帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法
2023-06-18 19:56:21 1
專利名稱：帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法
技術領域：
本發明涉及冶金生產技術，特別涉及一種帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法。
背景技術：
作為鋼鐵企業的關鍵生產設備，帶鋼連續退火爐生產率的高低直接影響到企業的產能。帶鋼的表面並非平坦的平面，而是呈如圖1a或1b所示的波浪起伏狀，其中，圖1a示出的是波浪起伏發生在帶鋼邊緣區域的情形(以下稱為邊浪)，圖1b示出的是波浪起伏發生在帶鋼中部區域的情形(以下稱為中浪)。當帶鋼在連續退火爐內的行進速度較快時，一旦帶鋼的板形不良度超過一定程度或表面起伏較大時，非常容易引起帶鋼跑偏，從而導致斷帶事故。尤其是對於高速薄帶鋼連退機組，其對帶鋼板形的敏感度更高，因此更容易發生熱瓢曲、跑偏等問題。一旦發生斷帶事故，就需要停止整個連退機組的運行，從而影響連退機組的產能，特別是爐內斷帶事故，其往往需要停機24小時來排除故障，對生產的影響更大。因此在連續退火過程中應該儘量避免發生斷帶事故。
為此，需要對帶鋼板形進行實時檢測，當板形不良時，控制系統即可通過降低通板速度或預先調整糾偏輥位置來避免跑偏、斷帶問題的發生。
一種常用的方法是在退火爐內安裝工業電視監視裝置，生產操作人員通過工業電視監視裝置了解大致的板形情況。該方法的缺點是安裝的工業電視監視裝置數量非常有限，而且還需要操作人員憑目測來確定板形情況，因此不能準確、全面地了解爐內帶鋼的板形情況。此外，由於監視裝置一般安裝在連退爐內，當發現板形不良而採取降速措施時，降速控制的滯後往往使得跑偏、斷帶事故無法及時阻止。
另一種常用的方法是利用板形檢測裝置定量地測量板形數據以提高板形檢測的準確性。板形檢測裝置分為接觸式和非接觸式二大類，主要用於軋機或平整機。
接觸式板形檢測裝置包含與帶鋼表面接觸的板形測量輥，當帶鋼表面不平坦時，由於壓電效應的存在，板形測量輥各區域將產生不同幅度的壓電信號，通過測量這些壓電信號的幅度即可確定帶鋼各部分的垂直高度分布情況。接觸式板形檢測裝置的缺點是板形測量輥的製造非常複雜，因此價格昂貴。
非接觸式板形檢測裝置一般採用多個測距傳感器來測量傳感器平面與帶鋼表面之間的距離從而得到帶鋼表面的垂直高度分布，由此可以得到利用浪高和浪距表徵的帶鋼浪形，從而獲得帶鋼板形的情況。這種檢測裝置的缺點是，為了及時、準確地獲取帶鋼表面的垂直高度分布，必須採用數量較多並且響應速度很快的測距傳感器，此外，由於安裝在退火爐內，因此對傳感器的抗幹擾性能要求很高，而且更換傳感器也不方便。
發明內容
本發明的目的是提供一種及時、準確地獲取帶鋼板形定量數據的板形檢測方法，而且實現方式簡單可行。
本發明的上述目的通過以下技術方案實現一種帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法，所述方法包含由板形檢測裝置執行的下列步驟(1)測量帶鋼在垂直於其傳送方向的橫截面上的垂直高度分布，所述橫截面位於退火爐入口前的兩個支承位置之間；(2)計算帶鋼若干平行於其傳送方向的縱向區域在所述支承位置之間的長度分布，其中，每個所述縱向區域在所述支承位置之間的長度根據該區域在所述橫截面上的垂直高度計算確定；(3)根據所述長度分布計算帶鋼表面的起伏程度；以及(4)輸出板形數據，其包含所述起伏程度。
比較好的是，在上述帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法中，所述支承位置為帶鋼與傳送輥的接觸位置，所述傳送輥位於開卷機與入口活套之間。
比較好的是，在上述帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法中，所述橫截面位於退火爐入口前的兩個支承位置的中間。
比較好的是，在上述帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法中，所述若干縱向區域為位於帶鋼中部和邊緣的縱向區域，並且在步驟(2)中，根據下式計算位於帶鋼中部和邊緣的縱向區域在所述支承位置之間的長度Lc=0l1+dc22Cos2(xl)l2]]>Le=0l1+de22Cos2(xl)l2]]>其中，dc和de分別為位於帶鋼中部和邊緣的縱向區域在所述橫截面上的垂直高度，Lc和Le分別為帶鋼中部和邊緣的縱向區域在所述支承位置之間的長度，l為帶鋼在所述支承位置之間的水平距離。
更好的是，在上述帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法中，計算所述長度Lc和Le的方程式近似為Lc=4l2+dc224l]]>Lc=4l2+dc224l.]]>比較好的是，在上述帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法中，利用根據下式計算的帶鋼相對延伸差ε來表示所述起伏程度=|Lc-Le|max(Lc,Le).]]>比較好的是，在上述帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法中，所述板形數據還包括浪形判定結果，並且在步驟(1)與步驟(2)之間按照下列步驟獲得浪形判定結果(i)比較位於帶鋼中央和邊緣的縱向區域在所述橫截面上的垂直高度dc和de；(ii)如果dc＞de，則判定帶鋼的浪形為邊浪，否則，判定帶鋼的浪形為中浪。
在本發明中，由於在帶鋼進入退火爐之前即可測定帶鋼板形情況，因此可以及時控制連退機組的通板速度，有效避免了斷帶事故的發生。此外，由於檢測裝置安裝在退火爐入口前，因此安裝和維護都比較方便。最後，本發明僅需檢測帶鋼一個橫截面上的垂直高度分布即可確定板形狀況，因此所需的傳感器數量較少，從而降低了裝置的製造成本。
通過以下結合附圖對本發明較佳實施例的描述，可以進一步理解本發明的目的、特徵和優點，其中圖1a和1b為帶鋼表面波浪起伏的示意圖。
圖2為位於傳送輥之間的帶鋼的懸索線圖。
圖3a和3b為懸垂在傳送輥之間的帶鋼縱截面形狀示意圖，其中圖3a為帶鋼短延伸部分的示意圖，圖3b為帶鋼長延伸部分的示意圖。
圖4a和4b為懸垂在傳送輥之間的帶鋼示意圖，其中圖4a示出的是邊浪情形，圖4b示出的是中浪情形。
圖5a和5b分別為圖4a和4b所示帶鋼的橫截面形狀示意圖。
圖6為按照本發明第一較佳實施例的板形檢測示意圖。
圖7為第一較佳實施例測量帶鋼橫截面垂直高度分布的示意圖。
圖8為按照本發明的第一較佳實施例的板形檢測方法流程圖。
圖9a和9b分別為邊浪情形和中浪情形下的帶鋼橫截面測量示意圖。
圖10為按照本發明第二較佳實施例的板形檢測方法流程圖。
具體實施例方式
在連續退火爐的入口前，由於張力設置較小，因此架設在支承位置之間的帶鋼在重力作用下基本上呈如圖2所示的懸索線狀，該示意圖為懸垂在兩個支承位置之間的帶鋼剖面示意圖，其沿帶鋼傳送方向(以下稱為縱向)剖取，以下將該剖取面稱為縱截面。這裡的支承位置可以取位於開卷機和入口活套之間的傳送輥與帶鋼的接觸位置。當沿縱向將帶鋼劃分為多條狹長的縱向區域時，則帶鋼各縱向區域的下垂程度不盡相同，其中圖3a為下垂程度較小的帶鋼縱向區域示意圖，由於帶鋼1的該縱向區域在兩根傳送輥2a和2b之間的長度較短，因此稱為短延伸部分，圖3b為下垂程度較大的帶鋼縱向區域示意圖，由於帶鋼1的該縱向區域在兩根傳送輥2a和2b之間的長度較長，因此稱為長延伸部分。當帶鋼中部區域為短延伸部分而邊緣部分為長延伸部分時，帶鋼表面的波浪起伏形狀為如圖4a和5a所示的邊浪狀，其中，圖5a為圖4a所示懸垂在兩根傳送輥之間的帶鋼剖面示意圖，其沿垂直於其傳送方向(以下稱為橫向)剖取，以下將該剖取面稱為橫截面，反之，當帶鋼中部區域為長延伸部分而邊緣部分為短延伸部分時，帶鋼表面的波浪起伏形狀為如圖4b和5b所示的中浪狀，圖5b為圖4b所示懸垂在兩根傳送輥之間的帶鋼剖面示意圖，其也沿橫向剖取。
由上可見，帶鋼表面的波浪起伏形狀使得懸垂在兩根傳送輥之間的帶鋼各縱向區域具有不同的長度，而且它們長度的相對差值越大，則帶鋼表面波浪起伏的程度也越大，反之，它們長度的相對差值越小，則帶鋼表面波浪起伏的程度也越小。因此當確定了帶鋼縱向區域在支承位置之間的長度分布之後，即可確定帶鋼表面的起伏程度，從而為板形監測提供依據。
對於懸垂在兩根傳動輥之間的帶鋼，其每個縱向區域的縱截面都可以視作一條如圖2所示的具有一定剛度的懸索線，因此只要已知兩個支承位置之間在水平方向(即圖2中的X軸方向)上的距離l和懸索線上特定點至支承位置在Z軸方向上的垂直距離(例如最低位置點與支承位置之間的垂直距離d)，就可以計算出懸索線在兩個支承位置之間的長度L。
第一實施例以下描述按照本發明方法的第一實施例。
如圖6所示，連續退火爐入口前，帶鋼1在開卷機和入口活套之間的傳送輥2a和2b的帶動下沿圖中所示箭頭V的方向行進，因此可將傳送輥2a、2b與帶鋼1的接觸位置取為支承位置。為了測量某一時刻帶鋼1在垂直於行進方向V的某個橫截面上的垂直高度分布，在兩根傳送輥2a和2b之間的帶鋼1下方設置一組垂直於方向V並且跨度接近於帶鋼寬度的測距傳感器3。在本實施例中，為便於後續計算處理，特將橫截面或測距傳感器3設定在兩根傳送輥中間的位置。
如圖7所示，每個傳感器測量的是往返於其探測平面與帶鋼下表面之間的信號，因此每個傳感器的測量信號分別對應帶鋼的一個縱向區域在該橫截面上的垂直高度值，其中，dc和de分別為位於中央和邊緣的傳感器探測平面至帶鋼下表面的垂直距離，實際上也就是位於帶鋼中部和邊緣的縱向區域在該橫截面上的垂直高度，d0為傳動輥至傳感器探測平面的垂直距離。
測量信號處理器4接收測距傳感器3輸出的一組測量信號，並將測量信號轉換為帶鋼在橫截面上的垂直高度分布值，並根據下面將要詳述的計算方法確定帶鋼縱向區域的長度分布和帶鋼表面起伏程度。測試信號處理器4將處理信號作為板形數據送至連續退火機組控制系統5，供其用於控制帶鋼的傳送速度。
以下描述帶鋼縱向區域長度的計算方法。
如上所述，每個縱向區域的縱截面為具有一定剛度的懸索線，因此當已知兩根傳送輥之間的水平距離和懸索線上特定點與傳送輥的垂直距離時即可計算出縱向區域在兩根傳送輥之間的長度。懸索線的長度可應用變分法求泛函極值問題的算法來計算，但是變分法求泛函極值問題的方程形式非常複雜，計算量很大，因此為簡化起見，本實施例將帶鋼的懸索線近似假設為下列形式的正弦曲線z=dSin(xl)---(1)]]>這裡，如圖2所示，z和x分別為懸索線上任意一點在Z軸和X軸上的坐標，l為兩根傳送輥之間在X軸方向上的距離，d為懸索線上最低位置點與傳送輥之間的垂直距離。懸索線的長度L則可採用下式計算L=0l1+d2l2Cos2(xl)l2---(2)]]>上式方程式(2)的積分運算較為複雜，因此可以進一步簡化為下式L4l2+d224l---(3)]]>如上所述，在本實施例中，將橫截面或測距傳感器3的位置設定在兩根傳送輥中間，因此測距傳感器3測得的距離信號對應於每個帶鋼縱向區域懸索線最低位置點與傳送輥之間的垂直距離d，從而可以採用公式(2)或(3)來計算每個縱向區域的長度。需要指出的是，雖然在本實施例中橫截面被設置在兩個支承輥中間，但是這僅是為了簡化計算公式的需要，當將橫截面設置在兩個支承輥之間的其它位置時，同樣也可以計算出縱向區域的長度。
表1示出了公式(2)和(3)計算值的比較結果，其中L為公式(2)的計算結果，而L′為公式(3)的計算結果。由表1可見，在帶鋼急峻度d/l較小時，公式(3)的計算誤差較小。由於帶鋼急峻度d/l一般都小於10％，因此簡化公式(3)的計算誤差小於0.042％。
表1
在計算出帶鋼縱向區域在兩根傳送輥之間的長度分布後即可據此確定帶鋼的起伏程度。起伏程度可以採用各種形式的特徵量來表徵，只要特徵量的取值與帶鋼縱向區域之間的相對長度差值正相關或負相關即可。
在本實施例中，假設帶鋼表面的浪形為單浪，即，其橫截面如圖5a或5b所示，僅有一個最高位置或最低位置並且位於帶鋼中部，因此可採用下列形式的帶鋼相對延伸差ε作為表徵起伏程度的特徵量=|Lc-Le|max(Lc,Le)---(4)]]>這裡，Lc和Le分別為位於帶鋼中部和邊緣處的縱向區域在兩根傳送輥之間的長度。
以下藉助圖8描述本實施例的板形檢測方法流程圖。
如圖8所示，在步驟S11中，每個測距傳感器測量其探測平面與帶鋼下表面之間的距離信號並輸出至測量信號處理器。
接著在步驟S12中，測量信號處理器將這些距離信號轉換為帶鋼縱向區域在兩根傳送輥中間位置處橫截面上的一組垂直高度值。
隨後進入步驟S13，提取如圖7所示位於帶鋼中部和邊緣的縱向區域的垂直高度dc和de。雖然帶鋼在橫截面上有兩個邊緣，但是由於這裡假設是單浪情形，因此無需將兩個邊緣的縱向區域的垂直高度都提取出來而只要選取與垂直高度dc相差較大的那個垂直高度即可。
隨後在步驟S14中，利用公式(3)計算帶鋼中部和邊緣的縱向區域在兩根傳送輥之間的長度Lc和Le。
接著在步驟S15中，利用公式(4)計算作為表徵帶鋼表面起伏程度的特徵量的帶鋼相對延伸差ε。
最後，在步驟S16中，將帶鋼相對延伸差ε作為板形數據輸出至連續退火機組控制系統，因此控制系統可根據板形數據確定合適的通板速度。
第二實施例以下描述按照本發明方法的第二實施例。
圖9a和9b分別為邊浪情形和中浪情形下的帶鋼橫截面測量示意圖，這裡仍然假設帶鋼表面的浪形為單浪。由圖可見，在邊浪情形下，位於中央的傳感器探測平面至帶鋼下表面的垂直距離大於位於邊緣的傳感器探測平面至帶鋼下表面的垂直距離，也即位於帶鋼中部的縱向區域在該橫截面上的垂直高度大於位於帶鋼邊緣的縱向區域在該橫截面上的垂直高度；反之，在中浪情形下，位於中央的傳感器探測平面至帶鋼下表面的垂直距離小於位於邊緣的傳感器探測平面至帶鋼下表面的垂直距離，也即位於帶鋼中部的縱向區域在該橫截面上的垂直高度小於位於帶鋼邊緣的縱向區域在該橫截面上的垂直高度。由此可以通過比較位於若鋼中部和邊緣的縱向區域的垂直高度來確定浪形。
本實施例與第一實施例的不同之處為，本實施例輸出的板形數據除了帶鋼表面的起伏程度以外還包括帶鋼表面的起伏浪形。以下藉助圖10描述本實施例的板形檢測方法流程圖。
如圖10所示，在步驟S21中，每個測距傳感器測量其探測平面與帶鋼下表面之間的距離信號並輸出至測量信號處理器。
接著在步驟S22中，測量信號處理器將這些距離信號轉換為帶鋼縱向區域在兩根傳送輥中間位置處橫截面上的一組垂直高度值。
隨後進入步驟S23，提取如圖7所示位於帶鋼中部和邊緣的縱向區域的垂直高度dc和de。雖然帶鋼在橫截面上有兩個邊緣，但是由於這裡假設是單浪情形，因此無需將兩個邊緣的縱向區域的垂直高度都提取出來而只要選取與垂直高度dc相差較大的那個垂直高度即可。
接著，在步驟S24中，比較位於帶鋼中央和邊緣的縱向區域在所述橫截面上的垂直高度dc和de，如果dc＞de，則判定帶鋼的浪形為邊浪，否則，判定帶鋼的浪形為中浪。
隨後在步驟S25中，利用公式(3)計算帶鋼中部和邊緣的縱向區域在兩根傳送輥之間的長度Lc和Le。
接著在步驟S26中，利用公式(4)計算作為表徵帶鋼表面起伏程度的特徵量的帶鋼相對延伸差ε。
最後，在步驟S27中，將帶鋼相對延伸差ε作為板形數據輸出至連續退火機組控制系統，因此控制系統可根據板形數據確定合適的通板速度。
權利要求
1.一種帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法，其特徵在於，所述方法包含由板形檢測裝置執行的下列步驟(1)測量帶鋼在垂直於其傳送方向的橫截面上的垂直高度分布，所述橫截面位於退火爐入口前的兩個支承位置之間；(2)計算帶鋼若干平行於其傳送方向的縱向區域在所述支承位置之間的長度分布，其中，每個所述縱向區域在所述支承位置之間的長度根據該區域在所述橫截面上的垂直高度計算確定；(3)根據所述長度分布計算帶鋼表面的起伏程度；(4)輸出板形數據，其包含所述起伏程度。
2.如權利要求1所述的帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法，其特徵在於，所述支承位置為帶鋼與傳送輥的接觸位置，所述傳送輥位於開卷機與入口活套之間。
3.如權利要求1或2所述的帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法，其特徵在於，所述橫截面位於退火爐入口前的兩個支承位置的中間。
4.如權利要求3所述的帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法，其特徵在於，所述若干縱向區域為位於帶鋼中部和邊緣的縱向區域，並且在步驟(2)中，根據下式計算位於帶鋼中部和邊緣的縱向區域在所述支承位置之間的長度Lc=0l1+dc22cos2(xl)l2]]>Le=0l1+de22cos2(xl)l2]]>其中，dc和de分別為位於帶鋼中部和邊緣的縱向區域在所述橫截面上的垂直高度，Lc和Le分別為帶鋼中部和邊緣的縱向區域在所述支承位置之間的長度，l為帶鋼在所述支承位置之間的水平距離。
5.如權利要求4所述的帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法，其特徵在於，計算所述長度Lc和Le的方程式近似為Lc=4l2+dc224l]]>Lc=4l2+dc224l.]]>
6.如權利要求4或5所述的帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法，其特徵在於，利用根據下式計算的帶鋼相對延伸差ε來表示所述起伏程度=|Lc-Le|max(Lc,Le).]]>
7.如權利要求4或5所述的帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法，其特徵在於，所述板形數據還包括浪形判定結果，並且在步驟(1)與步驟(2)之間按照下列步驟獲得浪形判定結果(i)比較位於帶鋼中央和邊緣的縱向區域在所述橫截面上的垂直高度dc和de；(ii)如果dc＞de，則判定帶鋼的浪形為邊浪，否則，判定帶鋼的浪形為中浪。
8.如權利要求6所述的帶鋼連續退火過程中的非接觸式板形檢測方法，其特徵在於，所述板形數據還包括浪形判定結果，並且在步驟(1)與步驟(2)之間按照下列步驟獲得浪形判定結果(i)比較位於帶鋼中央和邊緣的縱向區域在所述橫截面上的垂直高度dc和de；(ii)如果dc＞de，則判定帶鋼的浪形為邊浪，否則，判定帶鋼的浪形為中浪。
全文摘要
本發明提供一種及時、準確地獲取帶鋼板形定量數據的板形檢測方法，而且實現方式簡單可行，該方法包含下列步驟(1)測量帶鋼在垂直於其傳送方向的橫截面上的垂直高度分布，所述橫截面位於退火爐入口前的兩個支承位置之間；(2)計算帶鋼若干平行於其傳送方向的縱向區域在所述支承位置之間的長度分布，其中，每個所述縱向區域在所述支承位置之間的長度根據該區域在所述橫截面上的垂直高度計算確定；(3)根據所述長度分布計算帶鋼表面的起伏程度；以及(4)輸出板形數據，其包含所述起伏程度。
文檔編號C21D9/56GK1676628SQ20041001724
公開日2005年10月5日 申請日期2004年3月29日 優先權日2004年3月29日
發明者李山青, 鄒玉賢 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司