Определяне на температурата на повърхността на непрекъснато отлети плочи, като се вземе предвид екраниращият ефект на оксида

Федосов А.В., Казачков Е.А. PGTU

Измерването на температурата на повърхността е един от малкото методи за безразрушителен контрол на параметрите на непрекъснато отлят блок, позволяващ измервания по време на процеса на леене (в режим On-Line).

Повърхността на слитъка, който е преминал цялата дължина на CCM, носи "отпечатъците" от всички въздействия, през които е трябвало да премине. Средната температура на повърхността, разпределението на температурата по повърхността, образуваната скала - анализът на тези данни позволява да се коригират технологичните параметри на непрекъснатото леене, както и да се идентифицират недостатъците на съществуващите системи за вторично охлаждане, които водят до неравномерно и асиметрично разпределение на температурата в тялото на блоковете и в резултат на това влошаване на тяхното качество.

Повечето от съществуващите методи за определяне на топлинното състояние на повърхността на плочата са насочени към определяне на повърхностната температура на слитъците в определена геометрична точка [1]. Напоследък се използват методи за определяне на разпределението на температурата по ширината на повърхността на слитъка [2, 3]. За да се получи по-пълна информация за термичното състояние на слитъка, представляват интерес методи, които позволяват да се оцени разпределението на температурата върху определена повърхност на слитъка. Такива методи са от особен интерес, когато повърхността на плочите е значително засегната от мащаба. Тъй като разпределението на температурата върху повърхността на плочата и температурата на скалата не представляват интерес в комплекса, те трябва да се анализират отделно. Ето защо е необходимо да се разработи алгоритъм, който да прави възможно разделянето на повърхностните зони, засегнати от мащаба, и чистата повърхност на блока. целЦелта на тази работа е да се разработят методи за обработка на цифрови снимки на повърхността на непрекъснато отлети заготовки, които позволяват да се прецизират данните за термичното състояние на повърхността чрез определяне на зони, засегнати от оксиден филм.

На изхода на CCM повърхностната температура на плочата е от 600 до 900 0 C. Освен това в тази част на CCM има големи площи с открита повърхност (с дължина до няколко метра). Първият фактор причинява осветеност във видимия диапазон, която може да бъде записана от цифрова цветна камера. Вторият дава възможност за получаване на данни от голяма площ, което прави възможно намаляването на ефекта от случаен шум.

Цифровата снимка е растер, състоящ се от точки. Яркостта на една точка се определя от чувствителността на камерата и нивото на радиация, регистрирано в дадена точка. Една цветна снимка съдържа три такива растера (по един за всеки така наречен "основен" цвят). И трите практически съвпадат в пространството, тоест за всяка точка се записва интензитетът на излъчване на три честоти - цветове. По този начин е възможно да се определи температурата, като се използват методи за цветово съотношение. При разработването на такъв метод в [4] беше отбелязано, че процесът на определяне на повърхностната температура на детайла се усложнява от наличието на мащаб върху него. Методът, разгледан в [4], предвижда използването на методи за филтриране на данни, които позволяват до известна степен да изгладят температурните скокове в зоните, засегнати от мащаба. Въпреки това, при снимките на слитъци, силно засегнати от мащаба, използването на конвенционални методи за филтриране не дава добри резултати.

Дрос - оксиден филм, се образува върху повърхността на слитъка, когато отлятата стомана реагира с атмосферния кислород. Намира се наповърхността на слитъка или под формата на петна, или под формата на почти непрекъснати ленти. По време на изливането (в ZVO) повърхността на слитъка е подложена на множество механични въздействия: налягането на поддържащите ролки, налягането на струи (капки) вода от дюзите, огъването на слитъка. Тези фактори създават условия за отстраняване на котления камък от повърхността на блока. Въпреки това не е необичайно готовият блок да има голямо количество шлака.

Намирайки се на повърхността на слитъка, в зоната на вторично охлаждане, слоевете от мащаба се подлагат на интензивно охлаждане. Тъй като мащабът е отделна фаза от слитъка и има зони на прекъсване, условията за неговото вторично нагряване поради вътрешната топлина на слитъка са неблагоприятни. В това отношение скалата има по-ниска температура от съседната чиста повърхност на слитъка. Неговият блясък е на самата граница на чувствителността на камерата. При измерване на температурата петна от мащаб покриват изследваната повърхност на непрекъснато отлят блок, като по този начин усложняват анализа на резултатите от измерването. На фиг. 1 показва резултатите от измерване на температурата (без обработка с филтрационни методи) на повърхността на плоча, силно засегната от котлен камък. От графиката на фиг. 1, разпределението на температурата на метала върху повърхността на плочата едва ли се предполага. В същото време не може да не се отбележи сложността на извършването на измервания върху плочи, силно засегнати от мащаба, с помощта на точков пирометър и системи от сканиращ тип. В този случай ограничеността на получените резултати може да доведе до неправилна оценка на топлинното състояние на непрекъснато отлят блок.

температурата

Ориз. Фиг. 1. Моментна снимка на повърхността на плочата, засегната от мащаба (a) и разпределението на температурата, получено от нейния анализ без използването на методи за филтриране (b)

Поради трудности при определяне на повърхностната температура на слитъказасегнати от мащаба, препоръчително е да се извърши сегментиране на изображението, което се състои в конструиране на формално описание на изображението с разпределяне на области, заети от мащаб и неокислен метал върху него. Методите за прагово сегментиране и методите за увеличаване на площта са подходящи за тази цел. Най-добри резултати показват методите на последната група, които се основават на използването на локални характеристики на изображението. Идеята на метода за нарастване на региона е да се анализира първо началната точка, след това точките, съседни на нея и т.н., в съответствие с някакъв критерий за хомогенност [5]. Въпреки това, качеството на определяне на областите, засегнати от мащаба, с помощта на горните методи, може да бъде значително подобрено чрез използване на съотношението на цветовите характеристики на снимките като анализирана матрица. Характеристиките на цвета са стойностите на интензитета на блясъка в три специфични спектрални интервала: червени, зелени и сини части на спектъра (R, G, B). Спектърът на луминесценция на различните материали е различен, така че дори при една и съща температура спектърът на луминесценция на скалата е малко по-различен от спектъра на луминесценция на метала. Използвайки това свойство, е разработен метод за сегментиране на цветно цифрово изображение на повърхността на непрекъснато отлят блок, което прави възможно подобряването на процеса на идентифициране на области, засегнати от оксиден филм. На фиг. Фигура 2 показва разпределението на спектралните съотношения на мащаба и "чистия" метал върху повърхността на плочата и резултата от алгоритъма за идентифициране на площта на повърхността, засегната от мащаба.

определяне

Ориз. Фиг. 2. Избор на повърхностни площи на непрекъснато отлята плоча, засегнати от мащаба: а – графика на разпределението на спектралното отношение; b - изображение на участък от повърхността на плочата с избрана област, съответстваща на позицията на скалата

След процеса на идентифициране на участъци от повърхността на слитъци, чиято реална температура е скрита от слой мащаб, въпросът е как да се определи тази температура. По време на анализа на множество изображения на повърхността на плочите беше отбелязано, че в местата на прясно отстраняване на котлен камък температурата е по-висока от средната за изследваната повърхност. Освен това, поради високата разделителна способност на камерата, беше забелязана ивица от повишена температура около големи слоеве котлен камък. Тези наблюдения потвърждават, че котленият камък върху повърхността на плочата играе ролята на топлоизолатор. Следователно металът под скалата се екранира от нея от активното охлаждане на водно-въздушните факли в SHE и се подлага на локално нагряване, в зависимост от степента на екраниране, която се определя от дебелината на слоя мащаб. От това следва, че определената повърхностна температура трябва да бъде най-малко равна или по-висока от температурата на близките повърхностни зони, които не са скрити от мащаба.

Възможно е да се определи температурата на повърхността, скрита от слоя мащаб, като се използват два метода: методът на екстраполация и методът на математическото моделиране. Методът на математическото моделиране позволява по-правилно да се оцени действителното разпределение на температурата върху повърхността на блоковете, но неговото прилагане изисква допълнителни параметри, един от които е данните за екраниращата способност на слоя мащаб, която зависи от неговата дебелина. Докато получаването на зависимостта на степента на екраниране от дебелината на мащаба изглежда възможно (чрез провеждане на експерименти), все още е трудно да се получи информация за дебелината на слоя мащаб по време на процеса на леене. Следователно в тази работа е използван методът на екстраполация. Същността на метода се състои в сканиране на температурната матрица на слитъка по посока на изтеглянето му, определяйкизона на скалата и замяна на данните в тази област с линейно променящи се температурни стойности между стойностите на нейните граници. В резултат на обработката на изображението, показано на фиг. Фигура 1 показва разпределението на температурата на повърхността на плочата в близост до реалните стойности (фиг. 3).

температурата

Ориз. Фиг. 3. Разпределение на температурата върху повърхността на непрекъснато отлят слитък след обработка на изображението съгласно разработения метод

Анализът на данните за топлинното състояние на плочата, обработена по разработения метод, е значително опростен. Разпределението на температурата на фиг. 3 е без изкривявания, причинени от петна от шлака и има по-изразена форма, характерна за плочите. Останалите локални области с повишена температура на графиката са местата, където скалата е откъсната от повърхността на слитъка.

Моделът на разпределение на повърхностната температура на плочата по нейната ширина се променя значително след обработката на снимките съгласно предложения метод. Накрая, разпределението на температурата по ширината на слитъка се изчислява чрез осредняване на стойностите му по дължината на плочата в ограничена област на повърхността. На фиг. Фигура 4 сравнява резултатите за разпределението на температурата, получени преди и след обработката на изображението, използвайки разработената техника.

повърхността

Ориз. 4. Разпределение на повърхностната температура на плочата по нейната ширина

Крива 2 на фиг. 4 повтаря общата кривина на крива 1, но в същото време има изгладен вид. Втората крива няма резки температурни спадове, които не са типични за термичното състояние на повърхността на плочата и са намеса от петна от котлен камък. Важно е да се отбележи, че температурата на крива 2 има по-високи стойности, отколкото на крива 1. Това се дължи на факта, че подценените температурни стойности, получени от областите, засегнати от мащаба, се заменят сстойности, получени чрез екстраполация. Така получената средна повърхностна температура на плочата след обработка на изображението е с 24 o C по-висока от тази преди обработката, а локалната температурна разлика достига 50 o C. Следователно конвенционалните методи за определяне на повърхностната температура на плочата могат да дадат допълнителна грешка при получаване на резултати, свързана с наличието на котлен камък върху повърхността на плочите. Несъответствието между измерената и действителната температура на плочата води до грешка в процеса на управление на технологичните параметри на процеса на непрекъснато леене, по-специално при контролиране на дебита на водно-въздушната смес в ZVO. При едни и същи технологични параметри, но различно увреждане на повърхността на слитъка чрез мащаб, условията за отстраняване на топлината от слитъка могат да се различават значително. В тази връзка разработената техника, която позволява да се прецизират резултатите от измерванията на температурата на повърхността на непрекъснато отлети слитъци, представлява несъмнен интерес.

Разработен е метод за обработка на експериментални данни за температурата на повърхността на непрекъснато отлят блок, който позволява да се оцени неговото заразяване с мащаб и въз основа на това да се осигурят прецизни данни за разпределението на температурата. Прилагането на разработената техника ще позволи по-ефективно да се контролира температурата на повърхността на непрекъснато отлети блокове и да се оцени връзката между контролните действия на технологичните параметри на непрекъснатото леене и термичното състояние на отливките.

Библиографски списък:

1. Вавилов В.П. Термични методи за безразрушителен контрол. -М .: Машиностроение, 1991. -240 с.

2. Гусев Г.В., Харазов В.Г. // Индустриални СКУД и контролери. 2006. № 5. стр. 47-51

3. С.-М. Лий, Дж.-М. Парк // 5-та Европейска конференция за непрекъснато леене, Ница. 2005. С. 106-111.

4. Определениена топлинното състояние на повърхността на непрекъснато отлята заготовка с помощта на устройства с CCD матрица / E.A. Казачков, А.В. Федосов, Е.А. Чичкарев и др. // Известия вузов. Черна металургия. - 2009. - № 12. - С. 3–6.

5. Яковлев А.В. Методи и оборудване за анализ на структурата на микроразрези от метали / A.V. Яковлев, E.N. Сидоренко // Муром. институт Владимир. състояние un-ta - Муром, 2001-25 с.