【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及冶金鑄坯監測領域，特別涉及一種非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的系統。
技術介紹
1、在冶金工程領域，連鑄過程的質量控制是確保金屬材料凝固乃至最終產品質量的關鍵。凝固終點位置和坯殼厚度的精準確定對于設計和優化連鑄工藝、提高生產效率和改善材料品質至關重要。連鑄過程中，液態金屬從結晶器彎月面處開始形成坯殼，然后向下部持續凝固，直到完全轉變為固相。對于較大規格和較低熱傳導率的金屬如鋼，在離開結晶器時坯殼內部仍為液態，因此需要通過外部噴淋冷卻并依靠夾棍輸送來完成潛熱釋放。鑄坯完全凝固之前所經過的路徑長度取決于金屬的熱傳導率、拉坯速度和冷卻條件，達到完全凝固的位置被稱為凝固終點。連鑄坯殼厚度演變規律和凝固終點位置是拉速、電磁攪拌或輕壓下參數設計的核心依據。
2、已有文獻表明，通過數學模型計算連鑄坯的坯殼厚度或凝固終點位置，并射釘法、白亮帶法或灌鉛法進行校驗，是目前國內外現場最常用的技術手段。然而，該方法具有破壞性，且試驗周期長、成本高，影響生產組織和安全。對于無損在線監測確定連鑄凝固終點位置，目前已報道的兩種技術分別為機械方法(cn117961018a)和帶有電磁激勵的超聲波方法(cn111473752a)。機械方法將某硬質材料打入正在凝固的鑄坯中，通過分析該材料在鑄坯中的形態變化來確定坯殼厚度；超聲波方法是采用主動激發鑄坯振動的方式，分析鑄坯返回的振動信號來確定坯殼厚度。這些檢測方法均可能因材料或設備的高溫環境影響而引入額外的誤差，同時又可能會降低鑄坯表面或內部質量。
技術實現思
1、本專利技術的目的就是克服現有技術的不足，提供了一種非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的系統，僅需要監測連鑄坯表面因設備或工藝引起的振動，對這些振動的分析便足以準確判斷連鑄坯的凝固狀態。
2、本專利技術采用如下技術方案：
3、一方面，本專利技術提供了一種非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，包括：
4、s1、采用非接觸式監測方法對鑄坯表面進行振動測量，獲得連鑄過程中鑄坯原始振動信號；
5、s2、通過快速傅里葉變換(fft)處理，將所述原始振動信號從時域轉換到頻域，得到振動譜；
6、s3、將步驟s2得到的所述振動譜與標準數據庫中同型號鑄坯振動譜進行對比，確定鑄坯凝固終點的位置；
7、s4、根據步驟s3得到的所述凝固終點的位置，結合凝固傳熱模型，確定鑄坯在凝固終點前各個位置的坯殼厚度。
8、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述方法還包括：s5、通過顯示器或存儲元件對步驟s4得到的結果數據進行顯示和記錄。
9、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，步驟s1中，采用非接觸式振動計，在連鑄過程二冷區、三冷區或切割前輥道對鑄坯的振動進行測量；所述振動為由工藝或設備引起的自然振動。
10、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，步驟s3中，所述標準數據庫，為不同型號的鑄坯在不同坯殼厚度狀態下的原始振動信號，經傅里葉變換處理后得到的振動譜的集合；型號參數包括鑄坯鋼種、斷面形狀、斷面尺寸和拉速。
11、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，鑄坯振動譜與鑄坯坯殼厚度的對應關系，通過工藝試驗測定，或通過生產過程中不同測量點信號與結果進行對比篩選獲得。
12、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述工藝試驗，通過射釘、灌鉛或漏鋼坯殼獲得鑄坯在不同位置處的坯殼厚度或凝固終點位置數據，并將這些數據與原始振動信號或振動譜建立起對應關系。
13、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，步驟s3中，確定鑄坯凝固終點的位置的具體方法為：通過標準數據庫確定某型號鑄坯的振動譜的振幅閾值及頻率峰值數量閾值；所測得的該型號鑄坯的振動譜的振幅小于所述振幅閾值，且頻率峰值數量大于所述頻率峰值數量閾值，當兩個條件同時滿足時，確定為鑄坯凝固終點。
14、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，非接觸振動計的數量為1個或若干個；當只有一臺振動計時，需要在凝固終點附近移動振動計來進行信號監測；當有兩臺振動計時，將它們夾逼放置，一臺放置于切割之前已完全凝固的位置，監測鑄坯完全凝固的信號狀態；另一臺放置于二冷區未凝固之前，監測鑄坯含有液芯的信號狀態；當有多于2臺振動計時，在凝固終點附近設置多個監測點，通過不同液芯比例下振動信號的變化與完全凝固信號的對比來夾逼確定凝固終點的位置。
15、如上所述的方面和任一可能的實現方式，進一步提供一種實現方式，所述鑄坯包括方坯、板坯、圓坯和異型坯，且不受尺寸、鋼種和拉速的限制。
16、另一方面，本專利技術還提供了一種非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的系統，所述系統用于實現上述的方法，所述系統包括：
17、非接觸式振動計，用于對鑄坯表面進行振動測量，獲得原始振動信號；
18、標準數據庫，用于儲存不同型號的鑄坯在不同坯殼厚度狀態下的原始振動信號，并經傅里葉變換處理后得到的振動譜的集合；
19、信號變換模塊，接受所述非接觸式振動計監測得到的原始振動信號，經快速傅里葉變換處理，從時域轉換到頻域，得到振動譜；
20、凝固終點判斷模塊，接受所述信號變換模塊得到的振動譜，與所述標準數據庫中同型號鑄坯不同坯殼厚度狀態下的振動譜進行比較，確定鑄坯凝固終點的位置；
21、坯殼厚度計算模塊，根據所述凝固終點的位置，結合凝固傳熱模型，確定鑄坯在凝固終點前各個位置的坯殼厚度。
22、本專利技術的有益效果為：本專利技術為在線、動態、非接觸、無損檢測連鑄凝固進程提供了一種新途徑，為拉速、冷卻、電磁攪拌和輕壓下等參數優化提供可靠參考，最終實現連鑄坯質量的精準控制。
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1.一種非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權利要求1所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，所述方法還包括：S5、通過顯示器或存儲元件對步驟S4得到的結果數據進行顯示和記錄。
3.如權利要求1所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，步驟S1中，采用非接觸式振動計，在連鑄過程二冷區、三冷區或切割前輥道對鑄坯的振動進行測量；所述振動為由工藝或設備引起的自然振動。
4.如權利要求1所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，步驟S3中，所述標準數據庫，為不同型號的鑄坯在不同坯殼厚度狀態下的原始振動信號，經傅里葉變換處理后得到的振動譜的集合；型號參數包括鑄坯鋼種、斷面形狀、斷面尺寸和拉速。
5.如權利要求4所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，鑄坯振動譜與鑄坯坯殼厚度的對應關系，通過工藝試驗測定，或通過生產過程中不同測量點信號與結果進行對比篩選獲得。
6.如權利要求5所述的非接觸在線監測凝固終點位置和
7.如權利要求1所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，步驟S3中，確定鑄坯凝固終點的位置的具體方法為：通過標準數據庫確定某型號鑄坯的振動譜的振幅閾值及頻率峰值數量閾值；所測得的該型號鑄坯的振動譜的振幅小于所述振幅閾值，且頻率峰值數量大于所述頻率峰值數量閾值，當兩個條件同時滿足時，確定為鑄坯凝固終點。
8.如權利要求3所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，非接觸振動計的數量為1臺或若干臺；當只有一臺振動計時，在凝固終點附近移動振動計來進行信號監測；當有兩臺振動計時，將它們夾逼放置，一臺放置于切割之前已完全凝固的位置，監測鑄坯完全凝固的信號狀態；另一臺放置于二冷區未凝固之前，監測鑄坯含有液芯的信號狀態；當有多于2臺振動計時，在凝固終點附近設置多個監測點放置振動計，通過不同液芯比例下振動信號的變化與完全凝固信號的對比來夾逼確定凝固終點的位置。
9.如權利要求1所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，所述鑄坯包括方坯、板坯、圓坯和異型坯，且不受尺寸、鋼種和拉速的限制。
10.一種非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的系統，其特征在于，所述系統用于實現如權利要求1-9任一項所述的方法，所述系統包括：
...【技術特征摘要】
1.一種非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權利要求1所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，所述方法還包括：s5、通過顯示器或存儲元件對步驟s4得到的結果數據進行顯示和記錄。
3.如權利要求1所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，步驟s1中，采用非接觸式振動計，在連鑄過程二冷區、三冷區或切割前輥道對鑄坯的振動進行測量；所述振動為由工藝或設備引起的自然振動。
4.如權利要求1所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，步驟s3中，所述標準數據庫，為不同型號的鑄坯在不同坯殼厚度狀態下的原始振動信號，經傅里葉變換處理后得到的振動譜的集合；型號參數包括鑄坯鋼種、斷面形狀、斷面尺寸和拉速。
5.如權利要求4所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，鑄坯振動譜與鑄坯坯殼厚度的對應關系，通過工藝試驗測定，或通過生產過程中不同測量點信號與結果進行對比篩選獲得。
6.如權利要求5所述的非接觸在線監測凝固終點位置和坯殼厚度的方法，其特征在于，所述工藝試驗，通過射釘、灌鉛或漏鋼坯殼獲得鑄坯在不同位置處的坯殼厚度或凝固終點位置數據，并將這些數據與原始振動信號或振動...
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