一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法与流程

1.本发明涉及一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法，属于冶金连铸方法技术领域。


背景技术：

2.在连铸的生产过程中，保障生产的安全稳定进行和确保铸坯的质量合格是连铸研究工作最重要的任务。漏钢是最具危害性的生产意外事故，而铸坯粘结漏钢在漏钢事故中的占比达到80%以上。
3.70年代后期开始，各种形式的漏钢检测传感器和漏钢预报技术陆续开发出来，其中比较典型的有摩擦阻力法、热通量传感器法和热电偶法。摩擦阻力法的工作条件较恶劣、安装较繁杂，影响其检测结果的因素多达十几种。由于其准确率只有约60%，目前只适合用作其它预报方法的辅助判断。热通量传感器法只能反映结晶器宏观和总体状态，无法知道结晶器内局部传热状况等信息，因此其预报准确率也不高。
4.热电偶测温法是当前应用相对较多的方法，但采用热电偶测温法的结晶器漏钢预报系统需要改造结晶器铜板并安装大量热电偶且接线过程要求比较复杂。在使用过程中，面对结晶器温度高，现场粉尘、湿度大，电磁信号干扰等诸多不利的环境因素，因此存在热电偶故障率高、报警准确率差的问题。而且热电偶测温法需要铸坯粘结点经过热电偶后才能触发逻辑判断，其报警时间往往较晚，有一定报警不及时的风险。


技术实现要素：

5.本发明目的是提供一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法，无需结晶器改造，其安装、维护方便，采用直接检测的手段判断铸坯粘结的发生，其预测结果准确可靠，铸坯粘结现象发生后立刻就能进行检测，减少了报警晚导致漏钢的风险, 可以可靠、准确、快捷的进行结晶器粘结漏钢预报，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
6.本发明的技术方案是：一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法，包含以下步骤：s1、在中间包底部安装激光测距仪，使其与结晶器宽面铜板平行且测量位置与宽面铜板内壁相匹配；s2、连铸机开浇后，采用自动加渣机进行结晶器保护渣添加操作；s3、将激光测距仪测量信号采集至plc内；s4、在计算机上从plc中采集激光测距仪的测量信号以及结晶器振动的频率信号与振幅信号并进行存储；s5、计算分析点数s，s=round（1000
×k·
t-1
·
f-1），其中s为分析点数，单位为个；k为倍频数；t为数据采集间隔时间，单位为ms；f为结晶器振动的频率，单位为hz；round为四舍五入取整函数；s6、对激光测距仪测量信号进行处理后分别进行快速离散傅里叶变换；s7、快速离散傅里叶变换后得到的频谱中，对频率点的强度进行取样分析，根据分析结果及结晶器振动的频率进行比对，从而判断铸坯是否发生粘结。
7.所述步骤s1中，共计安装十个激光测距仪，激光测距仪的安装位置为，结晶器内外弧中心位置上方处两个，结晶器内外弧中心上方处的左侧300~400mm及600~800mm位置处四个，结晶器内外弧中心上方处的右侧300~400mm及600~800mm位置处四个；激光测距仪的测量位置为距宽面铜板内壁3至5mm处。
8.所述步骤s4中，计算机上每20ms的间隔时间从plc中采集10组激光测距仪的测量信号以及结晶器振动的频率信号与振幅信号并进行存储。
9.所述步骤s6中，对10组激光测距仪测量信号均分别采取下面方式进行处理：选取最近的连续s个测量数据点，求取这s个测量数据点的平均数后，将这s个数据都减去平均数后作为处理后的数据。
10.所述步骤s7中，快速离散傅里叶变换后得到的10个频谱中，均取前10个频率点的强度进行分析；任意频谱中第k+1频率点的强度大于该频谱的前10个频率点总强度的40%，且大于结晶器振幅的75%时，判定铸坯发生粘结，否则铸坯正常。
11.本发明的有益效果是：无需结晶器改造，其安装、维护方便，采用直接检测的手段判断铸坯粘结的发生，其预测结果准确可靠，铸坯粘结现象发生后立刻就能进行检测，减少了报警晚导致漏钢的风险, 可以可靠、准确、快捷的进行结晶器粘结漏钢预报。
附图说明
12.图1为本发明实施例1第一组激光测距仪测量信号时域图；图2为本发明实施例1第一组激光测距仪测量数据经快速离散傅里叶变换后得到的频谱分析图；图3为本发明实施例1第二组激光测距仪测量信号时域图；图4为本发明实施例1第二组激光测距仪测量数据经快速离散傅里叶变换后得到的频谱分析图；图5为本发明实施例2激光测距仪测量信号时域图；图6为本发明实施例2激光测距仪测量数据经快速离散傅里叶变换后得到的频谱分析图。
实施方式
13.为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
14.一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法，包含以下步骤：s1、在中间包底部安装激光测距仪，使其与结晶器宽面铜板平行且测量位置与宽面铜板内壁相匹配；s2、连铸机开浇后，采用自动加渣机进行结晶器保护渣添加操作；s3、将激光测距仪测量信号采集至plc内；s4、在计算机上从plc中采集激光测距仪的测量信号以及结晶器振动的频率信号
与振幅信号并进行存储；s5、计算分析点数s，s=round（1000
×k·
t-1
·
f-1），其中s为分析点数，单位为个；k为倍频数；t为数据采集间隔时间，单位为ms；f为结晶器振动的频率，单位为hz；round为四舍五入取整函数；s6、对激光测距仪测量信号进行处理后分别进行快速离散傅里叶变换；s7、快速离散傅里叶变换后得到的频谱中，对频率点的强度进行取样分析，根据分析结果及结晶器振动的频率进行比对，从而判断铸坯是否发生粘结。
15.所述步骤s1中，共计安装十个激光测距仪，激光测距仪的安装位置为，结晶器内外弧中心位置上方处两个，结晶器内外弧中心上方处的左侧300~400mm及600~800mm位置处四个，结晶器内外弧中心上方处的右侧300~400mm及600~800mm位置处四个；激光测距仪的测量位置为距宽面铜板内壁3至5mm处。
16.所述步骤s4中，计算机上每20ms的间隔时间从plc中采集10组激光测距仪的测量信号以及结晶器振动的频率信号与振幅信号并进行存储。
17.所述步骤s6中，对10组激光测距仪测量信号均分别采取下面方式进行处理：选取最近的连续s个测量数据点，求取这s个测量数据点的平均数后，将这s个数据都减去平均数后作为处理后的数据。
18.所述步骤s7中，快速离散傅里叶变换后得到的10个频谱中，均取前10个频率点的强度进行分析；任意频谱中第k+1频率点的强度大于该频谱的前10个频率点总强度的40%，且大于结晶器振幅的75%时，判定铸坯发生粘结，否则铸坯正常。
实施例1
19.本发明按照以下步骤进行操作：（1）使用本发明的结晶器其宽面铜板宽度为1580mm，在中间包底部安装10个激光测距仪，使其与结晶器宽面铜板平行且测量位置为距宽面铜板内壁3至5mm处。激光测距仪的安装位置为，结晶器内、外弧中心位置处2个，结晶器内、外弧中心处的左侧300mm、600mm位置处4个，结晶器内、外弧中心处的右侧300mm、600mm位置处4个，共计安装10个激光测距仪。
20.（2）连铸机开浇后，采用自动加渣机进行结晶器保护渣添加操作。
21.（3）将激光测距仪测量信号采集至plc内。
22.（4）在计算机上每20ms的间隔时间从plc中采集10个激光测距仪的测量信号、结晶器振动的频率信号与振幅信号并进行存储。当前分析时刻结晶器振动频率为2.5hz，结晶器振幅为4mm。
23.（5）依据结晶器振动频率计算分析点数s，s=round（1000
×k·
t-1
·
f-1
）。其中s为分析点数，单位为个；k为倍频数；t为数据采集间隔时间，单位为ms；f为结晶器振动的频率，单位为hz；round为四舍五入取整函数。在本实施例中k取5，因此根据本式计算s=round（1000
×5×
1/20
×
1/2.5）=100。
24.（6）对10组激光测距仪测量信号均分别采取下面方式进行处理：选取最近的连续100个测量数据点，求取这100个测量数据点的平均数后，将这100个数据都减去平均数后作为处理后的数据。然后对处理后的数据分别进行快速离散傅里叶变换。
25.（7）快速离散傅里叶变换后得到的10个频谱中，均取前10个频率点的强度进行分析。如图1，为本实施例的第一组激光测距仪测量处理后信号的最近2s内共计100个点随时间的变化图，如图2，为该组数据经快速离散傅里叶变换后得到的前10个频率点的频谱。其第6个频率点即为结晶器振动的频率点，为2.5hz，采集到的数据在该频率点的强度为0.21mm。而结晶器振幅为4mm，其75%为3mm。因此第6频率点强度不大于结晶器振幅的75%，不认为铸坯粘结在了铜板上并共同振动，判断该检测点位处没有发生铸坯粘结。如图3，为本实施例的第二组激光测距仪测量处理后信号的最近2s内共计100个点随时间的变化图，如图4，为该组数据经快速离散傅里叶变换后得到的前10个频率点的频谱，10个频率点的强度依次为0mm、0.31mm、0.30mm、0.84mm、0.47mm、3.58mm、0.46mm、0.84mm、0.45mm、0.04mm。其第6个频率点即为结晶器振动的频率点，为2.5hz，采集到的数据在该频率点的强度强度为3.58mm，而结晶器振幅为4mm，其75%为3mm。因此第6频率点强度大于结晶器振幅的75%。前10个频率点的总强度为7.29mm，其40%为2.916mm，第6频率点强度大于前10个频率点总强度的40%。因此认为铸坯粘结在了铜板上并共同振动，且该频率的振动占主导地位，可以认为该振动不是其他偶然因素造成的，因此判断发生了铸坯粘结。
实施例2
26.本发明按照以下步骤进行操作：（1）使用本发明的结晶器其宽面铜板宽度为2050mm，在中间包底部安装10个激光测距仪，使其与结晶器宽面铜板平行且测量位置为距宽面铜板内壁3至5mm处。激光测距仪的安装位置为，结晶器内、外弧中心位置处2个，结晶器内、外弧中心处的左侧400mm、800mm位置处4个，结晶器内、外弧中心处的右侧400mm、800mm位置处4个，共计安装10个激光测距仪。
27.（2）连铸机开浇后，采用自动加渣机进行结晶器保护渣添加操作。
28.（3）将激光测距仪测量信号采集至plc内。
29.（4）在计算机上每20ms的间隔时间从plc中采集10个激光测距仪的测量信号、结晶器振动的频率信号与振幅信号并进行存储。当前分析时刻结晶器振动频率为3hz，结晶器振幅为3.5mm。
30.（5）依据结晶器振动频率计算分析点数s，s=round（1000
×k·
t-1
·
f-1
）。其中s为分析点数，单位为个；k为倍频数；t为数据采集间隔时间，单位为ms；f为结晶器振动的频率，单位为hz；round为四舍五入取整函数。在本实施例中k取5，因此根据本式计算s=round（1000
×5×
1/20
×
1/3）=83。
31.（6）对10组激光测距仪测量信号均分别采取下面方式进行处理：选取最近的连续83个测量数据点，求取这83个测量数据点的平均数后，将这83个数据都减去平均数后作为处理后的数据。然后对处理后的数据分别进行快速离散傅里叶变换。
32.（7）快速离散傅里叶变换后得到的10个频谱中，均取前10个频率点的强度进行分析。如图5，为本实施例的第一组激光测距仪测量处理后信号的最近1.66s内共计83个点随时间的变化图，如图6，为该组数据经快速离散傅里叶变换后得到的前10个频率点的频谱。其第6个频率点即为结晶器振动的频率点，为3hz，采集到的数据在该频率点的强度为0.44mm。而结晶器振幅为3.5mm，其75%为2.625mm。因此第6频率点强度不大于结晶器振幅的
75%，不认为铸坯粘结在了铜板上并共同振动，判断该检测点位处没有发生铸坯粘结。后续对10组数据的频率点进行分析，均未符合其强度判断条件，因此判断本次分析未发生铸坯粘结。

技术特征：
1.一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法，其特征在于包含以下步骤：s1、在中间包底部安装激光测距仪，使其与结晶器宽面铜板平行且测量位置与宽面铜板内壁相匹配；s2、连铸机开浇后，采用自动加渣机进行结晶器保护渣添加操作；s3、将激光测距仪测量信号采集至plc内；s4、在计算机上从plc中采集激光测距仪的测量信号以及结晶器振动的频率信号与振幅信号并进行存储；s5、计算分析点数s，s=round（1000
×
k
·
t-1
·
f-1），其中s为分析点数，单位为个；k为倍频数；t为数据采集间隔时间，单位为ms；f为结晶器振动的频率，单位为hz；round为四舍五入取整函数；s6、对激光测距仪测量信号进行处理后分别进行快速离散傅里叶变换；s7、快速离散傅里叶变换后得到的频谱中，对频率点的强度进行取样分析，根据分析结果及结晶器振动的频率进行比对，从而判断铸坯是否发生粘结。2.根据权利要求1所述的一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法，其特征在于：所述步骤s1中，共计安装十个激光测距仪，激光测距仪的安装位置为，结晶器内外弧中心位置上方处两个，结晶器内外弧中心上方处的左侧300~400mm及600~800mm位置处四个，结晶器内外弧中心上方处的右侧300~400mm及600~800mm位置处四个；激光测距仪的测量位置为距宽面铜板内壁3至5mm处。3.根据权利要求1所述的一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法，其特征在于：所述步骤s4中，计算机上每20ms的间隔时间从plc中采集10组激光测距仪的测量信号以及结晶器振动的频率信号与振幅信号并进行存储。4.根据权利要求3所述的一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法，其特征在于：所述步骤s6中，对10组激光测距仪测量信号均分别采取下面方式进行处理：选取最近的连续s个测量数据点，求取这s个测量数据点的平均数后，将这s个数据都减去平均数后作为处理后的数据。5.根据权利要求3所述的一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法，其特征在于：所述步骤s7中，快速离散傅里叶变换后得到的10个频谱中，均取前10个频率点的强度进行分析；任意频谱中第k+1频率点的强度大于该频谱的前10个频率点总强度的40%，且大于结晶器振幅的75%时，判定铸坯发生粘结，否则铸坯正常。

技术总结
本发明涉及一种板坯结晶器铸坯粘结的检测方法，属于冶金连铸方法技术领域。本发明的技术方案是：安装激光测距仪并获得结晶器保护渣渣面的高度变化情况，经过快速离散傅里叶变换得到渣面高度随时间变化情况的特征频谱，将其与结晶器振动的频率进行比对，直接判断结晶器内铸坯粘结是否发生。本发明的有益效果是：无需结晶器改造，其安装、维护方便，采用直接检测的手段判断铸坯粘结的发生，其预测结果准确可靠，铸坯粘结现象发生后立刻就能进行检测，减少了报警晚导致漏钢的风险,可以可靠、准确、快捷的进行结晶器粘结漏钢预报。快捷的进行结晶器粘结漏钢预报。快捷的进行结晶器粘结漏钢预报。


技术研发人员：高宇 张彩东 么洪勇 马其云 曹金帅 李杰 路殿华 张瑞忠 王学魁 张庆宇 范宏图
受保护的技术使用者：河钢集团有限公司 河钢股份有限公司
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/9/12