[发明专利]一种采用希尔伯特-黄变换预测连铸坯鼓肚变形量的方法

说明书

一种采用希尔伯特‑黄变换预测连铸坯鼓肚变形量的方法，属于钢铁冶金连铸检测技术领域。首先，通过以太网直接读取结晶器液面控制系统检测到的液位信号，并同步采集铸机拉速浇铸等工艺参数。其次，采用希尔伯特‑黄变换对液位信号进行经验模态分解和希尔伯特边际谱分析得到结晶器液位信号的各层本征模态函数C₁(t)～C_N(t)，以及能够对鼓肚进行定位的鼓肚频率。最后，确定鼓肚液位分量的波动幅度，由波动幅度得到鼓肚变形量。本发明借助连铸现场已有的信号检测条件，避免了在恶劣的连铸现场额外安装传感器和测量元件，检测原理清晰，易于维护，实现了连铸坯鼓肚变形量的在线预测，为提升铸坯质量、促进生产顺行及过程异常的在线监测提供了可靠手段。

技术领域

本发明属于钢铁冶金连铸检测技术领域，涉及一种采用希尔伯特-黄变换预测连铸坯鼓肚变形量的方法。

背景技术

连铸坯鼓肚是连铸生产过程中常见的一类形状缺陷，主要发生在二冷区。轻微的鼓肚会引起铸坯中心偏析和中心裂纹，严重时则导致铸坯无法顺利通过扇形段甚至浇铸中断，给铸坯质量、生产顺行和各工序的衔接带来严重干扰。

鼓肚程度通常使用铸坯中心与边缘的厚度差来衡量，称为鼓肚变形量。张兴中等人提出了一种基于高温蠕变本构方程推导的鼓肚变形量计算方法(Journal of iron andsteel research international.DOI:10.1007/s42243-018-0169-1)。祭程等人报道了一种基于有限元模拟的鼓肚变形量计算方法(Metallurgical and materials transactionsB.DOI:10.1007/s11663-018-1173-3)。已开展的围绕鼓肚的研究多侧重于弹塑性分析、蠕变公式推导以及有限元模拟。然而，在实际生产过程中鼓肚的出现具有偶然性、突发性和无规律性，模拟结果与鼓肚变形量实测结果难免出现偏差。因此到目前为止，国内外尚未开发出成熟的鼓肚检测和鼓肚变形量预测方法。

基于鼓肚时结晶器液位的周期性波动特性，本发明提出，对结晶器液位信号进行经验模态分解，利用希尔伯特边际谱分析得到的鼓肚频率确定液位波动分量，根据鼓肚液位分量的波动幅度预测连铸坯鼓肚的变形量。

发明内容

本发明的目的是提出一种采用希尔伯特-黄变换预测连铸坯鼓肚变形量的方法，对鼓肚的变形量进行准确的预测，为连铸坯质量的在线控制提供现场指导。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种采用希尔伯特-黄变换预测连铸坯鼓肚变形量的方法，该方法采用希尔伯特-黄变换对液位信号进行经验模态分解和希尔伯特边际谱分析得到鼓肚频率，利用鼓肚频率确定鼓肚液位分量，根据其波动幅度预测鼓肚变形量，包括以下步骤：

第一步、采集结晶器液位信号

通过以太网直接读取结晶器液面控制系统检测到的液位信号，并同步采集铸机拉速浇铸等工艺参数。

第二步、获取鼓肚频率

获取结晶器液位信号的各层本征模态函数C₁(t)～C_N(t)以及能够对鼓肚进行定位的频率，即鼓肚频率f_b；

1.希尔伯特-黄变换

(1)对采集到的结晶器液位信号进行经验模态分解，获取液位信号的各层本征模态函数，主要包括以下子步骤：

1.1)以X(t)表示待分解信号，找出其极大值点和极小值点，分别以三次样条函数对极大值点和极小值点进行拟合，得到上包络线S₊(t)和下包络线S_-(t)，并计算其包络均值：

其中，T表示液位信号的采样时间。