專利名稱：一種便攜式連鑄坯表面測溫裝置及測溫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于儀器儀表領(lǐng)域，具體一種便攜式連鑄坯表面測溫裝置及測溫方法。
背景技術(shù)：
目前連鑄最前沿技術(shù)(液態(tài)壓下技術(shù)、電磁攪拌技術(shù)等)都需要準(zhǔn)確的指導(dǎo)鑄坯的液芯位置，以確定在什么位置進(jìn)行壓下與電磁攪拌操作。如何確定連鑄坯液芯的位置，目前普遍采用現(xiàn)場的射釘實(shí)驗(yàn)測試某一鋼種的凝固末端，當(dāng)工況和澆鑄鋼種的改變，連鑄坯的液芯位置將發(fā)生相應(yīng)的改變，不能動態(tài)的顯示在不同工況下的液芯位置；而采用凝固理論結(jié)合數(shù)值計(jì)算的方法所得到的結(jié)果與現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際存在較大的差別而很少在實(shí)際生產(chǎn)中獲得應(yīng)用。由于鑄坯表面溫度直接反映了鑄坯內(nèi)部的溫度分布和液芯位置，因此，鑄坯表面溫度成為連鑄二次冷卻控制的關(guān)鍵參數(shù)，而鑄坯內(nèi)部的凝固進(jìn)程信息又需要通過表面溫度來獲得，這更增加了獲得準(zhǔn)確的鑄坯表面溫度這一關(guān)鍵參數(shù)的重要性。·二次冷卻區(qū)各段的供水強(qiáng)度決定了冷卻效果和鑄坯的凝固行為。冷卻強(qiáng)度增大，可加速鑄坯的凝固，但冷卻強(qiáng)度與鋼的裂紋敏感性緊密相關(guān)，受到鑄坯質(zhì)量的約束，因此必須采用合理的二冷制度以獲得合適的冷卻強(qiáng)度。二次冷卻對鑄坯質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)是
(I)冷卻不均勻，將導(dǎo)致坯殼溫度回升過快過高，鑄坯易產(chǎn)生裂紋；(2)冷卻強(qiáng)度過大，使鑄坯矯直時(shí)表面溫度過低，易產(chǎn)生表面橫裂紋，同時(shí)冷卻強(qiáng)度過大將使柱狀晶發(fā)達(dá)易形成穿晶或搭橋現(xiàn)象，使中心疏松和偏析加劇；(3)冷卻強(qiáng)度不夠，鑄坯帶液芯矯直易產(chǎn)生矯直裂紋；(4) 二冷區(qū)鑄坯表面溫度過高，鑄坯易產(chǎn)生鼓肚變形而使中心偏析加重。連鑄過程中鑄坯表面的溫度水平及分布情況是連鑄過程的重要工藝參數(shù)之一，它直接決定了連鑄過程中鋼水的凝固及冷卻速度、坯殼的成長速度以及鑄坯最后凝固點(diǎn)得位置，并對鑄坯的質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。鑄坯表面溫度的在線測試可以直接獲得鑄坯表面溫度值及溫度分布規(guī)律，是連鑄過程鑄坯表面溫度研究必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此進(jìn)行鑄坯表面溫度測試研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。連鑄坯在二冷區(qū)的溫度極高，在冷卻的過程中鑄坯表面會形成水膜、氧化鐵皮，在鑄坯表面上還會彌漫著水汽，要動態(tài)、連續(xù)、準(zhǔn)確的獲典型位置的鑄坯表面溫度并非易事，很難把握測溫的準(zhǔn)確位置。另外，要想通過對二冷區(qū)內(nèi)個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)得鑄坯溫度作為系統(tǒng)的了解，靠點(diǎn)測的方法一點(diǎn)一點(diǎn)地測溫也是不行的，因?yàn)殍T坯每時(shí)每刻其各處的溫度都是在變化的，根據(jù)點(diǎn)測得二冷區(qū)內(nèi)鑄坯個(gè)點(diǎn)的溫度很難制定出語鑄坯相適應(yīng)的連鑄工藝參數(shù)。因此，在測試的過程中，需要對測點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并跟蹤未被保護(hù)渣、氧化鐵皮覆蓋的測點(diǎn)，這樣通過一點(diǎn)的準(zhǔn)確測量就可以知道鑄坯在運(yùn)動過程的溫度變化，從而通過鑄坯表面溫度變化了解到鑄坯內(nèi)部的溫度分布和液芯位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對出矯直段的連鑄坯進(jìn)行連續(xù)、準(zhǔn)確測定鑄坯表面溫度的便攜式裝置及方法，準(zhǔn)確獲取連鑄坯表面溫度的變化，從而為連鑄二次冷卻控制提供關(guān)鍵參數(shù)，它適用于連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)工藝過程中，對連鑄坯表面溫度的測量，對提高連鑄坯的質(zhì)
量具有重要意義。本發(fā)明的裝置由帶激光測距功能的測溫儀(紅外測溫槍/紅外熱像儀)、電動刻度盤、安裝支架及數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)組成，其中測溫儀(紅外測溫槍/紅外熱像儀)被固定在由電動馬達(dá)驅(qū)動的圓形電動刻度盤上，測溫儀攝像頭位于電動刻度盤的圓心位置，電動刻度盤被固定在安裝支架前端，它們一起被固定于連鑄坯上方，計(jì)算機(jī)與電動刻度盤及測溫儀相連，用于完成刻度盤轉(zhuǎn)速設(shè)定及測溫儀溫度數(shù)據(jù)采集。測溫儀的測溫頭與鑄坯測溫點(diǎn)之間的距離O. 5-20米。本發(fā)明測溫方法的具體步驟如下i利用安裝支架，將安裝有測溫儀的電動刻度盤固定于鑄坯運(yùn)行軌道上方； 利用激光測距儀來對測量點(diǎn)及垂直方向的測量終點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，同時(shí)將測量數(shù)據(jù)、拉速、旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)計(jì)算出測量測量初始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離及旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角速度，所述三角函數(shù)關(guān)系式如下K=^Jl2 X(I)
t=h2/V拉⑵
V角=沒/t(3)式中hi—測溫儀與測量終點(diǎn)之間的垂直距離；L一測溫儀與測量初始點(diǎn)之間的距離；h2一測量初始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離；t一運(yùn)行L距離所用時(shí)間；Θ-L方向與垂直方向的夾角；一連鑄坯的拉速；VA—旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的角速度；iii測溫儀的測溫響應(yīng)時(shí)間為300毫秒-2秒，測溫儀對鑄坯跟蹤測溫的溫度數(shù)據(jù)信號連續(xù)傳給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對所述測溫儀傳輸來的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理；a計(jì)算機(jī)取出在30秒_3分鐘時(shí)間間隔中測溫儀采得的若干個(gè)溫度數(shù)據(jù)；b對測溫儀所取的若干個(gè)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，取出其中最大的溫度數(shù)據(jù)；c將得出得所述最大的溫度數(shù)據(jù)作為初始測溫點(diǎn)的初始溫度，待溫度數(shù)據(jù)再次出現(xiàn)時(shí)，對測點(diǎn)進(jìn)行跟蹤測量，一直到測量終點(diǎn)；d同時(shí)將測量的溫度數(shù)據(jù)連續(xù)不斷的傳到計(jì)算機(jī)中，最終生成溫度變化數(shù)據(jù)表及變化曲線。所述測溫儀的信號輸出端與所述計(jì)算機(jī)的通訊接口相連接的方式可以是串行或并行。為了對連鑄坯表面溫度變化有一個(gè)系統(tǒng)全面的反應(yīng)，所述測溫儀也可以在連鑄機(jī)的矯直段鑄坯的橫向上間隔一定的距離進(jìn)行測溫。本發(fā)明提供的測溫方法準(zhǔn)確測定鑄坯縱向表面溫度的機(jī)理是這樣的在實(shí)際連鑄過程中，鑄坯表面常常被水膜、汽霧和氧化鐵皮等遮蓋，這時(shí)對其表面測溫，很可能側(cè)到的是貼于鑄坯表面上的水膜或氧化鐵皮的溫度，而非真正鑄坯表面的溫度，但上述水膜或汽霧或氧化鐵皮對鑄坯的遮蓋并非連續(xù)不斷，在測溫儀的目標(biāo)初始點(diǎn)在一定的時(shí)間段內(nèi)經(jīng)過的鑄坯不是完全被遮蓋，因此，在所述的時(shí)間間隔中，當(dāng)某一瞬間表面未被遮蓋的部分出現(xiàn)在測溫儀的測溫初始點(diǎn)內(nèi)時(shí)，測溫儀即跟蹤初始點(diǎn)，在固定時(shí)間間隔內(nèi)把真實(shí)的表面溫度數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)中。這就是達(dá)到本發(fā)明中獲取初始位置溫度的目的，從而通過對這一點(diǎn)的連續(xù)測溫來得到鑄坯出矯直段后鑄坯縱向溫度分布。又因?yàn)橛捎诒凰?、汽霧或氧化鐵皮遮蓋的鑄還表面的溫度均應(yīng)低于未被遮蓋的鑄還表面的溫度，所以，鑄還表面的真實(shí)溫度肯定是在所述時(shí)間間隔段中測得的最高溫度值。在一段時(shí)間間隔段中選取鑄坯測量初始位置的溫度數(shù)據(jù)中的最大值作為鑄坯的 在測量初始溫度，并利用連鑄機(jī)本身配備的連鑄動態(tài)二冷模型預(yù)報(bào)出不同鋼種在不同工藝條件下初始測溫點(diǎn)處的溫度范圍。當(dāng)該初始溫度值落入預(yù)測溫度范圍，就認(rèn)為此溫度為初始位置的真實(shí)表面溫度，否則繼續(xù)測量。由上述的測溫原理可知，要獲得鑄坯表面真實(shí)的溫度，設(shè)定合適的時(shí)間間隔是很關(guān)鍵的，根據(jù)鑄坯被水膜或汽霧或氧化鐵皮的遮蓋情況，一般比較合適的時(shí)間間隔可以在30秒-3分鐘。如果時(shí)間間隔段過小，就可能沒有未被遮蓋的鑄坯表面經(jīng)過所述測溫儀的測溫目標(biāo)初始點(diǎn)，但如果時(shí)間間隔過長，測溫效率將降低，且不利于通過測量結(jié)果及時(shí)調(diào)整連鑄工藝參數(shù)。另外，影響準(zhǔn)確測溫的其他因素還有測溫系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，測溫系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間是測溫儀測得一個(gè)溫度再將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中所用的時(shí)間，其大小對準(zhǔn)確測溫有很大的影響。一般需要求測溫系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間在500毫秒左右。測溫距離，即為紅外熱像儀或紅外測溫槍的測溫頭與鑄坯測溫點(diǎn)之間的距離。其一般可以在O. 5-20米之間。測溫儀的初始目標(biāo)點(diǎn)的大小，因?yàn)殍T坯上未被遮蓋出可能較小，如果目標(biāo)初始點(diǎn)太小可能難于捕捉到，測得的溫度的準(zhǔn)確性也就降低了。測溫儀的目標(biāo)初始點(diǎn)的直徑應(yīng)大于50毫米。另外，所使用紅外測溫儀或測溫槍的測溫范圍在400-200(TC以內(nèi)，其最大誤差小于2%為佳。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果在于，其不需要多臺設(shè)備同時(shí)工作，因此設(shè)備簡單，價(jià)格便宜，而且安裝方便，能夠克服現(xiàn)場復(fù)雜的生產(chǎn)條件，運(yùn)用點(diǎn)跟蹤測溫方法對出矯直段的連鑄坯進(jìn)行表秒縱向測溫，并可通過對刻度盤轉(zhuǎn)速設(shè)定對鑄坯表面進(jìn)行橫向溫度采集，其特點(diǎn)在于可以連續(xù)、準(zhǔn)確測定鑄坯表面溫度，準(zhǔn)確獲取連鑄坯表面溫度的變化過程，從而為連鑄二次冷卻控制提供關(guān)鍵參數(shù)。


圖I連鑄坯的縱向上方設(shè)置測溫儀以及測溫儀與計(jì)算機(jī)連接的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為連鑄機(jī)的橫向上方設(shè)置測溫儀以及測溫儀與計(jì)算機(jī)連接的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3本發(fā)明對鑄坯縱向測溫的曲線實(shí)例；圖4本發(fā)明對鑄坯橫向測溫的曲線實(shí)例。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)說明。如圖I所示，由帶激光測距功能的測溫儀I (紅外測溫槍/紅外熱像儀)、電動刻度 盤3、安裝支架2及數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)4組成，其中測溫儀(紅外測溫槍或紅外熱像儀)被固定在由電動馬達(dá)驅(qū)動的圓形電動刻度盤3上，且測溫儀攝像頭位于電動刻度盤的圓心位置，電動刻度盤3被固定在安裝支架2前端，它們一起被固定于連鑄坯5上方，計(jì)算機(jī)4與電動刻度盤3及測溫儀I相連，用于完成刻度盤轉(zhuǎn)速設(shè)定及測溫儀溫度數(shù)據(jù)采集等功能。本發(fā)明測溫方法的具體步驟如下i利用安裝支架，將安裝有測溫儀I的電動刻度盤3固定于鑄坯5運(yùn)行軌道上方； 利用帶激光測距功能的測溫儀來對測量點(diǎn)及垂直方向的測量終點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，同時(shí)將測量數(shù)據(jù)、拉速、旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)計(jì)算出測量測量初始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離及旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角速度，所述三角函數(shù)關(guān)系式如下(I)
權(quán)利要求
1.一種便攜式連鑄坯表面測溫裝置，其特征在于，它是由帶激光測距功能的測溫儀、電動刻度盤、安裝支架及數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)組成，其中測溫儀被固定在由電動馬達(dá)驅(qū)動的圓形電動刻度盤上，且測量頭位于電動刻度盤的圓心位置，電動刻度盤被固定在安裝支架前端，它們一起被固定于連鑄坯上方，計(jì)算機(jī)與電動刻度盤及測溫儀相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種便攜式連鑄坯表面測溫裝置，其特征在于，所述的帶激光測距功能的測溫儀為紅外測溫槍或紅外熱像儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種便攜式連鑄坯表面測溫裝置，其特征在于，所述測溫儀的測溫頭與鑄坯測溫點(diǎn)之間的距離O. 5-20米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種便攜式連鑄坯表面測溫裝置，其特征在于，所述測溫儀布置在連鑄機(jī)的矯直段鑄還的縱向或橫向上方。
5.一種采用權(quán)利要求f 4所述中任一項(xiàng)的一種便攜式連鑄坯表面測溫裝置的測溫方法，其特征在于，測溫方法的具體步驟如下 i利用安裝支架，將安裝有測溫儀的電動刻度盤固定于鑄坯運(yùn)行軌道上方； 利用激光測距儀來對測量點(diǎn)及垂直方向的測量終點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，同時(shí)將測量數(shù)據(jù)、拉速、旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)計(jì)算出測量測量初始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離及旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角速度，所述三角函數(shù)關(guān)系式如下
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種便攜式連鑄坯表面測溫裝置的測溫方法，其特征在于，所述測溫儀的信號輸出端與所述計(jì)算機(jī)的通訊接口相連接的方式為串行或并行。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種便攜式連鑄坯表面測溫裝置的測溫方法，其特征在于，測溫儀即跟蹤初始點(diǎn)的時(shí)間間隔為30秒-3分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開一種便攜式連鑄坯表面測溫裝置及測溫方法，測溫儀被固定在由電動馬達(dá)驅(qū)動的圓形電動刻度盤上，且測量頭位于電動刻度盤的圓心位置，電動刻度盤被固定在安裝支架前端，它們一起被固定于連鑄坯上方，計(jì)算機(jī)與電動刻度盤及測溫儀相連，用于完成刻度盤轉(zhuǎn)速設(shè)定及測溫儀溫度數(shù)據(jù)采集功能。利用激光測距儀來對測量點(diǎn)及垂直方向的測量終點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，同時(shí)將測量數(shù)據(jù)、拉速、旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)計(jì)算出測量測量初始點(diǎn)與終點(diǎn)之間的距離及旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)角速度，測溫儀對鑄坯跟蹤測溫的溫度數(shù)據(jù)信號連續(xù)傳給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)對所述測溫儀傳輸來的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；最終生成溫度變化數(shù)據(jù)表及變化曲線，從而為連鑄二次冷卻控制提供關(guān)鍵參數(shù)。
文檔編號G01J5/00GK102935496SQ201210411228
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者張寧, 廖相巍, 趙成林, 郭曉波, 倪翀奕, 張維維, 王麗娟, 趙晨光 申請人:鞍鋼股份有限公司