監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法。
【背景技術(shù)】
[0002]連鑄是使鋼水不斷的通過水冷結(jié)晶器，凝固成殼后從結(jié)晶器下方出口連續(xù)拉出，經(jīng)噴水冷卻，全部凝固后切成坯料的鑄造工藝。為防止鑄坯在凝固過程中與結(jié)晶器壁粘結(jié)，在連鑄過程中通常采用結(jié)晶器振動(dòng)技術(shù)，并使用保護(hù)渣潤滑，使連鑄過程順利進(jìn)行。結(jié)晶器振動(dòng)有利于連鑄坯的脫模，但振動(dòng)也使鑄坯表面產(chǎn)生振痕。振痕是影響鑄坯表面質(zhì)量的重要因素，可使鑄坯表面質(zhì)量惡化，并易在振痕產(chǎn)生的位置內(nèi)部生成裂紋，從而成為鑄坯表面橫裂及其它表面缺陷的根源。此外，振痕在后續(xù)的工藝中必須去除，這也會(huì)減少材料的利用率。雖然通過電磁軟接觸的方法能有效的減少振痕的形成，但是在實(shí)際連鑄過程中仍然迫切的需要一種能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)測振痕的方法。
[0003]目前連鑄坯表面缺陷的在線無損檢測技術(shù)主要有光學(xué)射線、超聲、渦電流法等。光學(xué)檢測通過檢測透射射線的強(qiáng)度，就可判斷物體內(nèi)部的缺陷和分布，具有非接觸、無污染、快速全場、直觀的特點(diǎn)，但射線設(shè)備復(fù)雜、較昂貴且對(duì)缺陷的量化評(píng)估困難，且由于鑄坯表面在強(qiáng)水冷條件下會(huì)形成一層氧化皮，進(jìn)一步影響了光學(xué)方法測量的準(zhǔn)確性。渦流檢測技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)表面及近表面缺陷的檢測，但是由于趨膚效應(yīng)和提離效應(yīng)的不利影響，且激勵(lì)線圈和檢測線圈很難做得很小，不適合連鑄坯振痕的檢測。超聲檢測受限于超聲波的頻率，方法準(zhǔn)確度差，受氧化皮的影響大且無法實(shí)現(xiàn)表面及近表面的缺陷形態(tài)檢測，并且超聲檢測常需要耦合介質(zhì)，這也限制了它在連鑄坯表面振痕監(jiān)測方面的應(yīng)用。
[0004]—種現(xiàn)有的方法技術(shù)應(yīng)用范圍受到限制，因?yàn)樵谝苯饘?shí)際中，導(dǎo)磁材料的連鑄坯的生產(chǎn)量只占相當(dāng)小的一部分(主要是鐵以及部分鋼種)，諸如鋁、銅、鋅等都是非導(dǎo)磁的(呈順磁性或逆磁性)。另外，即使是鐵材料，在溫度高于居里溫度(769攝氏度)以上時(shí)，鑄坯材料為奧氏體狀態(tài)，也是呈順磁性的，因此上述專利技術(shù)應(yīng)用范圍受到限制。
[0005]另一種現(xiàn)有的洛侖茲力微顆粒探測法。一個(gè)關(guān)于導(dǎo)電線中的微缺陷的檢測方法，另一個(gè)是關(guān)于液態(tài)金屬純凈度的監(jiān)測方法。其原理是利用永磁體提供檢測磁場，在待測的導(dǎo)電體中形成電磁敏感區(qū)，由于磁場與導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)在導(dǎo)體中感應(yīng)出渦電流，進(jìn)而磁場與渦電流相互作用產(chǎn)生洛侖茲力，洛侖茲力的反作用力作用在磁系統(tǒng)上，且可測。上述導(dǎo)體中含有顆?；驃A雜物時(shí)，上述的反作用力會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)變化量可以獲得微顆粒的信息。但上述專利方法僅定義了檢測導(dǎo)體內(nèi)部的微顆粒方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法，以電磁力(洛侖茲力)無損檢測原理為基礎(chǔ)，提供一種簡單快捷高效在線、實(shí)時(shí)的監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法，并通過缺陷信號(hào)分析實(shí)現(xiàn)對(duì)整體表面質(zhì)量的量化評(píng)估，得到振痕深度、形狀、數(shù)量、間距等重要信息。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法，所述方法包括:
[0008]步驟1，將永磁體與微小力傳感器連接在一起，形成一個(gè)測量單元，通過所述測力傳感器測量所述永磁體受到的力；
[0009]步驟2，將所述單元排列組合形成測量機(jī)構(gòu)，將所述測量機(jī)構(gòu)鑲嵌到盤狀體的側(cè)緣形成盤狀測量儀，其中所述永磁體的磁化方向?yàn)檠厮霰P狀體的徑向；
[0010]步驟3，將所述盤狀測量儀置于待測連鑄坯表面的側(cè)方，所述盤狀體通過軸傳動(dòng)在電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。所述待測連鑄坯在下拉過程中依次經(jīng)過所述盤狀體附近的待測區(qū)域；
[0011]步驟4，所述待測連鑄坯表面振痕的凸起或凹陷使所述永磁體受到的電磁力的反作用力F(/發(fā)生變化，使用所述測力傳感器測量作用在所述永磁體上的反作用力F(/，從而得到所述待測連鑄坯表面的振痕信息。
[0012]所述步驟1之前還包括:利用溫度傳感器測量所述待測連鑄坯的溫度。
[0013]所述步驟1之前還包括:通過測距傳感器測量所述測力傳感器與所述待測連鑄坯的距離，使所述永磁體與待測連鑄坯表面的基準(zhǔn)之間的距離保持不變。
[0014]所述永磁體和測力傳感器為陣列式排布。
[0015]使用所述測力傳感器測量作用在所述永磁體上的反作用力F(/，從而得到所述待測連鑄坯振痕信息具體包括:當(dāng)所述反作用力F(/變大，則所述待測連鑄坯振痕為凸起，當(dāng)所述反作用力F(/變小，則所述待測連鑄坯振痕為凹陷;所述反作用力F(/的變化的次數(shù)為振痕數(shù);根據(jù)所述反作用力F(/的變化量AF(/進(jìn)行分析，得到振痕形狀與深度信息;根據(jù)所述變化量AF(/和變化時(shí)間At計(jì)算得到振痕的寬度與間距信息。
[0016]所述待測連鑄還為連鑄過程中鑄還，或者為切削振痕前的連鑄還。
[0017]所述步驟4之后還包括，根據(jù)所述待測連鑄坯表面的振痕信息，確定整個(gè)鑄坯振痕的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，及振痕的最大厚度，作為切削掉振痕的量。
[0018]本發(fā)明監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1、檢測設(shè)備簡單、成本低，本發(fā)明所用的裝置主要由永磁體，測力、測溫和測距傳感器以及驅(qū)動(dòng)設(shè)備構(gòu)成。
[0020]2、測量過程簡單，只需測量電磁力或其轉(zhuǎn)換形式的相應(yīng)變化，即可得到連鑄坯振痕的深度、寬度、間距、數(shù)量等信息。
[0021]3、永磁體產(chǎn)生的靜磁場穩(wěn)定，與激勵(lì)線圈相比，磁場強(qiáng)度足夠強(qiáng)。
[0022]4、檢測速度快，可對(duì)連鑄坯振痕進(jìn)行在線、快速、實(shí)時(shí)的檢測，是適用于非導(dǎo)磁金屬連鑄坯表面振痕的無損檢測方法，適用的連鑄坯金屬材料的類型更為廣泛。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法的原理示意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法的流程圖；
[0025]圖3為本發(fā)明監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法中的旋轉(zhuǎn)盤狀體及測量機(jī)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4A為本發(fā)明監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法的測量機(jī)構(gòu)中測量單元的組成示意圖；
[0027]圖4B為本發(fā)明監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法的測量機(jī)構(gòu)中測量單元排列組合示意圖；
[0028]圖5為本發(fā)明監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法的冷卻系統(tǒng)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0030]圖1為本發(fā)明監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法的原理示意圖。測量機(jī)構(gòu)5與鑄坯1作相對(duì)運(yùn)動(dòng)(相對(duì)速度為V)，在鑄坯1內(nèi)產(chǎn)生渦電流，我們將鑄坯內(nèi)渦電流比較集中的較小的區(qū)域成為電磁敏感區(qū)。由于振痕的存在，鑄坯1表面的振痕呈現(xiàn)凸凹不平的輪廓(與不導(dǎo)電空氣的邊界條件)，鑄還1表面與測量機(jī)構(gòu)5之間的瞬時(shí)距離變化，在鑄還內(nèi)空間分布的瞬時(shí)渦電流也發(fā)生變化，即鑄坯內(nèi)渦電流的分布和大小隨鑄坯的表面輪廓變化而變化。如圖1所示，在t時(shí)刻(圖1的左部分)，永磁體運(yùn)動(dòng)到振痕的凸起處，在t2時(shí)刻(圖1的右部分)，永磁體運(yùn)動(dòng)到振痕的凹陷處，在這兩個(gè)時(shí)刻渦電流的空間分布和大小均不同，圖中給出了虛線處截面的渦電流分布。渦電流與磁場相互作用產(chǎn)生作用于鑄坯的洛倫茲力，洛倫茲力可表示為F = j\jXB dV，j為渦電流密度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，V為渦電流和磁場可達(dá)到的空間區(qū)域;洛倫茲力F的反作用力作用于測量機(jī)構(gòu)，根據(jù)牛頓第三定律:作用力與反作用力大小相等方向相反，這一對(duì)力均為鑄坯表面輪廓的函數(shù)。上述反作用力可通過測力傳感器7測得，因而可通過測得的力獲得鑄坯1表面振痕的信息。
[0031]圖2為本發(fā)明監(jiān)測連鑄坯振痕的電磁力方法的流程圖，如圖所示，具體包括如下步驟:
[0032]步驟101，將永磁體6與微小力傳感器7連接在一起，形成一個(gè)測量單元，通過測力傳感器7測量永磁體受到的力；
[0033]可選的，在步驟101之前利用溫度傳感器測量所述待測連鑄坯的溫度。另外，還可以通過測距傳感器測量所述測力