專利名稱：一種圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本申請涉及鋼鐵鑄造技術(shù)領域，特別涉及一種圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，圓坯產(chǎn)品多樣化和覆蓋范圍廣的特點以及連鑄機設備投資少的差異性，使得圓坯連鑄在當前提倡節(jié)能降耗的形勢下，越來越受企業(yè)所關(guān)注。尤其是大斷面圓坯連鑄已成為國內(nèi)外連鑄技術(shù)發(fā)展中的熱點問題。圓坯一般用來軋制無縫鋼管，其表面壓痕程度及不圓度直接影響到圓鑄坯成材率。由于圓坯連鑄拉坯和矯直過程熱坯壓力設計缺乏科學的理論依據(jù)，因其導致的圓坯壓痕缺陷和不圓度缺陷至今仍是制約圓坯生產(chǎn)質(zhì)量提升與成材率提高的難題。目前，在圓坯連鑄表面壓痕的控制上，還停留在離線檢測圓鑄坯的表面壓痕程度，然后多次試驗來優(yōu)化工藝參數(shù)。然而，由于連鑄過程本身的復雜性和時變性，圓坯表面壓痕和不圓度缺陷的產(chǎn)生并非是規(guī)律性的，這也給通過離線優(yōu)化工藝參數(shù)的效果帶來一定的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本申請所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠在線監(jiān)測圓鑄坯表面壓痕和不圓度程度，從而動態(tài)優(yōu)化冷卻制度和熱坯壓力等工藝參數(shù)以提高圓鑄坯質(zhì)量合格率的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┝艘环N圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)，包括:拉矯機、用于獲取拉矯機的實時熱坯壓力的熱坯壓力監(jiān)測裝置、用于獲取拉矯機的實時輥縫值輥縫監(jiān)測裝置、用于采集實時鑄機數(shù)據(jù)的工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置及用于分析計算并實現(xiàn)監(jiān)測功能的工控設備。所述輥縫監(jiān)測裝置安裝在所述拉矯機的油缸上。所述熱坯壓力監(jiān)測裝置安裝在所述拉矯機的液壓系統(tǒng)油路中。所述熱坯壓力監(jiān)測裝置及所述輥縫監(jiān)測裝置分別與所述工控設備連接。所述工控設備通過所述工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置與圓鑄坯澆鑄作業(yè)線連接。進一步地，所述工控設備包括:數(shù)據(jù)庫，用于存儲圓鑄坯澆鑄過程中計算所需的鑄機參數(shù)和計算結(jié)果。檢測單元，用于從所述數(shù)據(jù)庫及所述工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置中獲取分析橢圓變形程度及表面壓痕程度所需數(shù)據(jù)，監(jiān)測圓鑄坯是否出現(xiàn)大尺或小尺缺陷，并判斷橢圓變形程度及表面壓痕程度是否滿足質(zhì)量要求，若不滿足要求則調(diào)整拉矯機熱坯壓力并優(yōu)化冷卻制度。顯示單元，用于從所述檢測單元獲取實時的橢圓變形程度及表面壓痕程度信息，并實時顯示圓鑄坯的壓痕程度和橢圓變形程度。通訊單元，用于所述檢測單元與所述顯示單元進行數(shù)據(jù)交互以及對鑄機數(shù)據(jù)進行實時采集。進一步地，所述檢測單元包括:數(shù)據(jù)診斷與處理模塊，對所述通訊單元采集的實時數(shù)據(jù)進行診斷與處理，過濾異常數(shù)據(jù)。熱跟蹤模塊，用于計算圓鑄坯當前熱信息及溫度場。熱收縮計算模塊，參照所述圓鑄坯熱跟蹤模塊提供的當前熱信息以及所述數(shù)據(jù)庫中的熱收縮數(shù)據(jù)模擬圓鑄坯的表觀熱收縮量，并實時監(jiān)測圓鑄坯是否出現(xiàn)大尺或小尺缺陷。機械變形計算模塊，用于采集拉矯機熱坯壓力和所述圓鑄坯熱跟蹤模塊提供的溫度場，計算圓鑄坯的表面壓痕變形量及橢圓變形量，在圓鑄坯的表面壓痕程度及橢圓變程度不滿足要求時調(diào)整拉矯機熱坯壓力值并優(yōu)化冷卻制度。進一步地，所述輥縫監(jiān)測裝置及所述熱坯壓力監(jiān)測裝置通過以太網(wǎng)與所述工控設備連接。進一步地，所述熱坯壓力監(jiān)測裝置為壓力傳感器。進一步地，所述輥縫監(jiān)測裝置為位移傳感器。進一步地，所述工控設備為計算機。進一步地，所述工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置為PLC。本申請?zhí)峁┑膱A鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)，采用了熱坯壓力監(jiān)測裝置、輥縫監(jiān)測裝置、工控設備及工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置，通過工控設備能夠在線監(jiān)測圓鑄坯表面壓痕和不圓度程度，通過工控設備上(計算機)上的檢測單元動態(tài)優(yōu)化冷卻制度和熱坯壓力等工藝參數(shù)，提高了圓鑄坯質(zhì)量合格率。


圖1為本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)工作原理圖。圖3為本申請實施例提供的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式參見圖1-圖3，本申請實施例提供的一種圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)，包括:拉矯機1、熱坯壓力監(jiān)測裝置、輥縫監(jiān)測裝置、工控設備及工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置。輥縫監(jiān)測裝置安裝在拉矯機的油缸上。熱坯壓力監(jiān)測裝置安裝在拉矯機的液壓系統(tǒng)油路中。熱坯壓力監(jiān)測裝置及輥縫監(jiān)測裝置分別與工控設備連接。工控設備通過工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置與圓鑄坯澆鑄作業(yè)線連接。在本實施例中，熱坯壓力監(jiān)測裝置采用壓力傳感器2。輥縫監(jiān)測裝置采用位移傳感器3。工控設備采用計算機5。工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置采用PLC。下面進一步的對本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行說明:位移傳感器3安裝在拉矯機I的油缸上，實際生產(chǎn)過程中獲取拉矯機I的實時輥縫值。壓力傳感器2安裝在拉矯機I的液壓系統(tǒng)油路中，實際生產(chǎn)過程中獲取拉矯機I的實時熱坯壓力。壓力傳感器2及位移傳感器3分別通過以太網(wǎng)4與計算機5連接。計算機5通過PLC與圓鑄坯澆鑄作業(yè)線連接。計算機5上安裝有:檢測單元(用于從所述數(shù)據(jù)庫及所述工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置中獲取分析橢圓變形程度及表面壓痕程度所需數(shù)據(jù)，監(jiān)測圓鑄坯是否出現(xiàn)大尺或小尺缺陷，并判斷橢圓變形程度及表面壓痕程度是否滿足質(zhì)量要求，若不滿足要求則調(diào)整拉矯機熱坯壓力并優(yōu)化冷卻制度)、顯示單元(用于從所述檢測單元獲取實時的橢圓變形程度及表面壓痕程度信息，并實時顯示圓鑄坯的壓痕程度和橢圓變形程度)、通訊單元(用于檢測單元與所述顯示單元進行數(shù)據(jù)交互以及對實時鑄機數(shù)據(jù)進行采集)。其中，檢測單元包括:數(shù)據(jù)診斷與處理模塊(用于對通訊單元采集的實時鑄機數(shù)據(jù)進行診斷與處理，過濾異常的數(shù)據(jù))、圓鑄坯熱跟蹤模塊(用于計算圓鑄坯當前熱信息)、熱收縮計算模塊(用于參照圓鑄坯熱跟蹤模塊提供的當前熱信息以及數(shù)據(jù)庫中的熱收縮數(shù)據(jù)模擬圓鑄坯的表觀熱收縮量，并實時監(jiān)測圓鑄坯是否出現(xiàn)大尺或小尺缺陷)、機械變形計算模塊(用于采集拉矯機熱坯壓力和所述圓鑄坯熱跟蹤模塊提供的溫度場，計算圓鑄坯的表面壓痕變形量及橢圓變形量，在圓鑄坯的表面壓痕程度及橢圓變形程度不滿足要求時調(diào)整拉矯機熱坯壓力值并優(yōu)化冷卻制度)。以上拉矯機1、位移傳感器3、壓力傳感器2、PLC及計算機5均為硬件設備。數(shù)據(jù)庫單元、檢測單元(包括數(shù)據(jù)診斷與處理模塊、圓鑄坯熱跟蹤模塊、熱收縮計算模塊及機械變形計算模塊)、顯示單元及通訊單元均為軟件單元。其中，大尺缺陷是指圓鑄坯的尺寸超過預定的規(guī)格，小尺缺陷是指圓鑄坯的尺寸不滿預定的規(guī)格。本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理如下:參見圖2，圓鑄坯澆鑄開始后，計算機5上的通訊單元從PLC中對實時鑄機數(shù)據(jù)(包括位移傳感器3采集的拉矯機I的實際輥縫值、壓力傳感器2采集的拉矯機I的熱坯壓力值以及拉坯速度、中包溫度、冷卻水量等數(shù)據(jù))進行采集。數(shù)據(jù)采集后通過數(shù)據(jù)診斷與處理單元對數(shù)據(jù)進行診斷與處理，過濾異常的數(shù)據(jù)。實時鑄機數(shù)據(jù)經(jīng)過檢測單元的診斷與處理后得到可靠的工藝工況數(shù)據(jù)(主要包括拉坯速度、中包溫度、冷卻水量、壓力傳感器2采集的拉矯機熱坯壓力值及位移傳感器3采集的拉矯機實際輥縫值等)。圓鑄坯熱跟蹤模塊利用所采集的工藝工況數(shù)據(jù)(主要包括拉坯速度、中包溫度、冷卻水量等)計算圓鑄坯當前熱信息，跟蹤圓鑄坯溫度場。熱收縮計算模塊參照圓鑄坯熱跟蹤模塊提供的當前熱信息并從數(shù)據(jù)庫中獲取熱收縮數(shù)據(jù)，模擬出圓鑄坯的表觀熱收縮量，并實時監(jiān)測圓鑄坯是否出現(xiàn)大尺或小尺缺陷，若出現(xiàn)大尺或小尺缺陷則進行報警。另一方面，機械變形計算模塊進行拉矯機I的輥縫計算和圓鑄坯的表面壓痕和橢圓變形量計算，具體為:綜合分析溫度場和拉矯機I的熱坯壓力(拉矯機熱坯壓力必須大于圓鑄坯矯直力才能傳送至機械變形計算模塊進行分析計算，當拉矯機I的熱坯壓力小于圓鑄坯矯直力時必須將拉矯機I的熱坯壓力矯正至大于圓鑄坯矯直力)，得到拉矯機I的輥縫計算值和圓鑄坯的表面橢圓變形量，并進行圓鑄坯橫向和縱向變形計算，監(jiān)測當前圓鑄坯橢圓變形程度及表面壓痕程度是否滿足質(zhì)量要求，若滿足要求則建立連圓鑄坯質(zhì)量檔案歷史數(shù)據(jù)并進行存儲據(jù)供工藝人員查詢，若不滿足要求則調(diào)整拉矯機I的熱坯壓力；同時，優(yōu)化當前冷卻制度(主要表現(xiàn)為二次冷卻水量)，以優(yōu)化圓鑄坯的溫度場。顯示單元從檢測單元獲取實時的橢圓變形程度及表面壓痕程度信息，并實時顯示圓鑄坯的壓痕程度和橢圓變形程度。另外，通過拉矯機輥縫實測值與計算值的誤差大小，校驗機械變形計算的準確性，若誤差值超過允許值，則進行計算參數(shù)的調(diào)整。本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖3所示，本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)與連鑄機生產(chǎn)線既相互聯(lián)系又相互獨立。其中LI級服務器為圓鑄坯澆鑄作業(yè)線上的監(jiān)控設備，用于顯示圓鑄坯在鑄造的過程中各種參數(shù)。L2級服務器為本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)中的工控設備(計算機5)。本申請通過通訊單元從生產(chǎn)線PLC中采集數(shù)據(jù)進行分析處理，實時監(jiān)測連鑄坯質(zhì)量狀態(tài)。判斷是否出現(xiàn)大尺、小尺、表面壓痕及不圓度等缺陷，并對不合理的參數(shù)(如二次冷卻水量、熱坯壓力等)進行優(yōu)化。通訊單元中除完成數(shù)據(jù)交互功能外，還包含了自由切換和應急切換功能。自由切換是操作者可根據(jù)需要選擇使用本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)或不使用。應急切換是指使用本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)時，當出現(xiàn)人為破壞或不可預知因素(如工控機死機或斷電)等意外事件時，為保證生產(chǎn)的順行，通訊單元中的應急切換會自動使本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化參數(shù)功能失效。此外，本申請實施例提供的圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)相對于連鑄生產(chǎn)線又相對獨立，僅在現(xiàn)有連鑄機生產(chǎn)線上增加一套工控設備以及位移傳感器、壓力傳感器就可實現(xiàn)。本申請實施例具有以下有益效果: 1、能夠在線監(jiān)測圓鑄坯表面壓痕和不圓度程度，動態(tài)優(yōu)化冷卻制度和熱坯壓力等工藝參數(shù)，提高了圓鑄坯質(zhì)量合格率。2、結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，便于在工業(yè)上實施。最后所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本申請的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實例對本申請進行了詳細說明，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，可以對本申請的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本申請技術(shù)方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本申請的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求
1.一種圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)，包括:拉矯機，其特征在于，還包括:用于獲取拉矯機的實時熱坯壓力的熱坯壓力監(jiān)測裝置、用于獲取拉矯機的實時輥縫值輥縫監(jiān)測裝置、用于采集實時鑄機數(shù)據(jù)的工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置及用于分析計算并實現(xiàn)監(jiān)測功能的工控設備； 所述輥縫監(jiān)測裝置安裝在所述拉矯機的油缸上； 所述熱坯壓力監(jiān)測裝置安裝在所述拉矯機的液壓系統(tǒng)油路中； 所述熱坯壓力監(jiān)測裝置及所述輥縫監(jiān)測裝置分別與所述工控設備連接； 所述工控設備通過所述工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置與圓鑄坯澆鑄作業(yè)線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工控設備包括: 數(shù)據(jù)庫，用于存儲圓鑄坯澆鑄過程中計算所需的鑄機參數(shù)和計算結(jié)果； 檢測單元，用于從所述數(shù)據(jù)庫及所述工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置中獲取分析橢圓變形程度及表面壓痕程度所需數(shù)據(jù)，監(jiān)測圓鑄坯是否出現(xiàn)大尺或小尺缺陷，并判斷橢圓變形程度及表面壓痕程度是否滿足質(zhì)量要求，若不滿足要求則調(diào)整拉矯機熱坯壓力并優(yōu)化冷卻制度； 顯示單元，用于從所述檢測單元獲取實時的橢圓變形程度及表面壓痕程度信息，并實時顯示圓鑄坯的壓痕程度和橢圓變形程度； 通訊單元，用于所述檢測單元與所述顯示單元進行數(shù)據(jù)交互以及對鑄機數(shù)據(jù)進行實時米集。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測單元包括: 數(shù)據(jù)診斷與處理模塊，對所述通訊單元采集的實時數(shù)據(jù)進行診斷與處理，過濾異常數(shù)據(jù)； 熱跟蹤模塊，用于計算圓鑄坯當前熱信息及溫度場； 熱收縮計算模塊，參照所述圓鑄坯熱跟蹤模塊提供的當前熱信息以及所述數(shù)據(jù)庫中的熱收縮數(shù)據(jù)模擬圓鑄坯的表觀熱收縮量，并實時監(jiān)測圓鑄坯是否出現(xiàn)大尺或小尺缺陷；機械變形計算模塊，用于采集拉矯機熱坯壓力和所述圓鑄坯熱跟蹤模塊提供的溫度場，計算圓鑄坯的表面壓痕變形量及橢圓變形量，在圓鑄坯的表面壓痕程度及橢圓變程度不滿足要求時調(diào)整拉矯機熱坯壓力值并優(yōu)化冷卻制度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輥縫監(jiān)測裝置及所述熱坯壓力監(jiān)測裝置通過以太網(wǎng)與所述工控設備連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱坯壓力監(jiān)測裝置為壓力傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述輥縫監(jiān)測裝置為位移傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工控設備為計算機。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置為PLC。
全文摘要
本申請涉及鋼鐵鑄造技術(shù)領域，特別涉及一種圓鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)，包括拉矯機、熱坯壓力監(jiān)測裝置、輥縫監(jiān)測裝置、工控設備及工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置。所述輥縫監(jiān)測裝置安裝在所述拉矯機的油缸上。所述熱坯壓力監(jiān)測裝置安裝在所述拉矯機的液壓系統(tǒng)油路中。所述熱坯壓力監(jiān)測裝置及所述輥縫監(jiān)測裝置分別與所述工控設備連接。所述工控設備通過所述工況數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置與圓鑄坯澆鑄作業(yè)線連接。本申請?zhí)峁┑膱A鑄坯表面壓痕及不圓度監(jiān)測系統(tǒng)，能夠在線監(jiān)測圓鑄坯表面壓痕和不圓度程度，動態(tài)優(yōu)化冷卻制度和熱坯壓力等工藝參數(shù)，提高了圓鑄坯質(zhì)量合格率。
文檔編號G01B21/20GK103196412SQ201310059470
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者韓占光, 孫鐵漢, 葉麗, 宋曉燕, 李智 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司