则进行报警。另一方面，机械变 形计算模块进行拉矫机1的辊缝计算和圆铸坯的表面压痕和椭圆变形量计 算，具体为：综合分析温度场和拉矫机1的热坯压力（拉矫机热坯压力必 须大于圆铸坯矫直力才能传送至机械变形计算模块进行分析计算，当拉矫 机1的热坯压力小于圆铸坯矫直力时必须将拉矫机1的热坯压力矫正至大 于圆铸坯矫直力），得到拉矫机1的辊缝计算值和圆铸坯的表面椭圆变形 量，并进行圆铸坯横向和纵向变形计算，监测当前圆铸坯椭圆变形程度及 表面压痕程度是否满足质量要求，若满足要求则建立连圆铸坯质量档案历 史数据并进行存储据供工艺人员查询，若不满足要求则调整拉矫机1的热 坯压力；同时，优化当前冷却制度（主要表现为二次冷却水量），以优化 圆铸坯的温度场。显示单元从检测单元获取实时的椭圆变形程度及表面压 痕程度信息，并实时显示圆铸坯的压痕程度和椭圆变形程度。另外，通过 拉矫机辊缝实测值与计算值的误差大小，校验机械变形计算的准确性，若 误差值超过允许值，则进行计算参数的调整。

本申请实施例提供的圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统的网络结构如 图3所示，本申请实施例提供的圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统与连铸 机生产线既相互联系又相互独立。其中L1级服务器为圆铸坯浇铸作业线 上的监控设备，用于显示圆铸坯在铸造的过程中各种参数。L2级服务器为 本申请实施例提供的圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统中的工控设备（计 算机5）。本申请通过通讯单元从生产线PLC中采集数据进行分析处理， 实时监测连铸坯质量状态。判断是否出现大尺、小尺、表面压痕及不圆度 等缺陷，并对不合理的参数（如二次冷却水量、热坯压力等）进行优化。 通讯单元中除完成数据交互功能外，还包含了自由切换和应急切换功能。 自由切换是操作者可根据需要选择使用本申请实施例提供的圆铸坯表面压 痕及不圆度监测系统或不使用。应急切换是指使用本申请实施例提供的圆 铸坯表面压痕及不圆度监测系统时，当出现人为破坏或不可预知因素（如 工控机死机或断电）等意外事件时，为保证生产的顺行，通讯单元中的应 急切换会自动使本申请实施例提供的圆铸坯表面压痕及不圆度监测系统的 优化参数功能失效。此外，本申请实施例提供的圆铸坯表面压痕及不圆度 监测系统相对于连铸生产线又相对独立，仅在现有连铸机生产线上增加一 套工控设备以及位移传感器、压力传感器就可实现。

本申请实施例具有以下有益效果：

1、能够在线监测圆铸坯表面压痕和不圆度程度，动态优化冷却制度和 热坯压力等工艺参数，提高了圆铸坯质量合格率。

2、结构简单、成本较低，便于在工业上实施。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本申请的技术方案 而非限制，尽管参照实例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人 员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离 本申请技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本申请的权利要求范围当中。