[发明专利]一种连铸坯表面纵裂纹在线检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连铸坯表面纵裂纹在线检测方法，属于钢铁冶金连铸检测技术领域。

背景技术

纵裂纹是连铸坯表面常见的质量缺陷，纵裂严重时将导致铸坯直接被判为废品，造成巨大的经济损失。因此，当铸坯表面出现纵裂时，有必要及时发现并采取措施来抑制纵裂的发展，降低纵裂对铸坯质量的危害。

铸坯表面纵裂的形成过程复杂，浇铸工艺、钢的高温力学性能、铸坯的凝固进程以及铸机运行状态是纵裂产生的主要影响因素。在坯壳热应力、收缩应力、钢水静压力、结晶器摩擦力和窄面约束的共同作用下，当超过初生坯壳的高温强度时，在坯壳薄弱的位置将产生纵裂纹，并沿着浇铸方向不断扩展。浇铸含碳量0.09％～0.17％的钢种时，凝固过程中会发生铁素体向奥氏体转变的包晶反应，产生较大的线收缩和体收缩，铸坯表面更易产生纵裂纹。

专利CN200910301243.8中公开了一种基于人工神经网络的铸坯质量在线预报的控制方法，该方法采用神经网络技术对铸坯裂纹等质量问题进行在线预报。铸坯质量缺陷为预测目标，工艺设备参数作为输入节点，建立由输入层、隐含层、输出层构成的三层BP神经网络模型；确定网络模型结构和目标误差后，选择训练样本对3层网络模型进行学习和训练，并利用测试样本对网络进行测试和评价，之后，即可应用训练好的网络模型对连铸板坯中间裂纹进行在线预测。

专利CN01139282.7中公开了一种连铸板坯纵裂预报方法，通过在结晶铜板埋设数列横向、纵向至少三排热电偶，实时采集热电偶温度数据，预报铸坯表面纵裂。纵裂判定条件如下，条件1：在拉速稳定的条件下，若某支热电偶温度下降速率超过3℃/s，同列下方的两支热电偶也先后出现温度下降超过3℃/s的情况，相邻两只热电偶温度开始下降的时间差与拉速的乘积约为热电偶的纵向间距。条件2：同列热电偶温度变化一致，且下排热电偶温度持续下降的时间不小于上排热电偶。同时满足条件1和2时，则判定铸坯表面产生了纵裂，发出纵裂报警。该方法将结晶器热电偶温度作为判断依据，一旦发现铸坯有纵裂迹象，采取降低拉速或调整二次冷却水量等措施，阻止裂纹的进一步扩展，减轻纵裂造成的危害。

发明内容

为实时、在线检测铸坯表面纵裂，改善铸坯质量，本发明提供一种连铸坯表面纵裂纹在线检测方法。由结晶器温度监控系统获取热电偶温度信号，采用热成像技术可视化呈现结晶器温度差值二维图像，实时检测结晶器温度变化情况，并采用计算机图像技术搜索冷点区域，提取异常区域的温度变化、面积、宽度、高度、高宽比、冷点区域移动等重要特征，在此基础上识别铸坯表面纵裂，判断并预报铸坯表面纵裂纹。

本发明采用的技术方案是：一种连铸坯表面纵裂纹在线检测方法，将结晶器可视化与计算机视觉技术相结合，实时呈现结晶器温度变化、在线识别铸坯表面纵裂纹，其检测步骤如下：

第一步、结晶器铜板温度实时检测及温度差值可视化

(1)沿结晶器纵向布置不少于3排测点，采用结晶器温度检测系统，在线获取热电偶温度值，将温度数据进行预处理，消除现场复杂电磁环境对温度数据的干扰；

(2)采用多项式插值算法，对热电偶温度数据进行横向、纵向插值运算，计算出非测点位置网格单元的结晶器铜板温度，进而获得结晶器铜板整体的温度二维分布；

(3)将插值计算后结晶器铜板温度数据存储在二维数组T[x,y]中，依据程序中预先设定的温度-颜色对应关系，绘制结晶器铜板热像图，在浇铸生产过程中，可视化呈现结晶器铜板温度的二维分布；

(4)计算热像图中每个网格单元在当前时刻t之前n秒温度的均值，将相同网格单元当前时刻t的温度T[x,y]与其之前n秒温度的均值做差，将温度差值存储在二维数组D[x,y]中；

(5)根据设定铜板温度差值-颜色对应关系，绘制结晶器铜板温度差值热像图，实时、准确反映结晶器铜板温度变化；

第二步、冷点区域阈值分割和标记

(1)在结晶器铜板温度差值热像图中搜索冷点区域；

(2)采用图像处理中的阈值分割算法，将D[x,y]中小于设定阈值-2.5℃的冷点区域进行分离；

(3)采用八连通判别算法，对冷点区域进行连通性判断，将属于同一个冷点区域赋予统一标号，以便于分析冷点区域特征；

第三步、提取特征信息

(1)温度差值特征

温度差值均值f_mean：某一个冷点区域中各点温度差值的均值